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如何安装 pandom : 一个针对 Linux 的真随机数生成器

 

本教程只针对 amd64/x86_64 架构 Linux 内核版本大于等于 2.6.9 的系统。本文将解释如何安装 pandom,这是一个由 ncomputers.org 维护的定时抖动真随机数生成器。

 

简介

在现在的计算机状况下,比如说配置了固态硬盘(SSD)的个人电脑和虚拟专用服务器(VPS)的环境中,Linux 内核内置的真随机数发生器提供的吞吐量很低。

而出于各种不同的加密目的使得对真随机数的需求持续增长,从而使得这个低吞吐量问题在 Linux 实现中变得越来越严重。

在与上述相同的物理或者虚拟环境下,并假设没有其它进程以 root 身份向 /dev/random 进行写操作的话,64 ubits/64 bits 的 pandom 可以以 8 KiB/s 的速率生成随机数。

 

1 pandom 的安装

 

1.1 获得 root 权限

Pandom 必须以 root 身份来安装,所以在必要的时候请运行如下命令:

  1. su -

 

1.2 安装编译所需的依赖

为了下载并安装 pandom,你需要 GNU as 汇编器、GNU make、GNU tar 和 GNU wget (最后两个工具通常已被安装)。随后你可以按照你的意愿卸载它们。

基于 Arch 的系统:

  1. pacman -S binutils make

基于 Debian 的系统:

  1. apt-get install binutils make

基于 Red Hat 的系统:

  1. dnf install binutils make
  2. yum install binutils make

基于 SUSE 的系统:

  1. zypper install binutils make

 

1.3 下载并析出源码

下面的命令将使用 wget 和 tar 从 ncomputers.org 下载 pandom 的源代码并将它们解压出来:

  1. wget http://ncomputers.org/pandom.tar.gz
  2. tar xf pandom.tar.gz
  3. cd pandom/amd64-linux

 

1.4 在安装前进行测试 (推荐)

这个被推荐的测试将花费大约 8 分钟的时间,它将检查内核支持情况并生成一个名为 checkme 的文件(在下一节中将被分析)。

  1. make check

 

1.5 确定系统的初始化程序

在安装 pandom 之前,你需要知道你的系统使用的是哪个初始化程序。假如下面命令的输出中包含 running,则意味着你的系统使用了 systemd,否则你的系统则可能使用了一个 init.d 的实现(例如 upstart、sysvinit)。

  1. systemctl is-system-running
  2. running

 

1.6 安装 pandom

一旦你知道了你的系统使用何种 Linux 实现,那么你就可以相应地安装 pandom 了。

使用基于 init.d 作为初始化程序(如: upstart、sysvinit)的系统:

假如你的系统使用了一个 init.d 的实现(如: upstart、sysvinit),请运行下面的命令来安装 pandom:

  1. make install-init.d

以 systemd 作为初始化程序的系统:

假如你的系统使用 systemd,则请运行以下命令来安装 pandom:

  1. make install-systemd

 

2 checkme 文件的分析

在使用 pandom 进行加密之前,强烈建议分析一下先前在安装过程中生成的 checkme 文件。通过分析我们便可以知道用 pandom 生成的数是否真的随机。本节将解释如何使用 ncomputers.org 的 shell 脚本 entropyarray 来测试由 pandom 产生的输出的熵及序列相关性。

:整个分析过程也可以在另一台电脑上完成,例如在一个笔记本电脑或台式机上。举个例子:假如你正在一个资源受到限制的 VPS 上安装 pandom 程序,或许你更倾向于将 checkme 复制到自己的个人电脑中,然后再进行分析。

 

2.1 获取 root 权限

entropyarray 程序也必须以 root 身份来安装,所以在必要时请运行如下命令:

  1. su -

 

2.2 安装编译所需的依赖

为了下载并安装 entropyarray, 你需要 GNU g++ 编译器、GNU make、GNU tar 和 GNU wget。在随后你可以任意卸载这些依赖。

