软件替代硬件HW_RANDOM随机数解决方案

2023-05-16

问题背景

使用低成本平台方案时，发现不支持HW_RANDOM硬件随机数，这样在开启wifi wpa2加密ap后，电脑多次提示连接失败才连接成功，很影响用户体验。硬件不支持硬件随机数那么就需要使用软件方案进行替代，主流方案有rngd和haveged。

rngd测试

开机默认没有任何操作的时候，熵值只有130~150左右：

wg7101_genvict:~# cat /proc/sys/kernel/random/entropy_avail
130

编译sysfsutils-2.1.0和rng-tools后，测试使用rngd：

wg7101_genvict:~# ./rngd                
Initalizing available sources
Failed to init entropy source 0: Hardware RNG Device
can't open any entropy source
Maybe RNG device modules are not loaded

提示硬件不支持（硬件确实不支持），就算把内核配置CONFIG_HW_RANDOM打开也无济于事，放弃rgnd方案。另外，在IMX6Q平台上面测试使用rngd后，熵值由110增大到3110。

urandom测试

urandom为系统伪随机数，random为真随机数，测试发现random连接到urandom后熵值无明显变化。

mv /dev/random /dev/random.orig;
ln -s /dev/urandom /dev/random

haveged测试

下载和编译haveged-1.9.2，haveged使用软件方法增加熵值，那么需要系统的random连接到urandom伪随机数，这样才能增加熵值，否则熵值不会产生变化。

mv /dev/random /dev/random.orig;
ln -s /dev/urandom /dev/random

wg7101_genvict:~# ./haveged
haveged: haveged starting up
wg7101_genvict:~# 
wg7101_genvict:~# cat /proc/sys/kernel/random/entropy_avail
4096

这样熵值固定在了4096满足了wifi加密传输和稳定连接的需求，但问题也来了，软件方案占用CPU比较高25%，这样就实时消耗了CPU资源，怎么破呢？

Mem: 64696K used, 788196K free, 0K shrd, 2104K buff, 27408K cached
CPU0:  1.6% usr  6.5% sys  0.0% nic 91.6% idle  0.2% io  0.0% irq  0.0% sirq
CPU1: 12.3% usr 87.6% sys  0.0% nic  0.0% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
CPU2:  0.4% usr  1.8% sys  0.0% nic 97.7% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
CPU3:  2.7% usr  7.3% sys  0.0% nic 89.9% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
Load average: 1.25 1.26 1.21 2/250 9800
  PID  PPID USER     STAT   VSZ %VSZ CPU %CPU COMMAND
 5792     1 root     R     7192  0.8   1 24.7 haveged

wg7101_genvict:~# haveged -h

Usage: haveged [options]

Collect entropy and feed into random pool or write to file.
  Options:
     --buffer    , -b [] Buffer size [KW], default: 128
     --data      , -d [] Data cache size [KB], with fallback to: 16
     --inst      , -i [] Instruction cache size [KB], with fallback to: 16
     --file      , -f [] Sample output file,  default: 'sample', '-' for stdout
     --Foreground, -F    Run daemon in foreground
     --run       , -r [] 0=daemon, 1=config info, >1=<r>KB sample
     --number    , -n [] Output size in [k|m|g|t] bytes, 0 = unlimited to stdout
     --onlinetest, -o [] [t<x>][c<x>] x=[a[n][w]][b[w]] 't'ot, 'c'ontinuous, default: ta8b
     --pidfile   , -p [] daemon pidfile, default: /var/run/haveged.pid
     --verbose   , -v [] Verbose mask 0=none,1=summary,2=retries,4=timing,8=loop,16=code,32=test
     --write     , -w [] Set write_wakeup_threshold [bits]
     --help      , -h    This help

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