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Como, usando a linguagem PHP, gerar uma string, preferencialmente com tamanho configurável, aleatória o suficiente para ser usada em rotinas que lidam com criptografia e que por questões de segurança não podem ser insuficientemente aleatória?

Caso proponha mais de uma solução, preferencialmente explicitar qual considera que é mais aleatória, possivelmente com referências adicionais externas. Soluções que envolvem mais de uma fonte de gerador de aleatoriedade também são bem vindas, em especial se acompanhadas de explicação de vantagens, a exemplo de reduzir problemas com um sistema operacional explicitamente alterado por uma NSA da vida para gerar menos caos na hora de produzir aleatoriedade.

Mesmo que duas pessoas proponham o mesmo código, caso uma destas explique melhor ou prove com exemplos reais a dispersão de valores, será considerado como melhor resposta. Não basta copiar e colar código, deverá dissertar porque é uma boa solução.

Soluções que acessam diretamente um recurso do sistema operacional, usando por exemplo shell_exec, embora não sejam desejáveis, também são bem vindas com explicação de em que contexto seriam vantajosas a exemplo de versões de PHP mais antigas ou que não tem um módulo PHP específico que permitiria usar uma rotina mais apropriada.

4 Respostas 4

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Quando se trata de questões de criptografia/segurança, o ideal é usar ferramentas feitas mesmo para isso.

Um exemplo no PHP é a openssl_random_pseudo_bytes, uma função que foi feita para gerar números aleatórios (com um nº configurável de bytes).

$bytes = openssl_random_pseudo_bytes($length, $strong);
if (!$strong) {
    //Tratar o erro
    exit();
}
$hex = bin2hex($bytes);

Esta biblioteca nem sempre está disponível, o que pode ser problemático.

Em Linux, o /dev/random é um "ficheiro" especial que permite extraír bytes aleatórios. O /dev/urandom é muito semelhante ao /dev/random, embora tenham comportamentos ligeiramente diferentes quando o computador fica "sem entropia", isto é, não tem mais dados para ir buscar para usar como fonte de números aleatórios.

Supostamente, tanto quanto se sabe, usar este ficheiro serve para efeitos de segurança.

$file = fopen('/dev/urandom', 'r');
if (!$file) {
    // Falhou
    exit();
}
$bytes = fread($file, $length);
fclose($file);
$hex = bin2hex($bytes);

Esta segunda solução tem a desvantagem de não estar disponível em Windows.

O que não serve

rand e mt_rand não foram feitos a pensar em criptografia, pelo que não servem. A função mt_rand é descrita pela documentação como "melhor" que a rand, mas ainda assim tem este aviso:

Caution

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 openssl_random_pseudo_bytes() instead.

Em Português:

Cuidado

Esta função não gera valores criptograficamente seguros, e não deve ser usada para efeitos criptográficos. Se precisar de um valor criptograficamente seguro, pondere usar openssl_random_pseudo_bytes em vez disto.

A função uniqid também não serve (veja o aviso na própria documentação, o aviso não está disponível em todas as línguas):

This function does not create random nor unpredictable string. This function must not be used for security purposes. Use cryptographically secure random function/generator and cryptographically secure hash functions to create unpredictable secure ID.

Em português:

Esta função não cria strings aleatórias nem imprevisíveis. Esta função não pode ser usada para efeitos de segurança. Use geradores de números aleatórios seguros e funções de hash criptograficamente seguras para criar IDs imprevisíveis seguros.

A hash(md5, sha, etc.) de um valor que não é suficientemente aleatório para efeitos criptográficos continua a não ser criptograficamente segura.

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PHP 7 ou superior.

Você pode utilizar o random_bytes(), ele é criptograficamente seguro e utiliza o /dev/urandom:

$numero_de_bytes = 12;
$random = random_bytes($numero_de_bytes);

Para ter um dado em hexadecimal você terá que utilizar, neste caso, o bin2hex:

echo bin2hex($random);

Isso irá ter como saída 24 letras humanamente compreensíveis aleatórias. ;)


Libsodium possivelmente já embutido no PHP 7.2 com outra sintaxe.

O Libsodium é uma biblioteca PECL que é uma das mais seguras e que deve ser inseridas no PHP 7.2, com alteração na sintaxe.