基于 Arch 的系统:

  1. pacman -S gcc make

基于 Debian 的系统:

  1. apt-get install g++ make

基于 Red Hat 的系统:

  1. dnf install gcc-c++ make
  2. yum install gcc-c++ make

基于 SUSE 的系统:

  1. zypper install gcc-c++ make

 

2.3 下载并析出源码

以下命令将使用 wget 和 tar 从 ncomputers.org 下载到 entropyarray 的源码并进行解压:

  1. wget http://ncomputers.org/rearray.tar.gz
  2. wget http://ncomputers.org/entropy.tar.gz
  3. wget http://ncomputers.org/entropyarray.tar.gz
  4.  
  5. tar xf entropy.tar.gz
  6. tar xf rearray.tar.gz
  7. tar xf entropyarray.tar.gz

 

2.4 安装 entropyarray

:如果在编译过程中报有关 -std=c++11 的错误,则说明当前系统安装的 GNU g++ 版本不支持 ISO C++ 2011 标准,那么你可能需要在另一个支持该标准的系统中编译 ncomputers.org/entropy 和 ncomputers.org/rearray (例如在一个你喜爱的较新的 Linux 发行版本中来编译)。接着使用 make install 来安装编译好的二进制文件,再接着你可能想继续运行 entropyarray 程序,或者跳过运行该程序这一步骤,然而我还是建议在使用 pandom 来达到加密目地之前先分析一下 checkme 文件。

  1. cd rearray; make install; cd ..
  2. cd entropy; make install; cd ..
  3. cd entropyarray; make install; cd ..

 

2.5 分析 checkme 文件

:64 ubits / 64 bits 的 pandom 实现所生成的结果中熵应该高于 15.977max 字段低于 70。假如你的结果与之相差巨大,或许你应该按照下面第 5 节介绍的那样增加你的 pandom 实现的不可预测性。假如你跳过了生成 checkme 文件的那一步,你也可以使用其他的工具来进行测试,例如 伪随机数序列测试

  1. entropyarray checkme
  2.  
  3. entropyarray in /tmp/tmp.mbCopmzqsg
  4. 15.977339
  5. min:12
  6. med:32
  7. max:56
  8. 15.977368
  9. min:11
  10. med:32
  11. max:58
  12. 15.977489
  13. min:11
  14. med:32
  15. max:59
  16. 15.977077
  17. min:12
  18. med:32
  19. max:60
  20. 15.977439
  21. min:8
  22. med:32
  23. max:59
  24. 15.977374
  25. min:13
  26. med:32
  27. max:60
  28. 15.977312
  29. min:12
  30. med:32
  31. max:67

 

2.6 卸载 entropyarray (可选)

假如你打算不再使用 entropyarray,那么你可以按照你自己的需求卸载它:

  1. cd entropyarray; make uninstall; cd ..
  2. cd entropy; make uninstall; cd ..
  3. cd rearray; make uninstall; cd ..

 

3 使用 debian 的软件仓库来进行安装

假如你想在你基于 debian 的系统中让 pandom 保持更新,则你可以使用 ncomputers.org 的 debian 软件仓库来安装或者重新安装它。

 

3.1 获取 root 权限

以下的 debian 软件包必须以 root 身份来安装,所以在必要时请运行下面这个命令:

  1. su -

 

3.2 安装密钥

下面的 debian 软件包中包含 ncomputers.org debian 软件仓库的公匙密钥:

  1. wget http://ncomputers.org/debian/keyring.deb
  2. dpkg -i keyring.deb
  3. rm keyring.deb

 

3.3 安装软件源列表

下面这些 debian 软件包含有 ncomputers.org debian 软件仓库的软件源列表,这些软件源列表对应最新的 debian 发行版本(截至 2017 年)。

