]> Git Repo - J-linux.git/blob - drivers/char/random.c
Merge tag 'vfs-6.13-rc7.fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/vfs/vfs
[J-linux.git] / drivers / char / random.c
1 // SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0 OR BSD-3-Clause)
2 /*
3  * Copyright (C) 2017-2024 Jason A. Donenfeld <[email protected]>. All Rights Reserved.
4  * Copyright Matt Mackall <[email protected]>, 2003, 2004, 2005
5  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999. All rights reserved.
6  *
7  * This driver produces cryptographically secure pseudorandom data. It is divided
8  * into roughly six sections, each with a section header:
9  *
10  *   - Initialization and readiness waiting.
11  *   - Fast key erasure RNG, the "crng".
12  *   - Entropy accumulation and extraction routines.
13  *   - Entropy collection routines.
14  *   - Userspace reader/writer interfaces.
15  *   - Sysctl interface.
16  *
17  * The high level overview is that there is one input pool, into which
18  * various pieces of data are hashed. Prior to initialization, some of that
19  * data is then "credited" as having a certain number of bits of entropy.
20  * When enough bits of entropy are available, the hash is finalized and
21  * handed as a key to a stream cipher that expands it indefinitely for
22  * various consumers. This key is periodically refreshed as the various
23  * entropy collectors, described below, add data to the input pool.
24  */
25
26 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
27
28 #include <linux/utsname.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/kernel.h>
31 #include <linux/major.h>
32 #include <linux/string.h>
33 #include <linux/fcntl.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/random.h>
36 #include <linux/poll.h>
37 #include <linux/init.h>
38 #include <linux/fs.h>
39 #include <linux/blkdev.h>
40 #include <linux/interrupt.h>
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/spinlock.h>
44 #include <linux/kthread.h>
45 #include <linux/percpu.h>
46 #include <linux/ptrace.h>
47 #include <linux/workqueue.h>
48 #include <linux/irq.h>
49 #include <linux/ratelimit.h>
50 #include <linux/syscalls.h>
51 #include <linux/completion.h>
52 #include <linux/uuid.h>
53 #include <linux/uaccess.h>
54 #include <linux/suspend.h>
55 #include <linux/siphash.h>
56 #include <linux/sched/isolation.h>
57 #include <crypto/chacha.h>
58 #include <crypto/blake2s.h>
59 #ifdef CONFIG_VDSO_GETRANDOM
60 #include <vdso/getrandom.h>
61 #include <vdso/datapage.h>
62 #include <vdso/vsyscall.h>
63 #endif
64 #include <asm/archrandom.h>
65 #include <asm/processor.h>
66 #include <asm/irq.h>
67 #include <asm/irq_regs.h>
68 #include <asm/io.h>
69
70 /*********************************************************************
71  *
72  * Initialization and readiness waiting.
73  *
74  * Much of the RNG infrastructure is devoted to various dependencies
75  * being able to wait until the RNG has collected enough entropy and
76  * is ready for safe consumption.
77  *
78  *********************************************************************/
79
80 /*
81  * crng_init is protected by base_crng->lock, and only increases
82  * its value (from empty->early->ready).
83  */
84 static enum {
85         CRNG_EMPTY = 0, /* Little to no entropy collected */
86         CRNG_EARLY = 1, /* At least POOL_EARLY_BITS collected */
87         CRNG_READY = 2  /* Fully initialized with POOL_READY_BITS collected */
88 } crng_init __read_mostly = CRNG_EMPTY;
89 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(crng_is_ready);
90 #define crng_ready() (static_branch_likely(&crng_is_ready) || crng_init >= CRNG_READY)
91 /* Various types of waiters for crng_init->CRNG_READY transition. */
92 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
93 static struct fasync_struct *fasync;
94 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(random_ready_notifier);
95
96 /* Control how we warn userspace. */
97 static struct ratelimit_state urandom_warning =
98         RATELIMIT_STATE_INIT_FLAGS("urandom_warning", HZ, 3, RATELIMIT_MSG_ON_RELEASE);
99 static int ratelimit_disable __read_mostly =
100         IS_ENABLED(CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM);
101 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
102 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
103
104 /*
105  * Returns whether or not the input pool has been seeded and thus guaranteed
106  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
107  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u8,
108  * u16,u32,u64,long} family of functions.
109  *
110  * Returns: true if the input pool has been seeded.
111  *          false if the input pool has not been seeded.
112  */
113 bool rng_is_initialized(void)
114 {
115         return crng_ready();
116 }
117 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
118
119 static void __cold crng_set_ready(struct work_struct *work)
120 {
121         static_branch_enable(&crng_is_ready);
122 }
123
124 /* Used by wait_for_random_bytes(), and considered an entropy collector, below. */
125 static void try_to_generate_entropy(void);
126
127 /*
128  * Wait for the input pool to be seeded and thus guaranteed to supply
129  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
130  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u8,u16,u32,u64,
131  * long} family of functions. Using any of these functions without first
132  * calling this function forfeits the guarantee of security.
133  *
134  * Returns: 0 if the input pool has been seeded.
135  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
136  */
137 int wait_for_random_bytes(void)
138 {
139         while (!crng_ready()) {
140                 int ret;
141
142                 try_to_generate_entropy();
143                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
144                 if (ret)
145                         return ret > 0 ? 0 : ret;
146         }
147         return 0;
148 }
149 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
150
151 /*
152  * Add a callback function that will be invoked when the crng is initialised,
153  * or immediately if it already has been. Only use this is you are absolutely
154  * sure it is required. Most users should instead be able to test
155  * `rng_is_initialized()` on demand, or make use of `get_random_bytes_wait()`.
156  */
157 int __cold execute_with_initialized_rng(struct notifier_block *nb)
158 {
159         unsigned long flags;
160         int ret = 0;
161
162         spin_lock_irqsave(&random_ready_notifier.lock, flags);
163         if (crng_ready())
164                 nb->notifier_call(nb, 0, NULL);
165         else
166                 ret = raw_notifier_chain_register((struct raw_notifier_head *)&random_ready_notifier.head, nb);
167         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_notifier.lock, flags);
168         return ret;
169 }
170
171 #define warn_unseeded_randomness() \
172         if (IS_ENABLED(CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM) && !crng_ready()) \
173                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS with crng_init=%d\n", \
174                                 __func__, (void *)_RET_IP_, crng_init)
175
176
177 /*********************************************************************
178  *
179  * Fast key erasure RNG, the "crng".
180  *
181  * These functions expand entropy from the entropy extractor into
182  * long streams for external consumption using the "fast key erasure"
183  * RNG described at <https://blog.cr.yp.to/20170723-random.html>.
184  *
185  * There are a few exported interfaces for use by other drivers:
186  *
187  *      void get_random_bytes(void *buf, size_t len)
188  *      u8 get_random_u8()
189  *      u16 get_random_u16()
190  *      u32 get_random_u32()
191  *      u32 get_random_u32_below(u32 ceil)
192  *      u32 get_random_u32_above(u32 floor)
193  *      u32 get_random_u32_inclusive(u32 floor, u32 ceil)
194  *      u64 get_random_u64()
195  *      unsigned long get_random_long()
196  *
197  * These interfaces will return the requested number of random bytes
198  * into the given buffer or as a return value. This is equivalent to
199  * a read from /dev/urandom. The u8, u16, u32, u64, long family of
200  * functions may be higher performance for one-off random integers,
201  * because they do a bit of buffering and do not invoke reseeding
202  * until the buffer is emptied.
