Tomcatが起動しない！？SecureRandomと乱数デバイスの罠​

2025/11/15 JJUG Fall 株式会社ケープロジェクト ふじきゃわ発表
※本資料は古いLinuxへの対応履歴です、最新のLinuxでは/randomもブロックしないような改善が行われていますのでご注意ください。

参考記事：https://megascus.hatenablog.com/entry/2024/08/22/151816
　「最新のLinuxと古めのLinuxが混在している環境での/dev/randomを使っての乱数生成に注意」
#Java

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1. Tomcatが起動しない！？ SecureRandomと乱数デバイスの罠 2025 JJUG Fall （11/15） 株式会社ケープロジェクト ふじきゃわ
2. ！注意！ ※本資料は古いLinuxへの対応履歴です、 最新のLinuxでは/randomもブロックしないような 改善が行われていますのでご注意ください。 参考記事： https://megascus.hatenablog.com/entry/2024/08/22/151816 「最新のLinuxと古めのLinuxが混在している環境での /dev/randomを使っての乱数生成に注意」
3. 自己紹介 • ふじきゃわ • 元テレビのAD（アシスタントディレクター） • 好きなものはとんかつとペンギン • Java歴7年 • 現在20年もののERP保守中
4. 今日のゴール • 現場トラブル（起動遅延）の因果をOSとJavaの両面から正し く理解する • Java側の選択（SecureRandomプロバイダ）で再発を防ぐ 判断基準を持ち帰る • 明日から使える：検証・対策・設定の実用パターンを共有
5. 目次 • 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • SecureRandomの概要 • 乱数生成器：RNG • エントロピーはどこから？ • 解決！ • 今後の対策
6. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 環境：Linux + Java 11 + Tomcat8.5 • 症状：毎朝早朝にTomcatを自動起動していたが、 始業開始頃に「500エラー」が発生。 エラーが発生する際のログは決まっていつも最後は、 アプリ側のログ：「ログイン要求が発生しました」 • 補足：Windows顧客では発生していない。
7. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 着目したのは・・・ アプリ側に最初のログイン時に、時折出るログでした。 警告[ajp-nio-127.0.0.1-8009-exex-5] org.apache.Catalina.util.SessionIdGeneratorBase.createSecureRandom セッションIDを生成するためのSecureRandomインスタンスの作成に [156]ミリ秒かかりました。 アルゴリズムは[SHA1PRNG]です。
8. SecureRandomの概要 ってなんやねん
9. SecureRandomとは • Javaで乱数を生成するクラスは・・・ java.util.Random java.security.SecureRandom 用途 普通の乱数を生成する 暗号論的に安全なセキュアな乱数を生成する 特徴 ゲーム・シミュレーションなど セキュリティ用途（パスワード・トークンなど） 生成速度 速い 遅い 特徴 疑似乱数(PRNG)予測されやすい 暗号学的 PRNG(CSPRNG)予測不能で安全
10. セキュアな乱数って一体・・・・？
11. java.util.Random import java.util.Random; Random random = new Random(); int iv = random.nextInt(100); //int型の乱数を生成 double dv = random.nextDouble(); //double型の乱数を生成
12. java.security.SecureRandom import java.security.SecureRandom; SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(); int iv = secureRandom.nextInt(100); // int型の乱数 double dv = secureRandom.nextDouble(); // double型の乱数
13. あれ・・・・同じ・・・？
14. java.util.Random import java.util.Random; Random r1 = new Random(); Random r2 = new Random(); r1.setSeed(12345); r2.setSeed(12345); System.out.println(r1.nextInt()); // 1553932502 System.out.println(r2.nextInt()); // 1553932502 同じシード値なら 同じ乱数を出す
15. java.security.SecureRandom import java.security.SecureRandom; SecureRandom sr1 = new SecureRandom(); SecureRandom sr2 = new SecureRandom(); sr1.setSeed(12345); sr2.setSeed(12345); System.out.println(sr1.nextInt()); // 974898412 System.out.println(sr2.nextInt()); // -1317823390 同じシード値でも 異なる乱数を出す
16. SEED(シード)値・・・？
17. 乱数生成器：RNG Random Number Generator SEED(シード)値・・・？
18. 乱数生成器：RNG • 乱数を作る装置、アルゴリズム全般のこと • 大きく分けて２種類。 TRNG (True RNG ) 真性乱数生成器 PRNG (Pseudo RNG ) 擬似乱数生成器
19. 乱数生成器：RNG • 乱数を作る装置、アルゴリズム全般のこと • 大きく分けて２種類。 TRNG (True RNG ) 真性乱数生成器 PRNG (Pseudo RNG ) 擬似乱数生成器 自然現象 から 乱数を取るもの 電気ノイズや熱 アルゴリズムで計算をして 乱数っぽく作るもの
20. 乱数生成器：RNG • 乱数を作る装置、アルゴリズム全般のこと • 大きく分けて２種類。 TRNG (True RNG ) 真性乱数生成器 PRNG (Pseudo RNG ) 擬似乱数生成器 CSPRNG (Cryptographically Secure PRNG ) 暗号論的擬似乱数生成器
21. javaでの PRNG 擬似乱数生成器 PRNG (Pseudo RNG ) 擬似乱数生成器 CSPRNG (Cryptographically Secure PRNG ) 暗号論的擬似乱数生成器 java.util.Random java.security.SecureRandom
