]> Git Repo - linux.git/blob - drivers/char/random.c
Merge tag 'pwm/for-4.17-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/thierry...
[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/syscalls.h>
265 #include <linux/completion.h>
266 #include <linux/uuid.h>
267 #include <crypto/chacha20.h>
268
269 #include <asm/processor.h>
270 #include <linux/uaccess.h>
271 #include <asm/irq.h>
272 #include <asm/irq_regs.h>
273 #include <asm/io.h>
274
275 #define CREATE_TRACE_POINTS
276 #include <trace/events/random.h>
277
278 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
279
280 /*
281  * Configuration information
282  */
283 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
284 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
285 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
286 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
287 #define SEC_XFER_SIZE           512
288 #define EXTRACT_SIZE            10
289
290
291 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
292
293 /*
294  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
295  * denominated in units of 1/8th bits.
296  *
297  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
298  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
299  */
300 #define ENTROPY_SHIFT 3
301 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
302
303 /*
304  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
305  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
306  */
307 static int random_read_wakeup_bits = 64;
308
309 /*
310  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
311  * should wake up processes which are selecting or polling on write
312  * access to /dev/random.
313  */
314 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
315
316 /*
317  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
318  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
319  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
320  * to get the twisting happening as fast as possible.
321  *
322  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
323  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
324  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
325  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
326  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
327  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
328  * Simulation 4:254-266)
329  *
330  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
331  *
332  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
333  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
334  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
335  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
336  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
337  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
338  * attacker can construct inputs that will produce controlled
339  * alterations to the pool's state is not important because we don't
340  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
341  * property we need with respect to them is that the attacker can't
342  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
343  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
344  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
345  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
346  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
347  * decrease the uncertainty).
348  *
349  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
350  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
351  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
352  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
353  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
354  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
355  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
356  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
357  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
358  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
359  * irreducible, which we have made here.
360  */
361 static struct poolinfo {
362         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
363 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
364         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
365 } poolinfo_table[] = {
366         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
367         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
369         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
370         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
372 #if 0
373         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
374         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
375
376         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
377         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
378
379         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
380         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
381
382         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
383         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
384
385         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
386         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
387         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
388         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
389
390         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
391         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
392
393         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
394         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
395
396         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
397         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
398 #endif
399 };
400
401 /*
402  * Static global variables
403  */
404 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_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 > 0))
431 static int crng_init_cnt = 0;
432 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
433 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
434                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS]);
435 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
436                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used);
437 static void process_random_ready_list(void);
438 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
439
440 /**********************************************************************
441  *
442  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
443  * storing entropy in an entropy pool.
444  *
445  **********************************************************************/
446
447 struct entropy_store;
448 struct entropy_store {
449         /* read-only data: */
450         const struct poolinfo *poolinfo;
451         __u32 *pool;
452         const char *name;
453         struct entropy_store *pull;
454         struct work_struct push_work;
455
456         /* read-write data: */
457         unsigned long last_pulled;
458         spinlock_t lock;
459         unsigned short add_ptr;
460         unsigned short input_rotate;
461         int entropy_count;
462         int entropy_total;
463         unsigned int initialized:1;
464         unsigned int last_data_init:1;
465         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
466 };
467
468 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
469                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
470 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
471                                 size_t nbytes, int fips);
472
473 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
474 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
475 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
476 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
477
478 static struct entropy_store input_pool = {
479         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
480         .name = "input",
481         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
482         .pool = input_pool_data
483 };
484
485 static struct entropy_store blocking_pool = {
486         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
487         .name = "blocking",
488         .pull = &input_pool,
489         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
490         .pool = blocking_pool_data,
491         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
492                                         push_to_pool),
493 };
494
495 static __u32 const twist_table[8] = {
496         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
497         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
498
499 /*
500  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
501  * update the entropy estimate.  The caller should call
502  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
503  *
504  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
505  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
506  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
507  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
508  */
509 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
510                             int nbytes)
511 {
512         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
513         int input_rotate;
514         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
515         const char *bytes = in;
516         __u32 w;
517
518         tap1 = r->poolinfo->tap1;
519         tap2 = r->poolinfo->tap2;
520         tap3 = r->poolinfo->tap3;
521         tap4 = r->poolinfo->tap4;
522         tap5 = r->poolinfo->tap5;
523
524         input_rotate = r->input_rotate;
525         i = r->add_ptr;
526
527         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
528         while (nbytes--) {
529                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
530                 i = (i - 1) & wordmask;
531
532                 /* XOR in the various taps */
533                 w ^= r->pool[i];
534                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
535                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
537                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
538                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
539
540                 /* Mix the result back in with a twist */
541                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
542
543                 /*
544                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
545                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
546                  * rotation, so that successive passes spread the
547                  * input bits across the pool evenly.