:你也可以将下面的以 # 注释的行加入 /etc/apt/sources.list 文件中,而不是为你的 debian 发行版本安装对应的 debian 软件包。但假如这些源在将来改变了,你就需要手动更新它们。

Wheezy:

  1. #deb http://ncomputers.org/debian wheezy main
  2. wget http://ncomputers.org/debian/wheezy.deb
  3. dpkg -i wheezy.deb
  4. rm wheezy.deb

Jessie:

  1. #deb http://ncomputers.org/debian jessie main
  2. wget http://ncomputers.org/debian/jessie.deb
  3. dpkg -i jessie.deb
  4. rm jessie.deb

Stretch:

  1. #deb http://ncomputers.org/debian stretch main
  2. wget http://ncomputers.org/debian/stretch.deb
  3. dpkg -i stretch.deb
  4. rm stretch.deb

 

3.4 升级软件源列表

一旦密钥和软件源列表安装完成,则可以使用下面的命令来更新:

  1. apt-get update

 

3.5 测试 pandom

测试完毕后,你可以随意卸载下面的软件包。

:假如你已经在你的 Linux 中测试了 pandom , 则你可以跳过这一步。

  1. apt-get install pandom-test
  2. pandom-test
  3.  
  4. generating checkme file, please wait around 8 minutes ...
  5. entropyarray in /tmp/tmp.5SkiYsYG3h
  6. 15.977366
  7. min:12
  8. med:32
  9. max:57
  10. 15.977367
  11. min:13
  12. med:32
  13. max:57
  14. 15.977328
  15. min:12
  16. med:32
  17. max:61
  18. 15.977431
  19. min:12
  20. med:32
  21. max:59
  22. 15.977437
  23. min:11
  24. med:32
  25. max:57
  26. 15.977298
  27. min:11
  28. med:32
  29. max:59
  30. 15.977196
  31. min:10
  32. med:32
  33. max:57

 

3.6 安装 pandom

  1. apt-get install pandom

 

4 管理 pandom

在 pandom 安装完成后,你可能想对它进行管理。

 

4.1 性能测试

pandom 提供大约 8 kB/s 的随机数生成速率,但它的性能可能根据环境而有所差异。

  1. dd if=/dev/random of=/dev/null bs=8 count=512
  2.  
  3. 512+0 records in
  4. 512+0 records out
  5. 4096 bytes (4.1 kB, 4.0 KiB) copied, 0.451253 s, 9.1 kB/s

 

4.2 熵和序列相关性检验

除了 ncomputers.org/entropyarray,还存在更多的测试,例如 Ilja Gerhardt 的 NIST 测试套件

  1. entropyarray /dev/random 1M

 

4.3 系统服务

pandom 还可以以系统服务的形式运行。

基于 init.d 的初始化系统(如 upstart、sysvinit):

  1. /etc/init.d/random status
  2. /etc/init.d/random start
  3. /etc/init.d/random stop
  4. /etc/init.d/random restart

以 systemd 作为初始化程序的系统:

  1. systemctl status random
  2. systemctl start random
  3. systemctl stop random
  4. systemctl restart random

 

5 增强不可预测性或者性能

假如你想增加你编译的 pandom 程序的不可预测性或者性能,你可以尝试增加或删减 CPU 时间测量选项。

 

5.1 编辑源文件

请按照自己的意愿,在源文件 test.s 和 tRNG.s 中增加或者移除 measurement blocks 字段。

  1. #measurement block
  2. mov $35,%rax
  3. syscall
  4. rdtsc
  5. [...]
  6.  
  7. #measurement block
  8. mov $35,%rax
  9. syscall
  10. rdtsc
  11. [...]

 

5.2 测试不可预测性

我们总是建议在使用个人定制的 pandom 实现来用于加密目地之前,先进行一些测试。

  1. make check

 

5.3 安装定制的 pandom

 

假如你对测试的结果很满意,你就可以使用下面的命令来安装你的 pandom 实现。

  1. make install
录入时间:2017-05-24 19:27:36 
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