]> Git Repo - linux.git/blob - drivers/char/random.c
Merge tag 'udf_for_v4.18-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jack...
[linux.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017 Jason A. Donenfeld <[email protected]>. All
5  * Rights Reserved.
6  *
7  * Copyright Matt Mackall <[email protected]>, 2003, 2004, 2005
8  *
9  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
10  * rights reserved.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
17  *    including the disclaimer of warranties.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
22  *    products derived from this software without specific prior
23  *    written permission.
24  *
25  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
26  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
27  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
28  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
29  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
32  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
33  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
34  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
35  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
36  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
37  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
38  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
39  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
40  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
41  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
42  * DAMAGE.
43  */
44
45 /*
46  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
47  *
48  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
49  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
50  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
51  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
52  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
53  * predict by an attacker.
54  *
55  * Theory of operation
56  * ===================
57  *
58  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
59  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
60  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
61  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
62  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
63  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
64  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
65  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
66  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
67  * from inside the kernel.
68  *
69  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
70  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
71  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
72  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
73  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
74  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
75  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
76  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
77  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
78  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
79  * the random number generator's internal state.
80  *
81  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
82  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
83  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
84  * be computationally infeasible to derive any useful information
85  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
86  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
87  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
88  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
89  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
90  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
91  * outputs random numbers.
92  *
93  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
94  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
95  * able to infer the future output of the generator from prior
96  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
97  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
98  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
99  * of purposes.
100  *
101  * Exported interfaces ---- output
102  * ===============================
103  *
104  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
105  * be used from within the kernel:
106  *
107  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
108  *
109  * This interface will return the requested number of random bytes,
110  * and place it in the requested buffer.
111  *
112  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
113  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
114  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
115  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
116  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
117  * contained in the entropy pool.
118  *
119  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
120  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
121  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
122  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
123  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
124  *
125  * Exported interfaces ---- input
126  * ==============================
127  *
128  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
129  * from the devices are:
130  *
131  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
132  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
133  *                                unsigned int value);
134  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
135  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
136  *
137  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
138  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
139  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
140  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
141  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
142  * that might otherwise be identical and have very little entropy
143  * available to them (particularly common in the embedded world).
144  *
145  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
146  * the event type information from the hardware.
147  *
148  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
149  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
150  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
151  *
152  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
153  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
154  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
155  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
156  * times are usually fairly consistent.
157  *
158  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
159  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
160  * first and second order deltas of the event timings.
161  *
162  * Ensuring unpredictability at system startup
163  * ============================================
164  *
165  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
166  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
167  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
168  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
169  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
170  * counteract this effect, it helps to carry information in the
171  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
172  * following lines an appropriate script which is run during the boot
173  * sequence:
174  *
175  *      echo "Initializing random number generator..."
176  *      random_seed=/var/run/random-seed
177  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
178  *      # Load and then save the whole entropy pool
179  *      if [ -f $random_seed ]; then
180  *              cat $random_seed >/dev/urandom
181  *      else
182  *              touch $random_seed
183  *      fi
184  *      chmod 600 $random_seed
185  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
186  *
187  * and the following lines in an appropriate script which is run as
188  * the system is shutdown:
189  *
190  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
191  *      # Save the whole entropy pool
192  *      echo "Saving random seed..."
193  *      random_seed=/var/run/random-seed
194  *      touch $random_seed
195  *      chmod 600 $random_seed
196  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
197  *
198  * For example, on most modern systems using the System V init
199  * scripts, such code fragments would be found in
200  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
201  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
202  *
203  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
204  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
205  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
206  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
207  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
208  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
209  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
210  * the system.
211  *
212  * Configuring the /dev/random driver under Linux
213  * ==============================================
214  *
215  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
216  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
217  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
218  * by using the commands:
219  *
220  *      mknod /dev/random c 1 8
221  *      mknod /dev/urandom c 1 9
222  *
223  * Acknowledgements:
224  * =================
225  *
226  * Ideas for constructing this random number generator were derived
227  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
228  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
229  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
230  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
231  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
232  *
233  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
234  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
235  *
236  * Further background information on this topic may be obtained from
237  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
238  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
239  */
240
241 #include <linux/utsname.h>
242 #include <linux/module.h>
243 #include <linux/kernel.h>
244 #include <linux/major.h>
245 #include <linux/string.h>
246 #include <linux/fcntl.h>
247 #include <linux/slab.h>
248 #include <linux/random.h>
249 #include <linux/poll.h>
250 #include <linux/init.h>
251 #include <linux/fs.h>
252 #include <linux/genhd.h>
253 #include <linux/interrupt.h>
254 #include <linux/mm.h>
255 #include <linux/nodemask.h>
256 #include <linux/spinlock.h>
257 #include <linux/kthread.h>
258 #include <linux/percpu.h>
259 #include <linux/cryptohash.h>
260 #include <linux/fips.h>
261 #include <linux/ptrace.h>
262 #include <linux/workqueue.h>
263 #include <linux/irq.h>
264 #include <linux/ratelimit.h>
265 #include <linux/syscalls.h>
266 #include <linux/completion.h>
267 #include <linux/uuid.h>
268 #include <crypto/chacha20.h>
269
270 #include <asm/processor.h>
271 #include <linux/uaccess.h>
272 #include <asm/irq.h>
273 #include <asm/irq_regs.h>
274 #include <asm/io.h>
275
276 #define CREATE_TRACE_POINTS
277 #include <trace/events/random.h>
278
279 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
280
281 /*
282  * Configuration information
283  */
284 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
285 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
286 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
287 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
288 #define SEC_XFER_SIZE           512
289 #define EXTRACT_SIZE            10
290
291
292 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
293
294 /*
295  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
296  * denominated in units of 1/8th bits.