548                  */
549                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
550         }
551
552         r->input_rotate = input_rotate;
553         r->add_ptr = i;
554 }
555
556 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
557                              int nbytes)
558 {
559         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
560         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
561 }
562
563 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
564                            int nbytes)
565 {
566         unsigned long flags;
567
568         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
569         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
570         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
571         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
572 }
573
574 struct fast_pool {
575         __u32           pool[4];
576         unsigned long   last;
577         unsigned short  reg_idx;
578         unsigned char   count;
579 };
580
581 /*
582  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
583  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
584  * locks that might be needed are taken by the caller.
585  */
586 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
587 {
588         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
589         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
590
591         a += b;                 c += d;
592         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
593         d ^= a;                 b ^= c;
594
595         a += b;                 c += d;
596         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
597         d ^= a;                 b ^= c;
598
599         a += b;                 c += d;
600         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
601         d ^= a;                 b ^= c;
602
603         a += b;                 c += d;
604         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
605         d ^= a;                 b ^= c;
606
607         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
608         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
609         f->count++;
610 }
611
612 static void process_random_ready_list(void)
613 {
614         unsigned long flags;
615         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
616
617         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
618         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
619                 struct module *owner = rdy->owner;
620
621                 list_del_init(&rdy->list);
622                 rdy->func(rdy);
623                 module_put(owner);
624         }
625         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
626 }
627
628 /*
629  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
630  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
631  * or otherwise should be checked for extreme values.
632  */
633 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
634 {
635         int entropy_count, orig;
636         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
637         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
638
639         if (!nbits)
640                 return;
641
642 retry:
643         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
644         if (nfrac < 0) {
645                 /* Debit */
646                 entropy_count += nfrac;
647         } else {
648                 /*
649                  * Credit: we have to account for the possibility of
650                  * overwriting already present entropy.  Even in the
651                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
652                  * approach the full value asymptotically:
653                  *
654                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
655                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
656                  *
657                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
658                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
659                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
660                  * so we can approximate the exponential with
661                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
662                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
663                  *
664                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
665                  * prevent rounding artifacts from making the loop
666                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
667                  * turns no matter how large nbits is.
668                  */
669                 int pnfrac = nfrac;
670                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
671                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
672
673                 do {
674                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
675                         unsigned int add =
676                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
677
678                         entropy_count += add;
679                         pnfrac -= anfrac;
680                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
681         }
682
683         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
684                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
685                         r->name, entropy_count);
686                 WARN_ON(1);
687                 entropy_count = 0;
688         } else if (entropy_count > pool_size)
689                 entropy_count = pool_size;
690         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
691                 goto retry;
692
693         r->entropy_total += nbits;
694         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
695                 r->initialized = 1;
696                 r->entropy_total = 0;
697         }
698
699         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
700                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
701                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
702
703         if (r == &input_pool) {
704                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
705
706                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
707                         crng_reseed(&primary_crng, r);
708                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
709                 }
710
711                 /* should we wake readers? */
712                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits &&
713                     wq_has_sleeper(&random_read_wait)) {
714                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
715                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
716                 }
717                 /* If the input pool is getting full, send some
718                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
719                  */
720                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
721                     r->initialized &&
722                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
723                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
724
725                         if (other->entropy_count <=
726                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
727                                 schedule_work(&other->push_work);
728                                 r->entropy_total = 0;
729                         }
730                 }
731         }
732 }
733
734 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
735 {
736         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
737
738         if (nbits < 0)
739                 return -EINVAL;
740
741         /* Cap the value to avoid overflows */
742         nbits = min(nbits,  nbits_max);
743
744         credit_entropy_bits(r, nbits);
745         return 0;
746 }
747
748 /*********************************************************************
749  *
750  * CRNG using CHACHA20
751  *
752  *********************************************************************/
753
754 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
755
756 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
757
758 #ifdef CONFIG_NUMA
759 /*
760  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
761  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
762  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
763  * their brain damage.
