Tomcat 啟動(dòng)時(shí) SecureRandom 非常慢解決辦法

最近使用阿里云的 Ubuntu 16.04 ESC 服務(wù)器運(yùn)行 Tomcat 時(shí)發(fā)現(xiàn)，Tomcat 啟動(dòng)的特別慢，通過(guò)查看日志，發(fā)現(xiàn)時(shí)間主要花在實(shí)例化 SecureRandom 對(duì)象上了。

由該日志可以看出，實(shí)例化該對(duì)象使用了253秒，導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用啟動(dòng)了275秒之久。

注意這條日志：

org.apache.catalina.util.SessionIdGeneratorBase.createSecureRandom Creation of 
SecureRandom instance for session ID generation using [SHA1PRNG] took [253,251] milliseconds.

根本原因是 SecureRandom 這個(gè) jre 的工具類(lèi)的問(wèn)題。那為什么 SecureRandom generateSeed 這么慢，甚至掛在 Linux 操作系統(tǒng)呢？

Tomcat 7/8 都使用 org.apache.catalina.util.SessionIdGeneratorBase.createSecureRandom 類(lèi)產(chǎn)生安全隨機(jī)類(lèi) SecureRandom 的實(shí)例作為會(huì)話 ID。

Tomcat 使用 SHA1PRNG 算法是基于 SHA-1 算法實(shí)現(xiàn)且保密性較強(qiáng)的偽隨機(jī)數(shù)生成器。

在 SHA1PRNG 中，有一個(gè)種子產(chǎn)生器，它根據(jù)配置執(zhí)行各種操作。

Linux 中的隨機(jī)數(shù)可以從兩個(gè)特殊的文件中產(chǎn)生，一個(gè)是 /dev/urandom，另外一個(gè)是 /dev/random。他們產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的原理是利用當(dāng)前系統(tǒng)的熵池來(lái)計(jì)算出固定一定數(shù)量的隨機(jī)比特，然后將這些比特作為字節(jié)流返回。熵池就是當(dāng)前系統(tǒng)的環(huán)境噪音，熵指的是一個(gè)系統(tǒng)的混亂程度，系統(tǒng)噪音可以通過(guò)很多參數(shù)來(lái)評(píng)估，如內(nèi)存的使用，文件的使用量，不同類(lèi)型的進(jìn)程數(shù)量等等。如果當(dāng)前環(huán)境噪音變化的不是很劇烈或者當(dāng)前環(huán)境噪音很小，比如剛開(kāi)機(jī)的時(shí)候，而當(dāng)前需要大量的隨機(jī)比特，這時(shí)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)效果就不是很好了。

這就是為什么會(huì)有 /dev/urandom 和 /dev/random 這兩種不同的文件，后者在不能產(chǎn)生新的隨機(jī)數(shù)時(shí)會(huì)阻塞程序，而前者不會(huì)（ublock），當(dāng)然產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)效果就不太好了，這對(duì)加密解密這樣的應(yīng)用來(lái)說(shuō)就不是一種很好的選擇。/dev/random 會(huì)阻塞當(dāng)前的程序，直到根據(jù)熵池產(chǎn)生新的隨機(jī)字節(jié)之后才返回，所以使用 /dev/random 比使用 /dev/urandom 產(chǎn)生大量隨機(jī)數(shù)的速度要慢。

SecureRandom generateSeed  使用 /dev/random 生成種子。但是 /dev/random 是一個(gè)阻塞數(shù)字生成器，如果它沒(méi)有足夠的隨機(jī)數(shù)據(jù)提供，它就一直等，這迫使 JVM 等待。鍵盤(pán)和鼠標(biāo)輸入以及磁盤(pán)活動(dòng)可以產(chǎn)生所需的隨機(jī)性或熵。但在一個(gè)服務(wù)器缺乏這樣的活動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

有2種解決方案：

1. 在Tomcat環(huán)境中解決：

可以通過(guò)配置 JRE 使用非阻塞的 Entropy Source：

在 catalina.sh 中加入這么一行：-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom 即可。

2. 在 JVM 環(huán)境中解決：

打開(kāi) $JAVA_PATH/jre/lib/security/java.security 這個(gè)文件，找到下面的內(nèi)容：

securerandom.source=file:/dev/random

替換成：

securerandom.source=file:/dev/./urandom

這里值為何要在 dev 和 random 之間加一個(gè)點(diǎn)呢？是因?yàn)橐粋€(gè) JDK 的 bug，有人反饋即使對(duì) securerandom.source 設(shè)置為 /dev/urandom 它也仍然使用的 /dev/random，有人提供了變通的解決方法，其中一個(gè)變通的做法是對(duì) securerandom.source 設(shè)置為 /dev/./urandom 才行。也有人評(píng)論說(shuō)這個(gè)不是 bug，是有意為之。

在 JDK 7 的 java.security 文件里，配置里的是：

# Select the source of seed data for SecureRandom. By default an
# attempt is made to use the entropy gathering device specified by
# the securerandom.source property. If an exception occurs when
# accessing the URL then the traditional system/thread activity
# algorithm is used.
#
# On Solaris and Linux systems, if file:/dev/urandom is specified and it
# exists, a special SecureRandom implementation is activated by default.
# This "NativePRNG" reads random bytes directly from /dev/urandom.
#
# On Windows systems, the URLs file:/dev/random and file:/dev/urandom
# enables use of the Microsoft CryptoAPI seed functionality.
#
securerandom.source=file:/dev/urandom

但這個(gè) /dev/urandom 也同那個(gè) bug 報(bào)告里所說(shuō)的等同于 /dev/random；要使用非阻塞的熵池，這里還是要修改為 /dev/./urandom。經(jīng)測(cè)試，貌似 JDK 7 并沒(méi)有同注釋里的意思修復(fù)了這個(gè)問(wèn)題。

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