]> scripts.mit.edu Git - autoinstallsdev/mediawiki.git/blobdiff - includes/CryptRand.php
MediaWiki 1.17.3
[autoinstallsdev/mediawiki.git] / includes / CryptRand.php
diff --git a/includes/CryptRand.php b/includes/CryptRand.php
new file mode 100644 (file)
index 0000000..10f379c
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,463 @@
+<?php
+/**
+ * A cryptographic random generator class used for generating secret keys
+ *
+ * This is based in part on Drupal code as well as what we used in our own code
+ * prior to introduction of this class.
+ *
+ * @author Daniel Friesen
+ * @file
+ */
+
+class MWCryptRand {
+
+       /**
+        * Minimum number of iterations we want to make in our drift calculations.
+        */
+       const MIN_ITERATIONS = 1000;
+
+       /**
+        * Number of milliseconds we want to spend generating each separate byte
+        * of the final generated bytes.
+        * This is used in combination with the hash length to determine the duration
+        * we should spend doing drift calculations.
+        */
+       const MSEC_PER_BYTE = 0.5;
+
+       /**
+        * Singleton instance for public use
+        */
+       protected static $singleton = null;
+
+       /**
+        * The hash algorithm being used
+        */
+       protected $algo = null;
+
+       /**
+        * The number of bytes outputted by the hash algorithm
+        */
+       protected $hashLength = null;
+
+       /**
+        * A boolean indicating whether the previous random generation was done using
+        * cryptographically strong random number generator or not.
+        */
+       protected $strong = null;
+
+       /**
+        * Initialize an initial random state based off of whatever we can find
+        */
+       protected function initialRandomState() {
+               // $_SERVER contains a variety of unstable user and system specific information
+               // It'll vary a little with each page, and vary even more with separate users
+               // It'll also vary slightly across different machines
+               $state = serialize( $_SERVER );
+
+               // To try and vary the system information of the state a bit more
+               // by including the system's hostname into the state
+               $state .= wfHostname();
+
+               // Try to gather a little entropy from the different php rand sources
+               $state .= rand() . uniqid( mt_rand(), true );
+
+               // Include some information about the filesystem's current state in the random state
+               $files = array();
+               // We know this file is here so grab some info about ourself
+               $files[] = __FILE__;
+               // The config file is likely the most often edited file we know should be around
+               // so if the constant with it's location is defined include it's stat info into the state
+               if ( defined( 'MW_CONFIG_FILE' ) ) {
+                       $files[] = MW_CONFIG_FILE;
+               }
+               foreach ( $files as $file ) {
+                       wfSuppressWarnings();
+                       $stat = stat( $file );
+                       wfRestoreWarnings();
+                       if ( $stat ) {
+                               // stat() duplicates data into numeric and string keys so kill off all the numeric ones
+                               foreach ( $stat as $k => $v ) {
+                                       if ( is_numeric( $k ) ) {
+                                               unset( $k );
+                                       }
+                               }
+                               // The absolute filename itself will differ from install to install so don't leave it out
+                               $state .= realpath( $file );
+                               $state .= implode( '', $stat );
+                       } else {
+                               // The fact that the file isn't there is worth at least a
+                               // minuscule amount of entropy.
+                               $state .= '0';
+                       }
+               }
+
+               // Try and make this a little more unstable by including the varying process
+               // id of the php process we are running inside of if we are able to access it
+               if ( function_exists( 'getmypid' ) ) {
+                       $state .= getmypid();
+               }
+
+               // If available try to increase the instability of the data by throwing in
+               // the precise amount of memory that we happen to be using at the moment.
+               if ( function_exists( 'memory_get_usage' ) ) {
+                       $state .= memory_get_usage( true );
+               }
+
+               // It's mostly worthless but throw the wiki's id into the data for a little more variance
+               $state .= wfWikiID();
+
+               // If we have a secret key or proxy key set then throw it into the state as well
+               global $wgSecretKey, $wgProxyKey;
+               if ( $wgSecretKey ) {
+                       $state .= $wgSecretKey;
+               } elseif ( $wgProxyKey ) {
+                       $state .= $wgProxyKey;
+               }
+
+               return $state;
+       }
+
+       /**
+        * Randomly hash data while mixing in clock drift data for randomness
+        *
+        * @param $data The data to randomly hash.