764  */
765 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
766 #endif
767
768 static void invalidate_batched_entropy(void);
769
770 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
771 {
772         int             i;
773         unsigned long   rv;
774
775         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
776         if (crng == &primary_crng)
777                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
778                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
779         else
780                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
781         for (i = 4; i < 16; i++) {
782                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
783                     !arch_get_random_long(&rv))
784                         rv = random_get_entropy();
785                 crng->state[i] ^= rv;
786         }
787         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
788 }
789
790 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
791 {
792         unsigned long flags;
793         char *p;
794
795         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
796                 return 0;
797         if (crng_ready()) {
798                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
799                 return 0;
800         }
801         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
802         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
803                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
804                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
805         }
806         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
807         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
808                 invalidate_batched_entropy();
809                 crng_init = 1;
810                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
811                 pr_notice("random: fast init done\n");
812         }
813         return 1;
814 }
815
816 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
817 {
818         unsigned long   flags;
819         int             i, num;
820         union {
821                 __u32   block[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
822                 __u32   key[8];
823         } buf;
824
825         if (r) {
826                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
827                 if (num == 0)
828                         return;
829         } else {
830                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
831                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
832                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
833         }
834         spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
835         for (i = 0; i < 8; i++) {
836                 unsigned long   rv;
837                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
838                     !arch_get_random_long(&rv))
839                         rv = random_get_entropy();
840                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
841         }
842         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
843         crng->init_time = jiffies;
844         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
845         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
846                 invalidate_batched_entropy();
847                 crng_init = 2;
848                 process_random_ready_list();
849                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
850                 pr_notice("random: crng init done\n");
851         }
852 }
853
854 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
855                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
856 {
857         unsigned long v, flags;
858
859         if (crng_init > 1 &&
860             time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
861                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
862         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
863         if (arch_get_random_long(&v))
864                 crng->state[14] ^= v;
865         chacha20_block(&crng->state[0], out);
866         if (crng->state[12] == 0)
867                 crng->state[13]++;
868         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
869 }
870
871 static void extract_crng(__u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
872 {
873         struct crng_state *crng = NULL;
874
875 #ifdef CONFIG_NUMA
876         if (crng_node_pool)
877                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
878         if (crng == NULL)
879 #endif
880                 crng = &primary_crng;
881         _extract_crng(crng, out);
882 }
883
884 /*
885  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
886  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
887  */
888 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
889                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
890 {
891         unsigned long   flags;
892         __u32           *s, *d;
893         int             i;
894
895         used = round_up(used, sizeof(__u32));
896         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
897                 extract_crng(tmp);
898                 used = 0;
899         }
900         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
901         s = &tmp[used / sizeof(__u32)];
902         d = &crng->state[4];
903         for (i=0; i < 8; i++)
904                 *d++ ^= *s++;
905         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
906 }
907
908 static void crng_backtrack_protect(__u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
909 {
910         struct crng_state *crng = NULL;
911
912 #ifdef CONFIG_NUMA
913         if (crng_node_pool)
914                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
915         if (crng == NULL)
916 #endif
917                 crng = &primary_crng;
918         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
919 }
920
921 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
922 {
923         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
924         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
925         int large_request = (nbytes > 256);
926
927         while (nbytes) {
928                 if (large_request && need_resched()) {
929                         if (signal_pending(current)) {
930                                 if (ret == 0)
931                                         ret = -ERESTARTSYS;
932                                 break;
933                         }
934                         schedule();
935                 }
936
937                 extract_crng(tmp);
938                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
939                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
940                         ret = -EFAULT;
941                         break;
942                 }
943
944                 nbytes -= i;
945                 buf += i;
946                 ret += i;
947         }
948         crng_backtrack_protect(tmp, i);
949
950         /* Wipe data just written to memory */
951         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
952
953         return ret;
954 }
955
956
957 /*********************************************************************
958  *
959  * Entropy input management
960  *
961  *********************************************************************/
962
963 /* There is one of these per entropy source */
964 struct timer_rand_state {
965         cycles_t last_time;
966         long last_delta, last_delta2;
967 };
968
969 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
970
971 /*
972  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
973  * initialize it.
974  *
975  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
976  * the entropy pool having similar initial state across largely
977  * identical devices.
978  */
979 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
980 {
981         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
982         unsigned long flags;
983
984         if (!crng_ready()) {
985                 crng_fast_load(buf, size);
986                 return;
987         }
988
989         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
990         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
991         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
992         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
993         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
994 }
995 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
996
997 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
998
999 /*
1000  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1001  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1002  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1003  *
1004  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1005  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1006  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1007  *
1008  */
1009 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1010 {
1011         struct entropy_store    *r;
1012         struct {
1013                 long jiffies;
1014                 unsigned cycles;
1015                 unsigned num;
1016         } sample;
1017         long delta, delta2, delta3;
1018
1019         preempt_disable();
1020
1021         sample.jiffies = jiffies;
1022         sample.cycles = random_get_entropy();
1023         sample.num = num;
1024         r = &input_pool;
1025         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1026
1027         /*
1028          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1029          * We take into account the first, second and third-order deltas
1030          * in order to make our estimate.
