Entropia w Linuksie - HOWTO - Pomiędzy bitami

Dawno temu pojawił się mit, że źródłem prawdziwej entropii w Linuksie jest /dev/random jest, /dev/urandom jest gorszy. Pokutuje on do dziś i część softu za źródło danych przyjmuje właśnie /dev/random, niezależnie od realnych potrzeb. Ilość losowych danych w systemie nie jest nieskończona i zależy od dostępnych źródeł i zdarzeń zewnętrznych. Dopóki komputery były głównie fizyczne, często obsługiwane przez ludzi, problem był nieco mniejszy. W epoce wirtualek systemy i ruch są coraz bardziej powtarzalne, więc z „prawdziwą” entropią są problemy. A entropia w systemie Linux nadal jest w systemach aplikacjom potrzebna – słusznie lub nie, chyba nawet bardziej niż kiedyś, bo szyfrowanie wszystkiego jest coraz bardziej popularne i wykorzystywane są coraz silniejsze algorytmy.

Od pewnego czasu (okolice wersji 3.7) kernel Linuksa potrafi co prawda korzystać ze sprzętowych modułów (TPM) zapewniających źródła losowych danych, o ile takie są obecne. Nie każdy sprzęt jest jednak w to wyposażony, nie każda wirtualka posiada dostęp do danych z hypervisora i obecność modułu nie oznacza jeszcze, że dane będą dostępne dla programów, więc problem nadal pozostaje.

Entropia w systemie Linux – sprawdzenie dostępności

Jeśli nie wiemy, czy faktycznie system ma problem z dostępną entropią, możemy to w prosty sposób sprawdzić. Aktualną ilość można odczytać przez wydanie polecenia:

cat /proc/sys/kernel/random/entropy_avail

Oczywiście jest to wartość chwilowa, zmieniająca się w czasie, żeby z całą pewnością stwierdzić, jak system stoi z entropią, trzeba by poobserwować w dłuższym czasie, a najlepiej monitorować ją, np. przy pomocy Zabbiksa. Wartość powyżej 1000 oznacza, że na pewno problemu nie ma, wartości poniżej 300 oznaczają, że prawie na pewno są niedobory, mogące wpływać na pracę usług.

rngd

Istnieją dwa rozwiązania, które pomogą zwiększyć ilość dostępnych danych losowych w systemie. Pierwsze z nich, to rngd z pakietu rng-tools. Jego zadanie jest proste – dostarczać dane do napełniania /dev/random korzystając ze wskazanego źródła.

Jeśli platforma posiada sprzętowy moduł dostarczający dane losowe, rngd warto skonfigurować, by z niego korzystał. W tym celu w pliku

/etc/default/rng-tools

należy umieścić linię

HRNGDEVICE=/dev/hwrng

Natomiast w przypadku braku takiego modułu, sugerowane jest dodanie linii

HRNGDEVICE=/dev/urandom

Kontrowersje korzystania z /dev/urandom

Korzystanie z /dev/urandom jako źródła danych dla /dev/random powoduje kontrowersje. Główne zarzuty to niegwarantowana losowość danych w /dev/urandom (ale patrz mit), oraz powstawanie sprzężenia zwrotnego, co łącznie może powodować okresowość, a zatem teoretyczną możliwość przewidzenia stanu generatora liczb pseudolosowych. Podkreślam, że jest to możliwość czysto teoretyczna, nie wykazana w praktyce.

Alternatywa dla rngd

Istnieje drugie popularne rozwiązanie programowe, które pozwala na zwiększenie dostępnej w systemie entropii w systemie Linux. Jest to demon haveged z pakietu o tej samej nazwie. Korzysta on z faktu, że czas wykonania kodu przez procesor jest mało powtarzalny i zależy od wielu czynników. Jest to rozwiązanie obecne w dystrybucjach od wielu lat, proste w użyciu.

Wybór rozwiązania

Jeśli system posiada moduł sprzętowy, to bym z niego korzysał, za pośrednictwem rngd. Czy haveged jest lepszy od rngd zasilanego z /dev/urandom? Nie podejmuję się odpowiedzi na to pytanie. Oba zapewniają najważniejszą sprawę, czyli dostępność danych losowych. Oba rozwiązania spełniają proste testy badające losowość danych. Osobiście uważam, że w większości przypadków rozwiązanie korzystające z rngd jest wystarczające. Tam gdzie do losowości danych przykładamy dużą wagę, nie powinno być problemu z dostępem do sprzętowych generatorów, a niedobory entropii zawsze są bardziej szkodliwe, niż jej teoretycznie niższa jakość.

Linki

Na koniec zbiór linków dotyczących zagadnienia jakim jest entropia w systemie Linux; zarówno źródła jak i dalsza lektura, czyli ciekawe linki (kolejność losowa):

2 odpowiedzi na “Entropia w Linuksie – HOWTO”

Fajne wpisy !

Odpowiedz

Ciekawe jest, że te mechanizmy mogą wpływać na nieprzewidywalne problemy wydajnościowe. Zdarzyło nam się w robicie, że maszyna wirtualna bez dostępu do standardowych źródeł wejścia typu mysz, klawiatura itd. otrzymywała tak mało bodźców do wygenerowania losowych danych, że produkowała duże opóźnienia przy odwołaniu do sterownika bazodanowego Oracle. A co on robił – a no alokował porcjami losowe liczby (niezauważalne na lustrzanym „normalnym” systemie poza wirtualką). W takim tempie, że OS czekał na dane, którymi mógłby je mu wygenerować.
Także jak coś się krztusi na sterowniku trzeba szybko machać myszką. 😀