+        * @return String The hashed bytes
+        * @author Tim Starling
+        */
+       protected function driftHash( $data ) {
+               // Minimum number of iterations (to avoid slow operations causing the loop to gather little entropy)
+               $minIterations = self::MIN_ITERATIONS;
+               // Duration of time to spend doing calculations (in seconds)
+               $duration = ( self::MSEC_PER_BYTE / 1000 ) * $this->hashLength();
+               // Create a buffer to use to trigger memory operations
+               $bufLength = 10000000;
+               $buffer = str_repeat( ' ', $bufLength );
+               $bufPos = 0;
+
+               // Iterate for $duration seconds or at least $minIerations number of iterations
+               $iterations = 0;
+               $startTime = microtime( true );
+               $currentTime = $startTime;
+               while ( $iterations < $minIterations || $currentTime - $startTime < $duration ) {
+                       // Trigger some memory writing to trigger some bus activity
+                       // This may create variance in the time between iterations
+                       $bufPos = ( $bufPos + 13 ) % $bufLength;
+                       $buffer[$bufPos] = ' ';
+                       // Add the drift between this iteration and the last in as entropy
+                       $nextTime = microtime( true );
+                       $delta = (int)( ( $nextTime - $currentTime ) * 1000000 );
+                       $data .= $delta;
+                       // Every 100 iterations hash the data and entropy
+                       if ( $iterations % 100 === 0 ) {
+                               $data = sha1( $data );
+                       }
+                       $currentTime = $nextTime;
+                       $iterations++;
+               }
+               $timeTaken = $currentTime - $startTime;
+               $data = $this->hash( $data );
+
+               wfDebug( __METHOD__ . ": Clock drift calculation " .
+                       "(time-taken=" . ( $timeTaken * 1000 ) . "ms, " .
+                       "iterations=$iterations, " .
+                       "time-per-iteration=" . ( $timeTaken / $iterations * 1e6 ) . "us)\n" );
+               return $data;
+       }
+
+       /**
+        * Return a rolling random state initially build using data from unstable sources
+        * @return A new weak random state
+        */
+       protected function randomState() {
+               static $state = null;
+               if ( is_null( $state ) ) {
+                       // Initialize the state with whatever unstable data we can find
+                       // It's important that this data is hashed right afterwards to prevent
+                       // it from being leaked into the output stream
+                       $state = $this->hash( $this->initialRandomState() );
+               }
+               // Generate a new random state based on the initial random state or previous
+               // random state by combining it with clock drift
+               $state = $this->driftHash( $state );
+               return $state;
+       }
+
+       /**
+        * Decide on the best acceptable hash algorithm we have available for hash()
+        * @return String A hash algorithm
+        */
+       protected function hashAlgo() {
+               if ( !is_null( $this->algo ) ) {
+                       return $this->algo;
+               }
+
+               $algos = hash_algos();
+               $preference = array( 'whirlpool', 'sha256', 'sha1', 'md5' );
+
+               foreach ( $preference as $algorithm ) {
+                       if ( in_array( $algorithm, $algos ) ) {
+                               $this->algo = $algorithm;
+                               wfDebug( __METHOD__ . ": Using the {$this->algo} hash algorithm.\n" );
+                               return $this->algo;
+                       }
+               }
+
+               // We only reach here if no acceptable hash is found in the list, this should
+               // be a technical impossibility since most of php's hash list is fixed and
+               // some of the ones we list are available as their own native functions
+               // But since we already require at least 5.2 and hash() was default in
+               // 5.1.2 we don't bother falling back to methods like sha1 and md5.
+               throw new MWException( "Could not find an acceptable hashing function in hash_algos()" );
+       }
+
+       /**
+        * Return the byte-length output of the hash algorithm we are
+        * using in self::hash and self::hmac.
+        *
+        * @return int Number of bytes the hash outputs
+        */
+       protected function hashLength() {
+               if ( is_null( $this->hashLength ) ) {
+                       $this->hashLength = strlen( $this->hash( '' ) );
+               }
+               return $this->hashLength;
+       }
+
+       /**
+        * Generate an acceptably unstable one-way-hash of some text
+        * making use of the best hash algorithm that we have available.
+        *
+        * @return String A raw hash of the data
+        */
+       protected function hash( $data ) {
+               return hash( $this->hashAlgo(), $data, true );
+       }
+
+       /**
+        * Generate an acceptably unstable one-way-hmac of some text
+        * making use of the best hash algorithm that we have available.
