Генерация криптографически безопасных случайных данных в Linux: использование /dev/urandom в ядрах версии 4.8 и выше

Delphi , Синтаксис , Шифрование

В мире программирования генерация случайных чисел — это частая задача, особенно в таких областях, как криптография, игровая логика и статистическое моделирование. Однако не все случайные числа одинаково полезны — в некоторых случаях требуется криптографически безопасная генерация (CSPRNG), которая гарантирует защиту от предсказуемости.

В этой статье мы рассмотрим:
- Почему стандартный randomize в Delphi и Free Pascal не всегда подходит
- Как использовать /dev/urandom в Linux (для ядер версии 4.8+)
- Альтернативные методы для Windows и macOS
- Примеры кода на Object Pascal

Почему Randomize не всегда достаточно

Стандартная функция Randomize в Delphi и Free Pascal инициализирует генератор псевдослучайных чисел (PRNG) с использованием системного времени:

procedure Randomize;
begin
  RandSeed := GetTickCount;
end;

Хотя этого достаточно для многих задач (например, генерации случайных карт в играх), такой подход не подходит для криптографии, так как:
1. Предсказуемость: Если злоумышленник знает временной интервал запуска программы, он может воспроизвести последовательность.
2. Ограниченная энтропия: GetTickCount возвращает миллисекунды с момента запуска системы, что дает около 58 миллионов возможных начальных значений в день.

Когда можно использовать Randomize?

• В играх (например, процедурная генерация уровней).
• В тестах, где важна повторяемость (если RandSeed фиксирован).
• В задачах, где безопасность не критична.

Криптографически безопасные генераторы (CSPRNG)

1. /dev/urandom в Linux (ядра 4.8+)

Начиная с версии 4.8, ядро Linux гарантирует, что /dev/urandom безопасен для криптографии, так как энтропия накапливается еще во время загрузки системы.

Пример чтения случайных данных:

function LinuxCSPRNG(var Buffer; Bytes: LongWord): Boolean;
var
  f: File;
begin
  Result := False;
  Assign(f, '/dev/urandom');
  Reset(f, 1);
  try
    BlockRead(f, Buffer, Bytes);
    Result := True;
  finally
    Close(f);
  end;
end;

Преимущества:
- Не требует вызова Randomize.
- Очень быстрый (в среднем ~12 мкс на байт при блочном чтении).
- Доступен на всех современных дистрибутивах Linux.

2. Windows: BCrypt API

В Windows рекомендуется использовать API BCrypt вместо устаревшего CryptGenRandom.

Пример кода:

function WinCSPRNG(var Buffer; Bytes: LongWord): Boolean;
var
  hAlgorithm: BCRYPT_ALG_HANDLE;
begin
  Result := False;
  if BCryptOpenAlgorithmProvider(@hAlgorithm, BCRYPT_RNG_ALGORITHM, nil, 0) = STATUS_SUCCESS then
  try
    if BCryptGenRandom(hAlgorithm, @Buffer, Bytes, 0) = STATUS_SUCCESS then
      Result := True;
  finally
    BCryptCloseAlgorithmProvider(hAlgorithm, 0);
  end;
end;

3. macOS

На macOS также можно использовать /dev/urandom, так как он работает аналогично Linux.

Альтернативные генераторы

Если вам не нужна криптографическая стойкость, но важна скорость, можно использовать XorShift:

var
  x, y, z, w: Cardinal;

procedure XorShiftRandomize;
begin
  x := Random(MaxInt);
  y := Random(MaxInt);
  z := Random(MaxInt);
  w := Random(MaxInt);
end;

function XorShift: Single;
var
  t: Cardinal;
begin
  t := x;
  t := t xor (t shl 11);
  t := t xor (t shr 8);
  x := y;
  y := z;
  z := w;
  w := w xor (w shr 19);
  w := w xor t;
  Result := w / MaxInt / 2;
end;

Плюсы:
- В 3 раза быстрее стандартного Random на 64-битных системах.
- Подходит для игр и симуляций.

Минусы:
- Не криптографически безопасен.

Вывод

1. Для криптографии используйте:
   - /dev/urandom в Linux (если ядро ≥ 4.8).
   - BCryptGenRandom в Windows.
2. Для игр и симуляций подойдут:
   - Randomize + стандартный Random.
   - XorShift для большей скорости.

Пример универсальной функции для CSPRNG:

function SystemRandom(var Buffer; Bytes: LongWord): Boolean;
begin
  {$IFDEF WINDOWS}
    Result := WinCSPRNG(Buffer, Bytes);
  {$ELSE}
    Result := UnixCSPRNG(Buffer, Bytes); // Работает на Linux и macOS
  {$ENDIF}
end;

Таким образом, выбор метода зависит от задачи. Если нужна безопасность — используйте системные CSPRNG, если важна скорость — оптимизированные алгоритмы вроде XorShift.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Статья описывает методы генерации криптографически-безопасных случайных данных в Delphi и Free Pascal, включая стандартные и альтернативные алгоритмы для разных операционных систем.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Шифрование ::