297  *
298  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
299  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
300  */
301 #define ENTROPY_SHIFT 3
302 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
303
304 /*
305  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
306  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
307  */
308 static int random_read_wakeup_bits = 64;
309
310 /*
311  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
312  * should wake up processes which are selecting or polling on write
313  * access to /dev/random.
314  */
315 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
316
317 /*
318  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
319  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
320  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
321  * to get the twisting happening as fast as possible.
322  *
323  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
324  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
325  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
326  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
327  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
328  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
329  * Simulation 4:254-266)
330  *
331  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
332  *
333  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
334  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
335  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
336  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
337  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
338  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
339  * attacker can construct inputs that will produce controlled
340  * alterations to the pool's state is not important because we don't
341  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
342  * property we need with respect to them is that the attacker can't
343  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
344  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
345  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
346  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
347  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
348  * decrease the uncertainty).
349  *
350  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
351  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
352  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
353  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
354  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
355  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
356  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
357  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
358  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
359  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
360  * irreducible, which we have made here.
361  */
362 static struct poolinfo {
363         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
364 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
365         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
366 } poolinfo_table[] = {
367         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
369         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
370         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
372         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
373 #if 0
374         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
375         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
376
377         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
378         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
379
380         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
381         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
382
383         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
384         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
385
386         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
387         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
388         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
389         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
390
391         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
392         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
393
394         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
395         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
396
397         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
398         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
399 #endif
400 };
401
402 /*
403  * Static global variables
404  */
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_wait);
406 static struct fasync_struct *fasync;
407
408 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
409 static LIST_HEAD(random_ready_list);
410
411 struct crng_state {
412         __u32           state[16];
413         unsigned long   init_time;
414         spinlock_t      lock;
415 };
416
417 struct crng_state primary_crng = {
418         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
419 };
420
421 /*
422  * crng_init =  0 --> Uninitialized
423  *              1 --> Initialized
424  *              2 --> Initialized from input_pool
425  *
426  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
427  * its value (from 0->1->2).
428  */
429 static int crng_init = 0;
430 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
431 static int crng_init_cnt = 0;
432 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
433 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
434 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
435                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS]);
436 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
437                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used);
438 static void process_random_ready_list(void);
439 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
440
441 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
442         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
443 static struct ratelimit_state urandom_warning =
444         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
445
446 static int ratelimit_disable __read_mostly;
447
448 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
449 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
450
451 /**********************************************************************
452  *
453  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
454  * storing entropy in an entropy pool.
455  *
456  **********************************************************************/
457
458 struct entropy_store;
459 struct entropy_store {
460         /* read-only data: */
461         const struct poolinfo *poolinfo;
462         __u32 *pool;
463         const char *name;
464         struct entropy_store *pull;
465         struct work_struct push_work;
466
467         /* read-write data: */
468         unsigned long last_pulled;
469         spinlock_t lock;
470         unsigned short add_ptr;
471         unsigned short input_rotate;
472         int entropy_count;
473         int entropy_total;
474         unsigned int initialized:1;
475         unsigned int last_data_init:1;
476         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
477 };
478
479 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
480                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
481 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
482                                 size_t nbytes, int fips);
483
484 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
485 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
486 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
487 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
488
489 static struct entropy_store input_pool = {
490         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
491         .name = "input",
492         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
493         .pool = input_pool_data
494 };
495
496 static struct entropy_store blocking_pool = {
497         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
498         .name = "blocking",
499         .pull = &input_pool,
500         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
501         .pool = blocking_pool_data,
502         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
503                                         push_to_pool),
504 };
505
506 static __u32 const twist_table[8] = {
507         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
508         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
509
510 /*
511  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
512  * update the entropy estimate.  The caller should call
513  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
514  *
515  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
516  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
517  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
518  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
519  */
520 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
521                             int nbytes)
522 {
523         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
524         int input_rotate;
525         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
526         const char *bytes = in;
527         __u32 w;
528
529         tap1 = r->poolinfo->tap1;
530         tap2 = r->poolinfo->tap2;
531         tap3 = r->poolinfo->tap3;
532         tap4 = r->poolinfo->tap4;
533         tap5 = r->poolinfo->tap5;
534
535         input_rotate = r->input_rotate;
536         i = r->add_ptr;
537
538         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
539         while (nbytes--) {
540                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
541                 i = (i - 1) & wordmask;
542
543                 /* XOR in the various taps */
544                 w ^= r->pool[i];
545                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
546                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
547                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
548                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
549                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
550
551                 /* Mix the result back in with a twist */
552                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
553
554                 /*
555                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
556                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
557                  * rotation, so that successive passes spread the
558                  * input bits across the pool evenly.
559                  */
560                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
561         }
562
563         r->input_rotate = input_rotate;
564         r->add_ptr = i;
565 }
566
567 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
568                              int nbytes)
569 {
570         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
571         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
572 }
573
574 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
575                            int nbytes)
576 {
577         unsigned long flags;
578
579         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
580         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
581         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
582         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
583 }
584
585 struct fast_pool {
586         __u32           pool[4];
587         unsigned long   last;
588         unsigned short  reg_idx;
589         unsigned char   count;
590 };
591
592 /*
593  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
594  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
595  * locks that might be needed are taken by the caller.