22. PRNG(Pseudo RNG) 擬似乱数生成器 RNG アルゴリズム SEED(シード) 乱数
23. PRNG と CSPRNG の比較表 クラス例 乱数源 再現性 生成速度 予測され やすさ PRNG 擬似乱数生成器 Random シード値(種) あり (アルゴリズムで決まってしまう) 速い シードが漏れると可能性あり CSPRNG 暗号論的擬似乱数生成器 SecureRandom シード値(種)＋エントロピー(乱雑さ) なし 遅い シードが漏れても割り出しにくい
24. CSPRNG 暗号論的擬似乱数生成器 RNG アルゴリズム SEED(シード) セキュア な乱数 エントロピー
25. java.security.SecureRandom どのようなときに使われるか？ • Tomcat起動時のSessionIDの生成 • Oracle接続時のJDBC利用時 • ライセンスチェックなどの認証処理などで
26. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 着目したのは・・・ アプリ側に最初のログイン時に、時折出るログでした。 警告[ajp-nio-127.0.0.1-8009-exex-5] org.apache.Catalina.util.SessionIdGeneratorBase.createSecureRandom セッションIDを生成するためのSecureRandomインスタンスの作成に [156]ミリ秒かかりました。 アルゴリズムは[SHA1PRNG]です。 振り返りシート
27. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 環境：Linux + Java 11 + Tomcat8.5 • 症状：毎朝早朝にTomcatを自動起動していたが、 始業開始頃に「500エラー」が発生。 エラーが発生する際のログは決まっていつも最後は、 アプリ側のログ：「ログイン要求が発生しました」 • 補足：Windows顧客では発生していない。 振り返りシート
28. 問題が発生した環境 OS = Linux APPサーバー DB WEBアプリ JDK 毎朝自動で再起動↓
29. 問題が発生した環境 OS = Linux APPサーバー DB WEBアプリ JDK セッションIDなど SecureRandom ログイン要求
30. 原因は認証処理でした。 秘密鍵の生成メソッド（）｛ Security.addProvider(provider); SecureRandom sr = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG", provider); sr.setSeed(System.currentTimeMillis()); keyGenerator.init(128, sr); ｝ ログイン時に 乱数を使って秘密鍵を生成していた
31. でも、なぜ発生したのか・・・？
32. エントロピーはどこから？ OSのノイズ収集方法 でも、なぜ発生したのか・・・？
33. CSPRNG 暗号論的擬似乱数生成器 RNG アルゴリズム SEED(シード) セキュア な乱数 エントロピー 振り返りシート
34. Linuxでの乱数生成 • LinuxはOS内部の CSPRNG にアクセスする窓口を２種類持つ /dev random urandom OS内部 CSRPNG
35. Linuxでの乱数生成 • LinuxはOS内部の CSPRNG にアクセスする窓口を２種類持つ • エントロピーが枯渇した時の挙動が異なる /dev random urandom OS内部 CSRPNG エントロピー エントロピー エントロピー
36. random と urandom の違い エントロピーの枯渇時の挙動 random 処理をブロックし、待ちを行う urandom 内部プールから再利用し、処理をブロックしない
37. Linuxでのエントロピーとは？ • キーボードやマウスでの入力操作など！
38. 問題が発生した環境 OS = Linux APPサーバー DB WEBアプリ JDK 毎朝、無人で自動で再起動↓ 振り返りシート
39. 問題が発生した環境 OS = Linux APPサーバー DB WEBアプリ JDK 毎朝、無人で自動で再起動↓ 振り返りシート エントロピーが枯渇してしまう！
40. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 環境：Linux + Java 11 + Tomcat8.5 • 症状：毎朝早朝にTomcatを自動起動していたが、 始業開始頃に「500エラー」が発生。 エラーが発生する際のログは決まっていつも最後は、 アプリ側のログ：「ログイン要求が発生しました」 • 補足：Windows顧客では発生していない。 振り返りシート
41. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 原因は、JDKで利用するLinuxのCSPRNGインターフェースが、 /dev/randomを利用する設定になっていたこと。 • 無人でのサーバー運用をしており、かつ、ログイン処理内で SecureRandom.getInstance(“SHA1PRNG”)のような、 秘密鍵の生成処理があり、乱数利用をしていたこと。 • randomの閾値は「64」と低いが、Tomcatの日次再起動などで 枯渇を繰り返していたこと。
42. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 解決方法 JDKで利用するLinuxのCSPRNGインターフェースを、 /dev/urandomを利用する設定へ変更した。 $JDK_HOME/conf/security/java.security #securerandom.source=file:/dev/random securerandom.source=file:/dev/urandom
43. 現場で起きたTomcat起動後アプリ停止事件 • 解決方法 JDKで利用するLinuxのCSPRNGインターフェースを、 /dev/urandomを利用する設定へ変更した。 $JDK_HOME/conf/security/java.security #securerandom.source=file:/dev/random securerandom.source=file:/dev/urandom 解決!
44. Q.Windowsではなぜ起きない？ • JavaのSecureRandomが OS CSPRNG API を利用 • エントロピーの扱いが異なり、起動時ブロックが基本的に発生 しない • 同じアプリでもOS差で症状が出たり出なかったりする
45. 今後の対策 １.SHA1PRNG を明示指定しない SecureRandom sr1 = new SecureRandom(); →JVM がその OS と環境に最適な実装（NativePRNG系とか） を選んでくれる。 2.Java9以降なら、DRBGを指定して実装する。 SecureRandom sr = SecureRandom.getInstance(“DRBG”,省略); →Javaの最新の強度が高い乱数生成器で、 初回のみブロックするが、以降はブロックしない特性を持つ。
46. ご清聴ありがとうございました ※本資料は古いLinuxへの対応履歴です、 最新のLinuxでは/randomもブロックしないよう な改善が行われていますのでご注意ください