强制 OpenSSL 的 RNG 返回可重复的字节序列

Question

对于加密实用程序的单元测试，我希望能够强制 OpenSSL 的加密随机数生成器（RAND_bytes 和 RAND_pseudo_bytes）返回可预测、可重复的字节序列，因此各种密文反过来是可预测的，并且可以被烘焙到测试向量中。 （所有其他关键材料都在我的控制之下。）

我知道这完全破坏了安全性。这仅用于单元测试。

我不能在每次测试之前简单地使用固定种子调用RAND_seed，因为（看起来）RNG 会自动从 /dev/ 为自己提供种子urandom 无论我是否想要它，无论如何，RAND_seed 不会重置 RNG，它只会将种子添加到熵池中。

有什么办法可以做到这一点吗？ （在极端情况下，看起来我可以编写自己的 PRNG 引擎，但我想有一个更简单的选择。）

Answer 1

您可以在运行时强制 FIPS ANSI X9.31 RNG 进入测试模式，但不能强制 SSLeay RNG（默认）。如果您使用 -DPREDICT 重新编译 OpenSSL，默认 RNG 将输出可预测的数字序列，但这不太方便。

RAND_pseudo_bytes 函数生成一系列可预测的数字，这意味着它不会像 RAND_bytes 那样自动向自身添加熵。但是就像您注意到的那样，只能向种子添加熵，而不能显式提供种子，因此在程序运行之间您将得到不同的数字。也没有帮助。

但编写自己的可预测 RNG 引擎并不困难。事实上，我将通过制作一个以 stdlib 的 rand() 为核心的 rand 引擎来引导您完成它：

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cassert>
#include <openssl/rand.h>

// These don't need to do anything if you don't have anything for them to do.
static void stdlib_rand_cleanup() {}
static void stdlib_rand_add(const void *buf, int num, double add_entropy) {}
static int stdlib_rand_status() { return 1; }

// Seed the RNG.  srand() takes an unsigned int, so we just use the first
// sizeof(unsigned int) bytes in the buffer to seed the RNG.
static void stdlib_rand_seed(const void *buf, int num)
{
        assert(num >= sizeof(unsigned int));
        srand( *((unsigned int *) buf) );
}

// Fill the buffer with random bytes.  For each byte in the buffer, we generate
// a random number and clamp it to the range of a byte, 0-255.
static int stdlib_rand_bytes(unsigned char *buf, int num)
{
        for( int index = 0; index < num; ++index )
        {
                buf[index] = rand() % 256;
        }
        return 1;
}

// Create the table that will link OpenSSL's rand API to our functions.
RAND_METHOD stdlib_rand_meth = {
        stdlib_rand_seed,
        stdlib_rand_bytes,
        stdlib_rand_cleanup,
        stdlib_rand_add,
        stdlib_rand_bytes,
        stdlib_rand_status
};

// This is a public-scope accessor method for our table.
RAND_METHOD *RAND_stdlib() { return &stdlib_rand_meth; }

int main()
{
        // If we're in test mode, tell OpenSSL to use our special RNG.  If we
        // don't call this function, OpenSSL uses the SSLeay RNG.
        int test_mode = 1;
        if( test_mode )
        {
                RAND_set_rand_method(RAND_stdlib());
        }

        unsigned int seed = 0x00beef00;
        unsigned int rnum[5];

        RAND_seed(&seed, sizeof(seed));
        RAND_bytes((unsigned char *)&rnum[0], sizeof(rnum));
        printf("%u %u %u %u %u\n", rnum[0], rnum[1], rnum[2], rnum[3], rnum[4]);

        return 0;
}

每次运行此程序时，它都会播种 srand()具有相同的数字，因此每次都会为您提供相同的随机数序列。

corruptor:scratch indiv$ g++ rand.cpp -o r -lcrypto -g
corruptor:scratch indiv$ ./r
1547399009 981369121 2368920148 925292993 788088604
corruptor:scratch indiv$ ./r
1547399009 981369121 2368920148 925292993 788088604
corruptor:scratch indiv$ 

Answer 2

围绕库编写一个包装器。然后在测试时将其替换为您自己的模拟，以返回您的神奇值。

请记住，在单元测试中您并不是要测试 OpenSSL。您正在尝试测试您的代码。