203  *
204  *********************************************************************/
205
206 enum {
207         CRNG_RESEED_START_INTERVAL = HZ,
208         CRNG_RESEED_INTERVAL = 60 * HZ
209 };
210
211 static struct {
212         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE] __aligned(__alignof__(long));
213         unsigned long generation;
214         spinlock_t lock;
215 } base_crng = {
216         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(base_crng.lock)
217 };
218
219 struct crng {
220         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
221         unsigned long generation;
222         local_lock_t lock;
223 };
224
225 static DEFINE_PER_CPU(struct crng, crngs) = {
226         .generation = ULONG_MAX,
227         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(crngs.lock),
228 };
229
230 /*
231  * Return the interval until the next reseeding, which is normally
232  * CRNG_RESEED_INTERVAL, but during early boot, it is at an interval
233  * proportional to the uptime.
234  */
235 static unsigned int crng_reseed_interval(void)
236 {
237         static bool early_boot = true;
238
239         if (unlikely(READ_ONCE(early_boot))) {
240                 time64_t uptime = ktime_get_seconds();
241                 if (uptime >= CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ * 2)
242                         WRITE_ONCE(early_boot, false);
243                 else
244                         return max_t(unsigned int, CRNG_RESEED_START_INTERVAL,
245                                      (unsigned int)uptime / 2 * HZ);
246         }
247         return CRNG_RESEED_INTERVAL;
248 }
249
250 /* Used by crng_reseed() and crng_make_state() to extract a new seed from the input pool. */
251 static void extract_entropy(void *buf, size_t len);
252
253 /* This extracts a new crng key from the input pool. */
254 static void crng_reseed(struct work_struct *work)
255 {
256         static DECLARE_DELAYED_WORK(next_reseed, crng_reseed);
257         unsigned long flags;
258         unsigned long next_gen;
259         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
260
261         /* Immediately schedule the next reseeding, so that it fires sooner rather than later. */
262         if (likely(system_unbound_wq))
263                 queue_delayed_work(system_unbound_wq, &next_reseed, crng_reseed_interval());
264
265         extract_entropy(key, sizeof(key));
266
267         /*
268          * We copy the new key into the base_crng, overwriting the old one,
269          * and update the generation counter. We avoid hitting ULONG_MAX,
270          * because the per-cpu crngs are initialized to ULONG_MAX, so this
271          * forces new CPUs that come online to always initialize.
272          */
273         spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
274         memcpy(base_crng.key, key, sizeof(base_crng.key));
275         next_gen = base_crng.generation + 1;
276         if (next_gen == ULONG_MAX)
277                 ++next_gen;
278         WRITE_ONCE(base_crng.generation, next_gen);
279 #ifdef CONFIG_VDSO_GETRANDOM
280         /* base_crng.generation's invalid value is ULONG_MAX, while
281          * _vdso_rng_data.generation's invalid value is 0, so add one to the
282          * former to arrive at the latter. Use smp_store_release so that this
283          * is ordered with the write above to base_crng.generation. Pairs with
284          * the smp_rmb() before the syscall in the vDSO code.
285          *
286          * Cast to unsigned long for 32-bit architectures, since atomic 64-bit
287          * operations are not supported on those architectures. This is safe
288          * because base_crng.generation is a 32-bit value. On big-endian
289          * architectures it will be stored in the upper 32 bits, but that's okay
290          * because the vDSO side only checks whether the value changed, without
291          * actually using or interpreting the value.
292          */
293         smp_store_release((unsigned long *)&__arch_get_k_vdso_rng_data()->generation, next_gen + 1);
294 #endif
295         if (!static_branch_likely(&crng_is_ready))
296                 crng_init = CRNG_READY;
297         spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
298         memzero_explicit(key, sizeof(key));
299 }
300
301 /*
302  * This generates a ChaCha block using the provided key, and then
303  * immediately overwrites that key with half the block. It returns
304  * the resultant ChaCha state to the user, along with the second
305  * half of the block containing 32 bytes of random data that may
306  * be used; random_data_len may not be greater than 32.
307  *
308  * The returned ChaCha state contains within it a copy of the old
309  * key value, at index 4, so the state should always be zeroed out
310  * immediately after using in order to maintain forward secrecy.
311  * If the state cannot be erased in a timely manner, then it is
312  * safer to set the random_data parameter to &chacha_state[4] so
313  * that this function overwrites it before returning.
314  */
315 static void crng_fast_key_erasure(u8 key[CHACHA_KEY_SIZE],
316                                   u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
317                                   u8 *random_data, size_t random_data_len)
318 {
319         u8 first_block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
320
321         BUG_ON(random_data_len > 32);
322
323         chacha_init_consts(chacha_state);
324         memcpy(&chacha_state[4], key, CHACHA_KEY_SIZE);
325         memset(&chacha_state[12], 0, sizeof(u32) * 4);
326         chacha20_block(chacha_state, first_block);
327
328         memcpy(key, first_block, CHACHA_KEY_SIZE);
329         memcpy(random_data, first_block + CHACHA_KEY_SIZE, random_data_len);
330         memzero_explicit(first_block, sizeof(first_block));
331 }
332
333 /*
334  * This function returns a ChaCha state that you may use for generating
335  * random data. It also returns up to 32 bytes on its own of random data
336  * that may be used; random_data_len may not be greater than 32.
337  */
338 static void crng_make_state(u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
339                             u8 *random_data, size_t random_data_len)
340 {
341         unsigned long flags;
342         struct crng *crng;
343
344         BUG_ON(random_data_len > 32);
345
346         /*
347          * For the fast path, we check whether we're ready, unlocked first, and
348          * then re-check once locked later. In the case where we're really not
349          * ready, we do fast key erasure with the base_crng directly, extracting
350          * when crng_init is CRNG_EMPTY.
351          */
352         if (!crng_ready()) {
353                 bool ready;
354
355                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
356                 ready = crng_ready();
357                 if (!ready) {
358                         if (crng_init == CRNG_EMPTY)
359                                 extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
360                         crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
361                                               random_data, random_data_len);
362                 }
363                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
364                 if (!ready)
365                         return;
366         }
367
368         local_lock_irqsave(&crngs.lock, flags);
369         crng = raw_cpu_ptr(&crngs);
370
371         /*
372          * If our per-cpu crng is older than the base_crng, then it means
373          * somebody reseeded the base_crng. In that case, we do fast key
374          * erasure on the base_crng, and use its output as the new key
375          * for our per-cpu crng. This brings us up to date with base_crng.
376          */
377         if (unlikely(crng->generation != READ_ONCE(base_crng.generation))) {
378                 spin_lock(&base_crng.lock);
379                 crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
380                                       crng->key, sizeof(crng->key));
381                 crng->generation = base_crng.generation;
382                 spin_unlock(&base_crng.lock);
383         }
384
385         /*
386          * Finally, when we've made it this far, our per-cpu crng has an up
387          * to date key, and we can do fast key erasure with it to produce
388          * some random data and a ChaCha state for the caller. All other
389          * branches of this function are "unlikely", so most of the time we
390          * should wind up here immediately.
391          */
392         crng_fast_key_erasure(crng->key, chacha_state, random_data, random_data_len);
393         local_unlock_irqrestore(&crngs.lock, flags);
394 }
395
396 static void _get_random_bytes(void *buf, size_t len)
397 {
398         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
399         u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE];
400         size_t first_block_len;
401
402         if (!len)
403                 return;
404
405         first_block_len = min_t(size_t, 32, len);
406         crng_make_state(chacha_state, buf, first_block_len);
407         len -= first_block_len;
408         buf += first_block_len;
409
410         while (len) {
411                 if (len < CHACHA_BLOCK_SIZE) {
412                         chacha20_block(chacha_state, tmp);
413                         memcpy(buf, tmp, len);
414                         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
415                         break;
416                 }
417
418                 chacha20_block(chacha_state, buf);
419                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
420                         ++chacha_state[13];
421                 len -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
422                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
423         }
424
425         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
426 }
427
428 /*
429  * This returns random bytes in arbitrary quantities. The quality of the
430  * random bytes is good as /dev/urandom. In order to ensure that the
431  * randomness provided by this function is okay, the function
432  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
433  * at any point prior.
