如何安装 pandom ： 一个针对 Linux 的真随机数生成器

本教程只针对 amd64/x86_64 架构 Linux 内核版本大于等于 2.6.9 的系统。本文将解释如何安装 pandom，这是一个由 ncomputers.org 维护的定时抖动真随机数生成器。

简介

在现在的计算机状况下，比如说配置了固态硬盘（SSD）的个人电脑和虚拟专用服务器（VPS）的环境中，Linux 内核内置的真随机数发生器提供的吞吐量很低。

而出于各种不同的加密目的使得对真随机数的需求持续增长，从而使得这个低吞吐量问题在 Linux 实现中变得越来越严重。

在与上述相同的物理或者虚拟环境下，并假设没有其它进程以 root 身份向 /dev/random 进行写操作的话，64 ubits/64 bits 的 pandom 可以以 8 KiB/s 的速率生成随机数。

1 pandom 的安装

1.1 获得 root 权限

Pandom 必须以 root 身份来安装，所以在必要的时候请运行如下命令：

1. su -

1.2 安装编译所需的依赖

为了下载并安装 pandom，你需要 GNU as 汇编器、GNU make、GNU tar 和 GNU wget (最后两个工具通常已被安装)。随后你可以按照你的意愿卸载它们。

基于 Arch 的系统：

1. pacman -S binutils make

基于 Debian 的系统：

1. apt-get install binutils make

基于 Red Hat 的系统：

1. dnf install binutils make
2. yum install binutils make

基于 SUSE 的系统：

1. zypper install binutils make

1.3 下载并析出源码

下面的命令将使用 wget 和 tar 从 ncomputers.org 下载 pandom 的源代码并将它们解压出来：

1. wget http://ncomputers.org/pandom.tar.gz
2. tar xf pandom.tar.gz
3. cd pandom/amd64-linux

1.4 在安装前进行测试 (推荐)

这个被推荐的测试将花费大约 8 分钟的时间，它将检查内核支持情况并生成一个名为 checkme 的文件（在下一节中将被分析）。

1. make check

1.5 确定系统的初始化程序

在安装 pandom 之前，你需要知道你的系统使用的是哪个初始化程序。假如下面命令的输出中包含 running，则意味着你的系统使用了 systemd，否则你的系统则可能使用了一个 init.d 的实现（例如 upstart、sysvinit）。

1. systemctl is-system-running
2. running

1.6 安装 pandom

一旦你知道了你的系统使用何种 Linux 实现，那么你就可以相应地安装 pandom 了。

使用基于 init.d 作为初始化程序（如： upstart、sysvinit）的系统：

假如你的系统使用了一个 init.d 的实现（如： upstart、sysvinit），请运行下面的命令来安装 pandom：

1. make install-init.d

以 systemd 作为初始化程序的系统：

假如你的系统使用 systemd，则请运行以下命令来安装 pandom：

1. make install-systemd

2 checkme 文件的分析

在使用 pandom 进行加密之前，强烈建议分析一下先前在安装过程中生成的 checkme 文件。通过分析我们便可以知道用 pandom 生成的数是否真的随机。本节将解释如何使用 ncomputers.org 的 shell 脚本entropyarray 来测试由 pandom 产生的输出的熵及序列相关性。

注：整个分析过程也可以在另一台电脑上完成，例如在一个笔记本电脑或台式机上。举个例子：假如你正在一个资源受到限制的 VPS 上安装 pandom 程序，或许你更倾向于将 checkme 复制到自己的个人电脑中，然后再进行分析。

2.1 获取 root 权限

entropyarray 程序也必须以 root 身份来安装，所以在必要时请运行如下命令：

1. su -

2.2 安装编译所需的依赖

为了下载并安装 entropyarray， 你需要 GNU g++ 编译器、GNU make、GNU tar 和 GNU wget。在随后你可以任意卸载这些依赖。

基于 Arch 的系统：

1. pacman -S gcc make

基于 Debian 的系统：

1. apt-get install g++ make

基于 Red Hat 的系统：

1. dnf install gcc-c++ make
2. yum install gcc-c++ make

基于 SUSE 的系统：

1. zypper install gcc-c++ make

2.3 下载并析出源码

以下命令将使用 wget 和 tar 从 ncomputers.org 下载到 entropyarray 的源码并进行解压：

1. wget http://ncomputers.org/rearray.tar.gz
2. wget http://ncomputers.org/entropy.tar.gz
3. wget http://ncomputers.org/entropyarray.tar.gz
5. tar xf entropy.tar.gz
6. tar xf rearray.tar.gz
7. tar xf entropyarray.tar.gz

2.4 安装 entropyarray

注：如果在编译过程中报有关 -std=c++11 的错误，则说明当前系统安装的 GNU g++ 版本不支持 ISO C++ 2011 标准，那么你可能需要在另一个支持该标准的系统中编译 ncomputers.org/entropy 和 ncomputers.org/rearray （例如在一个你喜爱的较新的 Linux 发行版本中来编译）。接着使用 make install来安装编译好的二进制文件，再接着你可能想继续运行 entropyarray 程序，或者跳过运行该程序这一步骤，然而我还是建议在使用 pandom 来达到加密目地之前先分析一下 checkme 文件。

1. cd rearray; make install; cd ..
2. cd entropy; make install; cd ..
3. cd entropyarray; make install; cd ..

