如何使用汇编程序从英特尔处理器中获取随机数？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何使用汇编程序从英特尔处理器中获取随机数？

【英文标题】：How I can get the random number from Intel's processor with assembler?

【发布时间】：2012-07-10 05:26:43

【问题描述】：

我需要从处理器（英特尔酷睿 i3）中的英特尔随机生成器获取随机数。我不想使用任何库。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。

【参考方案1】：

在支持的 CPU（目前只有 Ivy Bridge 和 Haswell Intel CPU）上调用 RDRAND 指令会将随机值放入指定的寄存器中。例如，这会给你一个随机的 64 位值：

RDRAND %rax

成功时，将设置进位位。有关详细信息，请参阅英特尔的 Bull Mountain Software Implementation Guide。 （“Bull Mountain”是英特尔硬件RNG的代号。）

【讨论】：

您能否进一步详细说明它是 PRNG 还是条目生成器？

点击链接。 TLDR：这是一个真正的随机数生成器。

【参考方案2】：

...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 David Johnston 编写的，他为rdand 问题提供了很棒的技术答案。他也是在英特尔设计硬件的人。

---

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;

---

另请参阅How to use RDRAND intrinsics? 它不会回答您的直接问题，但它可能是您的替代方案（并且可能对其他人有所帮助）。

【讨论】：

它最初是我的工作，但英特尔的低级软件专家对你所拥有的东西进行了清理和改进，他们致力于交叉编译器和跨字宽兼容性。

有关RDRAND 的 AMD 可用性的参考，请参阅AMD64 Architecture Programmer’s Manual Volume 3: General-Purpose and System Instructions。