434  */
435 void get_random_bytes(void *buf, size_t len)
436 {
437         warn_unseeded_randomness();
438         _get_random_bytes(buf, len);
439 }
440 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
441
442 static ssize_t get_random_bytes_user(struct iov_iter *iter)
443 {
444         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
445         u8 block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
446         size_t ret = 0, copied;
447
448         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
449                 return 0;
450
451         /*
452          * Immediately overwrite the ChaCha key at index 4 with random
453          * bytes, in case userspace causes copy_to_iter() below to sleep
454          * forever, so that we still retain forward secrecy in that case.
455          */
456         crng_make_state(chacha_state, (u8 *)&chacha_state[4], CHACHA_KEY_SIZE);
457         /*
458          * However, if we're doing a read of len <= 32, we don't need to
459          * use chacha_state after, so we can simply return those bytes to
460          * the user directly.
461          */
462         if (iov_iter_count(iter) <= CHACHA_KEY_SIZE) {
463                 ret = copy_to_iter(&chacha_state[4], CHACHA_KEY_SIZE, iter);
464                 goto out_zero_chacha;
465         }
466
467         for (;;) {
468                 chacha20_block(chacha_state, block);
469                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
470                         ++chacha_state[13];
471
472                 copied = copy_to_iter(block, sizeof(block), iter);
473                 ret += copied;
474                 if (!iov_iter_count(iter) || copied != sizeof(block))
475                         break;
476
477                 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE % sizeof(block) != 0);
478                 if (ret % PAGE_SIZE == 0) {
479                         if (signal_pending(current))
480                                 break;
481                         cond_resched();
482                 }
483         }
484
485         memzero_explicit(block, sizeof(block));
486 out_zero_chacha:
487         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
488         return ret ? ret : -EFAULT;
489 }
490
491 /*
492  * Batched entropy returns random integers. The quality of the random
493  * number is good as /dev/urandom. In order to ensure that the randomness
494  * provided by this function is okay, the function wait_for_random_bytes()
495  * should be called and return 0 at least once at any point prior.
496  */
497
498 #define DEFINE_BATCHED_ENTROPY(type)                                            \
499 struct batch_ ##type {                                                          \
500         /*                                                                      \
501          * We make this 1.5x a ChaCha block, so that we get the                 \
502          * remaining 32 bytes from fast key erasure, plus one full              \
503          * block from the detached ChaCha state. We can increase                \
504          * the size of this later if needed so long as we keep the              \
505          * formula of (integer_blocks + 0.5) * CHACHA_BLOCK_SIZE.               \
506          */                                                                     \
507         type entropy[CHACHA_BLOCK_SIZE * 3 / (2 * sizeof(type))];               \
508         local_lock_t lock;                                                      \
509         unsigned long generation;                                               \
510         unsigned int position;                                                  \
511 };                                                                              \
512                                                                                 \
513 static DEFINE_PER_CPU(struct batch_ ##type, batched_entropy_ ##type) = {        \
514         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(batched_entropy_ ##type.lock),                  \
515         .position = UINT_MAX                                                    \
516 };                                                                              \
517                                                                                 \
518 type get_random_ ##type(void)                                                   \
519 {                                                                               \
520         type ret;                                                               \
521         unsigned long flags;                                                    \
522         struct batch_ ##type *batch;                                            \
523         unsigned long next_gen;                                                 \
524                                                                                 \
525         warn_unseeded_randomness();                                             \
526                                                                                 \
527         if  (!crng_ready()) {                                                   \
528                 _get_random_bytes(&ret, sizeof(ret));                           \
529                 return ret;                                                     \
530         }                                                                       \
531                                                                                 \
532         local_lock_irqsave(&batched_entropy_ ##type.lock, flags);               \
533         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_##type);                           \
534                                                                                 \
535         next_gen = READ_ONCE(base_crng.generation);                             \
536         if (batch->position >= ARRAY_SIZE(batch->entropy) ||                    \
537             next_gen != batch->generation) {                                    \
538                 _get_random_bytes(batch->entropy, sizeof(batch->entropy));      \
539                 batch->position = 0;                                            \
540                 batch->generation = next_gen;                                   \
541         }                                                                       \
542                                                                                 \
543         ret = batch->entropy[batch->position];                                  \
544         batch->entropy[batch->position] = 0;                                    \
545         ++batch->position;                                                      \
546         local_unlock_irqrestore(&batched_entropy_ ##type.lock, flags);          \
547         return ret;                                                             \
548 }                                                                               \
549 EXPORT_SYMBOL(get_random_ ##type);
550
551 DEFINE_BATCHED_ENTROPY(u8)
552 DEFINE_BATCHED_ENTROPY(u16)
553 DEFINE_BATCHED_ENTROPY(u32)
554 DEFINE_BATCHED_ENTROPY(u64)
555
556 u32 __get_random_u32_below(u32 ceil)
557 {
558         /*
559          * This is the slow path for variable ceil. It is still fast, most of
560          * the time, by doing traditional reciprocal multiplication and
561          * opportunistically comparing the lower half to ceil itself, before
562          * falling back to computing a larger bound, and then rejecting samples
563          * whose lower half would indicate a range indivisible by ceil. The use
564          * of `-ceil % ceil` is analogous to `2^32 % ceil`, but is computable
565          * in 32-bits.
566          */
567         u32 rand = get_random_u32();
568         u64 mult;
569
570         /*
571          * This function is technically undefined for ceil == 0, and in fact
572          * for the non-underscored constant version in the header, we build bug
573          * on that. But for the non-constant case, it's convenient to have that
574          * evaluate to being a straight call to get_random_u32(), so that
575          * get_random_u32_inclusive() can work over its whole range without
576          * undefined behavior.
577          */
578         if (unlikely(!ceil))
579                 return rand;
580
581         mult = (u64)ceil * rand;
582         if (unlikely((u32)mult < ceil)) {
583                 u32 bound = -ceil % ceil;
584                 while (unlikely((u32)mult < bound))
585                         mult = (u64)ceil * get_random_u32();
586         }
587         return mult >> 32;
588 }
589 EXPORT_SYMBOL(__get_random_u32_below);
590
591 #ifdef CONFIG_SMP
592 /*
593  * This function is called when the CPU is coming up, with entry
594  * CPUHP_RANDOM_PREPARE, which comes before CPUHP_WORKQUEUE_PREP.
595  */
596 int __cold random_prepare_cpu(unsigned int cpu)
597 {
598         /*
599          * When the cpu comes back online, immediately invalidate both
600          * the per-cpu crng and all batches, so that we serve fresh
601          * randomness.
602          */
603         per_cpu_ptr(&crngs, cpu)->generation = ULONG_MAX;
604         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u8, cpu)->position = UINT_MAX;
605         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u16, cpu)->position = UINT_MAX;
606         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = UINT_MAX;
607         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = UINT_MAX;
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612
613 /**********************************************************************
614  *
615  * Entropy accumulation and extraction routines.
