RK3568 Android12 MAC地址生成简析

Platform: RK3568
OS: Android 12
Kernel: v4.19.206
SDK Version：android-12.0-mid-rkr1
Module: MAC Address

问题

有客户提到一个问题，随机生成的MAC地址能否保证唯一不重复？
这个问题我一时半会答不上来，那就花点时间了解下。

简单分析

目前RK的MAC地址读取策略一般是¹：优先使用烧写在 IDB 或 vendor Storage 中的 MAC 地址，若该地址符合规范，则使用。若不符合或没有
烧写，则随机生成 MAC 地址保存到 Vendor 分区中并使用，重启或恢复出厂设置不会丢失，但是完全擦除则会丢失。

Vendor Sotrage 是RK定义的一段保留分区²³，用于存储SN，MAC，HDCP等用户数据，在uboot和kernel中都有提供接口用于操作。本文就只关注kernel部分，主要就是读写接口：
int rk_vendor_read(u32 id, void *pbuf, u32 size);
int rk_vendor_write(u32 id, void *pbuf, u32 size);

1. WIFI MAC地址

代码可见net/rfkill/rfkill-wlan.c

/**************************************************************************** Wifi MAC custom Func**************************************************************************/
#include <linux/etherdevice.h>
#include <linux/errno.h>
u8 wifi_custom_mac_addr[6] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0 };//#define RANDOM_ADDRESS_SAVE
static int get_wifi_addr_vendor(unsigned char *addr)
{int ret;int count = 5;while (count-- > 0) {if (is_rk_vendor_ready())break;/* sleep 500ms wait rk vendor driver ready */msleep(500);}   ret = rk_vendor_read(WIFI_MAC_ID, addr, 6); if (ret != 6 || is_zero_ether_addr(addr)) {LOG("%s: rk_vendor_read wifi mac address failed (%d)\n",__func__, ret);
#ifdef CONFIG_WIFI_GENERATE_RANDOM_MAC_ADDRrandom_ether_addr(addr);LOG("%s: generate random wifi mac address: ""%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",__func__, addr[0], addr[1], addr[2], addr[3], addr[4],addr[5]);ret = rk_vendor_write(WIFI_MAC_ID, addr, 6);if (ret != 0) {LOG("%s: rk_vendor_write failed %d\n"__func__, ret);memset(addr, 0, 6);return -1;}
#elsereturn -1;
#endif} else {LOG("%s: rk_vendor_read wifi mac address: ""%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",__func__, addr[0], addr[1], addr[2], addr[3], addr[4],addr[5]);}return 0;
}
int rockchip_wifi_mac_addr(unsigned char *buf)
{char mac_buf[20] = { 0 };LOG("%s: enter.\n", __func__);// from vendor storageif (is_zero_ether_addr(wifi_custom_mac_addr)) {if (get_wifi_addr_vendor(wifi_custom_mac_addr) != 0)return -1;}sprintf(mac_buf, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",wifi_custom_mac_addr[0], wifi_custom_mac_addr[1],wifi_custom_mac_addr[2], wifi_custom_mac_addr[3],wifi_custom_mac_addr[4], wifi_custom_mac_addr[5]);LOG("falsh wifi_custom_mac_addr=[%s]\n", mac_buf);if (is_valid_ether_addr(wifi_custom_mac_addr)) {if (!strncmp(wifi_chip_type_string, "rtl", 3))wifi_custom_mac_addr[0] &= ~0x2; // for p2p} else {LOG("This mac address is not valid, ignored...\n");return -1;}memcpy(buf, wifi_custom_mac_addr, 6);return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(rockchip_wifi_mac_addr);

在get_wifi_addr_vendor() 函数是实现对vendor storage分区读写wifi MAC地址的功能。先用rk_vendor_read(WIFI_MAC_ID, addr, 6)读取vendor storage分区中的wifi MAC地址，如果读不到或者地址格式不对的话，则用random_ether_addr(addr) 来生成随机MAC地址并通过rk_vendor_write(WIFI_MAC_ID, addr, 6);来回写到vendor storage分区中。

rockchip_wifi_mac_addr()函数主要是调用了get_wifi_addr_vendor()来获取MAC地址填充在buf的前6个位置，并开放给内核其他模块使用。比如在bcmdhd/dhd_gpio.c中：

static int dhd_wlan_get_mac_addr(unsigned char *buf)
{int err = 0;printf("======== %s ========\n", __FUNCTION__);
#ifdef EXAMPLE_GET_MAC/* EXAMPLE code */{struct ether_addr ea_example = {{0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0xFF}};bcopy((char *)&ea_example, buf, sizeof(struct ether_addr));}
#endif /* EXAMPLE_GET_MAC */err = rockchip_wifi_mac_addr(buf);
……

