]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/char/random.c
Merge tag 'char-misc-4.13-rc5' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/gregk...
[karo-tx-linux.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All
5  * Rights Reserved.
6  *
7  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 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/kmemcheck.h>
263 #include <linux/workqueue.h>
264 #include <linux/irq.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_read_wait);
406 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
407 static struct fasync_struct *fasync;
408
409 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
410 static LIST_HEAD(random_ready_list);
411
412 struct crng_state {
413         __u32           state[16];
414         unsigned long   init_time;
415         spinlock_t      lock;
416 };
417
418 struct crng_state primary_crng = {
419         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
420 };
421
422 /*
423  * crng_init =  0 --> Uninitialized
424  *              1 --> Initialized
425  *              2 --> Initialized from input_pool
426  *
427  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
428  * its value (from 0->1->2).
429  */
430 static int crng_init = 0;
431 #define crng_ready() (likely(crng_init > 0))
432 static int crng_init_cnt = 0;
433 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
434 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
435                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE]);
436 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
437                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used);
438 static void process_random_ready_list(void);
439 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
440
441 /**********************************************************************
442  *
443  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
444  * storing entropy in an entropy pool.
445  *
446  **********************************************************************/
447
448 struct entropy_store;
449 struct entropy_store {
450         /* read-only data: */
451         const struct poolinfo *poolinfo;
452         __u32 *pool;
453         const char *name;
454         struct entropy_store *pull;
455         struct work_struct push_work;
456
457         /* read-write data: */
458         unsigned long last_pulled;
459         spinlock_t lock;
460         unsigned short add_ptr;
461         unsigned short input_rotate;
462         int entropy_count;
463         int entropy_total;
464         unsigned int initialized:1;
465         unsigned int last_data_init:1;
466         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
467 };
468
469 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
470                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
471 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
472                                 size_t nbytes, int fips);
473
474 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
475 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
476 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
477 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
478
479 static struct entropy_store input_pool = {
480         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
481         .name = "input",
482         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
483         .pool = input_pool_data
484 };
485
486 static struct entropy_store blocking_pool = {
487         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
488         .name = "blocking",
489         .pull = &input_pool,
490         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
491         .pool = blocking_pool_data,
492         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
493                                         push_to_pool),
494 };
495
496 static __u32 const twist_table[8] = {
497         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
498         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
499
500 /*
501  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
502  * update the entropy estimate.  The caller should call
503  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
504  *
505  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
506  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
507  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
508  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
509  */
510 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
511                             int nbytes)
512 {
513         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
514         int input_rotate;
515         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
516         const char *bytes = in;
517         __u32 w;
518
519         tap1 = r->poolinfo->tap1;
520         tap2 = r->poolinfo->tap2;
521         tap3 = r->poolinfo->tap3;
522         tap4 = r->poolinfo->tap4;
523         tap5 = r->poolinfo->tap5;
524
525         input_rotate = r->input_rotate;
526         i = r->add_ptr;
527
528         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
529         while (nbytes--) {
530                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
531                 i = (i - 1) & wordmask;
532
533                 /* XOR in the various taps */
534                 w ^= r->pool[i];
535                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
537                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
538                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
539                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
540
541                 /* Mix the result back in with a twist */
542                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
543
544                 /*
545                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
546                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
547                  * rotation, so that successive passes spread the
548                  * input bits across the pool evenly.
549                  */
550                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
551         }
552
553         r->input_rotate = input_rotate;
554         r->add_ptr = i;
555 }
556
557 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
558                              int nbytes)
559 {
560         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
561         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
562 }
563
564 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
565                            int nbytes)
566 {
567         unsigned long flags;
568
569         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
570         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
571         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
572         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
573 }
574
575 struct fast_pool {
576         __u32           pool[4];
577         unsigned long   last;
578         unsigned short  reg_idx;
579         unsigned char   count;
580 };
581
582 /*
583  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
584  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
585  * locks that might be needed are taken by the caller.
586  */
587 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
588 {
589         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
590         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
591
592         a += b;                 c += d;
593         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
594         d ^= a;                 b ^= c;
595
596         a += b;                 c += d;
597         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
598         d ^= a;                 b ^= c;
599
600         a += b;                 c += d;
601         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
602         d ^= a;                 b ^= c;
603
604         a += b;                 c += d;
605         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
606         d ^= a;                 b ^= c;
607
608         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
609         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
610         f->count++;
611 }
612
613 static void process_random_ready_list(void)
614 {
615         unsigned long flags;
616         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
617
618         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
619         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
620                 struct module *owner = rdy->owner;
621
622                 list_del_init(&rdy->list);
623                 rdy->func(rdy);
624                 module_put(owner);
625         }
626         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
627 }
628
629 /*
630  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
631  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
632  * or otherwise should be checked for extreme values.