1031          */
1032         delta = sample.jiffies - state->last_time;
1033         state->last_time = sample.jiffies;
1034
1035         delta2 = delta - state->last_delta;
1036         state->last_delta = delta;
1037
1038         delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1039         state->last_delta2 = delta2;
1040
1041         if (delta < 0)
1042                 delta = -delta;
1043         if (delta2 < 0)
1044                 delta2 = -delta2;
1045         if (delta3 < 0)
1046                 delta3 = -delta3;
1047         if (delta > delta2)
1048                 delta = delta2;
1049         if (delta > delta3)
1050                 delta = delta3;
1051
1052         /*
1053          * delta is now minimum absolute delta.
1054          * Round down by 1 bit on general principles,
1055          * and limit entropy entimate to 12 bits.
1056          */
1057         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1058
1059         preempt_enable();
1060 }
1061
1062 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1063                                  unsigned int value)
1064 {
1065         static unsigned char last_value;
1066
1067         /* ignore autorepeat and the like */
1068         if (value == last_value)
1069                 return;
1070
1071         last_value = value;
1072         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1073                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1074         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1075 }
1076 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1077
1078 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1079
1080 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1081 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1082
1083 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1084 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1085
1086 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1087 {
1088         long delta = random_get_entropy() - start;
1089
1090         /* Use a weighted moving average */
1091         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1092         avg_cycles += delta;
1093         /* And average deviation */
1094         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1095         avg_deviation += delta;
1096 }
1097 #else
1098 #define add_interrupt_bench(x)
1099 #endif
1100
1101 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1102 {
1103         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1104         unsigned int idx;
1105
1106         if (regs == NULL)
1107                 return 0;
1108         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1109         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1110                 idx = 0;
1111         ptr += idx++;
1112         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1113         return *ptr;
1114 }
1115
1116 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1117 {
1118         struct entropy_store    *r;
1119         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1120         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1121         unsigned long           now = jiffies;
1122         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1123         __u32                   c_high, j_high;
1124         __u64                   ip;
1125         unsigned long           seed;
1126         int                     credit = 0;
1127
1128         if (cycles == 0)
1129                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1130         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1131         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1132         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1133         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1134         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1135         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1136         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1137                 get_reg(fast_pool, regs);
1138
1139         fast_mix(fast_pool);
1140         add_interrupt_bench(cycles);
1141
1142         if (!crng_ready()) {
1143                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1144                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1145                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1146                         fast_pool->count = 0;
1147                         fast_pool->last = now;
1148                 }
1149                 return;
1150         }
1151
1152         if ((fast_pool->count < 64) &&
1153             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1154                 return;
1155
1156         r = &input_pool;
1157         if (!spin_trylock(&r->lock))
1158                 return;
1159
1160         fast_pool->last = now;
1161         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1162
1163         /*
1164          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1165          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1166          * architectural seed generator dominate the input from the
1167          * interrupt noise.
1168          */
1169         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1170                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1171                 credit = 1;
1172         }
1173         spin_unlock(&r->lock);
1174
1175         fast_pool->count = 0;
1176
1177         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1178         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1179 }
1180 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1181
1182 #ifdef CONFIG_BLOCK
1183 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1184 {
1185         if (!disk || !disk->random)
1186                 return;
1187         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1188         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1189         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1190 }
1191 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1192 #endif
1193
1194 /*********************************************************************
1195  *
1196  * Entropy extraction routines
1197  *
1198  *********************************************************************/
1199
1200 /*
1201  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1202  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1203  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1204  */
1205 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1206 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1207 {
1208         if (!r->pull ||
1209             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1210             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1211                 return;
1212
1213         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1214 }
1215
1216 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1217 {
1218         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1219
1220         int bytes = nbytes;
1221
1222         /* pull at least as much as a wakeup */
1223         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1224         /* but never more than the buffer size */
1225         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1226
1227         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1228                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1229         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1230                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1231         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1232         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1233 }
1234
1235 /*
1236  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1237  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1238  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1239  * of letting it go to waste.
1240  */
1241 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1242 {
1243         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1244                                               push_work);
1245         BUG_ON(!r);
1246         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1247         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1248                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1249 }
1250
1251 /*
1252  * This function decides how many bytes to actually take from the
1253  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1254  */
1255 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1256                       int reserved)
1257 {
1258         int entropy_count, orig, have_bytes;
1259         size_t ibytes, nfrac;
1260
1261         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1262
1263         /* Can we pull enough? */
1264 retry:
1265         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1266         ibytes = nbytes;
1267         /* never pull more than available */
1268         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1269
1270         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1271                 have_bytes = 0;
1272         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1273         if (ibytes < min)
1274                 ibytes = 0;
1275
1276         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1277                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1278                         r->name, entropy_count);
1279                 WARN_ON(1);
1280                 entropy_count = 0;
1281         }
1282         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1283         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1284                 entropy_count -= nfrac;
1285         else
1286                 entropy_count = 0;
1287
1288         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1289                 goto retry;
1290
1291         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1292         if (ibytes &&
1293             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1294                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1295                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1296         }
1297
1298         return ibytes;
1299 }
1300
1301 /*
1302  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1303  * extract_entropy_user.
