RDRAND

RDRAND(اختصارًا لـ "قراءة عشوائية") هي تعليمة لإعادة أرقام عشوائية من مولد أرقام عشوائية مدمج في شريحة Intel ، والذي تم تهيئته مسبقًا بواسطة مصدر عشوائية مدمج في الشريحة. ^{[ 1 ]} تُعرف أيضًا باسم تقنية المفتاح الآمن من Intel ، ^{[ 2 ]} والتي تحمل الاسم الرمزي Bull Mountain . ^{[ 3 ]} قدمت Intel هذه الميزة حوالي عام 2012، وأضافت AMD دعمًا للتعليمة في يونيو 2015. وهي متوفرة في معالجات Ivy Bridge ^{[ أ ]} ، وتُعد جزءًا من بنية مجموعة تعليمات Intel 64 و IA-32 . ^{[ 5 ]}RDRAND

يتوافق مولد الأرقام العشوائية مع معايير الأمان والتشفير مثل NIST SP 800-90A ، ^{[ 6 ]} و FIPS 140-2 ، و ANSI X9.82 . ^{[ 1 ]} بعد طلب من شركة إنتل، نشرت شركة أبحاث التشفير (Cryptography Research Inc.) بحثًا حول RDRAND في ورقة بعنوان "تحليل مولد الأرقام العشوائية الرقمية لمعالج Ivy Bridge من إنتل" . ^{[ 7 ]}

RDSEEDيشبه هذا RDRANDالنظام نظام توليد الإنتروبيا، ويوفر وصولاً منخفض المستوى إليه. تتوفر RDSEEDتعليمات المولد والمعالج مع معالجات Intel Broadwell ^{[ 8 ]} ومعالجات AMD Zen ^{[ 9 ]} .rdseed

CPUIDيمكن استخدام هذه التعليمات على معالجات AMD وIntel للتحقق من RDRANDدعمها. في حال دعمها، يتم ضبط البت 30 من سجل ECX بعد استدعاء دالة CPUID القياسية 01H. ^{[ 10 ]} يتم التحقق من توفر هذه الميزة في معالجات AMD باستخدام الاختبار نفسه. ^{[ 11 ]}RDSEED ويمكن التحقق من توفرها على معالجات Intel بطريقة مماثلة. في حال RDSEEDدعمها، يتم ضبط البت 18 من سجل EBX بعد استدعاء دالة CPUID القياسية 07H. ^{[ 12 ]}

رمز العملية RDRANDهو 0x0F 0xC7، متبوعًا ببايت ModRM الذي يحدد سجل الوجهة، ويمكن دمجه اختياريًا مع بادئة REX في وضع 64 بت. ^{[ 13 ]}

مفتاح إنتل الآمن هو الاسم الذي أطلقته إنتل على كلٍ من التعليمات وتنفيذ مولد الأرقام العشوائية (RNG) RDRANDالأساسي ، ^{[ 1 ]} والذي كان يُعرف بالاسم الرمزي "جبل الثور" أثناء التطوير. ^{[ 14 ]} تُطلق إنتل على مولد الأرقام العشوائية الخاص بها اسم "مولد الأرقام العشوائية الرقمي" أو DRNG. يأخذ المولد أزواجًا من عينات الإنتروبيا الخام بطول 256 بت، والتي يتم توليدها بواسطة مصدر الإنتروبيا الخاص بالأجهزة ، ويُطبقها على مُكيّف معيار التشفير المتقدم (AES) (في وضع CBC-MAC )، والذي يُختزلها إلى عينة إنتروبيا واحدة مُكيّفة بطول 256 بت. يتم تهيئة مولد بتات عشوائية حتمي يُسمى CTR DRBG، والمُعرّف في NIST SP 800-90A ، بواسطة مُخرجات المُكيّف، مما يُوفر أرقامًا عشوائية آمنة تشفيرًا للتطبيقات التي تطلبها عبر التعليمات. ^{[ 1 ] [ 14 ]} سيُصدر الجهاز بحد أقصى 511 عينة بطول 128 بت قبل تغيير قيمة البذرة. يتيح استخدام هذه العملية الوصول إلى العينات المشروطة ذات 256 بت من AES-CBC-MAC.RDRANDRDSEED