616  *
617  * Callers may add entropy via:
618  *
619  *     static void mix_pool_bytes(const void *buf, size_t len)
620  *
621  * After which, if added entropy should be credited:
622  *
623  *     static void credit_init_bits(size_t bits)
624  *
625  * Finally, extract entropy via:
626  *
627  *     static void extract_entropy(void *buf, size_t len)
628  *
629  **********************************************************************/
630
631 enum {
632         POOL_BITS = BLAKE2S_HASH_SIZE * 8,
633         POOL_READY_BITS = POOL_BITS, /* When crng_init->CRNG_READY */
634         POOL_EARLY_BITS = POOL_READY_BITS / 2 /* When crng_init->CRNG_EARLY */
635 };
636
637 static struct {
638         struct blake2s_state hash;
639         spinlock_t lock;
640         unsigned int init_bits;
641 } input_pool = {
642         .hash.h = { BLAKE2S_IV0 ^ (0x01010000 | BLAKE2S_HASH_SIZE),
643                     BLAKE2S_IV1, BLAKE2S_IV2, BLAKE2S_IV3, BLAKE2S_IV4,
644                     BLAKE2S_IV5, BLAKE2S_IV6, BLAKE2S_IV7 },
645         .hash.outlen = BLAKE2S_HASH_SIZE,
646         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
647 };
648
649 static void _mix_pool_bytes(const void *buf, size_t len)
650 {
651         blake2s_update(&input_pool.hash, buf, len);
652 }
653
654 /*
655  * This function adds bytes into the input pool. It does not
656  * update the initialization bit counter; the caller should call
657  * credit_init_bits if this is appropriate.
658  */
659 static void mix_pool_bytes(const void *buf, size_t len)
660 {
661         unsigned long flags;
662
663         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
664         _mix_pool_bytes(buf, len);
665         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
666 }
667
668 /*
669  * This is an HKDF-like construction for using the hashed collected entropy
670  * as a PRF key, that's then expanded block-by-block.
671  */
672 static void extract_entropy(void *buf, size_t len)
673 {
674         unsigned long flags;
675         u8 seed[BLAKE2S_HASH_SIZE], next_key[BLAKE2S_HASH_SIZE];
676         struct {
677                 unsigned long rdseed[32 / sizeof(long)];
678                 size_t counter;
679         } block;
680         size_t i, longs;
681
682         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(block.rdseed);) {
683                 longs = arch_get_random_seed_longs(&block.rdseed[i], ARRAY_SIZE(block.rdseed) - i);
684                 if (longs) {
685                         i += longs;
686                         continue;
687                 }
688                 longs = arch_get_random_longs(&block.rdseed[i], ARRAY_SIZE(block.rdseed) - i);
689                 if (longs) {
690                         i += longs;
691                         continue;
692                 }
693                 block.rdseed[i++] = random_get_entropy();
694         }
695
696         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
697
698         /* seed = HASHPRF(last_key, entropy_input) */
699         blake2s_final(&input_pool.hash, seed);
700
701         /* next_key = HASHPRF(seed, RDSEED || 0) */
702         block.counter = 0;
703         blake2s(next_key, (u8 *)&block, seed, sizeof(next_key), sizeof(block), sizeof(seed));
704         blake2s_init_key(&input_pool.hash, BLAKE2S_HASH_SIZE, next_key, sizeof(next_key));
705
706         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
707         memzero_explicit(next_key, sizeof(next_key));
708
709         while (len) {
710                 i = min_t(size_t, len, BLAKE2S_HASH_SIZE);
711                 /* output = HASHPRF(seed, RDSEED || ++counter) */
712                 ++block.counter;
713                 blake2s(buf, (u8 *)&block, seed, i, sizeof(block), sizeof(seed));
714                 len -= i;
715                 buf += i;
716         }
717
718         memzero_explicit(seed, sizeof(seed));
719         memzero_explicit(&block, sizeof(block));
720 }
721
722 #define credit_init_bits(bits) if (!crng_ready()) _credit_init_bits(bits)
723
724 static void __cold _credit_init_bits(size_t bits)
725 {
726         static DECLARE_WORK(set_ready, crng_set_ready);
727         unsigned int new, orig, add;
728         unsigned long flags;
729
730         if (!bits)
731                 return;
732
733         add = min_t(size_t, bits, POOL_BITS);
734
735         orig = READ_ONCE(input_pool.init_bits);
736         do {
737                 new = min_t(unsigned int, POOL_BITS, orig + add);
738         } while (!try_cmpxchg(&input_pool.init_bits, &orig, new));
739
740         if (orig < POOL_READY_BITS && new >= POOL_READY_BITS) {
741                 crng_reseed(NULL); /* Sets crng_init to CRNG_READY under base_crng.lock. */
742                 if (static_key_initialized && system_unbound_wq)
743                         queue_work(system_unbound_wq, &set_ready);
744                 atomic_notifier_call_chain(&random_ready_notifier, 0, NULL);
745 #ifdef CONFIG_VDSO_GETRANDOM
746                 WRITE_ONCE(__arch_get_k_vdso_rng_data()->is_ready, true);
747 #endif
748                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
749                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
750                 pr_notice("crng init done\n");
751                 if (urandom_warning.missed)
752                         pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
753                                   urandom_warning.missed);
754         } else if (orig < POOL_EARLY_BITS && new >= POOL_EARLY_BITS) {
755                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
756                 /* Check if crng_init is CRNG_EMPTY, to avoid race with crng_reseed(). */
757                 if (crng_init == CRNG_EMPTY) {
758                         extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
759                         crng_init = CRNG_EARLY;
760                 }
761                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
762         }
763 }
764
765
766 /**********************************************************************
767  *
768  * Entropy collection routines.
769  *
770  * The following exported functions are used for pushing entropy into
771  * the above entropy accumulation routines:
772  *
773  *      void add_device_randomness(const void *buf, size_t len);
774  *      void add_hwgenerator_randomness(const void *buf, size_t len, size_t entropy, bool sleep_after);
775  *      void add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t len);
776  *      void add_vmfork_randomness(const void *unique_vm_id, size_t len);
777  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
778  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code, unsigned int value);
779  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
780  *
781  * add_device_randomness() adds data to the input pool that
782  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
783  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
784  * read-out of the RTC. This does *not* credit any actual entropy to
785  * the pool, but it initializes the pool to different values for devices
786  * that might otherwise be identical and have very little entropy
787  * available to them (particularly common in the embedded world).
788  *
789  * add_hwgenerator_randomness() is for true hardware RNGs, and will credit
790  * entropy as specified by the caller. If the entropy pool is full it will
791  * block until more entropy is needed.
792  *
793  * add_bootloader_randomness() is called by bootloader drivers, such as EFI
794  * and device tree, and credits its input depending on whether or not the
795  * command line option 'random.trust_bootloader'.
796  *
797  * add_vmfork_randomness() adds a unique (but not necessarily secret) ID
798  * representing the current instance of a VM to the pool, without crediting,
799  * and then force-reseeds the crng so that it takes effect immediately.
800  *
801  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
802  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
803  * as inputs, it feeds the input pool roughly once a second or after 64
804  * interrupts, crediting 1 bit of entropy for whichever comes first.
805  *
806  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well
807  * as the event type information from the hardware.
808  *
809  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
810  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
811  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
812  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
813  * times are usually fairly consistent.
814  *
815  * The last two routines try to estimate how many bits of entropy
816  * to credit. They do this by keeping track of the first and second
817  * order deltas of the event timings.
818  *
819  **********************************************************************/
820
821 static bool trust_cpu __initdata = true;
822 static bool trust_bootloader __initdata = true;
823 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
824 {
825         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
826 }
827 static int __init parse_trust_bootloader(char *arg)
828 {
829         return kstrtobool(arg, &trust_bootloader);
830 }
831 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
832 early_param("random.trust_bootloader", parse_trust_bootloader);
833
834 static int random_pm_notification(struct notifier_block *nb, unsigned long action, void *data)
835 {
836         unsigned long flags, entropy = random_get_entropy();
837
838         /*
839          * Encode a representation of how long the system has been suspended,
840          * in a way that is distinct from prior system suspends.