596  */
597 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
598 {
599         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
600         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
601
602         a += b;                 c += d;
603         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
604         d ^= a;                 b ^= c;
605
606         a += b;                 c += d;
607         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
608         d ^= a;                 b ^= c;
609
610         a += b;                 c += d;
611         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
612         d ^= a;                 b ^= c;
613
614         a += b;                 c += d;
615         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
616         d ^= a;                 b ^= c;
617
618         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
619         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
620         f->count++;
621 }
622
623 static void process_random_ready_list(void)
624 {
625         unsigned long flags;
626         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
627
628         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
629         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
630                 struct module *owner = rdy->owner;
631
632                 list_del_init(&rdy->list);
633                 rdy->func(rdy);
634                 module_put(owner);
635         }
636         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
637 }
638
639 /*
640  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
641  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
642  * or otherwise should be checked for extreme values.
643  */
644 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
645 {
646         int entropy_count, orig;
647         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
648         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
649
650         if (!nbits)
651                 return;
652
653 retry:
654         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
655         if (nfrac < 0) {
656                 /* Debit */
657                 entropy_count += nfrac;
658         } else {
659                 /*
660                  * Credit: we have to account for the possibility of
661                  * overwriting already present entropy.  Even in the
662                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
663                  * approach the full value asymptotically:
664                  *
665                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
666                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
667                  *
668                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
669                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
670                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
671                  * so we can approximate the exponential with
672                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
673                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
674                  *
675                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
676                  * prevent rounding artifacts from making the loop
677                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
678                  * turns no matter how large nbits is.
679                  */
680                 int pnfrac = nfrac;
681                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
682                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
683
684                 do {
685                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
686                         unsigned int add =
687                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
688
689                         entropy_count += add;
690                         pnfrac -= anfrac;
691                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
692         }
693
694         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
695                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
696                         r->name, entropy_count);
697                 WARN_ON(1);
698                 entropy_count = 0;
699         } else if (entropy_count > pool_size)
700                 entropy_count = pool_size;
701         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
702                 goto retry;
703
704         r->entropy_total += nbits;
705         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
706                 r->initialized = 1;
707                 r->entropy_total = 0;
708         }
709
710         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
711                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
712                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
713
714         if (r == &input_pool) {
715                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
716
717                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
718                         crng_reseed(&primary_crng, r);
719                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
720                 }
721
722                 /* should we wake readers? */
723                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits &&
724                     wq_has_sleeper(&random_wait)) {
725                         wake_up_interruptible_poll(&random_wait, POLLIN);
726                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
727                 }
728                 /* If the input pool is getting full, send some
729                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
730                  */
731                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
732                     r->initialized &&
733                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
734                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
735
736                         if (other->entropy_count <=
737                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
738                                 schedule_work(&other->push_work);
739                                 r->entropy_total = 0;
740                         }
741                 }
742         }
743 }
744
745 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
746 {
747         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
748
749         if (nbits < 0)
750                 return -EINVAL;
751
752         /* Cap the value to avoid overflows */
753         nbits = min(nbits,  nbits_max);
754
755         credit_entropy_bits(r, nbits);
756         return 0;
757 }
758
759 /*********************************************************************
760  *
761  * CRNG using CHACHA20
762  *
763  *********************************************************************/
764
765 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
766
767 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
768
769 #ifdef CONFIG_NUMA
770 /*
771  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
772  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
773  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
774  * their brain damage.
775  */
776 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
777 #endif
778
779 static void invalidate_batched_entropy(void);
780
781 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
782 {
783         int             i;
784         unsigned long   rv;
785
786         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
787         if (crng == &primary_crng)
788                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
789                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
790         else
791                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
792         for (i = 4; i < 16; i++) {
793                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
794                     !arch_get_random_long(&rv))
795                         rv = random_get_entropy();
796                 crng->state[i] ^= rv;
797         }
798         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
799 }
800
801 #ifdef CONFIG_NUMA
802 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
803 {
804         int i;
805         struct crng_state *crng;
806         struct crng_state **pool;
807
808         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
809         for_each_online_node(i) {
810                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
811                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
812                 spin_lock_init(&crng->lock);
813                 crng_initialize(crng);
814                 pool[i] = crng;
815         }
816         mb();
817         if (cmpxchg(&crng_node_pool, NULL, pool)) {
818                 for_each_node(i)
819                         kfree(pool[i]);
820                 kfree(pool);
821         }
822 }
823
824 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
825
826 static void numa_crng_init(void)
827 {
828         schedule_work(&numa_crng_init_work);
829 }
830 #else
831 static void numa_crng_init(void) {}
832 #endif
833
834 /*
835  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
836  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
837  */
838 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
839 {
840         unsigned long flags;
841         char *p;
842
843         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
844                 return 0;
845         if (crng_init != 0) {
846                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
847                 return 0;
848         }
849         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
850         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
851                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
852                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
853         }
854         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
855         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
856                 invalidate_batched_entropy();
857                 crng_init = 1;
858                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
859                 pr_notice("random: fast init done\n");
860         }
861         return 1;
862 }
863
864 /*
865  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
866  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
867  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
868  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
869  * crng_fast_load().
