]> scripts.mit.edu Git - autoinstalls/mediawiki.git/blob - includes/libs/CryptRand.php
MediaWiki 1.30.2-scripts
[autoinstalls/mediawiki.git] / includes / libs / CryptRand.php
1 <?php
2 /**
3  * A cryptographic random generator class used for generating secret keys
4  *
5  * This is based in part on Drupal code as well as what we used in our own code
6  * prior to introduction of this class.
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11  * (at your option) any later version.
12  *
13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
16  * GNU General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
19  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
20  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
21  * http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
22  *
23  * @author Daniel Friesen
24  * @file
25  */
26 use Psr\Log\LoggerInterface;
27
28 class CryptRand {
29         /**
30          * Minimum number of iterations we want to make in our drift calculations.
31          */
32         const MIN_ITERATIONS = 1000;
33
34         /**
35          * Number of milliseconds we want to spend generating each separate byte
36          * of the final generated bytes.
37          * This is used in combination with the hash length to determine the duration
38          * we should spend doing drift calculations.
39          */
40         const MSEC_PER_BYTE = 0.5;
41
42         /**
43          * A boolean indicating whether the previous random generation was done using
44          * cryptographically strong random number generator or not.
45          */
46         protected $strong = null;
47
48         /**
49          * List of functions to call to generate some random state
50          *
51          * @var callable[]
52          */
53         protected $randomFuncs = [];
54
55         /**
56          * List of files to generate some random state from
57          *
58          * @var string[]
59          */
60         protected $randomFiles = [];
61
62         /**
63          * @var LoggerInterface
64          */
65         protected $logger;
66
67         public function __construct( array $randomFuncs, array $randomFiles, LoggerInterface $logger ) {
68                 $this->randomFuncs = $randomFuncs;
69                 $this->randomFiles = $randomFiles;
70                 $this->logger = $logger;
71         }
72
73         /**
74          * Initialize an initial random state based off of whatever we can find
75          * @return string
76          */
77         protected function initialRandomState() {
78                 // $_SERVER contains a variety of unstable user and system specific information
79                 // It'll vary a little with each page, and vary even more with separate users
80                 // It'll also vary slightly across different machines
81                 $state = serialize( $_SERVER );
82
83                 // Try to gather a little entropy from the different php rand sources
84                 $state .= rand() . uniqid( mt_rand(), true );
85
86                 // Include some information about the filesystem's current state in the random state
87                 $files = $this->randomFiles;
88
89                 // We know this file is here so grab some info about ourselves
90                 $files[] = __FILE__;
91
92                 // We must also have a parent folder, and with the usual file structure, a grandparent
93                 $files[] = __DIR__;
94                 $files[] = dirname( __DIR__ );
95
96                 foreach ( $files as $file ) {
97                         MediaWiki\suppressWarnings();
98                         $stat = stat( $file );
99                         MediaWiki\restoreWarnings();
100                         if ( $stat ) {
101                                 // stat() duplicates data into numeric and string keys so kill off all the numeric ones
102                                 foreach ( $stat as $k => $v ) {
103                                         if ( is_numeric( $k ) ) {
104                                                 unset( $k );
105                                         }
106                                 }
107                                 // The absolute filename itself will differ from install to install so don't leave it out
108                                 $path = realpath( $file );
109                                 if ( $path !== false ) {
110                                         $state .= $path;
111                                 } else {
112                                         $state .= $file;
113                                 }
114                                 $state .= implode( '', $stat );
115                         } else {
116                                 // The fact that the file isn't there is worth at least a
117                                 // minuscule amount of entropy.
118                                 $state .= '0';
119                         }
120                 }
121
122                 // Try and make this a little more unstable by including the varying process
123                 // id of the php process we are running inside of if we are able to access it
124                 if ( function_exists( 'getmypid' ) ) {
125                         $state .= getmypid();
126                 }
127
128                 // If available try to increase the instability of the data by throwing in
129                 // the precise amount of memory that we happen to be using at the moment.
