サンプルコード: 乱数アプリケーション

2014.03.27
スマートフォンタブレット暗号化
AndroidJavaLinux

この記事は、インテル® デベロッパー・ゾーンに掲載されている「Sample Code: Random Number Application」(http://software.intel.com/en-us/android/articles/sample-code-random-number-application) の日本語参考訳です。

サンプルコードのダウンロード: https://software.intel.com/sites/default/files/managed/16/df/RandomNumber.zip

アプリケーション提供元:
インテル コーポレーション SSG

はじめに

乱数ジェネレーター (RNG) とは、値が予測できない、ある範囲内の一連の数を生成するユーティリティーまたはデバイスです。RNG は、情報セキュリティー・アプリケーションに不可欠なコンポーネントです。事実、暗号プロトコルには相当な強健さが備わっていますが、根本的な鍵生成手法が弱い場合は、広範な攻撃に苦しめられることになります。ハードウェア支援による RNG を使用すると、この脆弱性を解消できるため、暗号の強度を大幅に高めることができます。

この記事では、乱数 API の概要を示し、Android* 上でさまざまな API を用いて乱数を生成する方法を説明します。

すべてのコードをコンパイルして試してみることをお勧めします。

コードと説明

Android* で乱数を生成する方法は 4 つあります。

  • java.util.random
  • java.security.SecureRandom
  • /dev/urandom
  • OpenSSL* API

ただし、RNG を使ってデータを保護する暗号鍵を生成する場合、通常の Random クラスは簡単に解読できるため、使用すべきではありません。ほかの 3 つのアプローチは、強固な鍵を提供します。

java.util.random

Java* 乱数 API の使い方は簡単です。Random.nextInt() 呼び出しは、4 バイトの乱数 (2^32 個の値が可能) を返します。この API は、厳密な乱数が必要ない場合に使用します。

for (int i = 0; i < lastVal; i += 2) {
    dataRandomPoints[i] = (rand.nextInt() % widget_width);
    dataRandomPoints[i+1] = (rand.nextInt() % widget_height);
}

java.security.SecureRandom

SecureRandom resembles java.util.Random の SecureRandom.nextInt() 呼び出しは、4 バイトの乱数を返します。SecureRandom の暗号は非常に強固です。ただし、乱数を生成する前に、/dev/urandom からのバイトを SecureRandom のシードとして使用することに関する推奨事項 (英語) を一読すべきです。以下のサンプルでは、/dev/urandom をシードとして使用していません。

SecureRandom srand = new SecureRandom();
shouldDraw = (srand.nextInt() % randomMod );

/dev/urandom

Linux* オペレーティング・システム (Android* を含む) では、カーネルによって作成される特別なファイルを利用して、アプリケーションに乱数を提供することができます。4 つの実装のうち最も低速なこのアプローチは、RNG にオペレーティング・システムに関する要素 (例えば、デバイスドライバーなど) を組み込むことで、強固に暗号化された高エントロピーな値を生成します。/dev/urandom ファイルから読み取ることで、カーネルレベルから直接乱数を取得できます。可能であれば、/dev/urandom はハードウェア支援による RNG を利用します。

unsigned int cKeyBuffer[keysize];
memset(cKeyBuffer, 0, sizeof(unsigned int) * keysize);

FILE *fin;
strcpy(filein, "/dev/urandom");
fin = fopen(filein, "rb");

if (fin != NULL) {
    fread(cKeyBuffer, sizeof(int), keysize, fin);
    fclose (fin);
}

OpenSSL API

ネイティブ C コードでは、OpenSSL API により乱数を生成することもできます。OpenSSL は、/dev/urandom からのバイトをシードとして利用できるため、安全性の高い暗号化された乱数を生成できます。可能であれば、OpenSSL はハードウェア支援による RNG を利用します。

int seedbytes = 1024;
unsigned int cKeyBuffer[keysize];
memset(cKeyBuffer, 0, sizeof(unsigned int) * keysize);

if (!opensslIsSeeded) {

    if (!RAND_load_file("/dev/urandom", seedbytes)) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG,
            "Failed to seed OpenSSL RNG");
        return jKeyBuffer;
    }

    opensslIsSeeded = 1;
}

if (!RAND_bytes((unsigned char *)cKeyBuffer, keysize * sizeof(int))) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG,
            "Faled to create OpenSSSL random integers: %ul", ERR_get_error);
}

まとめ

この記事で説明したサンプルのようなコードを実装することにより、4 つの異なるアプローチを使って乱数を生成する方法を素早く理解できます。

著者紹介

Christopher Bird
インテル コーポレーションのソフトウェア & ソリューション・グループ (SSG) デベロッパー・リレーション部門 インテル® Atom™ プロセッサー・ハイ・タッチ・ソフトウェア・イネーブリング・チームのメンバー。

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