如何使用汇编程序从英特尔处理器获取随机数？

Question

我需要从英特尔处理器中的随机生成器（英特尔酷睿i3）获取随机数。我不想使用任何图书馆。我想在C中使用汇编程序粘贴，但我不知道应该使用哪些寄存器和指令。

Answer 1

... 但我不知道应该使用哪些寄存器和指令。

下面是我在带有GCC的Linux机器上使用的内联汇编程序。我相信我从英特尔手册中撕下了很大一部分。它可能是由DavidJohnston写的，他为rdand问题提供了很棒的技术答案。他也是英特尔公司硬件的设计者。

int RDRAND_bytes(byte* buff, size_t bsize)
{
    if (!HasRDRAND())
        return -1;

    size_t idx = 0, rem = bsize;
    size_t safety = bsize / sizeof(unsigned int) + 4;

    unsigned int val;
    while (rem > 0 && safety > 0)
    {
        char rc;    
        __asm__ volatile(
                "rdrand %0 ; setc %1"
                : "=r" (val), "=qm" (rc)
        );

        // 1 = success, 0 = underflow
        if (rc)
        {
            size_t cnt = (rem < sizeof(val) ? rem : sizeof(val));
            memcpy(buff + idx, &val, cnt);

            rem -= cnt;
            idx += cnt;
        }
        else
        {
            safety--;
        }
    }

    // Wipe temp on exit
    *((volatile unsigned int*)&val) = 0;

    // 0 = success; non-0 = failure (possibly partial failure).
    return (int)(bsize - rem);
}

下面的代码用于HasRDRAND。它同时检测AMD和Intel CPU（我认为这就是所有提供RDRAND的CPU）。

struct CPUIDinfo {
    unsigned int EAX;
    unsigned int EBX;
    unsigned int ECX;
    unsigned int EDX;
};

// Be careful below. EBX/RBX needs to be preserved depending on the memory model and use of PIC.
void cpuid_info(CPUIDinfo *info, const unsigned int func, const unsigned int subfunc) {
    __asm__ __volatile__ (
            "cpuid"
            : "=a"(info->EAX), "=b"(info->EBX), "=c"(info->ECX), "=d"(info->EDX)
            : "a"(func), "c"(subfunc)
    );
}

int HasAmdCpu() {
    CPUIDinfo info;
    cpuid_info(&info, 0, 0);
    if (memcmp((char *) (&info.EBX), "htuA", 4) == 0
            && memcmp((char *) (&info.EDX), "itne", 4) == 0
            && memcmp((char *) (&info.ECX), "DMAc", 4) == 0) {

        return 1;
    }


int HasIntelCpu() {
    CPUIDinfo info;
    cpuid_info(&info, 0, 0);
    if (memcmp((char *) (&info.EBX), "Genu", 4) == 0
            && memcmp((char *) (&info.EDX), "ineI", 4) == 0
            && memcmp((char *) (&info.ECX), "ntel", 4) == 0) {

        return 1;
    }

    return 0;
}

int HasRDRAND() {    
    if (!HasAmdCpu() || !HasIntelCpu())
        return 0;

    CPUIDinfo info;
    cpuid_info(&info, 1, 0);

    static const unsigned int RDRAND_FLAG = (1 << 30);
    if ((info.ECX & RDRAND_FLAG) == RDRAND_FLAG)
        return 1;

    return 0;
}

另请参见如何使用RDRAND内部函数？它不能回答你眼前的问题，但它可能是你的另一种选择（并可能帮助他人）。

Answer 2

在支持的CPU（目前只有Ivy Bridge和Haswell Intel CPU）上调用RDRAND指令将把一个随机值放入指定的寄存器中。例如，这将为您提供一个随机的64位值：

RDRAND %rax

成功后，将设置进位。有关更多详细信息，请参阅英特尔的Bull Mountain软件实施指南。（“Bull Mountain”是英特尔硬件RNG的代号。）