2. Ethernet MAC地址

接下来看看以太网MAC地址，相关驱动位于drivers/net/ethernet/stmicro/stmmac/

dwmac-rk.c

void rk_get_eth_addr(void *priv, unsigned char *addr)
{struct rk_priv_data *bsp_priv = priv;struct device *dev = &bsp_priv->pdev->dev;unsigned char ethaddr[ETH_ALEN * MAX_ETH] = {0}; int ret, id = bsp_priv->bus_id;rk_devinfo_get_eth_mac(addr);if (is_valid_ether_addr(addr))goto out; if (id < 0 || id >= MAX_ETH) {dev_err(dev, "%s: Invalid ethernet bus id %d\n", __func__, id); return;}    ret = rk_vendor_read(LAN_MAC_ID, ethaddr, ETH_ALEN * MAX_ETH);if (ret <= 0 ||!is_valid_ether_addr(&ethaddr[id * ETH_ALEN])) {dev_err(dev, "%s: rk_vendor_read eth mac address failed (%d)\n",__func__, ret);random_ether_addr(&ethaddr[id * ETH_ALEN]);memcpy(addr, &ethaddr[id * ETH_ALEN], ETH_ALEN);dev_err(dev, "%s: generate random eth mac address: %pM\n", __func__, addr);ret = rk_vendor_write(LAN_MAC_ID, ethaddr, ETH_ALEN * MAX_ETH);if (ret != 0)dev_err(dev, "%s: rk_vendor_write eth mac address failed (%d)\n",__func__, ret);ret = rk_vendor_read(LAN_MAC_ID, ethaddr, ETH_ALEN * MAX_ETH);if (ret != ETH_ALEN * MAX_ETH)dev_err(dev, "%s: id: %d rk_vendor_read eth mac address failed (%d)\n",__func__, id, ret);} else {memcpy(addr, &ethaddr[id * ETH_ALEN], ETH_ALEN);}out:dev_err(dev, "%s: mac address: %pM\n", __func__, addr);
}static int rk_gmac_probe(struct platform_device *pdev)
{struct plat_stmmacenet_data *plat_dat;struct stmmac_resources stmmac_res;const struct rk_gmac_ops *data;int ret;
…………plat_dat = stmmac_probe_config_dt(pdev, &stmmac_res.mac);if (IS_ERR(plat_dat))return PTR_ERR(plat_dat);if (!of_device_is_compatible(pdev->dev.of_node, "snps,dwmac-4.20a"))plat_dat->has_gmac = true;plat_dat->fix_mac_speed = rk_fix_speed;plat_dat->get_eth_addr = rk_get_eth_addr;plat_dat->bsp_priv = rk_gmac_setup(pdev, plat_dat, data);

和wifi部分功能类似，rk_get_eth_addr也是实现了vendor storage分区的mac地址读写功能，通过调用random_ether_addr来生成随机地址的，然后在stmmac_main.c 中调用 priv->plat->get_eth_addr

3. 随机地址生成函数

random_ether_addr定义在include/linux/etherdevice.h

/*** eth_random_addr - Generate software assigned random Ethernet address* @addr: Pointer to a six-byte array containing the Ethernet address** Generate a random Ethernet address (MAC) that is not multicast* and has the local assigned bit set.*/
static inline void eth_random_addr(u8 *addr)
{get_random_bytes(addr, ETH_ALEN);addr[0] &= 0xfe;        /* clear multicast bit */addr[0] |= 0x02;        /* set local assignment bit (IEEE802) */
}#define random_ether_addr(addr) eth_random_addr(addr)

get_random_bytes(addr, ETH_ALEN);生成6个字节的随机数放到addr中。
根据MAC地址的规则⁴，将第一个字节的bit0设为0表示单播地址，bit1设为1表示本地地址。

get_random_bytes的定义在/drivers/char/random.c

/** This function is the exported kernel interface.  It returns some* number of good random numbers, suitable for key generation, seeding* TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random* number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG* (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure* that the randomness provided by this function is okay, the function* wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once* at any point prior.*/
static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
{__u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);while (nbytes >= CHACHA_BLOCK_SIZE) {extract_crng(buf);buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;}if (nbytes > 0) {extract_crng(tmp);memcpy(buf, tmp, nbytes);crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);} elsecrng_backtrack_protect(tmp, CHACHA_BLOCK_SIZE);memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
}void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
{static void *previous;warn_unseeded_randomness(&previous);_get_random_bytes(buf, nbytes);
}
EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);

根据参考资料⁵，get_random_bytes是内核随机数产生器的输出接口，从理论上说这个随机数产生器产生的是真随机数。为了获得真正意义上的随机数，需要一个外部的噪声源。Linux内核找到了一个完美的噪声源产生者–就是使用计算机的人。我们在使用计算机时敲击键盘的时间间隔，移动鼠标的距离与间隔，特定中断的时间间隔等等，这些对于计算机来讲都是属于非确定的和不可预测的，这些不确定性可以通过驱动程序中注册的中断处理例程(ISR)获取。内核根据这些非确定性的设备事件维护着一个熵池，池中的数据是完全随机的。当有新的设备事件到来，内核会估计新加入的数据的随机性，当我们从熵池中取出数据时，内核会减少熵的估计值。
在获取随机数时，随机数是通过对熵池进行SHA哈希计算得到的。使用SHA哈希，是为了避免熵池的内部状态直接被外部获取，从而直接对后面的随机数进行预测⁶。

4. MAC地址重复问题

一般的说法是每个网络设备出厂都会有全球唯一的MAC地址，但是从实际经验来看我们大量采用随机生成的地址，并且还可以手动自定义修改地址，这显然没有唯一性。根据参考资料⁷，在要求不严格时MAC地址是可以自定义的，因为只要在一个子网内没有重复的MAC地址就不会造成地址冲突的问题。并且根据第3点的分析可知linux内核生成的随机数是理论上的真随机数，发生重复的概率是很低的，普通用户使用应该问题不大。但是如果要求比较严格的应用场景，则建议从IEEE基金会申请全球唯一的MAC地址。

如有谬误欢迎指正，感谢阅读~

参考资料

《Rockchip Developer Guide Linux GMAC》 ↩︎
[RK3399][Android7.1] Vendor Storage区域知识及探讨 ↩︎
《RK Vendor Storage Application Note》 ↩︎
百度百科：MAC地址 ↩︎
从Linux内核中获取真随机数 ↩︎
Linux随机数发生器 ↩︎
MAC地址定义有什么特殊要求？ ↩︎