1304  *
1305  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1306  */
1307 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1308 {
1309         int i;
1310         union {
1311                 __u32 w[5];
1312                 unsigned long l[LONGS(20)];
1313         } hash;
1314         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1315         unsigned long flags;
1316
1317         /*
1318          * If we have an architectural hardware random number
1319          * generator, use it for SHA's initial vector
1320          */
1321         sha_init(hash.w);
1322         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1323                 unsigned long v;
1324                 if (!arch_get_random_long(&v))
1325                         break;
1326                 hash.l[i] = v;
1327         }
1328
1329         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1330         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1331         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1332                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1333
1334         /*
1335          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1336          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1337          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1338          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1339          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1340          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1341          * hash.
1342          */
1343         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1344         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1345
1346         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1347
1348         /*
1349          * In case the hash function has some recognizable output
1350          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1351          * twice as much data as we output.
1352          */
1353         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1354         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1355         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1356
1357         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1358         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1359 }
1360
1361 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1362                                 size_t nbytes, int fips)
1363 {
1364         ssize_t ret = 0, i;
1365         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1366         unsigned long flags;
1367
1368         while (nbytes) {
1369                 extract_buf(r, tmp);
1370
1371                 if (fips) {
1372                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1373                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1374                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1375                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1376                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1377                 }
1378                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1379                 memcpy(buf, tmp, i);
1380                 nbytes -= i;
1381                 buf += i;
1382                 ret += i;
1383         }
1384
1385         /* Wipe data just returned from memory */
1386         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1387
1388         return ret;
1389 }
1390
1391 /*
1392  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1393  * returns it in a buffer.
1394  *
1395  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1396  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1397  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1398  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1399  */
1400 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1401                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1402 {
1403         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1404         unsigned long flags;
1405
1406         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1407         if (fips_enabled) {
1408                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1409                 if (!r->last_data_init) {
1410                         r->last_data_init = 1;
1411                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1412                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1413                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1414                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1415                         extract_buf(r, tmp);
1416                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1417                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1418                 }
1419                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1420         }
1421
1422         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1423         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1424         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1425
1426         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1427 }
1428
1429 /*
1430  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1431  * returns it in a userspace buffer.
1432  */
1433 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1434                                     size_t nbytes)
1435 {
1436         ssize_t ret = 0, i;
1437         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1438         int large_request = (nbytes > 256);
1439
1440         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1441         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1442         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1443
1444         while (nbytes) {
1445                 if (large_request && need_resched()) {
1446                         if (signal_pending(current)) {
1447                                 if (ret == 0)
1448                                         ret = -ERESTARTSYS;
1449                                 break;
1450                         }
1451                         schedule();
1452                 }
1453
1454                 extract_buf(r, tmp);
1455                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1456                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1457                         ret = -EFAULT;
1458                         break;
1459                 }
1460
1461                 nbytes -= i;
1462                 buf += i;
1463                 ret += i;
1464         }
1465
1466         /* Wipe data just returned from memory */
1467         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1468
1469         return ret;
1470 }
1471
1472 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1473         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1474
1475 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1476                                       void **previous)
1477 {
1478 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1479         const bool print_once = false;
1480 #else
1481         static bool print_once __read_mostly;
1482 #endif
1483
1484         if (print_once ||
1485             crng_ready() ||
1486             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1487                 return;
1488         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1489 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1490         print_once = true;
1491 #endif
1492         pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1493                   func_name, caller, crng_init);
1494 }
1495
1496 /*
1497  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1498  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1499  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1500  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1501  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1502  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1503  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1504  * at any point prior.
1505  */
1506 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1507 {
1508         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1509
1510         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1511
1512         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1513                 extract_crng(buf);
1514                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1515                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1516         }
1517
1518         if (nbytes > 0) {
1519                 extract_crng(tmp);
1520                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1521                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1522         } else
1523                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1524         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1525 }
1526
1527 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1528 {
1529         static void *previous;
1530
1531         warn_unseeded_randomness(&previous);
1532         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1533 }
1534 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1535
1536 /*
1537  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1538  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1539  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1540  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1541  * this function forfeits the guarantee of security.
