Fortuna fixes. Marko Kreen
authorTom Lane <tgl@sss.pgh.pa.us>
Mon, 18 Jul 2005 17:12:54 +0000 (17:12 +0000)
committerTom Lane <tgl@sss.pgh.pa.us>
Mon, 18 Jul 2005 17:12:54 +0000 (17:12 +0000)
contrib/pgcrypto/fortuna.c
contrib/pgcrypto/fortuna.h
contrib/pgcrypto/internal.c
contrib/pgcrypto/pgp-pgsql.c
contrib/pgcrypto/pgp-s2k.c

index b02618430e2cd6622e767381576d8ffbe9b83a7e..4645076109f5dad7b9c9ea9aa087e51013d8ccec 100644 (file)
@@ -26,7 +26,7 @@
  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  * SUCH DAMAGE.
  *
- * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/fortuna.c,v 1.3 2005/07/18 17:09:01 tgl Exp $
+ * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/fortuna.c,v 1.4 2005/07/18 17:12:54 tgl Exp $
  */
 
 #include "postgres.h"
 /* for one big request, reseed after this many bytes */
 #define RESEED_BYTES   (1024*1024)
 
+/* 
+ * Skip reseed if pool 0 has less than this many
+ * bytes added since last reseed.
+ */
+#define POOL0_FILL             (256/8)
 
 /*
  * Algorithm constants
  */
 
-/* max sources */
-#define MAX_SOURCES            8
-
 /* Both cipher key size and hash result size */
 #define BLOCK                  32
 
@@ -118,9 +120,11 @@ struct fortuna_state {
        uint8                   key[BLOCK];
        MD_CTX                  pool[NUM_POOLS];
        CIPH_CTX                ciph;
-       unsigned                source_pos[MAX_SOURCES];
        unsigned                reseed_count;
        struct timeval  last_reseed_time;
+       unsigned                pool0_bytes;
+       unsigned                rnd_pos;
+       int                             counter_init;
 };
 typedef struct fortuna_state FState;
 
@@ -161,7 +165,6 @@ static void md_result(MD_CTX *ctx, uint8 *dst)
        memset(&tmp, 0, sizeof(tmp));
 }
 
-
 /*
  * initialize state
  */
@@ -173,6 +176,32 @@ static void init_state(FState *st)
                md_init(&st->pool[i]);
 }
 
+/*
+ * Endianess does not matter.
+ * It just needs to change without repeating.
+ */
+static void inc_counter(FState *st)
+{
+       uint32 *val = (uint32*)st->counter;
+       if (++val[0])
+               return;
+       if (++val[1])
+               return;
+       if (++val[2])
+               return;
+       ++val[3];
+}
+
+/*
+ * This is called 'cipher in counter mode'.
+ */
+static void encrypt_counter(FState *st, uint8 *dst)
+{
+       ciph_encrypt(&st->ciph, st->counter, dst);
+       inc_counter(st);
+}
+
+
 /*
  * The time between reseed must be at least RESEED_INTERVAL
  * microseconds.
@@ -207,9 +236,8 @@ static void reseed(FState *st)
        MD_CTX key_md;
        uint8 buf[BLOCK];
 
-       /* check frequency */
-       if (too_often(st))
-               return;
+       /* set pool as empty */
+       st->pool0_bytes = 0;
 
        /*
         * Both #0 and #1 reseed would use only pool 0.
@@ -243,50 +271,81 @@ static void reseed(FState *st)
        memset(buf, 0, BLOCK);
 }
 
+/*
+ * Pick a random pool.  This uses key bytes as random source.
+ */
+static unsigned get_rand_pool(FState *st)
+{
+       unsigned rnd;
+
+       /*
+        * This slightly prefers lower pools - thats OK.
+        */
+       rnd = st->key[st->rnd_pos] % NUM_POOLS;
+
+       st->rnd_pos++;
+       if (st->rnd_pos >= BLOCK)
+               st->rnd_pos = 0;
+
+       return rnd;
+}
+
 /*
  * update pools
  */
-static void add_entropy(FState *st, unsigned src_id, const uint8 *data, unsigned len)
+static void add_entropy(FState *st, const uint8 *data, unsigned len)
 {
        unsigned pos;
        uint8 hash[BLOCK];
        MD_CTX md;
 