870  *
871  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
872  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
873  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
874  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
875  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
876  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
877  */
878 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
879 {
880         unsigned long           flags;
881         static unsigned char    lfsr = 1;
882         unsigned char           tmp;
883         unsigned                i, max = CHACHA20_KEY_SIZE;
884         const char *            src_buf = cp;
885         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
886
887         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
888                 return 0;
889         if (crng_init != 0) {
890                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
891                 return 0;
892         }
893         if (len > max)
894                 max = len;
895
896         for (i = 0; i < max ; i++) {
897                 tmp = lfsr;
898                 lfsr >>= 1;
899                 if (tmp & 1)
900                         lfsr ^= 0xE1;
901                 tmp = dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE];
902                 dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
903                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
904         }
905         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
906         return 1;
907 }
908
909 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
910 {
911         unsigned long   flags;
912         int             i, num;
913         union {
914                 __u32   block[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
915                 __u32   key[8];
916         } buf;
917
918         if (r) {
919                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
920                 if (num == 0)
921                         return;
922         } else {
923                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
924                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
925                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
926         }
927         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
928         for (i = 0; i < 8; i++) {
929                 unsigned long   rv;
930                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
931                     !arch_get_random_long(&rv))
932                         rv = random_get_entropy();
933                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
934         }
935         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
936         crng->init_time = jiffies;
937         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
938         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
939                 invalidate_batched_entropy();
940                 numa_crng_init();
941                 crng_init = 2;
942                 process_random_ready_list();
943                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
944                 pr_notice("random: crng init done\n");
945                 if (unseeded_warning.missed) {
946                         pr_notice("random: %d get_random_xx warning(s) missed "
947                                   "due to ratelimiting\n",
948                                   unseeded_warning.missed);
949                         unseeded_warning.missed = 0;
950                 }
951                 if (urandom_warning.missed) {
952                         pr_notice("random: %d urandom warning(s) missed "
953                                   "due to ratelimiting\n",
954                                   urandom_warning.missed);
955                         urandom_warning.missed = 0;
956                 }
957         }
958 }
959
960 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
961                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
962 {
963         unsigned long v, flags;
964
965         if (crng_ready() &&
966             (time_after(crng_global_init_time, crng->init_time) ||
967              time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL)))
968                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
969         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
970         if (arch_get_random_long(&v))
971                 crng->state[14] ^= v;
972         chacha20_block(&crng->state[0], out);
973         if (crng->state[12] == 0)
974                 crng->state[13]++;
975         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
976 }
977
978 static void extract_crng(__u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
979 {
980         struct crng_state *crng = NULL;
981
982 #ifdef CONFIG_NUMA
983         if (crng_node_pool)
984                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
985         if (crng == NULL)
986 #endif
987                 crng = &primary_crng;
988         _extract_crng(crng, out);
989 }
990
991 /*
992  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
993  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
994  */
995 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
996                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
997 {
998         unsigned long   flags;
999         __u32           *s, *d;
1000         int             i;
1001
1002         used = round_up(used, sizeof(__u32));
1003         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1004                 extract_crng(tmp);
1005                 used = 0;
1006         }
1007         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1008         s = &tmp[used / sizeof(__u32)];
1009         d = &crng->state[4];
1010         for (i=0; i < 8; i++)
1011                 *d++ ^= *s++;
1012         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1013 }
1014
1015 static void crng_backtrack_protect(__u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
1016 {
1017         struct crng_state *crng = NULL;
1018
1019 #ifdef CONFIG_NUMA
1020         if (crng_node_pool)
1021                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1022         if (crng == NULL)
1023 #endif
1024                 crng = &primary_crng;
1025         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
1026 }
1027
1028 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1029 {
1030         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1031         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1032         int large_request = (nbytes > 256);
1033
1034         while (nbytes) {
1035                 if (large_request && need_resched()) {
1036                         if (signal_pending(current)) {
1037                                 if (ret == 0)
1038                                         ret = -ERESTARTSYS;
1039                                 break;
1040                         }
1041                         schedule();
1042                 }
1043
1044                 extract_crng(tmp);
1045                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1046                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1047                         ret = -EFAULT;
1048                         break;
1049                 }
1050
1051                 nbytes -= i;
1052                 buf += i;
1053                 ret += i;
1054         }
1055         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1056
1057         /* Wipe data just written to memory */
1058         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1059
1060         return ret;
1061 }
1062
1063
1064 /*********************************************************************
1065  *
1066  * Entropy input management
1067  *
1068  *********************************************************************/
1069
1070 /* There is one of these per entropy source */
1071 struct timer_rand_state {
1072         cycles_t last_time;
1073         long last_delta, last_delta2;
1074 };
1075
1076 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1077
1078 /*
1079  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1080  * initialize it.
1081  *
1082  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1083  * the entropy pool having similar initial state across largely
1084  * identical devices.
1085  */
1086 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1087 {
1088         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1089         unsigned long flags;
1090
1091         if (!crng_ready() && size)
1092                 crng_slow_load(buf, size);
1093
1094         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1095         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1096         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1097         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1098         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1099 }
1100 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1101
1102 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1103
1104 /*
1105  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1106  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1107  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1108  *
1109  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1110  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1111  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1112  *
1113  */
1114 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1115 {
1116         struct entropy_store    *r;
1117         struct {
1118                 long jiffies;
1119                 unsigned cycles;
1120                 unsigned num;
1121         } sample;
1122         long delta, delta2, delta3;
1123
1124         preempt_disable();
1125
1126         sample.jiffies = jiffies;
1127         sample.cycles = random_get_entropy();
1128         sample.num = num;
1129         r = &input_pool;
1130         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1131
1132         /*
1133          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1134          * We take into account the first, second and third-order deltas
1135          * in order to make our estimate.
1136          */
1137         delta = sample.jiffies - state->last_time;
1138         state->last_time = sample.jiffies;
1139
1140         delta2 = delta - state->last_delta;
1141         state->last_delta = delta;
1142
1143         delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1144         state->last_delta2 = delta2;
1145
1146         if (delta < 0)
1147                 delta = -delta;
1148         if (delta2 < 0)
1149                 delta2 = -delta2;
1150         if (delta3 < 0)
1151                 delta3 = -delta3;
1152         if (delta > delta2)
1153                 delta = delta2;
1154         if (delta > delta3)
1155                 delta = delta3;
1156
1157         /*
1158          * delta is now minimum absolute delta.
1159          * Round down by 1 bit on general principles,
1160          * and limit entropy entimate to 12 bits.