633  */
634 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
635 {
636         int entropy_count, orig;
637         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
638         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
639
640         if (!nbits)
641                 return;
642
643 retry:
644         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
645         if (nfrac < 0) {
646                 /* Debit */
647                 entropy_count += nfrac;
648         } else {
649                 /*
650                  * Credit: we have to account for the possibility of
651                  * overwriting already present entropy.  Even in the
652                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
653                  * approach the full value asymptotically:
654                  *
655                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
656                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
657                  *
658                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
659                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
660                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
661                  * so we can approximate the exponential with
662                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
663                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
664                  *
665                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
666                  * prevent rounding artifacts from making the loop
667                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
668                  * turns no matter how large nbits is.
669                  */
670                 int pnfrac = nfrac;
671                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
672                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
673
674                 do {
675                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
676                         unsigned int add =
677                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
678
679                         entropy_count += add;
680                         pnfrac -= anfrac;
681                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
682         }
683
684         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
685                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
686                         r->name, entropy_count);
687                 WARN_ON(1);
688                 entropy_count = 0;
689         } else if (entropy_count > pool_size)
690                 entropy_count = pool_size;
691         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
692                 goto retry;
693
694         r->entropy_total += nbits;
695         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
696                 r->initialized = 1;
697                 r->entropy_total = 0;
698         }
699
700         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
701                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
702                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
703
704         if (r == &input_pool) {
705                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
706
707                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
708                         crng_reseed(&primary_crng, r);
709                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
710                 }
711
712                 /* should we wake readers? */
713                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
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 = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
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                 __u8    block[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
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                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
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(__u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
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                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], 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 = (__u32 *) &tmp[used];
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(__u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], 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         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
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         unsigned dont_count_entropy:1;
968 };
969
970 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
971
972 /*
973  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
974  * initialize it.
975  *
976  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
977  * the entropy pool having similar initial state across largely
978  * identical devices.
979  */
980 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
981 {
982         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
983         unsigned long flags;
984
985         if (!crng_ready()) {
986                 crng_fast_load(buf, size);
987                 return;
988         }
989
990         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
991         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
992         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
993         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
994         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
995 }
996 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
997
998 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
999
1000 /*
1001  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1002  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1003  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1004  *
1005  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1006  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1007  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1008  *
1009  */
1010 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1011 {
1012         struct entropy_store    *r;
1013         struct {
1014                 long jiffies;
1015                 unsigned cycles;
1016                 unsigned num;
1017         } sample;
1018         long delta, delta2, delta3;
1019
1020         preempt_disable();
1021
1022         sample.jiffies = jiffies;
1023         sample.cycles = random_get_entropy();
1024         sample.num = num;
1025         r = &input_pool;
1026         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1027
1028         /*
1029          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1030          * We take into account the first, second and third-order deltas
1031          * in order to make our estimate.
1032          */
1033
1034         if (!state->dont_count_entropy) {
1035                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
1036                 state->last_time = sample.jiffies;
1037
1038                 delta2 = delta - state->last_delta;
1039                 state->last_delta = delta;
1040
1041                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1042                 state->last_delta2 = delta2;
1043
1044                 if (delta < 0)
1045                         delta = -delta;
1046                 if (delta2 < 0)
1047                         delta2 = -delta2;
1048                 if (delta3 < 0)
1049                         delta3 = -delta3;
1050                 if (delta > delta2)
1051                         delta = delta2;
1052                 if (delta > delta3)
1053                         delta = delta3;
1054
1055                 /*
1056                  * delta is now minimum absolute delta.
