]> scripts.mit.edu Git - autoinstallsdev/mediawiki.git/blob - includes/CryptRand.php
MediaWiki 1.17.3-scripts
[autoinstallsdev/mediawiki.git] / includes / 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  * @author Daniel Friesen
9  * @file
10  */
11
12 class MWCryptRand {
13
14         /**
15          * Minimum number of iterations we want to make in our drift calculations.
16          */
17         const MIN_ITERATIONS = 1000;
18
19         /**
20          * Number of milliseconds we want to spend generating each separate byte
21          * of the final generated bytes.
22          * This is used in combination with the hash length to determine the duration
23          * we should spend doing drift calculations.
24          */
25         const MSEC_PER_BYTE = 0.5;
26
27         /**
28          * Singleton instance for public use
29          */
30         protected static $singleton = null;
31
32         /**
33          * The hash algorithm being used
34          */
35         protected $algo = null;
36
37         /**
38          * The number of bytes outputted by the hash algorithm
39          */
40         protected $hashLength = null;
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          * Initialize an initial random state based off of whatever we can find
50          */
51         protected function initialRandomState() {
52                 // $_SERVER contains a variety of unstable user and system specific information
53                 // It'll vary a little with each page, and vary even more with separate users
54                 // It'll also vary slightly across different machines
55                 $state = serialize( $_SERVER );
56
57                 // To try and vary the system information of the state a bit more
58                 // by including the system's hostname into the state
59                 $state .= wfHostname();
60
61                 // Try to gather a little entropy from the different php rand sources
62                 $state .= rand() . uniqid( mt_rand(), true );
63
64                 // Include some information about the filesystem's current state in the random state
65                 $files = array();
66                 // We know this file is here so grab some info about ourself
67                 $files[] = __FILE__;
68                 // The config file is likely the most often edited file we know should be around
69                 // so if the constant with it's location is defined include it's stat info into the state
70                 if ( defined( 'MW_CONFIG_FILE' ) ) {
71                         $files[] = MW_CONFIG_FILE;
72                 }
73                 foreach ( $files as $file ) {
74                         wfSuppressWarnings();
75                         $stat = stat( $file );
76                         wfRestoreWarnings();
77                         if ( $stat ) {
78                                 // stat() duplicates data into numeric and string keys so kill off all the numeric ones
79                                 foreach ( $stat as $k => $v ) {
80                                         if ( is_numeric( $k ) ) {
81                                                 unset( $k );
82                                         }
83                                 }
84                                 // The absolute filename itself will differ from install to install so don't leave it out
85                                 $state .= realpath( $file );
86                                 $state .= implode( '', $stat );
87                         } else {
88                                 // The fact that the file isn't there is worth at least a
89                                 // minuscule amount of entropy.
90                                 $state .= '0';
91                         }
92                 }
93
94                 // Try and make this a little more unstable by including the varying process
95                 // id of the php process we are running inside of if we are able to access it
96                 if ( function_exists( 'getmypid' ) ) {
97                         $state .= getmypid();
98                 }
99
100                 // If available try to increase the instability of the data by throwing in
101                 // the precise amount of memory that we happen to be using at the moment.
102                 if ( function_exists( 'memory_get_usage' ) ) {
103                         $state .= memory_get_usage( true );
104                 }
105
106                 // It's mostly worthless but throw the wiki's id into the data for a little more variance
107                 $state .= wfWikiID();
108
109                 // If we have a secret key or proxy key set then throw it into the state as well
110                 global $wgSecretKey, $wgProxyKey;
111                 if ( $wgSecretKey ) {
112                         $state .= $wgSecretKey;
113                 } elseif ( $wgProxyKey ) {
114                         $state .= $wgProxyKey;
115                 }
116
117                 return $state;
118         }
119
120         /**
121          * Randomly hash data while mixing in clock drift data for randomness
122          *
123          * @param $data The data to randomly hash.
