use ChaCha8-based CSPRNG
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parent
2b7c9362bb
commit
c41e659383
5
Makefile
5
Makefile
@ -2,14 +2,15 @@ CPPFLAGS := -D_GNU_SOURCE
|
|||||||
CFLAGS := -std=c11 -Wall -Wextra -O2 -flto -fPIC -fvisibility=hidden -pedantic
|
CFLAGS := -std=c11 -Wall -Wextra -O2 -flto -fPIC -fvisibility=hidden -pedantic
|
||||||
LDFLAGS := -Wl,--as-needed
|
LDFLAGS := -Wl,--as-needed
|
||||||
LDLIBS := -lpthread
|
LDLIBS := -lpthread
|
||||||
OBJECTS := malloc.o random.o util.o
|
OBJECTS := chacha.o malloc.o random.o util.o
|
||||||
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||||||
hardened_malloc.so: $(OBJECTS)
|
hardened_malloc.so: $(OBJECTS)
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$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -shared $^ $(LDLIBS) -o $@
|
$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -shared $^ $(LDLIBS) -o $@
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||||||
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||||||
malloc.o: malloc.c malloc.h random.h util.h
|
malloc.o: malloc.c malloc.h random.h util.h
|
||||||
random.o: random.c random.h util.h
|
random.o: random.c random.h chacha.h util.h
|
||||||
util.o: util.c util.h
|
util.o: util.c util.h
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||||||
|
chacha.o: chacha.c chacha.h
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||||||
clean:
|
clean:
|
||||||
rm -f hardened_malloc.so $(OBJECTS)
|
rm -f hardened_malloc.so $(OBJECTS)
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||||||
|
188
chacha.c
Normal file
188
chacha.c
Normal file
@ -0,0 +1,188 @@
|
|||||||
|
/*
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||||||
|
Based on chacha-merged.c version 20080118
|
||||||
|
D. J. Bernstein
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||||||
|
Public domain.
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||||||
|
*/
|
||||||
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#include "chacha.h"
|
||||||
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#define U8C(v) (v##U)
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|
#define U32C(v) (v##U)
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||||||
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||||||
|
#define U8V(v) ((u8)(v) & U8C(0xFF))
|
||||||
|
#define U32V(v) ((u32)(v) & U32C(0xFFFFFFFF))
|
||||||
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||||||
|
#define ROTL32(v, n) \
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||||||
|
(U32V((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
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||||||
|
#define U8TO32_LITTLE(p) \
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||||||
|
(((u32)((p)[0]) ) | \
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||||||
|
((u32)((p)[1]) << 8) | \
|
||||||
|
((u32)((p)[2]) << 16) | \
|
||||||
|
((u32)((p)[3]) << 24))
|
||||||
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||||||
|
#define U32TO8_LITTLE(p, v) \
|
||||||
|
do { \
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||||||
|
(p)[0] = U8V((v) ); \
|
||||||
|
(p)[1] = U8V((v) >> 8); \
|
||||||
|
(p)[2] = U8V((v) >> 16); \
|
||||||
|
(p)[3] = U8V((v) >> 24); \
|
||||||
|
} while (0)
|
||||||
|
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||||||
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#define ROTATE(v,c) (ROTL32(v,c))
|
||||||
|
#define XOR(v,w) ((v) ^ (w))
|
||||||
|
#define PLUS(v,w) (U32V((v) + (w)))
|
||||||
|
#define PLUSONE(v) (PLUS((v),1))
|
||||||
|
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||||||
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#define QUARTERROUND(a,b,c,d) \
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||||||
|
a = PLUS(a,b); d = ROTATE(XOR(d,a),16); \
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||||||
|
c = PLUS(c,d); b = ROTATE(XOR(b,c),12); \
|
||||||
|
a = PLUS(a,b); d = ROTATE(XOR(d,a), 8); \
|
||||||
|
c = PLUS(c,d); b = ROTATE(XOR(b,c), 7);
|
||||||
|
|
||||||
|
static const char sigma[16] = "expand 32-byte k";
|
||||||
|
static const char tau[16] = "expand 16-byte k";
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||||||
|
|
||||||
|
void chacha_keysetup(chacha_ctx *x,const u8 *k,u32 kbits)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
const char *constants;
|
||||||
|
|
||||||
|
x->input[4] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
|
||||||