1057                  * Round down by 1 bit on general principles,
1058                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
1059                  */
1060                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1061         }
1062         preempt_enable();
1063 }
1064
1065 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1066                                  unsigned int value)
1067 {
1068         static unsigned char last_value;
1069
1070         /* ignore autorepeat and the like */
1071         if (value == last_value)
1072                 return;
1073
1074         last_value = value;
1075         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1076                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1077         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1078 }
1079 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1080
1081 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1082
1083 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1084 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1085
1086 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1087 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1088
1089 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1090 {
1091         long delta = random_get_entropy() - start;
1092
1093         /* Use a weighted moving average */
1094         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1095         avg_cycles += delta;
1096         /* And average deviation */
1097         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1098         avg_deviation += delta;
1099 }
1100 #else
1101 #define add_interrupt_bench(x)
1102 #endif
1103
1104 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1105 {
1106         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1107         unsigned int idx;
1108
1109         if (regs == NULL)
1110                 return 0;
1111         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1112         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1113                 idx = 0;
1114         ptr += idx++;
1115         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1116         return *ptr;
1117 }
1118
1119 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1120 {
1121         struct entropy_store    *r;
1122         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1123         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1124         unsigned long           now = jiffies;
1125         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1126         __u32                   c_high, j_high;
1127         __u64                   ip;
1128         unsigned long           seed;
1129         int                     credit = 0;
1130
1131         if (cycles == 0)
1132                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1133         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1134         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1135         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1136         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1137         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1138         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1139         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1140                 get_reg(fast_pool, regs);
1141
1142         fast_mix(fast_pool);
1143         add_interrupt_bench(cycles);
1144
1145         if (!crng_ready()) {
1146                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1147                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1148                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1149                         fast_pool->count = 0;
1150                         fast_pool->last = now;
1151                 }
1152                 return;
1153         }
1154
1155         if ((fast_pool->count < 64) &&
1156             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1157                 return;
1158
1159         r = &input_pool;
1160         if (!spin_trylock(&r->lock))
1161                 return;
1162
1163         fast_pool->last = now;
1164         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1165
1166         /*
1167          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1168          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1169          * architectural seed generator dominate the input from the
1170          * interrupt noise.
1171          */
1172         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1173                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1174                 credit = 1;
1175         }
1176         spin_unlock(&r->lock);
1177
1178         fast_pool->count = 0;
1179
1180         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1181         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1182 }
1183 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1184
1185 #ifdef CONFIG_BLOCK
1186 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1187 {
1188         if (!disk || !disk->random)
1189                 return;
1190         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1191         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1192         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1193 }
1194 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1195 #endif
1196
1197 /*********************************************************************
1198  *
1199  * Entropy extraction routines
1200  *
1201  *********************************************************************/
1202
1203 /*
1204  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1205  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1206  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1207  */
1208 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1209 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1210 {
1211         if (!r->pull ||
1212             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1213             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1214                 return;
1215
1216         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1217 }
1218
1219 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1220 {
1221         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1222
1223         int bytes = nbytes;
1224
1225         /* pull at least as much as a wakeup */
1226         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1227         /* but never more than the buffer size */
1228         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1229
1230         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1231                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1232         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1233                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1234         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1235         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1240  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1241  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1242  * of letting it go to waste.
1243  */
1244 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1245 {
1246         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1247                                               push_work);
1248         BUG_ON(!r);
1249         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1250         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1251                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1252 }
1253
1254 /*
1255  * This function decides how many bytes to actually take from the
1256  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1257  */
1258 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1259                       int reserved)
1260 {
1261         int entropy_count, orig, have_bytes;
1262         size_t ibytes, nfrac;
1263
1264         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1265
1266         /* Can we pull enough? */
1267 retry:
1268         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
1269         ibytes = nbytes;
1270         /* never pull more than available */
1271         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1272
1273         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1274                 have_bytes = 0;
1275         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1276         if (ibytes < min)
1277                 ibytes = 0;
1278
1279         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1280                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1281                         r->name, entropy_count);
1282                 WARN_ON(1);
1283                 entropy_count = 0;
1284         }
1285         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1286         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1287                 entropy_count -= nfrac;
1288         else
1289                 entropy_count = 0;
1290
1291         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1292                 goto retry;
1293
1294         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1295         if (ibytes &&
1296             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1297                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1298                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1299         }
1300
1301         return ibytes;
1302 }
1303
1304 /*
1305  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1306  * extract_entropy_user.
1307  *
1308  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1309  */
1310 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1311 {
1312         int i;
1313         union {
1314                 __u32 w[5];
1315                 unsigned long l[LONGS(20)];
1316         } hash;
1317         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1318         unsigned long flags;
1319
1320         /*
1321          * If we have an architectural hardware random number
1322          * generator, use it for SHA's initial vector
1323          */
1324         sha_init(hash.w);
1325         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1326                 unsigned long v;
1327                 if (!arch_get_random_long(&v))
1328                         break;
1329                 hash.l[i] = v;
1330         }
1331
1332         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1333         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1334         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1335                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1336
1337         /*
1338          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1339          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1340          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1341          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1342          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1343          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1344          * hash.