1161          */
1162         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1163
1164         preempt_enable();
1165 }
1166
1167 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1168                                  unsigned int value)
1169 {
1170         static unsigned char last_value;
1171
1172         /* ignore autorepeat and the like */
1173         if (value == last_value)
1174                 return;
1175
1176         last_value = value;
1177         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1178                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1179         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1180 }
1181 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1182
1183 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1184
1185 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1186 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1187
1188 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1189 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1190
1191 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1192 {
1193         long delta = random_get_entropy() - start;
1194
1195         /* Use a weighted moving average */
1196         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1197         avg_cycles += delta;
1198         /* And average deviation */
1199         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1200         avg_deviation += delta;
1201 }
1202 #else
1203 #define add_interrupt_bench(x)
1204 #endif
1205
1206 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1207 {
1208         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1209         unsigned int idx;
1210
1211         if (regs == NULL)
1212                 return 0;
1213         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1214         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1215                 idx = 0;
1216         ptr += idx++;
1217         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1218         return *ptr;
1219 }
1220
1221 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1222 {
1223         struct entropy_store    *r;
1224         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1225         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1226         unsigned long           now = jiffies;
1227         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1228         __u32                   c_high, j_high;
1229         __u64                   ip;
1230         unsigned long           seed;
1231         int                     credit = 0;
1232
1233         if (cycles == 0)
1234                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1235         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1236         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1237         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1238         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1239         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1240         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1241         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1242                 get_reg(fast_pool, regs);
1243
1244         fast_mix(fast_pool);
1245         add_interrupt_bench(cycles);
1246
1247         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1248                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1249                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1250                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1251                         fast_pool->count = 0;
1252                         fast_pool->last = now;
1253                 }
1254                 return;
1255         }
1256
1257         if ((fast_pool->count < 64) &&
1258             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1259                 return;
1260
1261         r = &input_pool;
1262         if (!spin_trylock(&r->lock))
1263                 return;
1264
1265         fast_pool->last = now;
1266         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1267
1268         /*
1269          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1270          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1271          * architectural seed generator dominate the input from the
1272          * interrupt noise.
1273          */
1274         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1275                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1276                 credit = 1;
1277         }
1278         spin_unlock(&r->lock);
1279
1280         fast_pool->count = 0;
1281
1282         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1283         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1284 }
1285 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1286
1287 #ifdef CONFIG_BLOCK
1288 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1289 {
1290         if (!disk || !disk->random)
1291                 return;
1292         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1293         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1294         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1295 }
1296 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1297 #endif
1298
1299 /*********************************************************************
1300  *
1301  * Entropy extraction routines
1302  *
1303  *********************************************************************/
1304
1305 /*
1306  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1307  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1308  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1309  */
1310 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1311 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1312 {
1313         if (!r->pull ||
1314             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1315             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1316                 return;
1317
1318         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1319 }
1320
1321 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1322 {
1323         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1324
1325         int bytes = nbytes;
1326
1327         /* pull at least as much as a wakeup */
1328         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1329         /* but never more than the buffer size */
1330         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1331
1332         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1333                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1334         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1335                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1336         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1337         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1338 }
1339
1340 /*
1341  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1342  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1343  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1344  * of letting it go to waste.
1345  */
1346 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1347 {
1348         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1349                                               push_work);
1350         BUG_ON(!r);
1351         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1352         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1353                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1354 }
1355
1356 /*
1357  * This function decides how many bytes to actually take from the
1358  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1359  */
1360 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1361                       int reserved)
1362 {
1363         int entropy_count, orig, have_bytes;
1364         size_t ibytes, nfrac;
1365
1366         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1367
1368         /* Can we pull enough? */
1369 retry:
1370         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1371         ibytes = nbytes;
1372         /* never pull more than available */
1373         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1374
1375         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1376                 have_bytes = 0;
1377         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1378         if (ibytes < min)
1379                 ibytes = 0;
1380
1381         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1382                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1383                         r->name, entropy_count);
1384                 WARN_ON(1);
1385                 entropy_count = 0;
1386         }
1387         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1388         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1389                 entropy_count -= nfrac;
1390         else
1391                 entropy_count = 0;
1392
1393         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1394                 goto retry;
1395
1396         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1397         if (ibytes &&
1398             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1399                 wake_up_interruptible_poll(&random_wait, POLLOUT);
1400                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1401         }
1402
1403         return ibytes;
1404 }
1405
1406 /*
1407  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1408  * extract_entropy_user.
1409  *
1410  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1411  */
1412 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1413 {
1414         int i;
1415         union {
1416                 __u32 w[5];
1417                 unsigned long l[LONGS(20)];
1418         } hash;
1419         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1420         unsigned long flags;
1421
1422         /*
1423          * If we have an architectural hardware random number
1424          * generator, use it for SHA's initial vector
1425          */
1426         sha_init(hash.w);
1427         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1428                 unsigned long v;
1429                 if (!arch_get_random_long(&v))
1430                         break;
1431                 hash.l[i] = v;
1432         }
1433
1434         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1435         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1436         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1437                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1438
1439         /*
1440          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1441          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1442          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1443          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1444          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1445          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1446          * hash.
1447          */
1448         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1449         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1450
1451         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1452
1453         /*
1454          * In case the hash function has some recognizable output
1455          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1456          * twice as much data as we output.
1457          */
1458         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1459         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1460         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1461
1462         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1463         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1464 }
1465
1466 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1467                                 size_t nbytes, int fips)
1468 {
1469         ssize_t ret = 0, i;
1470         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1471         unsigned long flags;
1472
1473         while (nbytes) {
1474                 extract_buf(r, tmp);
1475
1476                 if (fips) {
1477                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1478                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1479                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1480                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1481                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1482                 }
1483                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1484                 memcpy(buf, tmp, i);
1485                 nbytes -= i;
1486                 buf += i;
1487                 ret += i;
1488         }
1489
1490         /* Wipe data just returned from memory */
1491         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1492
1493         return ret;
1494 }
1495
1496 /*
1497  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1498  * returns it in a buffer.
