暗号ライブラリ内部でどんな処理が行われているのか、Ruby と PHP について調べてみた。調査に使用したバージョンは ruby-1.9.1-p129, php-5.2.9, openssl-0.9.8k
ruby-openssl ライブラリの場合
乱数用のインターフェイスは OpenSSL::Random モジュール。例えば
salt = OpenSSL::Random.random_bytes(8)
とすると8バイトのランダムなバイト列が取得できるのだが、こんな風に初期化処理なしで、いきなり乱数の取得メソッドを使っても大丈夫なのだろうか？
- Ruby のソースを見ると random_bytes の定義は ossl_rand.c にあり、実体は OpenSSL の RAND_bytes() に対するアダプタ
- OpenSSL のソースを見ると RAND_bytes の定義は rand_lib.c にあり、実体は（非FIPSモードでは）md_rand.c の中の ssleay_rand_bytes()
- ssleay_rand_bytes() の中で初期化済みか否か（initialized）を調べて、初期化済みでなかったら RAND_poll() を呼び出す
- RAND_poll の定義はOS/環境ごとに分かれているが、可能な限りのソースからエントロピーを収集するようになっている
- UNIX: rand_unix.c 通常はまず乱数デバイスからエントロピーの読み出しを試みる。試行対象となるデバイスのパスは e_os.h で DEVRANDOM として定義されており、デフォルトでは /dev/urandom が最優先となる（この際、Linux では poll, その他では select を使って非同期で読み出される）。それでも十分なエントロピーが集まらなかった場合、エントロピー収集デーモン（EGD）のソケットファイルから読み出しを試みる（こちらも e_os.h に試行対象となるパスが定義されている）。さらに pid と uid と現在時刻もエントロピーとして追加する。
- Windows: rand_win.c の場合は CryptAPI の CryptGenRandom() 関数から取得した疑似乱数をエントロピーとして追加する。さらにメモリ使用量やプロセスIDといったデータもエントロピーとして追加する。
ということで、ほとんどのケースではいきなり random_bytes メソッドなどを使っても大丈夫そうである。
ちなみに OpenSSL::Random モジュールには十分なエントロピーで初期化されたかどうかを調べる status? メソッドもある（現在はUndocumentedだが）。こちらもソースをたどって行けば初期化コードに繋がっているので、システムに十分なエントロピーが存在する環境ならば、常に true を返すはずである。
OpenSSL::Random.status? #=> true
php-mcrypt ライブラリの場合
直接的な乱数インターフェイスは存在しないが、初期化ベクトルの生成用として mcrypt_create_iv() 関数が用意されている。 この関数の定義は ext/mcrypt/mcrypt.c にあり、中身は指定されたソース（/dev/random または /dev/urandom）からそのままデータを読み出しているだけだった。
fd = open(source == RANDOM ? "/dev/random" : "/dev/urandom", O_RDONLY); if (fd < 0) { efree(iv); php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Cannot open source device"); RETURN_FALSE; } while (read_bytes < size) { n = read(fd, iv + read_bytes, size - read_bytes); if (n < 0) { break; } read_bytes += n; } n = read_bytes; close(fd);
結構ナイーブな実装だな、というのが率直な感想。てっきり mcrypt に対応するインターフェイスがあって、処理を委譲しているのかと思っていたが…（気になって libmcrypt-2.5.8 のソースもざっとチェックしてみたが、やはり乱数の処理は入っていないようだ）。
Non-blocking I/O を使うなどの工夫は無いため、/dev/random では読み出しでブロックする可能性がある。また MCRYPT_RAND は単に rand 関数を必要な回数呼び出すだけなので、暗号用途では使うべきではない（つまりWindows環境では実質使用できない、ということになる）。