1345          */
1346         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1347         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1348
1349         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1350
1351         /*
1352          * In case the hash function has some recognizable output
1353          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1354          * twice as much data as we output.
1355          */
1356         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1357         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1358         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1359
1360         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1361         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1362 }
1363
1364 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1365                                 size_t nbytes, int fips)
1366 {
1367         ssize_t ret = 0, i;
1368         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1369         unsigned long flags;
1370
1371         while (nbytes) {
1372                 extract_buf(r, tmp);
1373
1374                 if (fips) {
1375                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1376                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1377                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1378                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1379                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1380                 }
1381                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1382                 memcpy(buf, tmp, i);
1383                 nbytes -= i;
1384                 buf += i;
1385                 ret += i;
1386         }
1387
1388         /* Wipe data just returned from memory */
1389         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1390
1391         return ret;
1392 }
1393
1394 /*
1395  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1396  * returns it in a buffer.
1397  *
1398  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1399  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1400  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1401  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1402  */
1403 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1404                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1405 {
1406         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1407         unsigned long flags;
1408
1409         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1410         if (fips_enabled) {
1411                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1412                 if (!r->last_data_init) {
1413                         r->last_data_init = 1;
1414                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1415                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1416                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1417                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1418                         extract_buf(r, tmp);
1419                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1420                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1421                 }
1422                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1423         }
1424
1425         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1426         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1427         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1428
1429         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1430 }
1431
1432 /*
1433  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1434  * returns it in a userspace buffer.
1435  */
1436 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1437                                     size_t nbytes)
1438 {
1439         ssize_t ret = 0, i;
1440         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1441         int large_request = (nbytes > 256);
1442
1443         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1444         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1445         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1446
1447         while (nbytes) {
1448                 if (large_request && need_resched()) {
1449                         if (signal_pending(current)) {
1450                                 if (ret == 0)
1451                                         ret = -ERESTARTSYS;
1452                                 break;
1453                         }
1454                         schedule();
1455                 }
1456
1457                 extract_buf(r, tmp);
1458                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1459                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1460                         ret = -EFAULT;
1461                         break;
1462                 }
1463
1464                 nbytes -= i;
1465                 buf += i;
1466                 ret += i;
1467         }
1468
1469         /* Wipe data just returned from memory */
1470         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1471
1472         return ret;
1473 }
1474
1475 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1476         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1477
1478 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1479                                       void **previous)
1480 {
1481 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1482         const bool print_once = false;
1483 #else
1484         static bool print_once __read_mostly;
1485 #endif
1486
1487         if (print_once ||
1488             crng_ready() ||
1489             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1490                 return;
1491         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1492 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1493         print_once = true;
1494 #endif
1495         pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1496                   func_name, caller, crng_init);
1497 }
1498
1499 /*
1500  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1501  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1502  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1503  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1504  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1505  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1506  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1507  * at any point prior.
1508  */
1509 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1510 {
1511         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
1512
1513         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1514
1515         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1516                 extract_crng(buf);
1517                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1518                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1519         }
1520
1521         if (nbytes > 0) {
1522                 extract_crng(tmp);
1523                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1524                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1525         } else
1526                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1527         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1528 }
1529
1530 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1531 {
1532         static void *previous;
1533
1534         warn_unseeded_randomness(&previous);
1535         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1536 }
1537 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1538
1539 /*
1540  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1541  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1542  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1543  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1544  * this function forfeits the guarantee of security.
1545  *
1546  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1547  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1548  */
1549 int wait_for_random_bytes(void)
1550 {
1551         if (likely(crng_ready()))
1552                 return 0;
1553         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1554 }
1555 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1556
1557 /*
1558  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1559  * pool is initialised.
1560  *
1561  * returns: 0 if callback is successfully added
1562  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1563  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1564  */
1565 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1566 {
1567         struct module *owner;
1568         unsigned long flags;
1569         int err = -EALREADY;
1570
1571         if (crng_ready())
1572                 return err;
1573
1574         owner = rdy->owner;
1575         if (!try_module_get(owner))
1576                 return -ENOENT;
1577
1578         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1579         if (crng_ready())
1580                 goto out;
1581
1582         owner = NULL;
1583
1584         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1585         err = 0;
1586
1587 out:
1588         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1589
1590         module_put(owner);
1591
1592         return err;
1593 }
1594 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1595
1596 /*
1597  * Delete a previously registered readiness callback function.
