随机数种子的选择

deltamaster posted @ Mar 06, 2012 02:51:29 PM in 未分类 with tags 散列函数 随机数 种子 网络安全 , 6200 阅读

  随机数生成器的质量七绝于其产生的序列是否在任意输入下拟合均匀分布,相对而言,选择一个优秀的随机数生成器不是件特别困难的事情,然而选择优质的随机数种子却有许多需要注意的地方。在只需要产生拟合均匀分布的随机序列时,选取随机数种子没有特别的要求。然而随机数生成器往往会被用于产生密钥的哈希算法,此时对于种子的选取就有特定的要求。

  有一些反面教材可供参考:

1995年9月时,当时流行的Netscape浏览器使用当前时间、当前Netscape的进程号和父进程号产生随机数种子。当时加州大学伯克利分校的研究员就实现了暴力破解Netscape的加密信息。

另一个例子是Kerberos协议的v4版本,它将当前时间与一些其他信息异或起来产生随机数种子。这个异或位运算直接将其他有效的信息屏蔽了,只留下20位容易预测的值,将密钥的空间从72万亿左右直接减少到1百万多一点,几秒钟时间就可以被暴力破解。

  在选择随机数种子的时候容易犯下面这些错误:

  1. 从一个很小的空间里选取种子:如果你选择的随机数种子只有8位长度,那么无论随机算法怎样,都最多只有256种可能的随机数序列。
  2. 仅将当前时间作为随机数种子:尽管UNIX API返回精确到毫秒级的时间,但是大多数操作系统处理时间的精度都不到1/60秒,那么,即使在1个小时是邻域内,也只有216000种可能的取值,对于暴力破解来说太容易了。
  3. 自己泄漏随机数种子:如果种子中使用了当前时间作为产生随机数种子的依据之一,那么就不要以任何方式泄露这个信息,例如不要在未加密的消息头部包含被作为随机数种子产生依据的时间信息。
  4. 使用网卡或硬件序列号:这种信息往往都是结构化的,而非散列的,结构化的信息被穷举的难度大大降低了。

  对于选择安全的随机数种子,有一些比较好的方案:

  1. 使用真正随机的数据源,比如一些噪点,装配相应的传感器,分析传入的信号的噪声,各种自然界的信号都是可以的。当然设备提供的现成的模拟信号也是可以的,例如/dev/audio在没有插入麦克风时提供的随机噪音,cat /dev/audio | compress,压缩一下可以进一步模糊值的实际含义。
  2. 获取系统底层的数据,也就是只有本机进程才有权限获取到的,不容易猜测到相近值,无法预先缩小取值范围的数据。比如系统当前使用的内存分页情况、CPU的温度、到某点的网络延迟的情况之类的。
  3. 让用户输入一串字符,分析用户按键的间隔时间,作为产生随机数种子的依据。千万不要只是取一个平均什么的,从统计的规律来看,按键的间隔时间一般也是在一个比较小的区间内的,要做取模、相乘等运算,产生不能预知可能分布情况的无意义的值。当然,要是结合鼠标移动的信息,就更好了。

 

* 本文在CC BY-SA(署名-相同方式共享)协议下发布。
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