أُضيفت هذه RDSEEDالتعليمات إلى Intel Secure Key لتهيئة مولد أرقام شبه عشوائية آخر، ^{[ 15 ]} متوفر في معالجات Broadwell . يعمل مصدر الإنتروبيا لهذه RDSEEDالتعليمات بشكل غير متزامن على دائرة ذاتية التوقيت، ويستخدم الضوضاء الحرارية داخل السيليكون لإخراج دفق عشوائي من البتات بمعدل 3  جيجاهرتز، ^{[ 16 ]} وهو أبطأ من المعدل الفعال البالغ 6.4  جيجابت/ثانية الذي يمكن الحصول عليه من RDRAND(يتم تقاسم كلا المعدلين بين جميع النوى والخيوط ). ^{[ 17 ]} صُممت هذه التعليمات لتهيئة مولد أرقام شبه عشوائية برمجي ذي عرض عشوائي، بينما صُممت التعليمات الأخرى للتطبيقات التي تتطلب فقط أرقامًا عشوائية عالية الجودة. إذا لم تكن هناك حاجة إلى أمان تشفيري، فإن مولد أرقام شبه عشوائية برمجي مثل Xorshift يكون عادةً أسرع. ^{[ 18 ]}RDSEEDRDRAND

يُعد هذا خيارًا لتوليد أرقام عشوائية آمنة تشفيرياً باستخدام OpenSSLRDRAND ، RDSEEDللمساعدة في تأمين الاتصالات.

تم تقييم التطبيق العلمي لـ RDRANDفي محاكاة مونت كارلو ، مع التركيز على الأداء وقابلية التكرار، مقارنةً بمولدات الأرقام العشوائية الأخرى. وقد أدى ذلك إلى استنتاج مفاده أن استخدام RDRANDبدلاً من Mersenne Twister لا يُقدم نتائج مختلفة، ولكنه يُؤدي إلى أداء وقابلية تكرار أسوأ. ^{[ 25 ] [ 20 ]}

في سبتمبر 2013، رداً على مقال نشرته صحيفة نيويورك تايمز يكشف عن جهود وكالة الأمن القومي لإضعاف التشفير ، ^{[ 26 ]} نشر ثيودور تسو علنًا بخصوص استخدام RDRANDfor /dev/randomفي نواة لينكس : ^{[ 27 ]}

أنا سعيدٌ للغاية لأنني قاومت ضغوط مهندسي إنتل للاعتماد /dev/randomفقط على RDRANDالتعليمات. وكما ورد في مقال صحيفة نيويورك تايمز ^{[ 26 ]} : "بحلول هذا العام، اكتشف مشروع تمكين الاستخبارات الإلكترونية طرقًا داخل بعض رقائق التشفير لتشويش المعلومات للشركات والحكومات، إما عن طريق التعاون مع مصنعي الرقائق لإدخال أبواب خلفية..." إن الاعتماد فقط على مولد الأرقام العشوائية للأجهزة، والذي يستخدم تطبيقًا مغلقًا داخل رقاقة يستحيل مراجعته، هو فكرة سيئة للغاية.

رفض لينوس تورفالدز المخاوف بشأن استخدام RDRANDمولد الأرقام العشوائية في نواة لينكس، مشيرًا إلى أنه لا يُستخدم كمصدر وحيد للإنتروبيا /dev/random، بل يُستخدم لتحسين الإنتروبيا من خلال دمج القيم المُستلمة من المولد RDRANDمع مصادر عشوائية أخرى. ^{[ 28 ] [ 29 ]} مع ذلك، أثبت تايلور هورنبي من شركة Defuse Security أن مولد الأرقام العشوائية في لينكس قد يصبح غير آمن في حال إدخال ثغرة أمنية في التعليمات البرمجية RDRANDالتي تستهدف تحديدًا الكود الذي يستخدمه. يعمل تطبيق هورنبي التجريبي على نواة لينكس غير مُعدّلة قبل الإصدار 3.13. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} وقد تمّت معالجة هذه المشكلة في نواة لينكس عام 2013. ^{[ 33 ]}

قام مطورو نواة FreeBSD بتغيير طريقة استخدام PadLockRDRAND عبرها مباشرةً، مع التعليق التالي: "بالنسبة لـ FreeBSD 10، سنتراجع عن استخدام PadLock ونزيل واجهاته الخلفية، ونُدخلها إلى Yarrow بدلاً من إرسال مخرجاتها مباشرةً إلى /dev/random . سيظل من الممكن الوصول إلى مولدات الأرقام العشوائية المادية، أي PadLock وما إلى ذلك، مباشرةً عبر لغة التجميع المضمنة أو باستخدام OpenSSL من مساحة المستخدم، إذا لزم الأمر، ولكن لم يعد بإمكاننا الوثوق بها." ^{[ 28 ] [ 34 ]} يستخدم /dev/random في FreeBSD مكتبتي Fortuna وRDRAND بدءًا من FreeBSD 11. ^{[ 35 ]} RDRANDRDRAND 