841          */
842         ktime_t stamps[] = { ktime_get(), ktime_get_boottime(), ktime_get_real() };
843
844         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
845         _mix_pool_bytes(&action, sizeof(action));
846         _mix_pool_bytes(stamps, sizeof(stamps));
847         _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
848         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
849
850         if (crng_ready() && (action == PM_RESTORE_PREPARE ||
851             (action == PM_POST_SUSPEND && !IS_ENABLED(CONFIG_PM_AUTOSLEEP) &&
852              !IS_ENABLED(CONFIG_PM_USERSPACE_AUTOSLEEP)))) {
853                 crng_reseed(NULL);
854                 pr_notice("crng reseeded on system resumption\n");
855         }
856         return 0;
857 }
858
859 static struct notifier_block pm_notifier = { .notifier_call = random_pm_notification };
860
861 /*
862  * This is called extremely early, before time keeping functionality is
863  * available, but arch randomness is. Interrupts are not yet enabled.
864  */
865 void __init random_init_early(const char *command_line)
866 {
867         unsigned long entropy[BLAKE2S_BLOCK_SIZE / sizeof(long)];
868         size_t i, longs, arch_bits;
869
870 #if defined(LATENT_ENTROPY_PLUGIN)
871         static const u8 compiletime_seed[BLAKE2S_BLOCK_SIZE] __initconst __latent_entropy;
872         _mix_pool_bytes(compiletime_seed, sizeof(compiletime_seed));
873 #endif
874
875         for (i = 0, arch_bits = sizeof(entropy) * 8; i < ARRAY_SIZE(entropy);) {
876                 longs = arch_get_random_seed_longs(entropy, ARRAY_SIZE(entropy) - i);
877                 if (longs) {
878                         _mix_pool_bytes(entropy, sizeof(*entropy) * longs);
879                         i += longs;
880                         continue;
881                 }
882                 longs = arch_get_random_longs(entropy, ARRAY_SIZE(entropy) - i);
883                 if (longs) {
884                         _mix_pool_bytes(entropy, sizeof(*entropy) * longs);
885                         i += longs;
886                         continue;
887                 }
888                 arch_bits -= sizeof(*entropy) * 8;
889                 ++i;
890         }
891
892         _mix_pool_bytes(init_utsname(), sizeof(*(init_utsname())));
893         _mix_pool_bytes(command_line, strlen(command_line));
894
895         /* Reseed if already seeded by earlier phases. */
896         if (crng_ready())
897                 crng_reseed(NULL);
898         else if (trust_cpu)
899                 _credit_init_bits(arch_bits);
900 }
901
902 /*
903  * This is called a little bit after the prior function, and now there is
904  * access to timestamps counters. Interrupts are not yet enabled.
905  */
906 void __init random_init(void)
907 {
908         unsigned long entropy = random_get_entropy();
909         ktime_t now = ktime_get_real();
910
911         _mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
912         _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
913         add_latent_entropy();
914
915         /*
916          * If we were initialized by the cpu or bootloader before jump labels
917          * or workqueues are initialized, then we should enable the static
918          * branch here, where it's guaranteed that these have been initialized.
919          */
920         if (!static_branch_likely(&crng_is_ready) && crng_init >= CRNG_READY)
921                 crng_set_ready(NULL);
922
923         /* Reseed if already seeded by earlier phases. */
924         if (crng_ready())
925                 crng_reseed(NULL);
926
927         WARN_ON(register_pm_notifier(&pm_notifier));
928
929         WARN(!entropy, "Missing cycle counter and fallback timer; RNG "
930                        "entropy collection will consequently suffer.");
931 }
932
933 /*
934  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
935  * initialize it.
936  *
937  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
938  * the entropy pool having similar initial state across largely
939  * identical devices.
940  */
941 void add_device_randomness(const void *buf, size_t len)
942 {
943         unsigned long entropy = random_get_entropy();
944         unsigned long flags;
945
946         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
947         _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
948         _mix_pool_bytes(buf, len);
949         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
950 }
951 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
952
953 /*
954  * Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs. Those devices
955  * may produce endless random bits, so this function will sleep for
956  * some amount of time after, if the sleep_after parameter is true.
957  */
958 void add_hwgenerator_randomness(const void *buf, size_t len, size_t entropy, bool sleep_after)
959 {
960         mix_pool_bytes(buf, len);
961         credit_init_bits(entropy);
962
963         /*
964          * Throttle writing to once every reseed interval, unless we're not yet
965          * initialized or no entropy is credited.
966          */
967         if (sleep_after && !kthread_should_stop() && (crng_ready() || !entropy))
968                 schedule_timeout_interruptible(crng_reseed_interval());
969 }
970 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
971
972 /*
973  * Handle random seed passed by bootloader, and credit it depending
974  * on the command line option 'random.trust_bootloader'.
975  */
976 void __init add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t len)
977 {
978         mix_pool_bytes(buf, len);
979         if (trust_bootloader)
980                 credit_init_bits(len * 8);
981 }
982
983 #if IS_ENABLED(CONFIG_VMGENID)
984 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmfork_chain);
985
986 /*
987  * Handle a new unique VM ID, which is unique, not secret, so we
988  * don't credit it, but we do immediately force a reseed after so
989  * that it's used by the crng posthaste.
990  */
991 void __cold add_vmfork_randomness(const void *unique_vm_id, size_t len)
992 {
993         add_device_randomness(unique_vm_id, len);
994         if (crng_ready()) {
995                 crng_reseed(NULL);
996                 pr_notice("crng reseeded due to virtual machine fork\n");
997         }
998         blocking_notifier_call_chain(&vmfork_chain, 0, NULL);
999 }
1000 #if IS_MODULE(CONFIG_VMGENID)
1001 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_vmfork_randomness);
1002 #endif
1003
1004 int __cold register_random_vmfork_notifier(struct notifier_block *nb)
1005 {
1006         return blocking_notifier_chain_register(&vmfork_chain, nb);
1007 }
1008 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_random_vmfork_notifier);
1009
1010 int __cold unregister_random_vmfork_notifier(struct notifier_block *nb)
1011 {
1012         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmfork_chain, nb);
1013 }
1014 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_random_vmfork_notifier);
1015 #endif
1016
1017 struct fast_pool {
1018         unsigned long pool[4];
1019         unsigned long last;
1020         unsigned int count;
1021         struct timer_list mix;
1022 };
1023
1024 static void mix_interrupt_randomness(struct timer_list *work);
1025
1026 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness) = {
1027 #ifdef CONFIG_64BIT
1028 #define FASTMIX_PERM SIPHASH_PERMUTATION
1029         .pool = { SIPHASH_CONST_0, SIPHASH_CONST_1, SIPHASH_CONST_2, SIPHASH_CONST_3 },
1030 #else
1031 #define FASTMIX_PERM HSIPHASH_PERMUTATION
1032         .pool = { HSIPHASH_CONST_0, HSIPHASH_CONST_1, HSIPHASH_CONST_2, HSIPHASH_CONST_3 },
1033 #endif
1034         .mix = __TIMER_INITIALIZER(mix_interrupt_randomness, 0)
1035 };
1036
1037 /*
1038  * This is [Half]SipHash-1-x, starting from an empty key. Because
1039  * the key is fixed, it assumes that its inputs are non-malicious,
1040  * and therefore this has no security on its own. s represents the
1041  * four-word SipHash state, while v represents a two-word input.
