前言
在前段時間挖了不少跟mt_rand()相關的安全漏洞，基本上都是錯誤理解隨機數用法導致的。這里又要提一下php官網manual的一個坑,看下關于mt_rand()的介紹:中文版^cn 英文版^en，可以看到英文版多了一塊黃色的 Caution 警告
This function does not generate cryptographically secure values, and should not be used for cryptographic purposes. If you need a cryptographically secure value, consider using random_int(), random_bytes(), or openssl_random_pseudo_bytes() instead.
很多國內開發者估計都是看的中文版的介紹而在程序中使用了mt_rand()來生成安全令牌、核心加解密key等等導致嚴重的安全問題。
偽隨機數
mt_rand()并不是一個 真·隨機數 生成函數,實際上絕大多數編程語言中的隨機數函數生成的都都是偽隨機數。關于真隨機數和偽隨機數的區別這里不展開解釋，只需要簡單了解一點
偽隨機是由可確定的函數（常用線性同余），通過一個種子（常用時鐘），產生的偽隨機數。這意味著：如果知道了種子，或者已經產生的隨機數，都可能獲得接下來隨機數序列的信息（可預測性）。
簡單假設一下 mt_rand()內部生成隨機數的函數為: rand = seed+(i*10) 其中 seed 是隨機數種子， i 是第幾次調用這個隨機數函數。當我們同時知道 i 和 rand 兩個值的時候，就能很容易的算出seed的值來。比如 rand=21 , i=2 代入函數 21=seed+(2*10) 得到 seed=1 。是不是很簡單，當我們拿到seed之后，就能計算出當 i 為任意值時候的 rand 的值了。
PHP的自動播種
從上一節我們已經知道每一次mt_rand()被調用都會根據seed和當前調用的次數i來計算出一個偽隨機數。而且seed是自動播種的：
Note: 自 PHP 4.2.0 起，不再需要用 srand() 或 mt_srand() 給隨機數發生器播種 ，因為現在是由系統自動完成的。
那么問題就來了，到底系統自動完成播種是在什么時候，如果每次調用mt_rand()都會自動播種那么破解seed也就沒意義了。關于這一點manual并沒有給出詳細信息。網上找了一圈也沒靠譜的答案 只能去翻源碼^mtrand了：
PHPAPI void php_mt_srand(uint32_t seed)
{
/* Seed the generator with a simple uint32 */
php_mt_initialize(seed, BG(state));
php_mt_reload();
/* Seed only once */
BG(mt_rand_is_seeded) = 1;
}
/* }}} */
/* {{{ php_mt_rand
*/
PHPAPI uint32_t php_mt_rand(void)
{
/* Pull a 32-bit integer from the generator state
Every other access function simply transforms the numbers extracted here */
register uint32_t s1;
if (UNEXPECTED(!BG(mt_rand_is_seeded))) {
php_mt_srand(GENERATE_SEED());
}
if (BG(left) == 0) {
php_mt_reload();
}
--BG(left);
s1 = *BG(next)++;
s1 ^= (s1 >> 11);
s1 ^= (s1 << 7) & 0x9d2c5680U;
s1 ^= (s1 << 15) & 0xefc60000U;
return ( s1 ^ (s1 >> 18) );
}
可以看到每次調用mt_rand()都會先檢查是否已經播種。如果已經播種就直接產生隨機數，否則調用php_mt_srand來播種。也就是說每個php cgi進程期間，只有第一次調用mt_rand()會自動播種。接下來都會根據這個第一次播種的種子來生成隨機數。而php的幾種運行模式中除了CGI(每個請求啟動一個cgi進程，請求結束后關閉。每次都要重新讀取php.ini 環境變量等導致效率低下，現在用的應該不多了)以外，基本都是一個進程處理完請求之后standby等待下一個，處理多個請求之后才會回收（超時也會回收）。
寫個腳本測試一下
<?php //pid.php echo getmypid();
<?php
//test.php
$old_pid = file_get_contents('http://localhost/pid.php');
$i=1;
while(true){
$i++;
$pid = file_get_contents('http://localhost/pid.php');
if($pid!=$old_pid){
echo $i;
break;
}
}
測試結果：（windows+phpstudy）
apache 1000請求
nginx 500請求
當然這個測試僅僅確認了apache和nginx一個進程可以處理的請求數，再來驗證一下剛才關于自動播種的結論：
<?php
//pid1.php
if(isset($_GET['rand'])){
echo mt_rand();
}else{
echo getmypid();
}
<?php //pid2.php echo mt_rand();
<?php
//test.php
$old_pid = file_get_contents('http://localhost/pid1.php');
echo "old_pid:{$old_pid}\r\n";
while(true){
$pid = file_get_contents('http://localhost/pid1.php');
if($pid!=$old_pid){
echo "new_pid:{$pid}\r\n";
for($i=0;$i<20;$i++){
$random = mt_rand(1,2);
echo file_get_contents("http://localhost/pid".$random.".php?rand=1")." ";
}
break;
}
}