1499  *
1500  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1501  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1502  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1503  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1504  */
1505 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1506                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1507 {
1508         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1509         unsigned long flags;
1510
1511         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1512         if (fips_enabled) {
1513                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1514                 if (!r->last_data_init) {
1515                         r->last_data_init = 1;
1516                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1517                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1518                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1519                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1520                         extract_buf(r, tmp);
1521                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1522                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1523                 }
1524                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1525         }
1526
1527         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1528         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1529         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1530
1531         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1532 }
1533
1534 /*
1535  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1536  * returns it in a userspace buffer.
1537  */
1538 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1539                                     size_t nbytes)
1540 {
1541         ssize_t ret = 0, i;
1542         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1543         int large_request = (nbytes > 256);
1544
1545         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1546         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1547         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1548
1549         while (nbytes) {
1550                 if (large_request && need_resched()) {
1551                         if (signal_pending(current)) {
1552                                 if (ret == 0)
1553                                         ret = -ERESTARTSYS;
1554                                 break;
1555                         }
1556                         schedule();
1557                 }
1558
1559                 extract_buf(r, tmp);
1560                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1561                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1562                         ret = -EFAULT;
1563                         break;
1564                 }
1565
1566                 nbytes -= i;
1567                 buf += i;
1568                 ret += i;
1569         }
1570
1571         /* Wipe data just returned from memory */
1572         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1573
1574         return ret;
1575 }
1576
1577 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1578         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1579
1580 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1581                                       void **previous)
1582 {
1583 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1584         const bool print_once = false;
1585 #else
1586         static bool print_once __read_mostly;
1587 #endif
1588
1589         if (print_once ||
1590             crng_ready() ||
1591             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1592                 return;
1593         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1594 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1595         print_once = true;
1596 #endif
1597         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1598                 pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1599                           func_name, caller, crng_init);
1600 }
1601
1602 /*
1603  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1604  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1605  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1606  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1607  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1608  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1609  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1610  * at any point prior.
1611  */
1612 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1613 {
1614         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1615
1616         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1617
1618         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1619                 extract_crng(buf);
1620                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1621                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1622         }
1623
1624         if (nbytes > 0) {
1625                 extract_crng(tmp);
1626                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1627                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1628         } else
1629                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1630         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1631 }
1632
1633 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1634 {
1635         static void *previous;
1636
1637         warn_unseeded_randomness(&previous);
1638         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1639 }
1640 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1641
1642 /*
1643  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1644  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1645  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1646  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1647  * this function forfeits the guarantee of security.
1648  *
1649  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1650  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1651  */
1652 int wait_for_random_bytes(void)
1653 {
1654         if (likely(crng_ready()))
1655                 return 0;
1656         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1657 }
1658 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1659
1660 /*
1661  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1662  * pool is initialised.
1663  *
1664  * returns: 0 if callback is successfully added
1665  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1666  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1667  */
1668 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1669 {
1670         struct module *owner;
1671         unsigned long flags;
1672         int err = -EALREADY;
1673
1674         if (crng_ready())
1675                 return err;
1676
1677         owner = rdy->owner;
1678         if (!try_module_get(owner))
1679                 return -ENOENT;
1680
1681         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1682         if (crng_ready())
1683                 goto out;
1684
1685         owner = NULL;
1686
1687         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1688         err = 0;
1689
1690 out:
1691         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1692
1693         module_put(owner);
1694
1695         return err;
1696 }
1697 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1698
1699 /*
1700  * Delete a previously registered readiness callback function.
1701  */
1702 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1703 {
1704         unsigned long flags;
1705         struct module *owner = NULL;
1706
1707         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1708         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1709                 list_del_init(&rdy->list);
1710                 owner = rdy->owner;
1711         }
1712         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1713
1714         module_put(owner);
1715 }
1716 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1717
1718 /*
1719  * This function will use the architecture-specific hardware random
1720  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1721  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1722  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1723  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1724  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1725  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1726  * have put in a back door.
1727  */
1728 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1729 {
1730         char *p = buf;
1731
1732         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1733         while (nbytes) {
1734                 unsigned long v;
1735                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1736
1737                 if (!arch_get_random_long(&v))
1738                         break;
1739                 
1740                 memcpy(p, &v, chunk);
1741                 p += chunk;
1742                 nbytes -= chunk;
1743         }
1744
1745         if (nbytes)
1746                 get_random_bytes(p, nbytes);
1747 }
1748 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1749
1750
1751 /*
1752  * init_std_data - initialize pool with system data
1753  *
1754  * @r: pool to initialize
1755  *
1756  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1757  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1758  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1759  */
1760 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1761 {
1762         int i;
1763         ktime_t now = ktime_get_real();
1764         unsigned long rv;
1765
1766         r->last_pulled = jiffies;
1767         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1768         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1769                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1770                     !arch_get_random_long(&rv))
1771                         rv = random_get_entropy();
1772                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1773         }
1774         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1775 }
1776
1777 /*
1778  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1779  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1780  * with some platform dependent data very early in the boot
1781  * process. But it limits our options here. We must use
1782  * statically allocated structures that already have all
1783  * initializations complete at compile time. We should also
1784  * take care not to overwrite the precious per platform data
1785  * we were given.