1542  *
1543  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1544  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1545  */
1546 int wait_for_random_bytes(void)
1547 {
1548         if (likely(crng_ready()))
1549                 return 0;
1550         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1551 }
1552 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1553
1554 /*
1555  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1556  * pool is initialised.
1557  *
1558  * returns: 0 if callback is successfully added
1559  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1560  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1561  */
1562 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1563 {
1564         struct module *owner;
1565         unsigned long flags;
1566         int err = -EALREADY;
1567
1568         if (crng_ready())
1569                 return err;
1570
1571         owner = rdy->owner;
1572         if (!try_module_get(owner))
1573                 return -ENOENT;
1574
1575         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1576         if (crng_ready())
1577                 goto out;
1578
1579         owner = NULL;
1580
1581         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1582         err = 0;
1583
1584 out:
1585         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1586
1587         module_put(owner);
1588
1589         return err;
1590 }
1591 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1592
1593 /*
1594  * Delete a previously registered readiness callback function.
1595  */
1596 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1597 {
1598         unsigned long flags;
1599         struct module *owner = NULL;
1600
1601         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1602         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1603                 list_del_init(&rdy->list);
1604                 owner = rdy->owner;
1605         }
1606         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1607
1608         module_put(owner);
1609 }
1610 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1611
1612 /*
1613  * This function will use the architecture-specific hardware random
1614  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1615  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1616  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1617  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1618  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1619  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1620  * have put in a back door.
1621  */
1622 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1623 {
1624         char *p = buf;
1625
1626         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1627         while (nbytes) {
1628                 unsigned long v;
1629                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1630
1631                 if (!arch_get_random_long(&v))
1632                         break;
1633                 
1634                 memcpy(p, &v, chunk);
1635                 p += chunk;
1636                 nbytes -= chunk;
1637         }
1638
1639         if (nbytes)
1640                 get_random_bytes(p, nbytes);
1641 }
1642 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1643
1644
1645 /*
1646  * init_std_data - initialize pool with system data
1647  *
1648  * @r: pool to initialize
1649  *
1650  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1651  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1652  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1653  */
1654 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1655 {
1656         int i;
1657         ktime_t now = ktime_get_real();
1658         unsigned long rv;
1659
1660         r->last_pulled = jiffies;
1661         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1662         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1663                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1664                     !arch_get_random_long(&rv))
1665                         rv = random_get_entropy();
1666                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1667         }
1668         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1669 }
1670
1671 /*
1672  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1673  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1674  * with some platform dependent data very early in the boot
1675  * process. But it limits our options here. We must use
1676  * statically allocated structures that already have all
1677  * initializations complete at compile time. We should also
1678  * take care not to overwrite the precious per platform data
1679  * we were given.
1680  */
1681 static int rand_initialize(void)
1682 {
1683 #ifdef CONFIG_NUMA
1684         int i;
1685         struct crng_state *crng;
1686         struct crng_state **pool;
1687 #endif
1688
1689         init_std_data(&input_pool);
1690         init_std_data(&blocking_pool);
1691         crng_initialize(&primary_crng);
1692
1693 #ifdef CONFIG_NUMA
1694         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
1695         for_each_online_node(i) {
1696                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
1697                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
1698                 spin_lock_init(&crng->lock);
1699                 crng_initialize(crng);
1700                 pool[i] = crng;
1701         }
1702         mb();
1703         crng_node_pool = pool;
1704 #endif
1705         return 0;
1706 }
1707 early_initcall(rand_initialize);
1708
1709 #ifdef CONFIG_BLOCK
1710 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1711 {
1712         struct timer_rand_state *state;
1713
1714         /*
1715          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1716          * source.
