最近我在 KONG 的 Blog 上看了一篇文章：That’s So Random: (Pseudo)Random Data Generation in Kong API Gateway，文章中介绍了 KONG 是怎么处理随机数问题的，读后受益良多，在此做一个分享。
seed 的生成
在 OpenResty 中如果使用 ngx.now() 设置种子的话，将会导致各个 worker 的种子相同，也就是说每个 worker 的随机性其实是一样的。一个优化的方案是 ngx.now()*1000 + ngx.worker.pid(), 但是在分布式的环境中，这样依然会有一定的概率产生相同的种子。
KONG 的解决方案是利用 OpenSSL 的 RAND_bytes() 来生成种子。具体方法是：先读取 8 个字节，之后按每个字节做 byte 操作，再用 concat 连接起来。由于 Lua 的 number 其实是 double float，小数有效位是 15-16 位，为了防止其越界，KONG 只取了其前 12 位做为种子。具体实现如下：
local bytes, err = util.get_rand_bytes(8)
if bytes then
ngx.log(ngx.DEBUG, "seeding PRNG from OpenSSL RAND_bytes()")
local t = {}
for i = 1, #bytes do
local byte = string.byte(bytes, i)
t[#t+1] = byte
end
local str = table.concat(t)
if #str > 12 then
-- truncate the final number to prevent integer overflow,
-- since math.randomseed() could get cast to a platform-specific
-- integer with a different size and get truncated, hence, lose
-- randomness.
-- double-precision floating point should be able to represent numbers
-- without rounding with up to 15/16 digits but let's use 12 of them.
str = string.sub(str, 1, 12)
end
seed = tonumber(str)
else
ngx.log(ngx.ERR, "could not seed from OpenSSL RAND_bytes, seeding ",
"PRNG with time and worker pid instead (this can ",
"result to duplicated seeds): ", err)
seed = ngx.now()*1000 + ngx.worker.pid()
end
token 的生成
早期的 KONG 生成 token 用的是 UUID，去掉 - 连字符，是一个 32 位长的字符串。但是其 UUID 生成依赖的 LuaJIT 的 PRNG，并不属于 CSPRNG，所以不适合这一类对安全要求比较高的场景。目前 KONG 用的是系统的 urandom，可以认为是一个真随机的实现。相关实现如下：
local function urandom_bytes(buf, size)
local fd = ffi.C.open("/dev/urandom", O_RDONLY, 0) -- mode is ignored
if fd < 0 then
ngx_log(WARN, "Error opening random fd: ",
ffi_str(ffi.C.strerror(ffi.errno())))
return false
end
local res = ffi.C.read(fd, buf, size)
if res <= 0 then
ngx_log(WARN, "Error reading from urandom: ",
ffi_str(ffi.C.strerror(ffi.errno())))
return false
end
if ffi.C.close(fd) ~= 0 then
ngx_log(WARN, "Error closing urandom: ",
ffi_str(ffi.C.strerror(ffi.errno())))
end
return true
end
local function random_string()
return encode_base64(get_rand_bytes(24, true))
:gsub("/", char(rand(48, 57))) -- 0 - 10
:gsub("+", char(rand(65, 90))) -- A - Z
:gsub("=", char(rand(97, 122))) -- a - z
end
但是这样有个缺点就是会阻塞 worker，至于为什么不用性能更好的 OpenSSL’s CSPRNG。KONG 也给出了解释：
- 目前 OpenSSL’s RNG 的被发现有一些缺陷，可能会在未来修复。当下对于 KONG 来说，使用内核的 CSPRNG 无疑是最好的选择。
- 生成 token 的动作由 KONG admin 发起，并不会很频繁，而且阻塞时间很短是可以接受的。
