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Linux /dev/random vs /dev/urandom 삽질 후기

by 엉뚱도마뱀 posted Nov 22, 2017
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난수를 발생시키기 위해서 여러 가지 방법을 사용하는데 몇몇 가지 대표적인 예를 들어 보죠.

1. ANSI C 라이브러리의 rand() 함수를 이용한다.
2. 외부 라이브러리가 (apr 이나, openssl 같은...) 가 제공하는 random 함수들을 이용한다
3. 디바이스 파일을 이용한다 (/dev/random, /dev/urandom)
4. PRNGd 같은 데몬을 이용한다.

여기서 삽질을 겪었던 방법이 3번입니다.

암호화를 위한 아파치 모듈을 하나 만들었는데, 모듈에서 종종 난수를 발생하기 위해서 apr (apache portable runtime library) 에 있는 apr_generate_random_bytes() 라는 함수를 콜하도록 했었고요.

스테이지 테스트까지는 별 문제가 없었는데, 라이브 서버에 올렸더니 일정 시간이 지나면.. apache 가 hang 걸린것 처럼 멈춰 버리는 현상이 발생을 하더군요.

strace 로 system call 을 모니터링 해봤는데, 


open("/dev/random", O_RDONLY) = 28
read(28, 0x37ef8824, 4) = ...


여기서 wating 을 하고 있는 것이 아닌가... 몇초도 아니고 몇십초를 대기하고 있었다. 대략 1~2분 정도를..
아파치 소스를 까봤더니 apr_generate_random_byte 내부에서 /dev/random 디바이스를 오픈해서 그냥 읽도록 되어 있었네 그랴.
근데 왜 /dev/random 을 읽다가 wating을 할까....???

man 에서 그 해답을 찾았습니다.

리눅스에서는 /dev/random 과 /dev/urandom 두개를 PRNG 디바이스로 제공을 하는데
방식은 IO 디바이스 드라이버에서 발생하는 입력 신호의 노이즈를 게더링 하여 비트수를 연산하여 난수를 발생시킨다고 하는군요.

/dev/random, /dev/urandom 두개의 차이점은 전자는 엔트로피(얼마나 고른 난수를 발생 시킬 수 있을지를 결정할 수 있는 값이라는군요)가 충분해 져야만 난수를 발생 시키기 때문에 보안에 강하지만 느리고요(심지어지는 엔트로피가 채워잴때까지 blocking 합니다.), 후자는 이 값이 충분하지 않아도 발생을 시키긴 하는데 보안에 취약하지만 빠릅니다.(엔트로피가 채워질때까지 blocking 하지 않습니다. 현재있는 앤트로피만 가지고 생성을 한답니다.)

여기서 보안에 강하다 취약하다는 말은.. 발생된 random 값으로 암호화 키를 생성하는데 사용할 경우, 이 키가 얼마나 깨기 어렵느냐 쉬우냐를 얘기합니다.

서버와 같은 머신에서는 PC 와는 다르게, 키보드나, 마우스와 같은 IO 디바이스가 별로 없기 때문에 일정한 수준의 앤트로피 풀을 만들어 내는데 많은 시간이 걸린다고 합니다.

그리고 /dev/random 은 머신 자체의 영향도 많이 받습니다. 라이브 서버가 5년 전에 들어온 리눅스 머신이었고 스테이지 서버가 들어온지 1년도 안된 새삥 머신이었죠.. /dev/random 에서 wating 하는 걸 두대에서 측정해 봤더니 스테이지 서버가 라이브 서버보다 상당히 빠르더군요..

그래서 결국은 apr 에서 제공하는 random 대신에 /dev/urandom 을 직접 오픈해서 읽는 걸로 바꾸었더니 행 걸리는 현상이 없이 잘 동작 하드랍니다.

참고로 FreeBSD 의 경우에는 /dev/random 은 Linux 의 /dev/urandom 과 같은 방식입니다.
FreeBSD 의 /dev 를 자세히보면 random 이 urandom 으로 symbolic link 가 걸려 있는걸 알 수 가 있습니다.


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