|
x->input[5] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
|
||||||
|
x->input[6] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
|
||||||
|
x->input[7] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
|
||||||
|
if (kbits == 256) { /* recommended */
|
||||||
|
k += 16;
|
||||||
|
constants = sigma;
|
||||||
|
} else { /* kbits == 128 */
|
||||||
|
constants = tau;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
x->input[8] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
|
||||||
|
x->input[9] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
|
||||||
|
x->input[10] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
|
||||||
|
x->input[11] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
|
||||||
|
x->input[0] = U8TO32_LITTLE(constants + 0);
|
||||||
|
x->input[1] = U8TO32_LITTLE(constants + 4);
|
||||||
|
x->input[2] = U8TO32_LITTLE(constants + 8);
|
||||||
|
x->input[3] = U8TO32_LITTLE(constants + 12);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void chacha_ivsetup(chacha_ctx *x,const u8 *iv)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x->input[12] = 0;
|
||||||
|
x->input[13] = 0;
|
||||||
|
x->input[14] = U8TO32_LITTLE(iv + 0);
|
||||||
|
x->input[15] = U8TO32_LITTLE(iv + 4);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void
|
||||||
|
chacha_keystream_bytes(chacha_ctx *x,u8 *c,u32 bytes)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
u32 x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9, x10, x11, x12, x13, x14, x15;
|
||||||
|
u32 j0, j1, j2, j3, j4, j5, j6, j7, j8, j9, j10, j11, j12, j13, j14, j15;
|
||||||
|
u8 *ctarget;
|
||||||
|
u8 tmp[64];
|
||||||
|
unsigned i;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!bytes) return;
|
||||||
|
|
||||||
|
j0 = x->input[0];
|
||||||
|
j1 = x->input[1];
|
||||||
|
j2 = x->input[2];
|
||||||
|
j3 = x->input[3];
|
||||||
|
j4 = x->input[4];
|
||||||
|
j5 = x->input[5];
|
||||||
|
j6 = x->input[6];
|
||||||
|
j7 = x->input[7];
|
||||||
|
j8 = x->input[8];
|
||||||
|
j9 = x->input[9];
|
||||||
|
j10 = x->input[10];
|
||||||
|
j11 = x->input[11];
|
||||||
|
j12 = x->input[12];
|
||||||
|
j13 = x->input[13];
|
||||||
|
j14 = x->input[14];
|
||||||
|
j15 = x->input[15];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (;;) {
|
||||||
|
if (bytes < 64) {
|
||||||
|
ctarget = c;
|
||||||
|
c = tmp;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
x0 = j0;
|
||||||
|
x1 = j1;
|
||||||
|
x2 = j2;
|
||||||
|
x3 = j3;
|
||||||
|
x4 = j4;
|
||||||
|
x5 = j5;
|
||||||
|
x6 = j6;
|
||||||
|
x7 = j7;
|
||||||
|
x8 = j8;
|
||||||
|
x9 = j9;
|
||||||
|
x10 = j10;
|
||||||
|
x11 = j11;
|
||||||
|
x12 = j12;
|
||||||
|
x13 = j13;
|
||||||
|
x14 = j14;
|
||||||
|
x15 = j15;
|
||||||
|
for (i = 8;i > 0;i -= 2) {
|
||||||
|
QUARTERROUND( x0, x4, x8,x12)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x1, x5, x9,x13)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x2, x6,x10,x14)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x3, x7,x11,x15)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x0, x5,x10,x15)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x1, x6,x11,x12)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x2, x7, x8,x13)
|
||||||
|
QUARTERROUND( x3, x4, x9,x14)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
x0 = PLUS(x0,j0);
|
||||||
|
x1 = PLUS(x1,j1);
|
||||||
|
x2 = PLUS(x2,j2);
|
||||||
|
x3 = PLUS(x3,j3);
|
||||||
|
x4 = PLUS(x4,j4);
|
||||||
|
x5 = PLUS(x5,j5);
|
||||||
|
x6 = PLUS(x6,j6);
|
||||||
|
x7 = PLUS(x7,j7);
|
||||||
|
x8 = PLUS(x8,j8);
|
||||||
|
x9 = PLUS(x9,j9);
|
||||||
|
x10 = PLUS(x10,j10);
|
||||||
|
x11 = PLUS(x11,j11);
|
||||||
|
x12 = PLUS(x12,j12);
|
||||||
|
x13 = PLUS(x13,j13);
|
||||||
|
x14 = PLUS(x14,j14);
|
||||||
|
x15 = PLUS(x15,j15);
|
||||||
|
|
||||||
|
j12 = PLUSONE(j12);
|
||||||
|
if (!j12) {
|
||||||
|
j13 = PLUSONE(j13);
|
||||||
|
/* stopping at 2^70 bytes per nonce is user's responsibility */
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 0,x0);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 4,x1);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 8,x2);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 12,x3);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 16,x4);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 20,x5);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 24,x6);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 28,x7);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 32,x8);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 36,x9);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 40,x10);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 44,x11);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 48,x12);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 52,x13);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 56,x14);
