导致Java SecureRandom线程阻塞问题

导致Java SecureRandom线程阻塞问题

由于Linux操作系统熵值不够，导致使用安全随机数SecureRandom时，长时间线程阻塞，产生性能低下的问题。

问题定位

跟踪代码，发现线程堆栈停在SecureRandom.nextBytes()上，出现阻塞状态。表现为程序长时间无法向下运行。

问题根因

SecureRandom安全随机数会使用linux的随机数生成器（在linux上实际上使用的是/dev/random或者/dev/urandom）来生成安全随机数，即提供永不为空的随机字节数据流。默认会使用阻塞算法获取随机数，如果熵值不够则会导致长时间无法获取随机数，导致线程阻塞。

知识扩展

随机数产生的原理

为了尽可能的做到随机，随机数生成器会收集系统环境中各种数据，比如：鼠标的移动，键盘的输入, 终端的连接以及断开，音视频的播放，系统中断，内存 CPU 的使用等等。

生成器把收集到的各种环境数据放入一个池子 ( 熵池 ) 中，然后将这些数据进行去偏、漂白，主要目的也是使得数据更加无序，更加难以猜测或者预料得到。

有了大量的环境数据之后，每次获取随机数时，从池子中读取指定的字节序列，这些字节序列就是生成器生成的随机数。

随机数生成器结构

• /dev/random：随机性高，阻塞，真随机。
• /dev/urandom：随机性稍差，非阻塞，可能产生伪随机。
• 因此当有强随机性要求（密码，安全要求）时需要使用/dev/random。

使用SecureRandom一定获取到安全随机数吗？

SecureRandom使用的到底是/dev/random还是/dev/urandom呢？

查看SecureRandom源码

public SecureRandom() {
    super(0);
    // 默认获取伪随机生成器
    getDefaultPRNG(false, null);
}

如果直接使用SecureRandom random = new SecureRandom()无法保证安全随机，那么如何获取安全随机数呢？SecureRandom提供了方法getInstanceStrong()。

public static SecureRandom getInstanceStrong() throws NoSuchAlgorithmException {
    String property = AccessController.doPrivileged(
        new PrivilegedAction<String>() {
            @Override
            public String run() {
                return Security.getProperty(
                    "securerandom.strongAlgorithms");
            }
        });
    .....
}

此方法获取的是/jre/lib/security/java.security配置文件中的securerandom.strongAlgorithms配置的算法，默认配置为阻塞的安全随机算法：

#
# A list of known strong SecureRandom implementations.
#
# To help guide applications in selecting a suitable strong
# java.security.SecureRandom implementation, Java distributions should
# indicate a list of known strong implementations using the property.
#
# This is a comma-separated list of algorithm and/or algorithm:provider
# entries.
#
securerandom.strongAlgorithms=NativePRNGBlocking:SUN

这也是为什么网上很多教程说使用下面方法规避：

#错误方法一：增加JVM参数
-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom
#错误方法二：改JRE配置文件 配置文件：$JAVA_HOME/jre/lib/security/java.security
securerandom.source=file:/dev/urandom

但是从getInstanceStrong()方法以及securerandom.strongAlgorithms配置可知，默认仍为阻塞的安全随机算法，不能解决问题。应使用如下解决方案

解决方法

当使用安全随机数时，即使用类似如下代码时，

SecureRandom random = SecureRandom.getInstanceStrong();
random.nextBytes(bytes);

可能会由于系统熵值不够，导致线程长时间等待，假死。

解决方法一：增加linux系统熵值

查看系统熵池的容量

cat /proc/sys/kernel/random/poolsize

查看系统熵池中拥有的熵数:一般为1000以上

cat /proc/sys/kernel/random/entropy_avail

查看从熵池中读取熵的阀值，当 entropy_avail 中的值少于这个阀值,读取 /dev/random 会被阻塞:

cat /proc/sys/kernel/random/read_wakeup_threshold

安装haveged服务给linux补熵。

安装haveged
yum install haveged -y

执行以下命令，开启服务开机自启动。
systemctl start haveged
systemctl enable haveged

执行以下命令，查看状态。
systemctl status haveged

解决方法二：使用伪随机临时规避

只有将securerandom.strongAlgorithms改为非阻塞的算法才能规避此问题，但是也将系统由安全随机改为伪随机，不能用于生产环境。

securerandom.strongAlgorithms=NativePRNGNonBlocking:SUN