130                 if ( function_exists( 'memory_get_usage' ) ) {
131                         $state .= memory_get_usage( true );
132                 }
133
134                 foreach ( $this->randomFuncs as $randomFunc ) {
135                         $state .= call_user_func( $randomFunc );
136                 }
137
138                 return $state;
139         }
140
141         /**
142          * Randomly hash data while mixing in clock drift data for randomness
143          *
144          * @param string $data The data to randomly hash.
145          * @return string The hashed bytes
146          * @author Tim Starling
147          */
148         protected function driftHash( $data ) {
149                 // Minimum number of iterations (to avoid slow operations causing the
150                 // loop to gather little entropy)
151                 $minIterations = self::MIN_ITERATIONS;
152                 // Duration of time to spend doing calculations (in seconds)
153                 $duration = ( self::MSEC_PER_BYTE / 1000 ) * MWCryptHash::hashLength();
154                 // Create a buffer to use to trigger memory operations
155                 $bufLength = 10000000;
156                 $buffer = str_repeat( ' ', $bufLength );
157                 $bufPos = 0;
158
159                 // Iterate for $duration seconds or at least $minIterations number of iterations
160                 $iterations = 0;
161                 $startTime = microtime( true );
162                 $currentTime = $startTime;
163                 while ( $iterations < $minIterations || $currentTime - $startTime < $duration ) {
164                         // Trigger some memory writing to trigger some bus activity
165                         // This may create variance in the time between iterations
166                         $bufPos = ( $bufPos + 13 ) % $bufLength;
167                         $buffer[$bufPos] = ' ';
168                         // Add the drift between this iteration and the last in as entropy
169                         $nextTime = microtime( true );
170                         $delta = (int)( ( $nextTime - $currentTime ) * 1000000 );
171                         $data .= $delta;
172                         // Every 100 iterations hash the data and entropy
173                         if ( $iterations % 100 === 0 ) {
174                                 $data = sha1( $data );
175                         }
176                         $currentTime = $nextTime;
177                         $iterations++;
178                 }
179                 $timeTaken = $currentTime - $startTime;
180                 $data = MWCryptHash::hash( $data );
181
182                 $this->logger->debug( "Clock drift calculation " .
183                         "(time-taken=" . ( $timeTaken * 1000 ) . "ms, " .
184                         "iterations=$iterations, " .
185                         "time-per-iteration=" . ( $timeTaken / $iterations * 1e6 ) . "us)" );
186
187                 return $data;
188         }
189
190         /**
191          * Return a rolling random state initially build using data from unstable sources
192          * @return string A new weak random state
193          */
194         protected function randomState() {
195                 static $state = null;
196                 if ( is_null( $state ) ) {
197                         // Initialize the state with whatever unstable data we can find
198                         // It's important that this data is hashed right afterwards to prevent
199                         // it from being leaked into the output stream
200                         $state = MWCryptHash::hash( $this->initialRandomState() );
201                 }
202                 // Generate a new random state based on the initial random state or previous
203                 // random state by combining it with clock drift
204                 $state = $this->driftHash( $state );
205
206                 return $state;
207         }
208
209         /**
210          * Return a boolean indicating whether or not the source used for cryptographic
211          * random bytes generation in the previously run generate* call
212          * was cryptographically strong.
213          *
214          * @return bool Returns true if the source was strong, false if not.
215          */
216         public function wasStrong() {
217                 if ( is_null( $this->strong ) ) {
218                         throw new RuntimeException( __METHOD__ . ' called before generation of random data' );
219                 }
220
221                 return $this->strong;
222         }
223
224         /**
225          * Generate a run of (ideally) cryptographically random data and return
226          * it in raw binary form.
227          * You can use CryptRand::wasStrong() if you wish to know if the source used
228          * was cryptographically strong.
