(bug 37183) Removed hard coded parentheses in SpecialListfiles.php
[lhc/web/wiklou.git] / includes / CryptRand.php
index 8633212..bb80eeb 100644 (file)
 <?php
 /**
- * A static cryptographic random generator class used for generating secret keys
+ * 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.
  *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU General Public License as published by
+ * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
+ * (at your option) any later version.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
+ * GNU General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License along
+ * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
+ * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
+ * http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
+ *
+ * @author Daniel Friesen
  * @file
  */
 
-final class MWCryptRand {
+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
         */
-       private static function initialRandomState() {
+       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
+               // To try 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__;
+
+               // We must also have a parent folder, and with the usual file structure, a grandparent
+               $files[] = dirname( __FILE__ );
+               $files[] = dirname( dirname( __FILE__ ) );
+
+               // The config file is likely the most often edited file we know should be around
+               // so include its stat info into the state.
+               // The constant with its location will almost always be defined, as WebStart.php defines
+               // MW_CONFIG_FILE to $IP/LocalSettings.php unless being configured with MW_CONFIG_CALLBACK (eg. the installer)
+               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' ) ) {
@@ -49,41 +141,79 @@ final class MWCryptRand {
                return $state;
        }
 
+       /**
+        * Randomly hash data while mixing in clock drift data for randomness
+        *
+        * @param $data string 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
+        * @return string A new weak random state
         */
-       public static function randomState() {
+       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 = self::initialRandomState();
+                       $state = $this->hash( $this->initialRandomState() );
                }
                // Generate a new random state based on the initial random state or previous
-               // random state by combining it with both the current time and a random value
-               // Simple append/prepend based methods of combining data and a salt have
-               // weaknesses in them, take advantage of the availability of hmac to abuse
-               // it's method of combining data and a key into a hash which is free of
-               // the typical weakness of simple concatenation
-               // Note that in hmac large keys are reduced in size and the key is then
-               // xor-ed to create two separate keys. For this reason we use the smaller
-               // time+rand as the key and the larger state as the data.
-               // We also don't bother passing numbers to mt_rand since you can't make
-               // it generate with any more entropy than it's default max value.
-               $state = self::hmac( $state, microtime() . mt_rand() );
+               // 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()
+        * @throws MWException
         * @return String A hash algorithm
         */
-       private static function hashAlgo() {
-               static $algo = null;
-               if ( !is_null( $algo ) ) {
-                       return $algo;
+       protected function hashAlgo() {
+               if ( !is_null( $this->algo ) ) {
+                       return $this->algo;
                }
 
                $algos = hash_algos();
@@ -91,8 +221,9 @@ final class MWCryptRand {
 
                foreach ( $preference as $algorithm ) {
                        if ( in_array( $algorithm, $algos ) ) {
-                               $algo = $algorithm; # assign to static
-                               return $algo;
+                               $this->algo = $algorithm;
+                               wfDebug( __METHOD__ . ": Using the {$this->algo} hash algorithm.\n" );
+                               return $this->algo;
                        }
                }
 
@@ -104,114 +235,171 @@ final class MWCryptRand {
                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.
         *
+        * @param $data string
         * @return String A raw hash of the data
         */
-       private static function hash( $data ) {
-               return hash( self::hashAlgo(), $data, true );
+       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.
         *
+        * @param $data string
+        * @param $key string
         * @return String A raw hash of the data
         */
-       private static function hmac( $data, $key ) {
-               return hash_hmac( self::hashAlgo(), $data, $key, true );
+       protected function hmac( $data, $key ) {
+               return hash_hmac( $this->hashAlgo(), $data, $key, true );
        }
 
-
-
-       private static $strong = null;
-
        /**
-        * Return a boolean indicating whether or not the source used for cryptographic
-        * random bytes generation in the previously run generate* call
-        * was cryptographically strong.
-        *
-        * @return bool Returns true if the source was strong, false if not.
+        * @see self::wasStrong()
         */
-       public static function wasStrong() {
-               if ( is_null( self::$strong ) ) {
+       public function realWasStrong() {
+               if ( is_null( $this->strong ) ) {
                        throw new MWException( __METHOD__ . ' called before generation of random data' );
                }
-               return self::$strong;
+               return $this->strong;
        }
 