في 9 يونيو 2020، نشر باحثون من جامعة فريجي أمستردام تقريرًا عن هجوم قناة جانبية يُدعى CrossTalk ( CVE-2020-0543 ) أثّر RDRANDعلى عدد من معالجات إنتل. ^{[ 36 ]} اكتشف الباحثون أن مخرجات مولد الأرقام العشوائية الرقمية (DRNG) في الجهاز تُخزّن في مخزن مؤقت مشترك بين جميع النوى. سمحت هذه الثغرة الأمنية لبرمجيات خبيثة تعمل على معالج مُصاب بقراءة RDRANDنتائج RDSEEDالتعليمات من تطبيق مُستهدف يعمل على نواة أخرى من نفس المعالج، بما في ذلك التطبيقات التي تعمل داخل بيئات Intel SGX المعزولة . ^{[ 36 ]} طوّر الباحثون نموذجًا أوليًا لاستغلال هذه الثغرة ^{[ 37 ]} استخرج مفتاح ECDSA كاملًا من بيئة SGX معزولة تعمل على نواة معالجة مركزية منفصلة بعد عملية توقيع واحدة فقط. ^{[ 36 ]} تؤثر هذه الثغرة الأمنية على الحالات التي تعمل فيها برمجيات غير موثوقة جنبًا إلى جنب مع برمجيات موثوقة على نفس المعالج، كما هو الحال في بيئة استضافة مشتركة.

تُشير إنتل إلى ثغرة CrossTalk باسم "أخذ عينات بيانات مخزن السجلات الخاص" (SRBDS). واستجابةً للأبحاث، أصدرت إنتل تحديثات للبرمجيات الدقيقة للتخفيف من حدة المشكلة. تضمن البرمجيات الدقيقة المُحدَّثة تأخير الوصول إلى البيانات خارج النواة حتى اكتمال العمليات الحساسة - وتحديدًا تعليمات و و و - وكتابة البيانات في مخزن التخزين المؤقت. ^{[ 21 ]} يؤثر هجوم SRBDS أيضًا على تعليمات أخرى، مثل تلك التي تقرأ سجلات MSR ، لكن إنتل لم تُطبِّق عليها حماية أمنية إضافية نظرًا لمخاوف تتعلق بالأداء وانخفاض الحاجة إلى سرية نتائج تلك التعليمات. ^{[ 21 ]} تأثرت مجموعة واسعة من معالجات إنتل التي صدرت بين عامي 2012 و2019، بما في ذلك معالجات أجهزة سطح المكتب والأجهزة المحمولة والخوادم. ^{[ 38 ] [ 39 ]} أدت إجراءات التخفيف نفسها إلى تأثيرات سلبية على الأداء عند استخدام التعليمات المتأثرة، لا سيما عند تنفيذها بالتوازي بواسطة تطبيقات متعددة الخيوط، وذلك بسبب زيادة زمن الاستجابة الناتج عن عمليات التحقق الأمني ​​والتسلسل الفعال للتعليمات المتأثرة عبر النوى. قدمت إنتل خيار إلغاء الاشتراك، الذي يمكن تهيئته عبر MSR على كل معالج منطقي، مما يحسن الأداء عن طريق تعطيل عمليات التحقق الأمني ​​الإضافية للتعليمات التي يتم تنفيذها خارج منطقة SGX المعزولة. ^{[ 21 ]} RDRANDRDSEEDEGETKEY IA32_MCU_OPT_CTRL

في أكتوبر 2025، اكتشف غريغوري برايس من شركة ميتا بلاتفورمز مشكلة في تعليمة RDSEED على معالجات AMD Zen 5. نتيجةً لهذه المشكلة، قد تُعيد تعليمة RDSEED القيمة 0 بدلاً من رقم عشوائي، مع الإشارة الخاطئة إلى نجاح العملية. تؤثر هذه المشكلة فقط على إصداري التعليمة 16 بت و32 بت، ولا تؤثر على إصدارها 64 بت. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

• مجموعة تعليمات AES
• برنامج فك التشفير Bullrun

• مشروع RdRand مفتوح المصدر بتقنية .NET