-       /* just in case there's a bug somewhere */
-       if (src_id >= MAX_SOURCES)
-               src_id = USER_ENTROPY;
-
        /* hash given data */
        md_init(&md);
        md_update(&md, data, len);
        md_result(&md, hash);
 
-       /* update pools round-robin manner */
-       pos = st->source_pos[src_id];
+       /*
+        * Make sure the pool 0 is initialized,
+        * then update randomly.
+        */
+       if (st->reseed_count == 0 && st->pool0_bytes < POOL0_FILL)
+               pos = 0;
+       else
+               pos = get_rand_pool(st);
        md_update( &st->pool[pos], hash, BLOCK);
 
-       if (++pos >= NUM_POOLS)
-               pos = 0;
-       st->source_pos[src_id] = pos;
+       if (pos == 0)
+               st->pool0_bytes += len;
 
        memset(hash, 0, BLOCK);
        memset(&md, 0, sizeof(md));
 }
 
 /*
- * Endianess does not matter.
- * It just needs to change without repeating.
+ * Just take 2 next blocks as new key
  */
-static void inc_counter(FState *st)
+static void rekey(FState *st)
 {
-       uint32 *val = (uint32*)st->counter;
-       if (++val[0])
-               return;
-       if (++val[1])
-               return;
-       if (++val[2])
-               return;
-       ++val[3];
+       encrypt_counter(st, st->key);
+       encrypt_counter(st, st->key + CIPH_BLOCK);
+       ciph_init(&st->ciph, st->key, BLOCK);
+}
+
+/*
+ * Fortuna relies on AES standing known-plaintext attack.
+ * In case it does not, slow down the attacker by initialising
+ * the couter to random value.
+ */
+static void init_counter(FState *st)
+{
+       /* Use next block as counter. */
+       encrypt_counter(st, st->counter);
+
+       /* Hide the key. */
+       rekey(st);
+
+       /* The counter can be shuffled only once. */
+       st->counter_init = 1;
 }
 
 static void extract_data(FState *st, unsigned count, uint8 *dst)
@@ -294,31 +353,17 @@ static void extract_data(FState *st, unsigned count, uint8 *dst)
        unsigned n;
        unsigned block_nr = 0;
 
-       /*
-        * Every request should be with different key,
-        * if possible.
-        */
-       reseed(st);
+       /* Can we reseed? */
+       if (st->pool0_bytes >= POOL0_FILL && !too_often(st))
+               reseed(st);
 
-       /*
-        * If the reseed didn't happen, don't use the old data
-        * rather encrypt again.
-        */
+       /* Is counter initialized? */
+       if (!st->counter_init)
+               init_counter(st);
 
        while (count > 0) {
-               /* must not give out too many bytes with one key */
-               if (block_nr > (RESEED_BYTES / CIPH_BLOCK))
-               {
-                       reseed(st);
-                       block_nr = 0;
-               }
-
                /* produce bytes */
-               ciph_encrypt(&st->ciph, st->counter, st->result);
-               block_nr++;
-
-               /* prepare for next time */
-               inc_counter(st);
+               encrypt_counter(st, st->result);
 
                /* copy result */
                if (count > CIPH_BLOCK)
@@ -328,7 +373,17 @@ static void extract_data(FState *st, unsigned count, uint8 *dst)
                memcpy(dst, st->result, n);
                dst += n;
                count -= n;
+
+               /* must not give out too many bytes with one key */
+               block_nr++;
+               if (block_nr > (RESEED_BYTES / CIPH_BLOCK))
+               {
+                       rekey(st);
+                       block_nr = 0;
+               }
        }
+       /* Set new key for next request. */
+       rekey(st);
 }
 
 /*
@@ -338,7 +393,7 @@ static void extract_data(FState *st, unsigned count, uint8 *dst)
 static FState main_state;
 static int init_done = 0;
 