1717          */
1718         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1719         if (state) {
1720                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1721                 disk->random = state;
1722         }
1723 }
1724 #endif
1725
1726 static ssize_t
1727 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1728 {
1729         ssize_t n;
1730
1731         if (nbytes == 0)
1732                 return 0;
1733
1734         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1735         while (1) {
1736                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1737                 if (n < 0)
1738                         return n;
1739                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1740                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1741                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1742                 if (n > 0)
1743                         return n;
1744
1745                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1746                 if (nonblock)
1747                         return -EAGAIN;
1748
1749                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1750                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1751                         random_read_wakeup_bits);
1752                 if (signal_pending(current))
1753                         return -ERESTARTSYS;
1754         }
1755 }
1756
1757 static ssize_t
1758 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1759 {
1760         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1761 }
1762
1763 static ssize_t
1764 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1765 {
1766         unsigned long flags;
1767         static int maxwarn = 10;
1768         int ret;
1769
1770         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1771                 maxwarn--;
1772                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1773                        "(%zd bytes read)\n",
1774                        current->comm, nbytes);
1775                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1776                 crng_init_cnt = 0;
1777                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1778         }
1779         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1780         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1781         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1782         return ret;
1783 }
1784
1785 static __poll_t
1786 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1787 {
1788         __poll_t mask;
1789
1790         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1791         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1792         mask = 0;
1793         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1794                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1795         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1796                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1797         return mask;
1798 }
1799
1800 static int
1801 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1802 {
1803         size_t bytes;
1804         __u32 buf[16];
1805         const char __user *p = buffer;
1806
1807         while (count > 0) {
1808                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1809                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1810                         return -EFAULT;
1811
1812                 count -= bytes;
1813                 p += bytes;
1814
1815                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1816                 cond_resched();
1817         }
1818
1819         return 0;
1820 }
1821
1822 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1823                             size_t count, loff_t *ppos)
1824 {
1825         size_t ret;
1826
1827         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1828         if (ret)
1829                 return ret;
1830
1831         return (ssize_t)count;
1832 }
1833
1834 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1835 {
1836         int size, ent_count;
1837         int __user *p = (int __user *)arg;
1838         int retval;
1839
1840         switch (cmd) {
1841         case RNDGETENTCNT:
1842                 /* inherently racy, no point locking */
1843                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1844                 if (put_user(ent_count, p))
1845                         return -EFAULT;
1846                 return 0;
1847         case RNDADDTOENTCNT:
1848                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1849                         return -EPERM;
1850                 if (get_user(ent_count, p))
1851                         return -EFAULT;
1852                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1853         case RNDADDENTROPY:
1854                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1855                         return -EPERM;
1856                 if (get_user(ent_count, p++))
1857                         return -EFAULT;
1858                 if (ent_count < 0)
1859                         return -EINVAL;
1860                 if (get_user(size, p++))
1861                         return -EFAULT;
1862                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1863                                     size);
1864                 if (retval < 0)
1865                         return retval;
1866                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1867         case RNDZAPENTCNT:
1868         case RNDCLEARPOOL:
1869                 /*
1870                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1871                  * the entropy pool, as that's silly.
1872                  */
1873                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1874                         return -EPERM;
1875                 input_pool.entropy_count = 0;
1876                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1877                 return 0;
1878         default:
1879                 return -EINVAL;
1880         }
1881 }
1882
1883 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1884 {
1885         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1886 }
1887
1888 const struct file_operations random_fops = {
1889         .read  = random_read,
1890         .write = random_write,
1891         .poll  = random_poll,
1892         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1893         .fasync = random_fasync,
1894         .llseek = noop_llseek,
1895 };
1896
1897 const struct file_operations urandom_fops = {
1898         .read  = urandom_read,
1899         .write = random_write,
1900         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1901         .fasync = random_fasync,
1902         .llseek = noop_llseek,
1903 };
1904
1905 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1906                 unsigned int, flags)
1907 {
1908         int ret;
1909
1910         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1911                 return -EINVAL;
1912
1913         if (count > INT_MAX)
1914                 count = INT_MAX;
1915
1916         if (flags & GRND_RANDOM)
1917                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1918
1919         if (!crng_ready()) {
1920                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1921                         return -EAGAIN;
1922                 ret = wait_for_random_bytes();
1923                 if (unlikely(ret))
1924                         return ret;
1925         }
1926         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1927 }
1928
1929 /********************************************************************
1930  *
1931  * Sysctl interface
1932  *
1933  ********************************************************************/
1934
1935 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1936
1937 #include <linux/sysctl.h>
1938
1939 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1940 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1941 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1942 static int random_min_urandom_seed = 60;
1943 static char sysctl_bootid[16];
1944
1945 /*
1946  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1947  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1948  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1949  *
1950  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1951  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1952  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1953  */
1954 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1955                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1956 {
1957         struct ctl_table fake_table;
1958         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1959
1960         uuid = table->data;
1961         if (!uuid) {
1962                 uuid = tmp_uuid;
1963                 generate_random_uuid(uuid);
1964         } else {
1965                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1966
1967                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1968                 if (!uuid[8])
1969                         generate_random_uuid(uuid);
1970                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1971         }
1972
1973         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1974
1975         fake_table.data = buf;
1976         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1977
1978         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1979 }
1980
1981 /*
1982  * Return entropy available scaled to integral bits
1983  */
1984 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1985                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1986 {