+        *
+        * @return String A raw hash of the data
+        */
+       protected function hmac( $data, $key ) {
+               return hash_hmac( $this->hashAlgo(), $data, $key, true );
+       }
+
+       /**
+        * @see self::wasStrong()
+        */
+       public function realWasStrong() {
+               if ( is_null( $this->strong ) ) {
+                       throw new MWException( __METHOD__ . ' called before generation of random data' );
+               }
+               return $this->strong;
+       }
+
+       /**
+        * @see self::generate()
+        */
+       public function realGenerate( $bytes, $forceStrong = false ) {
+               wfProfileIn( __METHOD__ );
+
+               wfDebug( __METHOD__ . ": Generating cryptographic random bytes for " . wfGetAllCallers( 5 ) . "\n" );
+
+               $bytes = floor( $bytes );
+               static $buffer = '';
+               if ( is_null( $this->strong ) ) {
+                       // Set strength to false initially until we know what source data is coming from
+                       $this->strong = true;
+               }
+
+               if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
+                       // If available make use of mcrypt_create_iv URANDOM source to generate randomness
+                       // On unix-like systems this reads from /dev/urandom but does it without any buffering
+                       // and bypasses openbasdir restrictions so it's preferable to reading directly
+                       // On Windows starting in PHP 5.3.0 Windows' native CryptGenRandom is used to generate
+                       // entropy so this is also preferable to just trying to read urandom because it may work
+                       // on Windows systems as well.
+                       if ( function_exists( 'mcrypt_create_iv' ) ) {
+                               wfProfileIn( __METHOD__ . '-mcrypt' );
+                               $rem = $bytes - strlen( $buffer );
+                               $iv = mcrypt_create_iv( $rem, MCRYPT_DEV_URANDOM );
+                               if ( $iv === false ) {
+                                       wfDebug( __METHOD__ . ": mcrypt_create_iv returned false.\n" );
+                               } else {
+                                       $bytes .= $iv;
+                                       wfDebug( __METHOD__ . ": mcrypt_create_iv generated " . strlen( $iv ) . " bytes of randomness.\n" );
+                               }
+                               wfProfileOut( __METHOD__ . '-mcrypt' );
+                       }
+               }
+
+               if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
+                       // If available make use of openssl's random_pesudo_bytes method to attempt to generate randomness.
+                       // However don't do this on Windows with PHP < 5.3.4 due to a bug:
+                       // http://stackoverflow.com/questions/1940168/openssl-random-pseudo-bytes-is-slow-php
+                       if ( function_exists( 'openssl_random_pseudo_bytes' )
+                               && ( !wfIsWindows() || version_compare( PHP_VERSION, '5.3.4', '>=' ) )
+                       ) {
+                               wfProfileIn( __METHOD__ . '-openssl' );
+                               $rem = $bytes - strlen( $buffer );
+                               $openssl_bytes = openssl_random_pseudo_bytes( $rem, $openssl_strong );
+                               if ( $openssl_bytes === false ) {
+                                       wfDebug( __METHOD__ . ": openssl_random_pseudo_bytes returned false.\n" );
+                               } else {
+                                       $buffer .= $openssl_bytes;
+                                       wfDebug( __METHOD__ . ": openssl_random_pseudo_bytes generated " . strlen( $openssl_bytes ) . " bytes of " . ( $openssl_strong ? "strong" : "weak" ) . " randomness.\n" );
+                               }
+                               if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
+                                       // openssl tells us if the random source was strong, if some of our data was generated
+                                       // using it use it's say on whether the randomness is strong
+                                       $this->strong = !!$openssl_strong;
+                               }
+                               wfProfileOut( __METHOD__ . '-openssl' );
+                       }
+               }
+
+               // Only read from urandom if we can control the buffer size or were passed forceStrong
+               if ( strlen( $buffer ) < $bytes && ( function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) || $forceStrong ) ) {
+                       wfProfileIn( __METHOD__ . '-fopen-urandom' );
+                       $rem = $bytes - strlen( $buffer );
+                       if ( !function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) && $forceStrong ) {
+                               wfDebug( __METHOD__ . ": Was forced to read from /dev/urandom without control over the buffer size.\n" );
+                       }
+                       // /dev/urandom is generally considered the best possible commonly
+                       // available random source, and is available on most *nix systems.
+                       wfSuppressWarnings();
+                       $urandom = fopen( "/dev/urandom", "rb" );
+                       wfRestoreWarnings();
+
+                       // Attempt to read all our random data from urandom
+                       // php's fread always does buffered reads based on the stream's chunk_size
+                       // so in reality it will usually read more than the amount of data we're
+                       // asked for and not storing that risks depleting the system's random pool.
+                       // If stream_set_read_buffer is available set the chunk_size to the amount
+                       // of data we need. Otherwise read 8k, php's default chunk_size.
+                       if ( $urandom ) {
+                               // php's default chunk_size is 8k
+                               $chunk_size = 1024 * 8;
+                               if ( function_exists( 'stream_set_read_buffer' ) ) {
+                                       // If possible set the chunk_size to the amount of data we need
+                                       stream_set_read_buffer( $urandom, $rem );
+                                       $chunk_size = $rem;
+                               }
+                               $random_bytes = fread( $urandom, max( $chunk_size, $rem ) );
+                               $buffer .= $random_bytes;
+                               fclose( $urandom );
+                               wfDebug( __METHOD__ . ": /dev/urandom generated " . strlen( $random_bytes ) . " bytes of randomness.\n" );
+                               if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
+                                       // urandom is always strong, set to true if all our data was generated using it
+                                       $this->strong = true;
+                               }
+                       } else {
+                               wfDebug( __METHOD__ . ": /dev/urandom could not be opened.\n" );
+                       }
+                       wfProfileOut( __METHOD__ . '-fopen-urandom' );
+               }
+
+               // If we cannot use or generate enough data from a secure source
+               // use this loop to generate a good set of pseudo random data.