-void fortuna_add_entropy(unsigned src_id, const uint8 *data, unsigned len)
+void fortuna_add_entropy(const uint8 *data, unsigned len)
 {
        if (!init_done)
        {
@@ -347,7 +402,7 @@ void fortuna_add_entropy(unsigned src_id, const uint8 *data, unsigned len)
        }
        if (!data || !len)
                return;
-       add_entropy(&main_state, src_id, data, len);
+       add_entropy(&main_state, data, len);
 }
 
 void fortuna_get_bytes(unsigned len, uint8 *dst)
index b576eb981d18e399fb1d612c54e321b2d3467ef1..12e0c56832dbb6c1718d982801a5e5d677560595 100644 (file)
  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  * SUCH DAMAGE.
  *
- * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/fortuna.h,v 1.1 2005/07/10 13:46:28 momjian Exp $
+ * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/fortuna.h,v 1.2 2005/07/18 17:12:54 tgl Exp $
  */
 
 #ifndef __FORTUNA_H
 #define __FORTUNA_H
 
-/*
- * Event source ID's
- */
-#define SYSTEM_ENTROPY 0
-#define USER_ENTROPY   1
-
 void fortuna_get_bytes(unsigned len, uint8 *dst);
-void fortuna_add_entropy(unsigned src_id, const uint8 *data, unsigned len);
+void fortuna_add_entropy(const uint8 *data, unsigned len);
 
 #endif
 
index 93085dbf6d3b71ab4f2a31673275b3c73b2d5c7f..bfe4eeb2b740409c47fd63e92649c55df80d8fc6 100644 (file)
@@ -26,7 +26,7 @@
  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  * SUCH DAMAGE.
  *
- * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/internal.c,v 1.21 2005/07/18 17:09:01 tgl Exp $
+ * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/internal.c,v 1.22 2005/07/18 17:12:54 tgl Exp $
  */
 
 #include "postgres.h"
 #include "fortuna.h"
 
 /*
- * How often to try to acquire system entropy.  (In seconds)
+ * System reseeds should be separated at least this much.
  */
-#define SYSTEM_RESEED_FREQ     (3*60*60)
+#define SYSTEM_RESEED_MIN                      (20*60)         /* 20 min */
+/*
+ * How often to roll dice.
+ */
+#define SYSTEM_RESEED_CHECK_TIME       (10*60)         /* 10 min */
+/*
+ * The chance is x/256 that the reseed happens.
+ */
+#define SYSTEM_RESEED_CHANCE           (4)     /* 256/4 * 10min ~ 10h */
+
+/*
+ * If this much time has passed, force reseed.
+ */
+#define SYSTEM_RESEED_MAX                      (12*60*60)      /* 12h */
 
 
 #ifndef MD5_DIGEST_LENGTH
@@ -823,20 +836,40 @@ px_get_pseudo_random_bytes(uint8 *dst, unsigned count)
 }
 
 static time_t seed_time = 0;
+static time_t check_time = 0;
 
 static void system_reseed(void)
 {
        uint8 buf[1024];
        int n;
        time_t t;
+       int skip = 1;
 
        t = time(NULL);
-       if (seed_time && (t - seed_time) < SYSTEM_RESEED_FREQ)
+
+       if (seed_time == 0)
+               skip = 0;
+       else if ((t - seed_time) < SYSTEM_RESEED_MIN)
+               skip = 1;
+       else if ((t - seed_time) > SYSTEM_RESEED_MAX)
+               skip = 0;
+       else if (!check_time || (t - check_time) > SYSTEM_RESEED_CHECK_TIME)
+       {
+               check_time = t;
+
+               /* roll dice */
+               px_get_random_bytes(buf, 1);
+               skip = buf[0] >= SYSTEM_RESEED_CHANCE;
+       }
+       /* clear 1 byte */
+       memset(buf, 0, sizeof(buf));
+
+       if (skip)
                return;
 
        n = px_acquire_system_randomness(buf);
        if (n > 0)
-               fortuna_add_entropy(SYSTEM_ENTROPY, buf, n);
+               fortuna_add_entropy(buf, n);
 
        seed_time = t;
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
@@ -854,7 +887,7 @@ int
 px_add_entropy(const uint8 *data, unsigned count)
 {
        system_reseed();
-       fortuna_add_entropy(USER_ENTROPY, data, count);
+       fortuna_add_entropy(data, count);
        return 0;
 }
 
index 5d4c0518f4c0888002ace4916eefc20018deafe9..b64027b73e8db015f2770c57279697bce1070adc 100644 (file)
@@ -26,7 +26,7 @@
  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  * SUCH DAMAGE.
  *
- * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/pgp-pgsql.c,v 1.2 2005/07/11 15:07:59 tgl Exp $
+ * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/pgp-pgsql.c,v 1.3 2005/07/18 17:12:54 tgl Exp $
  */
 
