[ 82.678206] random: crng init done后系统随机数生成缓慢如何优化？

Question

在Linux系统启动过程中，出现"[ 82.678206] random: crng init done"提示后，随机数生成速度缓慢是一个常见问题。这是因为系统依赖于熵池填充来生成高质量的随机数，在熵不足时会导致阻塞。此问题尤其在虚拟化环境或嵌入式设备中更为明显。 **技术问题：** 如何有效优化系统随机数生成性能，减少因熵不足导致的应用程序延迟？特别是在云服务器或资源受限环境中，如何加速CRNG（Chaotic Random Number Generator）初始化并提升随机数生成效率？ 解决这一问题需要从硬件随机数生成器支持、熵源增强以及软件配置优化等多方面入手。

Answer 1

1. 问题背景与分析

在Linux系统启动过程中，随机数生成器（CRNG）的初始化依赖于熵池的填充。如果熵不足，可能会导致诸如"[ 82.678206] random: crng init done"这样的延迟提示。这种问题在虚拟化环境或嵌入式设备中尤为明显，因为这些环境中硬件事件较少，熵源匮乏。

以下是问题的关键点：

• 随机数生成速度缓慢的原因：熵池未充分填充。
• 影响范围：云服务器、虚拟机和资源受限的嵌入式设备。
• 优化目标：加速CRNG初始化，减少应用程序阻塞时间。

2. 硬件随机数生成器支持

现代CPU通常内置硬件随机数生成器（如Intel的RDRAND指令）。通过启用硬件随机数生成器，可以显著提升随机数生成效率。

# 检查是否支持RDRAND
grep -E "(rng|random)" /proc/cpuinfo

# 安装rng-tools以利用硬件随机数生成器
sudo apt-get install rng-tools
sudo systemctl enable rng-tools
sudo systemctl start rng-tools

此外，还可以通过配置/etc/default/rng-tools文件来确保硬件随机数生成器被正确使用：

RNGDOPTIONS="--hrng=intel"

3. 软件配置优化

通过调整软件配置，可以进一步增强熵源并优化随机数生成性能。

优化方法	具体步骤
安装haveged	haveged是一个基于哈希算法的熵生成工具，适用于资源受限环境。 sudo apt-get install haveged sudo systemctl enable haveged sudo systemctl start haveged
增加熵池大小	修改/proc/sys/kernel/random/poolsize以增加熵池容量。 echo 4096 > /proc/sys/kernel/random/poolsize

4. 熵源增强策略

为了加速CRNG初始化，可以通过以下方式增强熵源：

1. 引入外部噪声源，例如键盘输入、鼠标移动等。
2. 使用专门的硬件设备（如USB熵生成器）。
3. 定期从网络时间协议（NTP）获取时间戳作为熵源。

以下是一个mermaid格式的流程图，展示熵源增强的逻辑：

```mermaid
sequenceDiagram
    participant System as Linux System
    participant RNG as Random Number Generator
    participant EntropySource as Entropy Source

    System->>EntropySource: Collect hardware events
    EntropySource-->>RNG: Provide entropy
    RNG-->>System: Generate random numbers
```

5. 在虚拟化环境中的特殊处理

虚拟化环境中，由于缺乏直接硬件访问，熵源更为稀缺。以下是一些针对虚拟机的优化建议：

• 启用vhost-random功能，允许虚拟机直接访问宿主机的随机数生成器。
• 使用QEMU/KVM的virtio-rng设备，将宿主机的熵传递给虚拟机。

配置示例：

# 在KVM启动参数中添加virtio-rng设备
qemu-system-x86_64 ... -device virtio-rng-pci

通过上述方法，可以在不同场景下有效优化随机数生成性能，减少因熵不足导致的应用程序延迟。