229          *
230          * @param int $bytes The number of bytes of random data to generate
231          * @param bool $forceStrong Pass true if you want generate to prefer cryptographically
232          *                          strong sources of entropy even if reading from them may steal
233          *                          more entropy from the system than optimal.
234          * @return string Raw binary random data
235          */
236         public function generate( $bytes, $forceStrong = false ) {
237                 $bytes = floor( $bytes );
238                 static $buffer = '';
239                 if ( is_null( $this->strong ) ) {
240                         // Set strength to false initially until we know what source data is coming from
241                         $this->strong = true;
242                 }
243
244                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
245                         // If available make use of PHP 7's random_bytes
246                         // On Linux, getrandom syscall will be used if available.
247                         // On Windows CryptGenRandom will always be used
248                         // On other platforms, /dev/urandom will be used.
249                         // Avoids polyfills from before php 7.0
250                         // All error situations will throw Exceptions and or Errors
251                         if ( PHP_VERSION_ID >= 70000
252                                 || ( defined( 'HHVM_VERSION_ID' ) && HHVM_VERSION_ID >= 31101 )
253                         ) {
254                                 $rem = $bytes - strlen( $buffer );
255                                 $buffer .= random_bytes( $rem );
256                         }
257                         if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
258                                 $this->strong = true;
259                         }
260                 }
261
262                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
263                         // If available make use of mcrypt_create_iv URANDOM source to generate randomness
264                         // On unix-like systems this reads from /dev/urandom but does it without any buffering
265                         // and bypasses openbasedir restrictions, so it's preferable to reading directly
266                         // On Windows starting in PHP 5.3.0 Windows' native CryptGenRandom is used to generate
267                         // entropy so this is also preferable to just trying to read urandom because it may work
268                         // on Windows systems as well.
269                         if ( function_exists( 'mcrypt_create_iv' ) ) {
270                                 $rem = $bytes - strlen( $buffer );
271                                 $iv = mcrypt_create_iv( $rem, MCRYPT_DEV_URANDOM );
272                                 if ( $iv === false ) {
273                                         $this->logger->debug( "mcrypt_create_iv returned false." );
274                                 } else {
275                                         $buffer .= $iv;
276                                         $this->logger->debug( "mcrypt_create_iv generated " . strlen( $iv ) .
277                                                 " bytes of randomness." );
278                                 }
279                         }
280                 }
281
282                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
283                         if ( function_exists( 'openssl_random_pseudo_bytes' ) ) {
284                                 $rem = $bytes - strlen( $buffer );
285                                 $openssl_bytes = openssl_random_pseudo_bytes( $rem, $openssl_strong );
286                                 if ( $openssl_bytes === false ) {
287                                         $this->logger->debug( "openssl_random_pseudo_bytes returned false." );
288                                 } else {
289                                         $buffer .= $openssl_bytes;
290                                         $this->logger->debug( "openssl_random_pseudo_bytes generated " .
291                                                 strlen( $openssl_bytes ) . " bytes of " .
292                                                 ( $openssl_strong ? "strong" : "weak" ) . " randomness." );
293                                 }
294                                 if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
295                                         // openssl tells us if the random source was strong, if some of our data was generated
296                                         // using it use it's say on whether the randomness is strong
297                                         $this->strong = !!$openssl_strong;
298                                 }
299                         }
300                 }
301
302                 // Only read from urandom if we can control the buffer size or were passed forceStrong
303                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes &&
304                         ( function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) || $forceStrong )
305                 ) {
306                         $rem = $bytes - strlen( $buffer );
307                         if ( !function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) && $forceStrong ) {
308                                 $this->logger->debug( "Was forced to read from /dev/urandom " .
309                                         "without control over the buffer size." );
310                         }
311                         // /dev/urandom is generally considered the best possible commonly
312                         // available random source, and is available on most *nix systems.
313                         MediaWiki\suppressWarnings();
314                         $urandom = fopen( "/dev/urandom", "rb" );
315                         MediaWiki\restoreWarnings();
316
317                         // Attempt to read all our random data from urandom
318                         // php's fread always does buffered reads based on the stream's chunk_size
319                         // so in reality it will usually read more than the amount of data we're
320                         // asked for and not storing that risks depleting the system's random pool.