|
||||||
|
U32TO8_LITTLE(c + 60,x15);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (bytes <= 64) {
|
||||||
|
if (bytes < 64) {
|
||||||
|
for (i = 0;i < bytes;++i) ctarget[i] = c[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
x->input[12] = j12;
|
||||||
|
x->input[13] = j13;
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
bytes -= 64;
|
||||||
|
c += 64;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
18
chacha.h
Normal file
18
chacha.h
Normal file
@ -0,0 +1,18 @@
|
|||||||
|
#ifndef CHACHA_H
|
||||||
|
#define CHACHA_H
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <stdint.h>
|
||||||
|
|
||||||
|
typedef uint8_t u8;
|
||||||
|
typedef uint32_t u32;
|
||||||
|
|
||||||
|
typedef struct
|
||||||
|
{
|
||||||
|
u32 input[16];
|
||||||
|
} chacha_ctx;
|
||||||
|
|
||||||
|
void chacha_keysetup(chacha_ctx *x,const u8 *k,u32 kbits);
|
||||||
|
void chacha_ivsetup(chacha_ctx *x,const u8 *iv);
|
||||||
|
void chacha_keystream_bytes(chacha_ctx *x,u8 *c,u32 bytes);
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif
|
24
random.c
24
random.c
@ -16,6 +16,8 @@ static ssize_t getrandom(void *buf, size_t buflen, unsigned int flags) {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "chacha.h"
|
||||||
|
|
||||||
static void get_random_seed(void *buf, size_t size) {
|
static void get_random_seed(void *buf, size_t size) {
|
||||||
while (size > 0) {
|
while (size > 0) {
|
||||||
ssize_t r;
|
ssize_t r;
|
||||||
@ -33,20 +35,34 @@ static void get_random_seed(void *buf, size_t size) {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#define KEY_SIZE 32
|
||||||
|
#define IV_SIZE 8
|
||||||
|
|
||||||
void random_state_init(struct random_state *state) {
|
void random_state_init(struct random_state *state) {
|
||||||
state->index = RANDOM_CACHE_SIZE;
|
uint8_t rnd[KEY_SIZE + IV_SIZE];
|
||||||
|
get_random_seed(rnd, sizeof(rnd));
|
||||||
|
chacha_keysetup(&state->ctx, rnd, KEY_SIZE * 8);
|
||||||
|
chacha_ivsetup(&state->ctx, rnd + KEY_SIZE);
|
||||||
|
chacha_keystream_bytes(&state->ctx, state->cache, RANDOM_CACHE_SIZE);
|
||||||
|
state->index = 0;
|
||||||
|
state->reseed = 0;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void get_random_bytes(struct random_state *state, void *buf, size_t size) {
|
void get_random_bytes(struct random_state *state, void *buf, size_t size) {
|
||||||
if (size > RANDOM_CACHE_SIZE / 2) {
|
if (size > RANDOM_CACHE_SIZE / 2) {
|
||||||
get_random_seed(buf, size);
|
chacha_keystream_bytes(&state->ctx, state->cache, RANDOM_CACHE_SIZE);
|
||||||
return;
|
return;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
while (size) {
|
while (size) {
|
||||||
if (state->index == RANDOM_CACHE_SIZE) {
|
if (state->index == RANDOM_CACHE_SIZE) {
|
||||||
state->index = 0;
|
if (state->reseed >= RANDOM_RESEED_SIZE) {
|
||||||
get_random_seed(state->cache, RANDOM_CACHE_SIZE);
|
random_state_init(state);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
chacha_keystream_bytes(&state->ctx, state->cache, RANDOM_CACHE_SIZE);
|
||||||
|
state->index = 0;
|
||||||
|
state->reseed += RANDOM_CACHE_SIZE;
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
size_t remaining = RANDOM_CACHE_SIZE - state->index;
|
size_t remaining = RANDOM_CACHE_SIZE - state->index;
|
||||||
size_t copy_size = size < remaining ? size : remaining;
|
size_t copy_size = size < remaining ? size : remaining;
|
||||||
|
7
random.h
7
random.h
@ -3,10 +3,15 @@
|
|||||||
|
|
||||||
#include <stdint.h>
|
#include <stdint.h>
|
||||||
|
|
||||||
#define RANDOM_CACHE_SIZE 4096
|
#include "chacha.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
#define RANDOM_CACHE_SIZE 256ULL
|
||||||
|
#define RANDOM_RESEED_SIZE 256ULL * 1024
|
||||||
|
|
||||||
struct random_state {
|
struct random_state {
|
||||||
size_t index;
|
size_t index;
|
||||||
|
size_t reseed;
|
||||||
|
chacha_ctx ctx;
|
||||||
uint8_t cache[RANDOM_CACHE_SIZE];
|
uint8_t cache[RANDOM_CACHE_SIZE];
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
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