 #include "postgres.h"
@@ -86,6 +86,22 @@ PG_FUNCTION_INFO_V1(pg_dearmor);
                } \
        } while (0)
 
+/*
+ * Mix a block of data into RNG.
+ */
+static void add_block_entropy(PX_MD *md, text *data)
+{
+       uint8 sha1[20];
+
+       px_md_reset(md);
+       px_md_update(md, VARDATA(data), VARSIZE(data) - VARHDRSZ);
+       px_md_finish(md, sha1);
+
+       px_add_entropy(sha1, 20);
+
+       memset(sha1, 0, 20);
+}
+
 /*
  * Mix user data into RNG.  It is for user own interests to have
  * RNG state shuffled.
@@ -93,31 +109,38 @@ PG_FUNCTION_INFO_V1(pg_dearmor);
 static void add_entropy(text *data1,  text *data2, text *data3)
 {
        PX_MD *md;
-       uint8 sha1[20];
-       int res;
+       uint8 rnd[3];
 
        if (!data1 && !data2 && !data3)
                return;
 
-       res = px_find_digest("sha1", &md);
-       if (res < 0)
+       if (px_get_random_bytes(rnd, 3) < 0)
                return;
 
-       if (data1)
-               px_md_update(md, VARDATA(data1), VARSIZE(data1) - VARHDRSZ);
-       if (data2)
-               px_md_update(md, VARDATA(data2), VARSIZE(data2) - VARHDRSZ);
-       if (data3)
-               px_md_update(md, VARDATA(data3), VARSIZE(data3) - VARHDRSZ);
+       if (px_find_digest("sha1", &md) < 0)
+               return;
 
-       px_md_finish(md, sha1);
-       px_md_free(md);
+       /*
+        * Try to make the feeding unpredictable.
+        * 
+        * Prefer data over keys, as it's rather likely
+        * that key is same in several calls.
+        */
 
-       res = px_add_entropy(sha1, 20);
-       memset(sha1, 0, 20);
+       /* chance: 7/8 */
+       if (data1 && rnd[0] >= 32)
+               add_block_entropy(md, data1);
+
+       /* chance: 5/8 */
+       if (data2 && rnd[1] >= 160)
+               add_block_entropy(md, data2);
 
-       if (res < 0)
-               ereport(NOTICE, (errmsg("add_entropy: %s", px_strerror(res))));
+       /* chance: 5/8 */
+       if (data3 && rnd[2] >= 160)
+               add_block_entropy(md, data3);
+
+       px_md_free(md);
+       memset(rnd, 0, sizeof(rnd));
 }
 
 /*
index 2d1b92c2d443da94f255816f67f65bb62ce641ad..cbde42a13b5e908c1eef76a52553c39741e6eb88 100644 (file)
@@ -26,7 +26,7 @@
  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  * SUCH DAMAGE.
  *
- * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/pgp-s2k.c,v 1.2 2005/07/11 15:07:59 tgl Exp $
+ * $PostgreSQL: pgsql/contrib/pgcrypto/pgp-s2k.c,v 1.3 2005/07/18 17:12:54 tgl Exp $
  */
 
 #include "postgres.h"
@@ -225,13 +225,13 @@ pgp_s2k_fill(PGP_S2K *s2k, int mode,int digest_algo)
                case 0:
                        break;
                case 1:
-                       res = px_get_random_bytes(s2k->salt, PGP_S2K_SALT);
+                       res = px_get_pseudo_random_bytes(s2k->salt, PGP_S2K_SALT);
                        break;
                case 3:
-                       res = px_get_random_bytes(s2k->salt, PGP_S2K_SALT);
+                       res = px_get_pseudo_random_bytes(s2k->salt, PGP_S2K_SALT);
                        if (res < 0)
                                break;
-                       res = px_get_random_bytes(&tmp, 1);
+                       res = px_get_pseudo_random_bytes(&tmp, 1);
                        if (res < 0)
                                break;
                        s2k->iter = decide_count(tmp);