        /**
-        * 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
-        * @return String Raw binary random data
+        * @see self::generate()
         */
-       public static function generate( $bytes ) {
+       public function realGenerate( $bytes, $forceStrong = false ) {
+               wfProfileIn( __METHOD__ );
+
+               wfDebug( __METHOD__ . ": Generating cryptographic random bytes for " . wfGetAllCallers( 5 ) . "\n" );
+
                $bytes = floor( $bytes );
                static $buffer = '';
-               if ( is_null( self::$strong ) ) {
+               if ( is_null( $this->strong ) ) {
                        // Set strength to false initially until we know what source data is coming from
-                       self::$strong = true;
+                       $this->strong = true;
                }
 
                if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
-                       // /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 it doesn't cost anything extra to store that.
-                       // We don't have access to the stream's chunk_size, fread maxes out at 8k
-                       // so we'll go along with Drupal's decision to read at least 4k
-                       if ( $urandom ) {
-                               $buffer .= fread( $urandom, max( 1024 * 4, $bytes ) );
-                               fclose( $urandom );
-                               if ( strlen( $buffer ) >= $bytes ) {
-                                       // urandom is always strong, set to true if all our data was generated using it
-                                       self::$strong = true;
+                       // 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 openbasedir 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 {
+                                       $buffer .= $iv;
+                                       wfDebug( __METHOD__ . ": mcrypt_create_iv generated " . strlen( $iv ) . " bytes of randomness.\n" );
                                }
+                               wfProfileOut( __METHOD__ . '-mcrypt' );
                        }
                }
 
                if ( strlen( $buffer ) < $bytes ) {
-                       // If available and we failed to read enough data out of urandom make use
-                       // of openssl's random_pesudo_bytes method to attempt to generate randomness.
+                       // If available make use of openssl's random_pseudo_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 ( ( $bytes - strlen( $buffer ) > 0 )
-                               && function_exists( 'openssl_random_pseudo_bytes' )
+                       // http://git.php.net/?p=php-src.git;a=commitdiff;h=cd62a70863c261b07f6dadedad9464f7e213cad5
+                       if ( function_exists( 'openssl_random_pseudo_bytes' )
                                && ( !wfIsWindows() || version_compare( PHP_VERSION, '5.3.4', '>=' ) )
                        ) {
-                               $buffer .= openssl_random_pseudo_bytes( $bytes - strlen( $buffer ), $openssl_strong );
+                               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 ) >= $bytes ) {
                                        // openssl tells us if the random source was strong, if some of our data was generated
                                        // using it use it's say on whether the randomness is strong
-                                       self::$strong = !!$openssl_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();
 
-               // If we cannot use or generate enough data from /dev/urandom or openssl
-               // use this loop to generate a good set of pesudo random data.
+                       // 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 ) {
-                       $buffer .= self::hmac( self::randomState(), mt_rand() );
+                       wfProfileIn( __METHOD__ . '-fallback' );
+                       $buffer .= $this->hmac( $this->randomState(), mt_rand() );
                        // This code is never really cryptographically strong, if we use it
                        // at all, then set strong to false.
-                       self::$strong = false;
+                       $this->strong = false;
+                       wfProfileOut( __METHOD__ . '-fallback' );
                }
 
                // Once the buffer has been filled up with enough random data to fulfill
@@ -220,25 +408,22 @@ final class MWCryptRand {
                $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;
        }
 
        /**
-        * 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
-        * @return String Hexadecimal random data
+        * @see self::generateHex()
         */
-       public static function generateHex( $chars ) {
+       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( self::generate( $bytes ) );
+               $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
@@ -249,4 +434,60 @@ final class MWCryptRand {
                return substr( $hex, 0, $chars );
        }
 
+       /** Publicly exposed static methods **/
+
+       /**
+        * Return a singleton instance of MWCryptRand
+        * @return 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 );
+       }
+
 }