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Ethereum Smart Contracts 裡的 PRNG

現代密碼學的安全性有很大一塊是基於亂數產生器 (RNG) 非常難被預測。如果這個前提不成立的話,利用亂數產生器產生出來的各種資訊都會被預測出來 (尤其是 Private Key)。

但真正的 RNG 需要靠硬體支援,而且產生速度很慢,一般都會使用 PRNG (Pseudorandom number generator) 產生。也就是「看起來」很亂的亂數產生器。

PRNG 通常是指在統計學上通過許多測試,像是在多種測試都是 Discrete uniform distribution,不需要防止有惡意人,可以從產生出的 PRNG 的值而推導出後續結果的用途。

在「Predicting Random Numbers in Ethereum Smart Contracts」這篇裡面,作者列出了一堆實做 Ethereum Smart Contracts 卻誤用 PRNG 的行為。

文章裡提到的問題都是因為 PRNG 拿著可被預測的資訊當作 entropy source (e.g. seed),而且提出來的範例都是拿 block 本身或衍生的資訊 (像是 block 的 hash) 來用:

  • PRNGs using block variables as a source of entropy
  • PRNGs based on a blockhash of some past block
  • PRNGs based on a blockhash of a past block combined with a seed deemed private
  • PRNGs prone to front-running

然後列了大量的程式碼當例子,建議有需要接觸的人看過一次,或是有時間的人都值得看這些負面範例... XDDD

不過作者在文章裡面也給了一堆有問題的方法,像是從外部網站取得亂數之類的 XDDD

正確的方法是使用 CSPRNG (Cryptographically secure pseudorandom number generator),這是專門設計給密碼學用的 PRNG。

CSPRNG 有幾種方法可以取得:

  • 在大多數的程式語言內都有對應的 library 可以用,另外在比較近代的瀏覽器內 (如果問 IE 的話,是 11+),可以透過 RandomSource.getRandomValues() 得到。
  • 如果打算自己搞底層而需要直接取得 CSPRNG 的產出,在 Unix-like 的環境下可以透過 /dev/urandom 取得,在 Microsoft Windows 下則可以透過 CryptGenRandom 取得。

別學作者那邊奇怪方法啊 XDDD

The DUHK Attack:因為亂數產生器的問題而造成的安全漏洞

Bruce Schneier 那邊看到的:「Attack on Old ANSI Random Number Generator」,攻擊的網站在「The DUHK Attack」,論文在「Practical state recovery attacks against legacy RNG implementations (PDF)」。

攻擊的對象是 ANSI X9.31 Random Number Generator:

DUHK (Don't Use Hard-coded Keys) is a vulnerability that affects devices using the ANSI X9.31 Random Number Generator (RNG) in conjunction with a hard-coded seed key.

然後攻擊的對象是 FortinetFortiOS

Traffic from any VPN using FortiOS 4.3.0 to FortiOS 4.3.18 can be decrypted by a passive network adversary who can observe the encrypted handshake traffic.

如果照說明的只到 4.3.18,那麼去年 11 月更新的 4.3.19 (參考「FortiOS 4.3.19 Release Notes」) 應該是修正了?不過裡面沒翻到類似的資料,是剛好把 RNG 換掉了嗎?

Libgcrypt 與 GnuPG 的安全性問題

在「Security fixes for Libgcrypt and GnuPG 1.4 [CVE-2016-6316]」這邊看到這個歷史悠久的 bug:

Felix Dörre and Vladimir Klebanov from the Karlsruhe Institute of Technology found a bug in the mixing functions of Libgcrypt's random number generator: An attacker who obtains 4640 bits from the RNG can trivially predict the next 160 bits of output. This bug exists since 1998 in all GnuPG and Libgcrypt versions.

就這樣的行為,對於自己用的機器應該是還好... 不過得到 4640 bits 後就可以預測接下來的 160 bits,這個 RNG 有點囧 @_@

官方目前是認為應該還好:

A first analysis on the impact of this bug in GnuPG shows that existing RSA keys are not weakened. For DSA and Elgamal keys it is also unlikely that the private key can be predicted from other public information. This needs more research and I would suggest _not to_ overhasty revoke keys.

不過如果你有絕對的安全需求的話還是可以考慮 revoke 再重新生一把...

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