$numero_de_bytes = 12;
$random = \Sodium\randombytes_buf($numero_de_bytes);

Já o Libsodium possui uma função que substitui o bin2hex original do PHP, porque ele é vulnerável a ataques side-channel, então utilize:

echo \Sodium\bin2hex($random);

Uma outra opção é utilizar:

echo \Sodium\bin2hex(
          \Sodium\randombytes_buf($numero_de_bytes)
     );
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Já existe no PHP 5.3.0 ou superior rotina especifica para isso.

http://www.php.net/manual/pt_BR/function.openssl-random-pseudo-bytes.php

Usa o Openssl para gerar as strings, com um parâmetro sendo o tamanho e o outro um booleano que retorna True se for considerado seguro o suficiente para uso com criptografia.

Referencia ao site da OpenSSL sobre o funcionamento da mesma.

http://wiki.openssl.org/index.php/Random_Numbers

E se quiser testar você pode pegar os resultados da função converter para binário e rodar uma suíte de teste estatística para validar o quão aleatório são os valores gerados usando o Cryptographic Toolkit da NIST.

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  • talvez vc devesse colocar o código dessa rotina na sua resposta, fica mais facil das pessoas verem e se um dia o link deixar de funcionar sua resposta ainda será válida.
    – Math
    Commented 15/02/2014 às 21:21
  • Concordo com você que poderia ter colocado um exemplo, mas não tinha tempo para escrever e testar uma rotina, que poderia ficar desatualizada com tempo e atualizações na API do PHP. O link é direto para pagina da API do PHP, de onde não é permitido reproduzir o conteudo do site, logo não poderia copiar e colar o exemplo aqui. Mas agradeço a sugestoes e vou levar em consideração para as minhas proximas respostas. Commented 17/02/2014 às 14:20
  • @math Existe outro problema de licença, todo conteudo colocado no site é automaticamente licenciado pela cc by-sa 3.0, a não ser que o codigo fosse feito por mim, só poderia postar algum codigo pronto na web se a licença fosse compativel. O que no caso do site do PHP não é, porque o conteudo do site deles tem Copyright e não é permitido a copia de todo ou parte do mesmo. Logo, cuidado é necessario ao se postar codigo de terceiros aqui. Commented 17/02/2014 às 19:12
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Há várias formas de se gerar strings "aleatórias" e, geralmente, a questão chaves nos algoritmos é a seed que será a fonte da entropia e o algoritmo que irá gerar a string aleatória.

Uma forma bem simples de gerar uma string pseudo-aleatória em PHP é:

$size = 2; // até 40
$seed = time(); // time() só para exemplo!
echo substr(sha1($seed), 40 - min($size,40));

A vantagem é que é bem simples, mas não é tão aleatório assim. Mas resolve se for para uma aplicação simples.


Outra solução é usar a função mt_rand() que utiliza o algoritmo Mersenne twister como gerador de pseudo-aleatoriedade. Com essa função você pode gerar strings pseudo-aleatórias com maior qualidade. No entanto, para alguns casos ela é pode ser bem lenta (comparada a rand() que usa LCG).

Existem outras variações da MT (melhores até), a SFMT (utiliza SSE) e MTGP (otimizada para GPUs), mas não sei se há implementações delas para PHP.

Você pode usar o seguinte para gerar suas strings com MT assim:

function random_str_mt($size) 
{
    $keys = array_merge(range(0, 9), range('a', 'z'), range('A', 'Z'));

    $key = '';
    for ($i = 0; $i < ($size+10); $i++) 
    {
        $key .= $keys[array_rand($keys)];
    }

    return substr($key, 0, $size);
}

echo random_str_mt(20);

No exemplo acima, o substr() quebra um pedaço da string gerada para melhorar a qualidade do resultado.


Para criptografia a melhor solução é utilizar funções próprias para esse fim. Se você utilizar PGP a função openssl_random_pseudo_bytes. Por exemplo:

function random_str_ossl($size) 
{
    return bin2hex(openssl_random_pseudo_bytes($size));
}

echo random_str_ossl(20);

No Windows, a chamada do openssl_random_pseudo_bytes é consideravelmente lenta em algumas versões do PHP (acho que as mais novas já corrigiram isso).


Outra alternativa é utilizar o dev/urandom ou /dev/random. Como nunca testei, vou deixar apenas esse link.

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