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：
- 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 (***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：
- pacman -S binutils make
基于 Debian 的系统：
- apt-get install binutils make
基于 Red Hat 的系统：
- dnf install binutils make
- yum install binutils make
基于 SUSE 的系统：
- 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：
- wget http://ncomputers.org/pandom.tar.gz
- tar xf pandom.tar.gz
- 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)。
- 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)。
- systemctl is-system-running
- 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：
- 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：
- 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：
- 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：
- pacman -S gcc make
基于 Debian 的系统：
- apt-get install g++ make
基于 Red Hat 的系统：
- dnf install gcc-c++ make
- yum install gcc-c++ make
基于 SUSE 的系统：
- 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：
- wget http://ncomputers.org/rearray.tar.gz
- wget http://ncomputers.org/entropy.tar.gz
- wget http://ncomputers.org/entropyarray.tar.gz
- tar xf entropy.tar.gz
- tar xf rearray.tar.gz
- 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。
- cd rearray; make install; cd ..
- cd entropy; make install; cd ..
- 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。
- entropyarray checkme
- entropyarray in /tmp/tmp.mbCopmzqsg
- 15.977339
- min:12
- med:32
- max:56
- 15.977368
- min:11
- med:32
- max:58
- 15.977489
- min:11
- med:32
- max:59
- 15.977077
- min:12
- med:32
- max:60
- 15.977439
- min:8
- med:32
- max:59
- 15.977374
- min:13
- med:32
- max:60
- 15.977312
- min:12
- med:32
- 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：
- cd entropyarray; make uninstall; cd ..
- cd entropy; make uninstall; cd ..
- 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：
- 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：
- wget http://ncomputers.org/debian/keyring.deb
- dpkg -i keyring.deb
- 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***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：
- #deb http://ncomputers.org/debian wheezy main
- wget http://ncomputers.org/debian/wheezy.deb
- dpkg -i wheezy.deb
- rm wheezy.deb
Jessie：
- #deb http://ncomputers.org/debian jessie main
- wget http://ncomputers.org/debian/jessie.deb
- dpkg -i jessie.deb
- rm jessie.deb
Stretch：
- #deb http://ncomputers.org/debian stretch main
- wget http://ncomputers.org/debian/stretch.deb
- dpkg -i stretch.deb
- 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：
- 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。
- apt-get install pandom-test
- pandom-test
- generating checkme file, please wait around 8 minutes ...
- entropyarray in /tmp/tmp.5SkiYsYG3h
- 15.977366
- min:12
- med:32
- max:57
- 15.977367
- min:13
- med:32
- max:57
- 15.977328
- min:12
- med:32
- max:61
- 15.977431
- min:12
- med:32
- max:59
- 15.977437
- min:11
- med:32
- max:57
- 15.977298
- min:11
- med:32
- max:59
- 15.977196
- min:10
- med:32
- max:57
3.6 安装 pandom
- 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。
- dd if=/dev/random of=/dev/null bs=8 count=512
- 512+0 records in
- 512+0 records out
- 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。
- 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)：
- /etc/init.d/random status
- /etc/init.d/random start
- /etc/init.d/random stop
- /etc/init.d/random restart
以 systemd 作为初始化程序的系统：
- systemctl status random
- systemctl start random
- systemctl stop random
- 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。
- #measurement block
- mov $35,%rax
- syscall
- rdtsc
- [...]
- #measurement block
- mov $35,%rax
- syscall
- rdtsc
- [...]
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。
- 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。
- make install
更多额外信息及更新详见 http://ncomputers.org/pandom 。
(题图：Pixabay，CC0)