1786  */
1787 static int rand_initialize(void)
1788 {
1789         init_std_data(&input_pool);
1790         init_std_data(&blocking_pool);
1791         crng_initialize(&primary_crng);
1792         crng_global_init_time = jiffies;
1793         if (ratelimit_disable) {
1794                 urandom_warning.interval = 0;
1795                 unseeded_warning.interval = 0;
1796         }
1797         return 0;
1798 }
1799 early_initcall(rand_initialize);
1800
1801 #ifdef CONFIG_BLOCK
1802 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1803 {
1804         struct timer_rand_state *state;
1805
1806         /*
1807          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1808          * source.
1809          */
1810         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1811         if (state) {
1812                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1813                 disk->random = state;
1814         }
1815 }
1816 #endif
1817
1818 static ssize_t
1819 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1820 {
1821         ssize_t n;
1822
1823         if (nbytes == 0)
1824                 return 0;
1825
1826         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1827         while (1) {
1828                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1829                 if (n < 0)
1830                         return n;
1831                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1832                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1833                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1834                 if (n > 0)
1835                         return n;
1836
1837                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1838                 if (nonblock)
1839                         return -EAGAIN;
1840
1841                 wait_event_interruptible(random_wait,
1842                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1843                         random_read_wakeup_bits);
1844                 if (signal_pending(current))
1845                         return -ERESTARTSYS;
1846         }
1847 }
1848
1849 static ssize_t
1850 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1851 {
1852         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1853 }
1854
1855 static ssize_t
1856 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1857 {
1858         unsigned long flags;
1859         static int maxwarn = 10;
1860         int ret;
1861
1862         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1863                 maxwarn--;
1864                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1865                         printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized "
1866                                "urandom read (%zd bytes read)\n",
1867                                current->comm, nbytes);
1868                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1869                 crng_init_cnt = 0;
1870                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1871         }
1872         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1873         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1874         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1875         return ret;
1876 }
1877
1878 static struct wait_queue_head *
1879 random_get_poll_head(struct file *file, __poll_t events)
1880 {
1881         return &random_wait;
1882 }
1883
1884 static __poll_t
1885 random_poll_mask(struct file *file, __poll_t events)
1886 {
1887         __poll_t mask = 0;
1888
1889         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1890                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1891         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1892                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1893         return mask;
1894 }
1895
1896 static int
1897 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1898 {
1899         size_t bytes;
1900         __u32 buf[16];
1901         const char __user *p = buffer;
1902
1903         while (count > 0) {
1904                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1905                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1906                         return -EFAULT;
1907
1908                 count -= bytes;
1909                 p += bytes;
1910
1911                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1912                 cond_resched();
1913         }
1914
1915         return 0;
1916 }
1917
1918 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1919                             size_t count, loff_t *ppos)
1920 {
1921         size_t ret;
1922
1923         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1924         if (ret)
1925                 return ret;
1926
1927         return (ssize_t)count;
1928 }
1929
1930 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1931 {
1932         int size, ent_count;
1933         int __user *p = (int __user *)arg;
1934         int retval;
1935
1936         switch (cmd) {
1937         case RNDGETENTCNT:
1938                 /* inherently racy, no point locking */
1939                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1940                 if (put_user(ent_count, p))
1941                         return -EFAULT;
1942                 return 0;
1943         case RNDADDTOENTCNT:
1944                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1945                         return -EPERM;
1946                 if (get_user(ent_count, p))
1947                         return -EFAULT;
1948                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1949         case RNDADDENTROPY:
1950                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1951                         return -EPERM;
1952                 if (get_user(ent_count, p++))
1953                         return -EFAULT;
1954                 if (ent_count < 0)
1955                         return -EINVAL;
1956                 if (get_user(size, p++))
1957                         return -EFAULT;
1958                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1959                                     size);
1960                 if (retval < 0)
1961                         return retval;
1962                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1963         case RNDZAPENTCNT:
1964         case RNDCLEARPOOL:
1965                 /*
1966                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1967                  * the entropy pool, as that's silly.
1968                  */
1969                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1970                         return -EPERM;
1971                 input_pool.entropy_count = 0;
1972                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1973                 return 0;
1974         case RNDRESEEDCRNG:
1975                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1976                         return -EPERM;
1977                 if (crng_init < 2)
1978                         return -ENODATA;
1979                 crng_reseed(&primary_crng, NULL);
1980                 crng_global_init_time = jiffies - 1;
1981                 return 0;
1982         default:
1983                 return -EINVAL;
1984         }
1985 }
1986
1987 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1988 {
1989         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1990 }
1991
1992 const struct file_operations random_fops = {
1993         .read  = random_read,
1994         .write = random_write,
1995         .get_poll_head  = random_get_poll_head,
1996         .poll_mask  = random_poll_mask,
1997         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1998         .fasync = random_fasync,
1999         .llseek = noop_llseek,
2000 };
2001
2002 const struct file_operations urandom_fops = {
2003         .read  = urandom_read,
2004         .write = random_write,
2005         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
2006         .fasync = random_fasync,
2007         .llseek = noop_llseek,
2008 };
2009
2010 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
2011                 unsigned int, flags)
2012 {
2013         int ret;
2014
2015         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
2016                 return -EINVAL;
2017
2018         if (count > INT_MAX)
2019                 count = INT_MAX;
2020
2021         if (flags & GRND_RANDOM)
2022                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
2023
2024         if (!crng_ready()) {
2025                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
2026                         return -EAGAIN;
2027                 ret = wait_for_random_bytes();
2028                 if (unlikely(ret))
2029                         return ret;
2030         }
2031         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
2032 }
2033
2034 /********************************************************************
2035  *
2036  * Sysctl interface
2037  *
2038  ********************************************************************/
2039
2040 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2041
2042 #include <linux/sysctl.h>
2043
2044 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
2045 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
2046 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2047 static int random_min_urandom_seed = 60;
2048 static char sysctl_bootid[16];
2049
2050 /*
2051  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2052  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2053  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2054  *
2055  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2056  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2057  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2058  */
2059 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2060                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2061 {
2062         struct ctl_table fake_table;
2063         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2064
2065         uuid = table->data;
2066         if (!uuid) {
2067                 uuid = tmp_uuid;
2068                 generate_random_uuid(uuid);
2069         } else {
2070                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2071
2072                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2073                 if (!uuid[8])