124          * @return String The hashed bytes
125          * @author Tim Starling
126          */
127         protected function driftHash( $data ) {
128                 // Minimum number of iterations (to avoid slow operations causing the loop to gather little entropy)
129                 $minIterations = self::MIN_ITERATIONS;
130                 // Duration of time to spend doing calculations (in seconds)
131                 $duration = ( self::MSEC_PER_BYTE / 1000 ) * $this->hashLength();
132                 // Create a buffer to use to trigger memory operations
133                 $bufLength = 10000000;
134                 $buffer = str_repeat( ' ', $bufLength );
135                 $bufPos = 0;
136
137                 // Iterate for $duration seconds or at least $minIerations number of iterations
138                 $iterations = 0;
139                 $startTime = microtime( true );
140                 $currentTime = $startTime;
141                 while ( $iterations < $minIterations || $currentTime - $startTime < $duration ) {
142                         // Trigger some memory writing to trigger some bus activity
143                         // This may create variance in the time between iterations
144                         $bufPos = ( $bufPos + 13 ) % $bufLength;
145                         $buffer[$bufPos] = ' ';
146                         // Add the drift between this iteration and the last in as entropy
147                         $nextTime = microtime( true );
148                         $delta = (int)( ( $nextTime - $currentTime ) * 1000000 );
149                         $data .= $delta;
150                         // Every 100 iterations hash the data and entropy
151                         if ( $iterations % 100 === 0 ) {
152                                 $data = sha1( $data );
153                         }
154                         $currentTime = $nextTime;
155                         $iterations++;
156                 }
157                 $timeTaken = $currentTime - $startTime;
158                 $data = $this->hash( $data );
159
160                 wfDebug( __METHOD__ . ": Clock drift calculation " .
161                         "(time-taken=" . ( $timeTaken * 1000 ) . "ms, " .
162                         "iterations=$iterations, " .
163                         "time-per-iteration=" . ( $timeTaken / $iterations * 1e6 ) . "us)\n" );
164                 return $data;
165         }
166
167         /**
168          * Return a rolling random state initially build using data from unstable sources
169          * @return A new weak random state
170          */
171         protected function randomState() {
172                 static $state = null;
173                 if ( is_null( $state ) ) {
174                         // Initialize the state with whatever unstable data we can find
175                         // It's important that this data is hashed right afterwards to prevent
176                         // it from being leaked into the output stream
177                         $state = $this->hash( $this->initialRandomState() );
178                 }
179                 // Generate a new random state based on the initial random state or previous
180                 // random state by combining it with clock drift
181                 $state = $this->driftHash( $state );
182                 return $state;
183         }
184
185         /**
186          * Decide on the best acceptable hash algorithm we have available for hash()
187          * @return String A hash algorithm
188          */
189         protected function hashAlgo() {
190                 if ( !is_null( $this->algo ) ) {
191                         return $this->algo;
192                 }
193
194                 $algos = hash_algos();
195                 $preference = array( 'whirlpool', 'sha256', 'sha1', 'md5' );
196
197                 foreach ( $preference as $algorithm ) {
198                         if ( in_array( $algorithm, $algos ) ) {
199                                 $this->algo = $algorithm;
200                                 wfDebug( __METHOD__ . ": Using the {$this->algo} hash algorithm.\n" );
201                                 return $this->algo;
202                         }
203                 }
204
205                 // We only reach here if no acceptable hash is found in the list, this should
206                 // be a technical impossibility since most of php's hash list is fixed and
207                 // some of the ones we list are available as their own native functions
208                 // But since we already require at least 5.2 and hash() was default in
209                 // 5.1.2 we don't bother falling back to methods like sha1 and md5.
210                 throw new MWException( "Could not find an acceptable hashing function in hash_algos()" );
211         }
212
213         /**
214          * Return the byte-length output of the hash algorithm we are
215          * using in self::hash and self::hmac.
216          *
217          * @return int Number of bytes the hash outputs
218          */
219         protected function hashLength() {
220                 if ( is_null( $this->hashLength ) ) {
221                         $this->hashLength = strlen( $this->hash( '' ) );
222                 }
223                 return $this->hashLength;
224         }
225
226         /**
227          * Generate an acceptably unstable one-way-hash of some text
228          * making use of the best hash algorithm that we have available.
229          *
230          * @return String A raw hash of the data
231          */
232         protected function hash( $data ) {
233                 return hash( $this->hashAlgo(), $data, true );
234         }
235
236         /**
237          * Generate an acceptably unstable one-way-hmac of some text
238          * making use of the best hash algorithm that we have available.
239          *
240          * @return String A raw hash of the data
241          */
242         protected function hmac( $data, $key ) {
243                 return hash_hmac( $this->hashAlgo(), $data, $key, true );
244         }
245
246         /**
247          * @see self::wasStrong()
248          */
249         public function realWasStrong() {
250                 if ( is_null( $this->strong ) ) {
251                         throw new MWException( __METHOD__ . ' called before generation of random data' );
252                 }
253                 return $this->strong;
254         }
255
256         /**
257          * @see self::generate()
258          */
259         public function realGenerate( $bytes, $forceStrong = false ) {
260                 wfProfileIn( __METHOD__ );
261
262                 wfDebug( __METHOD__ . ": Generating cryptographic random bytes for " . wfGetAllCallers( 5 ) . "\n" );
263
264                 $bytes = floor( $bytes );
265                 static $buffer = '';
266                 if ( is_null( $this->strong ) ) {
267                         // Set strength to false initially until we know what source data is coming from
268                         $this->strong = true;
269                 }
270
271                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
272                         // If available make use of mcrypt_create_iv URANDOM source to generate randomness
273                         // On unix-like systems this reads from /dev/urandom but does it without any buffering
274                         // and bypasses openbasdir restrictions so it's preferable to reading directly
275                         // On Windows starting in PHP 5.3.0 Windows' native CryptGenRandom is used to generate
276                         // entropy so this is also preferable to just trying to read urandom because it may work
277                         // on Windows systems as well.