1042  */
1043 static void fast_mix(unsigned long s[4], unsigned long v1, unsigned long v2)
1044 {
1045         s[3] ^= v1;
1046         FASTMIX_PERM(s[0], s[1], s[2], s[3]);
1047         s[0] ^= v1;
1048         s[3] ^= v2;
1049         FASTMIX_PERM(s[0], s[1], s[2], s[3]);
1050         s[0] ^= v2;
1051 }
1052
1053 #ifdef CONFIG_SMP
1054 /*
1055  * This function is called when the CPU has just come online, with
1056  * entry CPUHP_AP_RANDOM_ONLINE, just after CPUHP_AP_WORKQUEUE_ONLINE.
1057  */
1058 int __cold random_online_cpu(unsigned int cpu)
1059 {
1060         /*
1061          * During CPU shutdown and before CPU onlining, add_interrupt_
1062          * randomness() may schedule mix_interrupt_randomness(), and
1063          * set the MIX_INFLIGHT flag. However, because the worker can
1064          * be scheduled on a different CPU during this period, that
1065          * flag will never be cleared. For that reason, we zero out
1066          * the flag here, which runs just after workqueues are onlined
1067          * for the CPU again. This also has the effect of setting the
1068          * irq randomness count to zero so that new accumulated irqs
1069          * are fresh.
1070          */
1071         per_cpu_ptr(&irq_randomness, cpu)->count = 0;
1072         return 0;
1073 }
1074 #endif
1075
1076 static void mix_interrupt_randomness(struct timer_list *work)
1077 {
1078         struct fast_pool *fast_pool = container_of(work, struct fast_pool, mix);
1079         /*
1080          * The size of the copied stack pool is explicitly 2 longs so that we
1081          * only ever ingest half of the siphash output each time, retaining
1082          * the other half as the next "key" that carries over. The entropy is
1083          * supposed to be sufficiently dispersed between bits so on average
1084          * we don't wind up "losing" some.
1085          */
1086         unsigned long pool[2];
1087         unsigned int count;
1088
1089         /* Check to see if we're running on the wrong CPU due to hotplug. */
1090         local_irq_disable();
1091         if (fast_pool != this_cpu_ptr(&irq_randomness)) {
1092                 local_irq_enable();
1093                 return;
1094         }
1095
1096         /*
1097          * Copy the pool to the stack so that the mixer always has a
1098          * consistent view, before we reenable irqs again.
1099          */
1100         memcpy(pool, fast_pool->pool, sizeof(pool));
1101         count = fast_pool->count;
1102         fast_pool->count = 0;
1103         fast_pool->last = jiffies;
1104         local_irq_enable();
1105
1106         mix_pool_bytes(pool, sizeof(pool));
1107         credit_init_bits(clamp_t(unsigned int, (count & U16_MAX) / 64, 1, sizeof(pool) * 8));
1108
1109         memzero_explicit(pool, sizeof(pool));
1110 }
1111
1112 void add_interrupt_randomness(int irq)
1113 {
1114         enum { MIX_INFLIGHT = 1U << 31 };
1115         unsigned long entropy = random_get_entropy();
1116         struct fast_pool *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1117         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1118         unsigned int new_count;
1119
1120         fast_mix(fast_pool->pool, entropy,
1121                  (regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_) ^ swab(irq));
1122         new_count = ++fast_pool->count;
1123
1124         if (new_count & MIX_INFLIGHT)
1125                 return;
1126
1127         if (new_count < 1024 && !time_is_before_jiffies(fast_pool->last + HZ))
1128                 return;
1129
1130         fast_pool->count |= MIX_INFLIGHT;
1131         if (!timer_pending(&fast_pool->mix)) {
1132                 fast_pool->mix.expires = jiffies;
1133                 add_timer_on(&fast_pool->mix, raw_smp_processor_id());
1134         }
1135 }
1136 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1137
1138 /* There is one of these per entropy source */
1139 struct timer_rand_state {
1140         unsigned long last_time;
1141         long last_delta, last_delta2;
1142 };
1143
1144 /*
1145  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1146  * delays. It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1147  * of how many bits of entropy this call has added to the pool. The
1148  * value "num" is also added to the pool; it should somehow describe
1149  * the type of event that just happened.
1150  */
1151 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned int num)
1152 {
1153         unsigned long entropy = random_get_entropy(), now = jiffies, flags;
1154         long delta, delta2, delta3;
1155         unsigned int bits;
1156
1157         /*
1158          * If we're in a hard IRQ, add_interrupt_randomness() will be called
1159          * sometime after, so mix into the fast pool.
1160          */
1161         if (in_hardirq()) {
1162                 fast_mix(this_cpu_ptr(&irq_randomness)->pool, entropy, num);
1163         } else {
1164                 spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1165                 _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
1166                 _mix_pool_bytes(&num, sizeof(num));
1167                 spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1168         }
1169
1170         if (crng_ready())
1171                 return;
1172
1173         /*
1174          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1175          * We take into account the first, second and third-order deltas
1176          * in order to make our estimate.
1177          */
1178         delta = now - READ_ONCE(state->last_time);
1179         WRITE_ONCE(state->last_time, now);
1180
1181         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1182         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1183
1184         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1185         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1186
1187         if (delta < 0)
1188                 delta = -delta;
1189         if (delta2 < 0)
1190                 delta2 = -delta2;
1191         if (delta3 < 0)
1192                 delta3 = -delta3;
1193         if (delta > delta2)
1194                 delta = delta2;
1195         if (delta > delta3)
1196                 delta = delta3;
1197
1198         /*
1199          * delta is now minimum absolute delta. Round down by 1 bit
1200          * on general principles, and limit entropy estimate to 11 bits.
1201          */
1202         bits = min(fls(delta >> 1), 11);
1203
1204         /*
1205          * As mentioned above, if we're in a hard IRQ, add_interrupt_randomness()
1206          * will run after this, which uses a different crediting scheme of 1 bit
1207          * per every 64 interrupts. In order to let that function do accounting
1208          * close to the one in this function, we credit a full 64/64 bit per bit,
1209          * and then subtract one to account for the extra one added.
1210          */
1211         if (in_hardirq())
1212                 this_cpu_ptr(&irq_randomness)->count += max(1u, bits * 64) - 1;
1213         else
1214                 _credit_init_bits(bits);
1215 }
1216
1217 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code, unsigned int value)
1218 {
1219         static unsigned char last_value;
1220         static struct timer_rand_state input_timer_state = { INITIAL_JIFFIES };
1221
1222         /* Ignore autorepeat and the like. */
1223         if (value == last_value)
1224                 return;
1225
1226         last_value = value;
1227         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1228                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1229 }
1230 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1231
1232 #ifdef CONFIG_BLOCK
1233 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1234 {
1235         if (!disk || !disk->random)
1236                 return;
1237         /* First major is 1, so we get >= 0x200 here. */
1238         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1239 }
1240 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1241
1242 void __cold rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1243 {
1244         struct timer_rand_state *state;
1245
1246         /*
1247          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1248          * source.
1249          */
1250         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1251         if (state) {
1252                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1253                 disk->random = state;
1254         }
1255 }
1256 #endif
1257
1258 struct entropy_timer_state {
1259         unsigned long entropy;
1260         struct timer_list timer;
1261         atomic_t samples;
1262         unsigned int samples_per_bit;
1263 };
1264
1265 /*
1266  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable jump in
1267  * the cycle counter. Even if the timer is running on another CPU, the timer
1268  * activity will be touching the stack of the CPU that is generating entropy.
1269  *
1270  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are happy to be
1271  * scheduled away, since that just makes the load more complex, but we do not
1272  * want the timer to keep ticking unless the entropy loop is running.
1273  *
1274  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1275  */
1276 static void __cold entropy_timer(struct timer_list *timer)
1277 {
1278         struct entropy_timer_state *state = container_of(timer, struct entropy_timer_state, timer);
1279         unsigned long entropy = random_get_entropy();
1280
1281         mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
1282         if (atomic_inc_return(&state->samples) % state->samples_per_bit == 0)
1283                 credit_init_bits(1);
1284 }
1285
1286 /*
1287  * If we have an actual cycle counter, see if we can generate enough entropy
1288  * with timing noise.