321                         // If stream_set_read_buffer is available set the chunk_size to the amount
322                         // of data we need. Otherwise read 8k, php's default chunk_size.
323                         if ( $urandom ) {
324                                 // php's default chunk_size is 8k
325                                 $chunk_size = 1024 * 8;
326                                 if ( function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) ) {
327                                         // If possible set the chunk_size to the amount of data we need
328                                         stream_set_read_buffer( $urandom, $rem );
329                                         $chunk_size = $rem;
330                                 }
331                                 $random_bytes = fread( $urandom, max( $chunk_size, $rem ) );
332                                 $buffer .= $random_bytes;
333                                 fclose( $urandom );
334                                 $this->logger->debug( "/dev/urandom generated " . strlen( $random_bytes ) .
335                                         " bytes of randomness." );
336
337                                 if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
338                                         // urandom is always strong, set to true if all our data was generated using it
339                                         $this->strong = true;
340                                 }
341                         } else {
342                                 $this->logger->debug( "/dev/urandom could not be opened." );
343                         }
344                 }
345
346                 // If we cannot use or generate enough data from a secure source
347                 // use this loop to generate a good set of pseudo random data.
348                 // This works by initializing a random state using a pile of unstable data
349                 // and continually shoving it through a hash along with a variable salt.
350                 // We hash the random state with more salt to avoid the state from leaking
351                 // out and being used to predict the /randomness/ that follows.
352                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
353                         $this->logger->debug( __METHOD__ .
354                                 ": Falling back to using a pseudo random state to generate randomness." );
355                 }
356                 while ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
357                         $buffer .= MWCryptHash::hmac( $this->randomState(), strval( mt_rand() ) );
358                         // This code is never really cryptographically strong, if we use it
359                         // at all, then set strong to false.
360                         $this->strong = false;
361                 }
362
363                 // Once the buffer has been filled up with enough random data to fulfill
364                 // the request shift off enough data to handle the request and leave the
365                 // unused portion left inside the buffer for the next request for random data
366                 $generated = substr( $buffer, 0, $bytes );
367                 $buffer = substr( $buffer, $bytes );
368
369                 $this->logger->debug( strlen( $buffer ) .
370                         " bytes of randomness leftover in the buffer." );
371
372                 return $generated;
373         }
374
375         /**
376          * Generate a run of (ideally) cryptographically random data and return
377          * it in hexadecimal string format.
378          * You can use CryptRand::wasStrong() if you wish to know if the source used
379          * was cryptographically strong.
380          *
381          * @param int $chars The number of hex chars of random data to generate
382          * @param bool $forceStrong Pass true if you want generate to prefer cryptographically
383          *                          strong sources of entropy even if reading from them may steal
384          *                          more entropy from the system than optimal.
385          * @return string Hexadecimal random data
386          */
387         public function generateHex( $chars, $forceStrong = false ) {
388                 // hex strings are 2x the length of raw binary so we divide the length in half
389                 // odd numbers will result in a .5 that leads the generate() being 1 character
390                 // short, so we use ceil() to ensure that we always have enough bytes
391                 $bytes = ceil( $chars / 2 );
392                 // Generate the data and then convert it to a hex string
393                 $hex = bin2hex( $this->generate( $bytes, $forceStrong ) );
394
395                 // A bit of paranoia here, the caller asked for a specific length of string
396                 // here, and it's possible (eg when given an odd number) that we may actually
397                 // have at least 1 char more than they asked for. Just in case they made this
398                 // call intending to insert it into a database that does truncation we don't
399                 // want to give them too much and end up with their database and their live
400                 // code having two different values because part of what we gave them is truncated
401                 // hence, we strip out any run of characters longer than what we were asked for.
402                 return substr( $hex, 0, $chars );
403         }
404 }