278                         if ( function_exists( 'mcrypt_create_iv' ) ) {
279                                 wfProfileIn( __METHOD__ . '-mcrypt' );
280                                 $rem = $bytes - strlen( $buffer );
281                                 $iv = mcrypt_create_iv( $rem, MCRYPT_DEV_URANDOM );
282                                 if ( $iv === false ) {
283                                         wfDebug( __METHOD__ . ": mcrypt_create_iv returned false.\n" );
284                                 } else {
285                                         $bytes .= $iv;
286                                         wfDebug( __METHOD__ . ": mcrypt_create_iv generated " . strlen( $iv ) . " bytes of randomness.\n" );
287                                 }
288                                 wfProfileOut( __METHOD__ . '-mcrypt' );
289                         }
290                 }
291
292                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
293                         // If available make use of openssl's random_pesudo_bytes method to attempt to generate randomness.
294                         // However don't do this on Windows with PHP < 5.3.4 due to a bug:
295                         // http://stackoverflow.com/questions/1940168/openssl-random-pseudo-bytes-is-slow-php
296                         if ( function_exists( 'openssl_random_pseudo_bytes' )
297                                 && ( !wfIsWindows() || version_compare( PHP_VERSION, '5.3.4', '>=' ) )
298                         ) {
299                                 wfProfileIn( __METHOD__ . '-openssl' );
300                                 $rem = $bytes - strlen( $buffer );
301                                 $openssl_bytes = openssl_random_pseudo_bytes( $rem, $openssl_strong );
302                                 if ( $openssl_bytes === false ) {
303                                         wfDebug( __METHOD__ . ": openssl_random_pseudo_bytes returned false.\n" );
304                                 } else {
305                                         $buffer .= $openssl_bytes;
306                                         wfDebug( __METHOD__ . ": openssl_random_pseudo_bytes generated " . strlen( $openssl_bytes ) . " bytes of " . ( $openssl_strong ? "strong" : "weak" ) . " randomness.\n" );
307                                 }
308                                 if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
309                                         // openssl tells us if the random source was strong, if some of our data was generated
310                                         // using it use it's say on whether the randomness is strong
311                                         $this->strong = !!$openssl_strong;
312                                 }
313                                 wfProfileOut( __METHOD__ . '-openssl' );
314                         }
315                 }
316
317                 // Only read from urandom if we can control the buffer size or were passed forceStrong
318                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes && ( function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) || $forceStrong ) ) {
319                         wfProfileIn( __METHOD__ . '-fopen-urandom' );
320                         $rem = $bytes - strlen( $buffer );
321                         if ( !function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) && $forceStrong ) {
322                                 wfDebug( __METHOD__ . ": Was forced to read from /dev/urandom without control over the buffer size.\n" );
323                         }
324                         // /dev/urandom is generally considered the best possible commonly
325                         // available random source, and is available on most *nix systems.
326                         wfSuppressWarnings();
327                         $urandom = fopen( "/dev/urandom", "rb" );
328                         wfRestoreWarnings();
329
330                         // Attempt to read all our random data from urandom
331                         // php's fread always does buffered reads based on the stream's chunk_size
332                         // so in reality it will usually read more than the amount of data we're
333                         // asked for and not storing that risks depleting the system's random pool.
334                         // If stream_set_read_buffer is available set the chunk_size to the amount
335                         // of data we need. Otherwise read 8k, php's default chunk_size.
336                         if ( $urandom ) {
337                                 // php's default chunk_size is 8k
338                                 $chunk_size = 1024 * 8;
339                                 if ( function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) ) {
340                                         // If possible set the chunk_size to the amount of data we need
341                                         stream_set_read_buffer( $urandom, $rem );
342                                         $chunk_size = $rem;
343                                 }
344                                 $random_bytes = fread( $urandom, max( $chunk_size, $rem ) );
345                                 $buffer .= $random_bytes;
346                                 fclose( $urandom );
347                                 wfDebug( __METHOD__ . ": /dev/urandom generated " . strlen( $random_bytes ) . " bytes of randomness.\n" );
348                                 if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
349                                         // urandom is always strong, set to true if all our data was generated using it
350                                         $this->strong = true;
351                                 }
352                         } else {
353                                 wfDebug( __METHOD__ . ": /dev/urandom could not be opened.\n" );
354                         }
355                         wfProfileOut( __METHOD__ . '-fopen-urandom' );
356                 }
357
358                 // If we cannot use or generate enough data from a secure source
359                 // use this loop to generate a good set of pseudo random data.