1289  */
1290 static void __cold try_to_generate_entropy(void)
1291 {
1292         enum { NUM_TRIAL_SAMPLES = 8192, MAX_SAMPLES_PER_BIT = HZ / 15 };
1293         u8 stack_bytes[sizeof(struct entropy_timer_state) + SMP_CACHE_BYTES - 1];
1294         struct entropy_timer_state *stack = PTR_ALIGN((void *)stack_bytes, SMP_CACHE_BYTES);
1295         unsigned int i, num_different = 0;
1296         unsigned long last = random_get_entropy();
1297         int cpu = -1;
1298
1299         for (i = 0; i < NUM_TRIAL_SAMPLES - 1; ++i) {
1300                 stack->entropy = random_get_entropy();
1301                 if (stack->entropy != last)
1302                         ++num_different;
1303                 last = stack->entropy;
1304         }
1305         stack->samples_per_bit = DIV_ROUND_UP(NUM_TRIAL_SAMPLES, num_different + 1);
1306         if (stack->samples_per_bit > MAX_SAMPLES_PER_BIT)
1307                 return;
1308
1309         atomic_set(&stack->samples, 0);
1310         timer_setup_on_stack(&stack->timer, entropy_timer, 0);
1311         while (!crng_ready() && !signal_pending(current)) {
1312                 /*
1313                  * Check !timer_pending() and then ensure that any previous callback has finished
1314                  * executing by checking try_to_del_timer_sync(), before queueing the next one.
1315                  */
1316                 if (!timer_pending(&stack->timer) && try_to_del_timer_sync(&stack->timer) >= 0) {
1317                         struct cpumask timer_cpus;
1318                         unsigned int num_cpus;
1319
1320                         /*
1321                          * Preemption must be disabled here, both to read the current CPU number
1322                          * and to avoid scheduling a timer on a dead CPU.
1323                          */
1324                         preempt_disable();
1325
1326                         /* Only schedule callbacks on timer CPUs that are online. */
1327                         cpumask_and(&timer_cpus, housekeeping_cpumask(HK_TYPE_TIMER), cpu_online_mask);
1328                         num_cpus = cpumask_weight(&timer_cpus);
1329                         /* In very bizarre case of misconfiguration, fallback to all online. */
1330                         if (unlikely(num_cpus == 0)) {
1331                                 timer_cpus = *cpu_online_mask;
1332                                 num_cpus = cpumask_weight(&timer_cpus);
1333                         }
1334
1335                         /* Basic CPU round-robin, which avoids the current CPU. */
1336                         do {
1337                                 cpu = cpumask_next(cpu, &timer_cpus);
1338                                 if (cpu >= nr_cpu_ids)
1339                                         cpu = cpumask_first(&timer_cpus);
1340                         } while (cpu == smp_processor_id() && num_cpus > 1);
1341
1342                         /* Expiring the timer at `jiffies` means it's the next tick. */
1343                         stack->timer.expires = jiffies;
1344
1345                         add_timer_on(&stack->timer, cpu);
1346
1347                         preempt_enable();
1348                 }
1349                 mix_pool_bytes(&stack->entropy, sizeof(stack->entropy));
1350                 schedule();
1351                 stack->entropy = random_get_entropy();
1352         }
1353         mix_pool_bytes(&stack->entropy, sizeof(stack->entropy));
1354
1355         del_timer_sync(&stack->timer);
1356         destroy_timer_on_stack(&stack->timer);
1357 }
1358
1359
1360 /**********************************************************************
1361  *
1362  * Userspace reader/writer interfaces.
1363  *
1364  * getrandom(2) is the primary modern interface into the RNG and should
1365  * be used in preference to anything else.
1366  *
1367  * Reading from /dev/random has the same functionality as calling
1368  * getrandom(2) with flags=0. In earlier versions, however, it had
1369  * vastly different semantics and should therefore be avoided, to
1370  * prevent backwards compatibility issues.
1371  *
1372  * Reading from /dev/urandom has the same functionality as calling
1373  * getrandom(2) with flags=GRND_INSECURE. Because it does not block
1374  * waiting for the RNG to be ready, it should not be used.
1375  *
1376  * Writing to either /dev/random or /dev/urandom adds entropy to
1377  * the input pool but does not credit it.
1378  *
1379  * Polling on /dev/random indicates when the RNG is initialized, on
1380  * the read side, and when it wants new entropy, on the write side.
1381  *
1382  * Both /dev/random and /dev/urandom have the same set of ioctls for
1383  * adding entropy, getting the entropy count, zeroing the count, and
1384  * reseeding the crng.
1385  *
1386  **********************************************************************/
1387
1388 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, ubuf, size_t, len, unsigned int, flags)
1389 {
1390         struct iov_iter iter;
1391         int ret;
1392
1393         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK | GRND_RANDOM | GRND_INSECURE))
1394                 return -EINVAL;
1395
1396         /*
1397          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
1398          * no sense.
1399          */
1400         if ((flags & (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM))
1401                 return -EINVAL;
1402
1403         if (!crng_ready() && !(flags & GRND_INSECURE)) {
1404                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1405                         return -EAGAIN;
1406                 ret = wait_for_random_bytes();
1407                 if (unlikely(ret))
1408                         return ret;
1409         }
1410
1411         ret = import_ubuf(ITER_DEST, ubuf, len, &iter);
1412         if (unlikely(ret))
1413                 return ret;
1414         return get_random_bytes_user(&iter);
1415 }
1416
1417 static __poll_t random_poll(struct file *file, poll_table *wait)
1418 {
1419         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1420         return crng_ready() ? EPOLLIN | EPOLLRDNORM : EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1421 }
1422
1423 static ssize_t write_pool_user(struct iov_iter *iter)
1424 {
1425         u8 block[BLAKE2S_BLOCK_SIZE];
1426         ssize_t ret = 0;
1427         size_t copied;
1428
1429         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
1430                 return 0;
1431
1432         for (;;) {
1433                 copied = copy_from_iter(block, sizeof(block), iter);
1434                 ret += copied;
1435                 mix_pool_bytes(block, copied);
1436                 if (!iov_iter_count(iter) || copied != sizeof(block))
1437                         break;
1438
1439                 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE % sizeof(block) != 0);
1440                 if (ret % PAGE_SIZE == 0) {
1441                         if (signal_pending(current))
1442                                 break;
1443                         cond_resched();
1444                 }
1445         }
1446
1447         memzero_explicit(block, sizeof(block));
1448         return ret ? ret : -EFAULT;
1449 }
1450
1451 static ssize_t random_write_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *iter)
1452 {
1453         return write_pool_user(iter);
1454 }
1455
1456 static ssize_t urandom_read_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *iter)
1457 {
1458         static int maxwarn = 10;
1459
1460         /*
1461          * Opportunistically attempt to initialize the RNG on platforms that
1462          * have fast cycle counters, but don't (for now) require it to succeed.