2.5 分析 checkme 文件

注：64 ubits / 64 bits 的 pandom 实现所生成的结果中熵应该高于 15.977 且 max 字段低于 70。假如你的结果与之相差巨大，或许你应该按照下面第 5 节介绍的那样增加你的 pandom 实现的不可预测性。假如你跳过了生成 checkme 文件的那一步，你也可以使用其他的工具来进行测试，例如 伪随机数序列测试。

1. entropyarray checkme
3. entropyarray in /tmp/tmp.mbCopmzqsg
4. 15.977339
5. min:12
6. med:32
7. max:56
8. 15.977368
9. min:11
10. med:32
11. max:58
12. 15.977489
13. min:11
14. med:32
15. max:59
16. 15.977077
17. min:12
18. med:32
19. max:60
20. 15.977439
21. min:8
22. med:32
23. max:59
24. 15.977374
25. min:13
26. med:32
27. max:60
28. 15.977312
29. min:12
30. med:32
31. max:67

2.6 卸载 entropyarray (可选)

假如你打算不再使用 entropyarray，那么你可以按照你自己的需求卸载它：

1. cd entropyarray; make uninstall; cd ..
2. cd entropy; make uninstall; cd ..
3. cd rearray; make uninstall; cd ..

3 使用 debian 的软件仓库来进行安装

假如你想在你基于 debian 的系统中让 pandom 保持更新，则你可以使用 ncomputers.org 的 debian 软件仓库来安装或者重新安装它。

3.1 获取 root 权限

以下的 debian 软件包必须以 root 身份来安装，所以在必要时请运行下面这个命令：

1. su -

3.2 安装密钥

下面的 debian 软件包中包含 ncomputers.org debian 软件仓库的公匙密钥：

1. wget http://ncomputers.org/debian/keyring.deb
2. dpkg -i keyring.deb
3. rm keyring.deb

3.3 安装软件源列表

下面这些 debian 软件包含有 ncomputers.org debian 软件仓库的软件源列表，这些软件源列表对应最新的 debian 发行版本(截至 2017 年)。

注：你也可以将下面的以 # 注释的行加入 /etc/apt/sources.list 文件中，而不是为你的 debian 发行版本安装对应的 debian 软件包。但假如这些源在将来改变了，你就需要手动更新它们。

Wheezy：

1. #deb http://ncomputers.org/debian wheezy main
2. wget http://ncomputers.org/debian/wheezy.deb
3. dpkg -i wheezy.deb
4. rm wheezy.deb

Jessie：

1. #deb http://ncomputers.org/debian jessie main
2. wget http://ncomputers.org/debian/jessie.deb
3. dpkg -i jessie.deb
4. rm jessie.deb

Stretch：

1. #deb http://ncomputers.org/debian stretch main
2. wget http://ncomputers.org/debian/stretch.deb
3. dpkg -i stretch.deb
4. rm stretch.deb

3.4 升级软件源列表

一旦密钥和软件源列表安装完成，则可以使用下面的命令来更新：

1. apt-get update

3.5 测试 pandom

测试完毕后，你可以随意卸载下面的软件包。

注：假如你已经在你的 Linux 中测试了 pandom ， 则你可以跳过这一步。

1. apt-get install pandom-test
2. pandom-test
4. generating checkme file, please wait around 8 minutes ...
5. entropyarray in /tmp/tmp.5SkiYsYG3h
6. 15.977366
7. min:12
8. med:32
9. max:57
10. 15.977367
11. min:13
12. med:32
13. max:57
14. 15.977328
15. min:12
16. med:32
17. max:61
18. 15.977431
19. min:12
20. med:32
21. max:59
22. 15.977437
23. min:11
24. med:32
25. max:57
26. 15.977298
27. min:11
28. med:32
29. max:59
30. 15.977196
31. min:10
32. med:32
33. max:57

3.6 安装 pandom

1. apt-get install pandom

4 管理 pandom

在 pandom 安装完成后，你可能想对它进行管理。

4.1 性能测试

pandom 提供大约 8 kB/s 的随机数生成速率，但它的性能可能根据环境而有所差异。

1. dd if=/dev/random of=/dev/null bs=8 count=512
3. 512+0 records in
4. 512+0 records out
5. 4096 bytes (4.1 kB, 4.0 KiB) copied, 0.451253 s, 9.1 kB/s

4.2 熵和序列相关性检验

除了 ncomputers.org/entropyarray，还存在更多的测试，例如 Ilja Gerhardt 的 NIST 测试套件。

1. entropyarray /dev/random 1M

4.3 系统服务

pandom 还可以以系统服务的形式运行。

基于 init.d 的初始化系统（如 upstart、sysvinit）：

1. /etc/init.d/random status
2. /etc/init.d/random start
3. /etc/init.d/random stop
4. /etc/init.d/random restart

以 systemd 作为初始化程序的系统：

1. systemctl status random
2. systemctl start random
3. systemctl stop random
4. systemctl restart random

5 增强不可预测性或者性能

假如你想增加你编译的 pandom 程序的不可预测性或者性能，你可以尝试增加或删减 CPU 时间测量选项。

5.1 编辑源文件

请按照自己的意愿，在源文件 test.s 和 tRNG.s 中增加或者移除 measurement blocks 字段。

1. #measurement block
2. mov $35,%rax
3. syscall
4. rdtsc
5. [...]
7. #measurement block
8. mov $35,%rax
9. syscall
10. rdtsc
11. [...]

5.2 测试不可预测性

我们总是建议在使用个人定制的 pandom 实现来用于加密目地之前，先进行一些测试。

1. make check

5.3 安装定制的 pandom

假如你对测试的结果很满意，你就可以使用下面的命令来安装你的 pandom 实现。

1. make install

原文发布时间为：2014-05-17

本文来自云栖社区合作伙伴“Linux中国”