+               // This works by initializing a random state using a pile of unstable data
+               // and continually shoving it through a hash along with a variable salt.
+               // We hash the random state with more salt to avoid the state from leaking
+               // out and being used to predict the /randomness/ that follows.
+               if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
+                       wfDebug( __METHOD__ . ": Falling back to using a pseudo random state to generate randomness.\n" ); 
+               }
+               while ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
+                       wfProfileIn( __METHOD__ . '-fallback' );
+                       $buffer .= $this->hmac( $this->randomState(), mt_rand() );
+                       // This code is never really cryptographically strong, if we use it
+                       // at all, then set strong to false.
+                       $this->strong = false;
+                       wfProfileOut( __METHOD__ . '-fallback' );
+               }
+
+               // Once the buffer has been filled up with enough random data to fulfill
+               // the request shift off enough data to handle the request and leave the
+               // unused portion left inside the buffer for the next request for random data
+               $generated = substr( $buffer, 0, $bytes );
+               $buffer = substr( $buffer, $bytes );
+
+               wfDebug( __METHOD__ . ": " . strlen( $buffer ) . " bytes of randomness leftover in the buffer.\n" );
+
+               wfProfileOut( __METHOD__ );
+               return $generated;
+       }
+
+       /**
+        * @see self::generateHex()
+        */
+       public function realGenerateHex( $chars, $forceStrong = false ) {
+               // hex strings are 2x the length of raw binary so we divide the length in half
+               // odd numbers will result in a .5 that leads the generate() being 1 character
+               // short, so we use ceil() to ensure that we always have enough bytes
+               $bytes = ceil( $chars / 2 );
+               // Generate the data and then convert it to a hex string
+               $hex = bin2hex( $this->generate( $bytes, $forceStrong ) );
+               // A bit of paranoia here, the caller asked for a specific length of string
+               // here, and it's possible (eg when given an odd number) that we may actually
+               // have at least 1 char more than they asked for. Just in case they made this
+               // call intending to insert it into a database that does truncation we don't
+               // want to give them too much and end up with their database and their live
+               // code having two different values because part of what we gave them is truncated
+               // hence, we strip out any run of characters longer than what we were asked for.
+               return substr( $hex, 0, $chars );
+       }
+
+       /** Publicly exposed static methods **/
+
+       /**
+        * Return a singleton instance of MWCryptRand
+        */
+       protected static function singleton() {
+               if ( is_null( self::$singleton ) ) {
+                       self::$singleton = new self;
+               }
+               return self::$singleton;
+       }
+
+       /**
+        * Return a boolean indicating whether or not the source used for cryptographic
+        * random bytes generation in the previously run generate* call
+        * was cryptographically strong.
+        *
+        * @return bool Returns true if the source was strong, false if not.
+        */
+       public static function wasStrong() {
+               return self::singleton()->realWasStrong();
+       }
+
+       /**
+        * Generate a run of (ideally) cryptographically random data and return
+        * it in raw binary form.
+        * You can use MWCryptRand::wasStrong() if you wish to know if the source used
+        * was cryptographically strong.
+        *
+        * @param $bytes int the number of bytes of random data to generate
+        * @param $forceStrong bool Pass true if you want generate to prefer cryptographically
+        *                          strong sources of entropy even if reading from them may steal
+        *                          more entropy from the system than optimal.
+        * @return String Raw binary random data
+        */
+       public static function generate( $bytes, $forceStrong = false ) {
+               return self::singleton()->realGenerate( $bytes, $forceStrong );
+       }
+
+       /**
+        * Generate a run of (ideally) cryptographically random data and return
+        * it in hexadecimal string format.
+        * You can use MWCryptRand::wasStrong() if you wish to know if the source used
+        * was cryptographically strong.
+        *
+        * @param $chars int the number of hex chars of random data to generate
+        * @param $forceStrong bool Pass true if you want generate to prefer cryptographically
+        *                          strong sources of entropy even if reading from them may steal
+        *                          more entropy from the system than optimal.
+        * @return String Hexadecimal random data
+        */
+       public static function generateHex( $chars, $forceStrong = false ) {
+               return self::singleton()->realGenerateHex( $chars, $forceStrong );
+       }
+
+}