1463          */
1464         if (!crng_ready())
1465                 try_to_generate_entropy();
1466
1467         if (!crng_ready()) {
1468                 if (!ratelimit_disable && maxwarn <= 0)
1469                         ++urandom_warning.missed;
1470                 else if (ratelimit_disable || __ratelimit(&urandom_warning)) {
1471                         --maxwarn;
1472                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zu bytes read)\n",
1473                                   current->comm, iov_iter_count(iter));
1474                 }
1475         }
1476
1477         return get_random_bytes_user(iter);
1478 }
1479
1480 static ssize_t random_read_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *iter)
1481 {
1482         int ret;
1483
1484         if (!crng_ready() &&
1485             ((kiocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO)) ||
1486              (kiocb->ki_filp->f_flags & O_NONBLOCK)))
1487                 return -EAGAIN;
1488
1489         ret = wait_for_random_bytes();
1490         if (ret != 0)
1491                 return ret;
1492         return get_random_bytes_user(iter);
1493 }
1494
1495 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1496 {
1497         int __user *p = (int __user *)arg;
1498         int ent_count;
1499
1500         switch (cmd) {
1501         case RNDGETENTCNT:
1502                 /* Inherently racy, no point locking. */
1503                 if (put_user(input_pool.init_bits, p))
1504                         return -EFAULT;
1505                 return 0;
1506         case RNDADDTOENTCNT:
1507                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1508                         return -EPERM;
1509                 if (get_user(ent_count, p))
1510                         return -EFAULT;
1511                 if (ent_count < 0)
1512                         return -EINVAL;
1513                 credit_init_bits(ent_count);
1514                 return 0;
1515         case RNDADDENTROPY: {
1516                 struct iov_iter iter;
1517                 ssize_t ret;
1518                 int len;
1519
1520                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1521                         return -EPERM;
1522                 if (get_user(ent_count, p++))
1523                         return -EFAULT;
1524                 if (ent_count < 0)
1525                         return -EINVAL;
1526                 if (get_user(len, p++))
1527                         return -EFAULT;
1528                 ret = import_ubuf(ITER_SOURCE, p, len, &iter);
1529                 if (unlikely(ret))
1530                         return ret;
1531                 ret = write_pool_user(&iter);
1532                 if (unlikely(ret < 0))
1533                         return ret;
1534                 /* Since we're crediting, enforce that it was all written into the pool. */
1535                 if (unlikely(ret != len))
1536                         return -EFAULT;
1537                 credit_init_bits(ent_count);
1538                 return 0;
1539         }
1540         case RNDZAPENTCNT:
1541         case RNDCLEARPOOL:
1542                 /* No longer has any effect. */
1543                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1544                         return -EPERM;
1545                 return 0;
1546         case RNDRESEEDCRNG:
1547                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1548                         return -EPERM;
1549                 if (!crng_ready())
1550                         return -ENODATA;
1551                 crng_reseed(NULL);
1552                 return 0;
1553         default:
1554                 return -EINVAL;
1555         }
1556 }
1557
1558 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1559 {
1560         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1561 }
1562
1563 const struct file_operations random_fops = {
1564         .read_iter = random_read_iter,
1565         .write_iter = random_write_iter,
1566         .poll = random_poll,
1567         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1568         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1569         .fasync = random_fasync,
1570         .llseek = noop_llseek,
1571         .splice_read = copy_splice_read,
1572         .splice_write = iter_file_splice_write,
1573 };
1574
1575 const struct file_operations urandom_fops = {
1576         .read_iter = urandom_read_iter,
1577         .write_iter = random_write_iter,
1578         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1579         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1580         .fasync = random_fasync,
1581         .llseek = noop_llseek,
1582         .splice_read = copy_splice_read,
1583         .splice_write = iter_file_splice_write,
1584 };
1585
1586
1587 /********************************************************************
1588  *
1589  * Sysctl interface.
1590  *
1591  * These are partly unused legacy knobs with dummy values to not break
1592  * userspace and partly still useful things. They are usually accessible
1593  * in /proc/sys/kernel/random/ and are as follows:
1594  *
1595  * - boot_id - a UUID representing the current boot.
1596  *
1597  * - uuid - a random UUID, different each time the file is read.
1598  *
1599  * - poolsize - the number of bits of entropy that the input pool can
1600  *   hold, tied to the POOL_BITS constant.
1601  *
1602  * - entropy_avail - the number of bits of entropy currently in the
1603  *   input pool. Always <= poolsize.
1604  *
1605  * - write_wakeup_threshold - the amount of entropy in the input pool
1606  *   below which write polls to /dev/random will unblock, requesting
1607  *   more entropy, tied to the POOL_READY_BITS constant. It is writable
1608  *   to avoid breaking old userspaces, but writing to it does not
1609  *   change any behavior of the RNG.
1610  *
1611  * - urandom_min_reseed_secs - fixed to the value CRNG_RESEED_INTERVAL.
1612  *   It is writable to avoid breaking old userspaces, but writing
1613  *   to it does not change any behavior of the RNG.
1614  *
1615  ********************************************************************/
1616
1617 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1618
1619 #include <linux/sysctl.h>
1620
1621 static int sysctl_random_min_urandom_seed = CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ;
1622 static int sysctl_random_write_wakeup_bits = POOL_READY_BITS;
1623 static int sysctl_poolsize = POOL_BITS;
1624 static u8 sysctl_bootid[UUID_SIZE];
1625
1626 /*
1627  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1628  * UUID. The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1629  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1630  */
1631 static int proc_do_uuid(const struct ctl_table *table, int write, void *buf,
1632                         size_t *lenp, loff_t *ppos)
1633 {
1634         u8 tmp_uuid[UUID_SIZE], *uuid;
1635         char uuid_string[UUID_STRING_LEN + 1];
1636         struct ctl_table fake_table = {
1637                 .data = uuid_string,
1638                 .maxlen = UUID_STRING_LEN
1639         };
1640
1641         if (write)
1642                 return -EPERM;
1643
1644         uuid = table->data;
1645         if (!uuid) {
1646                 uuid = tmp_uuid;
1647                 generate_random_uuid(uuid);
1648         } else {
1649                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1650
1651                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1652                 if (!uuid[8])
1653                         generate_random_uuid(uuid);
1654                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1655         }
1656
1657         snprintf(uuid_string, sizeof(uuid_string), "%pU", uuid);
1658         return proc_dostring(&fake_table, 0, buf, lenp, ppos);
1659 }
1660
1661 /* The same as proc_dointvec, but writes don't change anything. */
1662 static int proc_do_rointvec(const struct ctl_table *table, int write, void *buf,
1663                             size_t *lenp, loff_t *ppos)
1664 {
1665         return write ? 0 : proc_dointvec(table, 0, buf, lenp, ppos);
1666 }
1667
1668 static struct ctl_table random_table[] = {
1669         {
1670                 .procname       = "poolsize",
1671                 .data           = &sysctl_poolsize,
1672                 .maxlen         = sizeof(int),
1673                 .mode           = 0444,
1674                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1675         },
1676         {
1677                 .procname       = "entropy_avail",
1678                 .data           = &input_pool.init_bits,
1679                 .maxlen         = sizeof(int),
1680                 .mode           = 0444,
1681                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1682         },
1683         {
1684                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1685                 .data           = &sysctl_random_write_wakeup_bits,
1686                 .maxlen         = sizeof(int),
1687                 .mode           = 0644,
1688                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1689         },
1690         {
1691                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1692                 .data           = &sysctl_random_min_urandom_seed,
1693                 .maxlen         = sizeof(int),
1694                 .mode           = 0644,
1695                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1696         },
1697         {
1698                 .procname       = "boot_id",
1699                 .data           = &sysctl_bootid,
1700                 .mode           = 0444,
1701                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1702         },
1703         {
1704                 .procname       = "uuid",
1705                 .mode           = 0444,
1706                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1707         },
1708 };
1709
1710 /*
1711  * random_init() is called before sysctl_init(),
1712  * so we cannot call register_sysctl_init() in random_init()
1713  */
1714 static int __init random_sysctls_init(void)
1715 {
1716         register_sysctl_init("kernel/random", random_table);
1717         return 0;
1718 }
1719 device_initcall(random_sysctls_init);
1720 #endif
This page took 0.121033 seconds and 4 git commands to generate.