360                 // This works by initializing a random state using a pile of unstable data
361                 // and continually shoving it through a hash along with a variable salt.
362                 // We hash the random state with more salt to avoid the state from leaking
363                 // out and being used to predict the /randomness/ that follows.
364                 if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
365                         wfDebug( __METHOD__ . ": Falling back to using a pseudo random state to generate randomness.\n" ); 
366                 }
367                 while ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
368                         wfProfileIn( __METHOD__ . '-fallback' );
369                         $buffer .= $this->hmac( $this->randomState(), mt_rand() );
370                         // This code is never really cryptographically strong, if we use it
371                         // at all, then set strong to false.
372                         $this->strong = false;
373                         wfProfileOut( __METHOD__ . '-fallback' );
374                 }
375
376                 // Once the buffer has been filled up with enough random data to fulfill
377                 // the request shift off enough data to handle the request and leave the
378                 // unused portion left inside the buffer for the next request for random data
379                 $generated = substr( $buffer, 0, $bytes );
380                 $buffer = substr( $buffer, $bytes );
381
382                 wfDebug( __METHOD__ . ": " . strlen( $buffer ) . " bytes of randomness leftover in the buffer.\n" );
383
384                 wfProfileOut( __METHOD__ );
385                 return $generated;
386         }
387
388         /**
389          * @see self::generateHex()
390          */
391         public function realGenerateHex( $chars, $forceStrong = false ) {
392                 // hex strings are 2x the length of raw binary so we divide the length in half
393                 // odd numbers will result in a .5 that leads the generate() being 1 character
394                 // short, so we use ceil() to ensure that we always have enough bytes
395                 $bytes = ceil( $chars / 2 );
396                 // Generate the data and then convert it to a hex string
397                 $hex = bin2hex( $this->generate( $bytes, $forceStrong ) );
398                 // A bit of paranoia here, the caller asked for a specific length of string
399                 // here, and it's possible (eg when given an odd number) that we may actually
400                 // have at least 1 char more than they asked for. Just in case they made this
401                 // call intending to insert it into a database that does truncation we don't
402                 // want to give them too much and end up with their database and their live
403                 // code having two different values because part of what we gave them is truncated
404                 // hence, we strip out any run of characters longer than what we were asked for.
405                 return substr( $hex, 0, $chars );
406         }
407
408         /** Publicly exposed static methods **/
409
410         /**
411          * Return a singleton instance of MWCryptRand
412          */
413         protected static function singleton() {
414                 if ( is_null( self::$singleton ) ) {
415                         self::$singleton = new self;
416                 }
417                 return self::$singleton;
418         }
419
420         /**
421          * Return a boolean indicating whether or not the source used for cryptographic
422          * random bytes generation in the previously run generate* call
423          * was cryptographically strong.
424          *
425          * @return bool Returns true if the source was strong, false if not.
426          */
427         public static function wasStrong() {
428                 return self::singleton()->realWasStrong();
429         }
430
431         /**
432          * Generate a run of (ideally) cryptographically random data and return
433          * it in raw binary form.
434          * You can use MWCryptRand::wasStrong() if you wish to know if the source used
435          * was cryptographically strong.
436          *
437          * @param $bytes int the number of bytes of random data to generate
438          * @param $forceStrong bool Pass true if you want generate to prefer cryptographically
439          *                          strong sources of entropy even if reading from them may steal
440          *                          more entropy from the system than optimal.
441          * @return String Raw binary random data
442          */
443         public static function generate( $bytes, $forceStrong = false ) {
444                 return self::singleton()->realGenerate( $bytes, $forceStrong );
445         }
446
447         /**
448          * Generate a run of (ideally) cryptographically random data and return
449          * it in hexadecimal string format.
450          * You can use MWCryptRand::wasStrong() if you wish to know if the source used
451          * was cryptographically strong.
452          *
453          * @param $chars int the number of hex chars of random data to generate
454          * @param $forceStrong bool Pass true if you want generate to prefer cryptographically
455          *                          strong sources of entropy even if reading from them may steal
456          *                          more entropy from the system than optimal.
457          * @return String Hexadecimal random data
458          */
459         public static function generateHex( $chars, $forceStrong = false ) {
460                 return self::singleton()->realGenerateHex( $chars, $forceStrong );
461         }
462
463 }