2074                         generate_random_uuid(uuid);
2075                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2076         }
2077
2078         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2079
2080         fake_table.data = buf;
2081         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2082
2083         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2084 }
2085
2086 /*
2087  * Return entropy available scaled to integral bits
2088  */
2089 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2090                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2091 {
2092         struct ctl_table fake_table;
2093         int entropy_count;
2094
2095         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2096
2097         fake_table.data = &entropy_count;
2098         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2099
2100         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2101 }
2102
2103 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2104 extern struct ctl_table random_table[];
2105 struct ctl_table random_table[] = {
2106         {
2107                 .procname       = "poolsize",
2108                 .data           = &sysctl_poolsize,
2109                 .maxlen         = sizeof(int),
2110                 .mode           = 0444,
2111                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2112         },
2113         {
2114                 .procname       = "entropy_avail",
2115                 .maxlen         = sizeof(int),
2116                 .mode           = 0444,
2117                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2118                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2119         },
2120         {
2121                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2122                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2123                 .maxlen         = sizeof(int),
2124                 .mode           = 0644,
2125                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2126                 .extra1         = &min_read_thresh,
2127                 .extra2         = &max_read_thresh,
2128         },
2129         {
2130                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2131                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2132                 .maxlen         = sizeof(int),
2133                 .mode           = 0644,
2134                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2135                 .extra1         = &min_write_thresh,
2136                 .extra2         = &max_write_thresh,
2137         },
2138         {
2139                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2140                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2141                 .maxlen         = sizeof(int),
2142                 .mode           = 0644,
2143                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2144         },
2145         {
2146                 .procname       = "boot_id",
2147                 .data           = &sysctl_bootid,
2148                 .maxlen         = 16,
2149                 .mode           = 0444,
2150                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2151         },
2152         {
2153                 .procname       = "uuid",
2154                 .maxlen         = 16,
2155                 .mode           = 0444,
2156                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2157         },
2158 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2159         {
2160                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2161                 .data           = &avg_cycles,
2162                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2163                 .mode           = 0444,
2164                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2165         },
2166         {
2167                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2168                 .data           = &avg_deviation,
2169                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2170                 .mode           = 0444,
2171                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2172         },
2173 #endif
2174         { }
2175 };
2176 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2177
2178 struct batched_entropy {
2179         union {
2180                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2181                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2182         };
2183         unsigned int position;
2184 };
2185 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2186
2187 /*
2188  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2189  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2190  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2191  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2192  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2193  * at any point prior.
2194  */
2195 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2196 u64 get_random_u64(void)
2197 {
2198         u64 ret;
2199         bool use_lock;
2200         unsigned long flags = 0;
2201         struct batched_entropy *batch;
2202         static void *previous;
2203
2204 #if BITS_PER_LONG == 64
2205         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2206                 return ret;
2207 #else
2208         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2209             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2210             return ret;
2211 #endif
2212
2213         warn_unseeded_randomness(&previous);
2214
2215         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2216         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2217         if (use_lock)
2218                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2219         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2220                 extract_crng((__u32 *)batch->entropy_u64);
2221                 batch->position = 0;
2222         }
2223         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2224         if (use_lock)
2225                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2226         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2227         return ret;
2228 }
2229 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2230
2231 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2232 u32 get_random_u32(void)
2233 {
2234         u32 ret;
2235         bool use_lock;
2236         unsigned long flags = 0;
2237         struct batched_entropy *batch;
2238         static void *previous;
2239
2240         if (arch_get_random_int(&ret))
2241                 return ret;
2242
2243         warn_unseeded_randomness(&previous);
2244
2245         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2246         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2247         if (use_lock)
2248                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2249         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2250                 extract_crng(batch->entropy_u32);
2251                 batch->position = 0;
2252         }
2253         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2254         if (use_lock)
2255                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2256         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2257         return ret;
2258 }
2259 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2260
2261 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2262  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2263  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2264  * next usage. */
2265 static void invalidate_batched_entropy(void)
2266 {
2267         int cpu;
2268         unsigned long flags;
2269
2270         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2271         for_each_possible_cpu (cpu) {
2272                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2273                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2274         }
2275         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2276 }
2277
2278 /**
2279  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2280  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2281  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2282  *              random address must fall.
2283  *
2284  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2285  *
2286  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2287  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2288  *
2289  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2290  * @start is returned.
2291  */
2292 unsigned long
2293 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2294 {
2295         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2296                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2297                 start = PAGE_ALIGN(start);
2298         }
2299
2300         if (start > ULONG_MAX - range)
2301                 range = ULONG_MAX - start;
2302
2303         range >>= PAGE_SHIFT;
2304
2305         if (range == 0)
2306                 return start;
2307
2308         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2309 }
2310
2311 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2312  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2313  * when our pool is full.
2314  */
2315 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2316                                 size_t entropy)
2317 {
2318         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2319
2320         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2321                 crng_fast_load(buffer, count);
2322                 return;
2323         }
2324
2325         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2326          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2327          * or when the calling thread is about to terminate.
2328          */
2329         wait_event_interruptible(random_wait, kthread_should_stop() ||
2330                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2331         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2332         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2333 }
2334 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
This page took 0.166669 seconds and 4 git commands to generate.