1987         struct ctl_table fake_table;
1988         int entropy_count;
1989
1990         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1991
1992         fake_table.data = &entropy_count;
1993         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1994
1995         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1996 }
1997
1998 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1999 extern struct ctl_table random_table[];
2000 struct ctl_table random_table[] = {
2001         {
2002                 .procname       = "poolsize",
2003                 .data           = &sysctl_poolsize,
2004                 .maxlen         = sizeof(int),
2005                 .mode           = 0444,
2006                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2007         },
2008         {
2009                 .procname       = "entropy_avail",
2010                 .maxlen         = sizeof(int),
2011                 .mode           = 0444,
2012                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2013                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2014         },
2015         {
2016                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2017                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2018                 .maxlen         = sizeof(int),
2019                 .mode           = 0644,
2020                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2021                 .extra1         = &min_read_thresh,
2022                 .extra2         = &max_read_thresh,
2023         },
2024         {
2025                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2026                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2027                 .maxlen         = sizeof(int),
2028                 .mode           = 0644,
2029                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2030                 .extra1         = &min_write_thresh,
2031                 .extra2         = &max_write_thresh,
2032         },
2033         {
2034                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2035                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2036                 .maxlen         = sizeof(int),
2037                 .mode           = 0644,
2038                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2039         },
2040         {
2041                 .procname       = "boot_id",
2042                 .data           = &sysctl_bootid,
2043                 .maxlen         = 16,
2044                 .mode           = 0444,
2045                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2046         },
2047         {
2048                 .procname       = "uuid",
2049                 .maxlen         = 16,
2050                 .mode           = 0444,
2051                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2052         },
2053 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2054         {
2055                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2056                 .data           = &avg_cycles,
2057                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2058                 .mode           = 0444,
2059                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2060         },
2061         {
2062                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2063                 .data           = &avg_deviation,
2064                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2065                 .mode           = 0444,
2066                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2067         },
2068 #endif
2069         { }
2070 };
2071 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2072
2073 struct batched_entropy {
2074         union {
2075                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2076                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2077         };
2078         unsigned int position;
2079 };
2080 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2081
2082 /*
2083  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2084  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2085  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2086  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2087  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2088  * at any point prior.
2089  */
2090 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2091 u64 get_random_u64(void)
2092 {
2093         u64 ret;
2094         bool use_lock;
2095         unsigned long flags = 0;
2096         struct batched_entropy *batch;
2097         static void *previous;
2098
2099 #if BITS_PER_LONG == 64
2100         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2101                 return ret;
2102 #else
2103         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2104             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2105             return ret;
2106 #endif
2107
2108         warn_unseeded_randomness(&previous);
2109
2110         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2111         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2112         if (use_lock)
2113                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2114         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2115                 extract_crng((__u32 *)batch->entropy_u64);
2116                 batch->position = 0;
2117         }
2118         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2119         if (use_lock)
2120                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2121         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2122         return ret;
2123 }
2124 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2125
2126 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2127 u32 get_random_u32(void)
2128 {
2129         u32 ret;
2130         bool use_lock;
2131         unsigned long flags = 0;
2132         struct batched_entropy *batch;
2133         static void *previous;
2134
2135         if (arch_get_random_int(&ret))
2136                 return ret;
2137
2138         warn_unseeded_randomness(&previous);
2139
2140         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2141         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2142         if (use_lock)
2143                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2144         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2145                 extract_crng(batch->entropy_u32);
2146                 batch->position = 0;
2147         }
2148         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2149         if (use_lock)
2150                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2151         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2152         return ret;
2153 }
2154 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2155
2156 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2157  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2158  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2159  * next usage. */
2160 static void invalidate_batched_entropy(void)
2161 {
2162         int cpu;
2163         unsigned long flags;
2164
2165         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2166         for_each_possible_cpu (cpu) {
2167                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2168                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2169         }
2170         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2171 }
2172
2173 /**
2174  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2175  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2176  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2177  *              random address must fall.
2178  *
2179  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2180  *
2181  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2182  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2183  *
2184  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2185  * @start is returned.
2186  */
2187 unsigned long
2188 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2189 {
2190         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2191                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2192                 start = PAGE_ALIGN(start);
2193         }
2194
2195         if (start > ULONG_MAX - range)
2196                 range = ULONG_MAX - start;
2197
2198         range >>= PAGE_SHIFT;
2199
2200         if (range == 0)
2201                 return start;
2202
2203         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2204 }
2205
2206 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2207  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2208  * when our pool is full.
2209  */
2210 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2211                                 size_t entropy)
2212 {
2213         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2214
2215         if (!crng_ready()) {
2216                 crng_fast_load(buffer, count);
2217                 return;
2218         }
2219
2220         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2221          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2222          * or when the calling thread is about to terminate.
2223          */
2224         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2225                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2226         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2227         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2228 }
2229 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
This page took 0.162556 seconds and 4 git commands to generate.