1598  */
1599 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1600 {
1601         unsigned long flags;
1602         struct module *owner = NULL;
1603
1604         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1605         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1606                 list_del_init(&rdy->list);
1607                 owner = rdy->owner;
1608         }
1609         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1610
1611         module_put(owner);
1612 }
1613 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1614
1615 /*
1616  * This function will use the architecture-specific hardware random
1617  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1618  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1619  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1620  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1621  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1622  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1623  * have put in a back door.
1624  */
1625 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1626 {
1627         char *p = buf;
1628
1629         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1630         while (nbytes) {
1631                 unsigned long v;
1632                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1633
1634                 if (!arch_get_random_long(&v))
1635                         break;
1636                 
1637                 memcpy(p, &v, chunk);
1638                 p += chunk;
1639                 nbytes -= chunk;
1640         }
1641
1642         if (nbytes)
1643                 get_random_bytes(p, nbytes);
1644 }
1645 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1646
1647
1648 /*
1649  * init_std_data - initialize pool with system data
1650  *
1651  * @r: pool to initialize
1652  *
1653  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1654  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1655  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1656  */
1657 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1658 {
1659         int i;
1660         ktime_t now = ktime_get_real();
1661         unsigned long rv;
1662
1663         r->last_pulled = jiffies;
1664         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1665         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1666                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1667                     !arch_get_random_long(&rv))
1668                         rv = random_get_entropy();
1669                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1670         }
1671         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1672 }
1673
1674 /*
1675  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1676  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1677  * with some platform dependent data very early in the boot
1678  * process. But it limits our options here. We must use
1679  * statically allocated structures that already have all
1680  * initializations complete at compile time. We should also
1681  * take care not to overwrite the precious per platform data
1682  * we were given.
1683  */
1684 static int rand_initialize(void)
1685 {
1686 #ifdef CONFIG_NUMA
1687         int i;
1688         struct crng_state *crng;
1689         struct crng_state **pool;
1690 #endif
1691
1692         init_std_data(&input_pool);
1693         init_std_data(&blocking_pool);
1694         crng_initialize(&primary_crng);
1695
1696 #ifdef CONFIG_NUMA
1697         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
1698         for_each_online_node(i) {
1699                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
1700                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
1701                 spin_lock_init(&crng->lock);
1702                 crng_initialize(crng);
1703                 pool[i] = crng;
1704         }
1705         mb();
1706         crng_node_pool = pool;
1707 #endif
1708         return 0;
1709 }
1710 early_initcall(rand_initialize);
1711
1712 #ifdef CONFIG_BLOCK
1713 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1714 {
1715         struct timer_rand_state *state;
1716
1717         /*
1718          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1719          * source.
1720          */
1721         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1722         if (state) {
1723                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1724                 disk->random = state;
1725         }
1726 }
1727 #endif
1728
1729 static ssize_t
1730 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1731 {
1732         ssize_t n;
1733
1734         if (nbytes == 0)
1735                 return 0;
1736
1737         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1738         while (1) {
1739                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1740                 if (n < 0)
1741                         return n;
1742                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1743                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1744                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1745                 if (n > 0)
1746                         return n;
1747
1748                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1749                 if (nonblock)
1750                         return -EAGAIN;
1751
1752                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1753                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1754                         random_read_wakeup_bits);
1755                 if (signal_pending(current))
1756                         return -ERESTARTSYS;
1757         }
1758 }
1759
1760 static ssize_t
1761 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1762 {
1763         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1764 }
1765
1766 static ssize_t
1767 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1768 {
1769         unsigned long flags;
1770         static int maxwarn = 10;
1771         int ret;
1772
1773         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1774                 maxwarn--;
1775                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1776                        "(%zd bytes read)\n",
1777                        current->comm, nbytes);
1778                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1779                 crng_init_cnt = 0;
1780                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1781         }
1782         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1783         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1784         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1785         return ret;
1786 }
1787
1788 static unsigned int
1789 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1790 {
1791         unsigned int mask;
1792
1793         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1794         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1795         mask = 0;
1796         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1797                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1798         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1799                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1800         return mask;
1801 }
1802
1803 static int
1804 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1805 {
1806         size_t bytes;
1807         __u32 buf[16];
1808         const char __user *p = buffer;
1809
1810         while (count > 0) {
1811                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1812                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1813                         return -EFAULT;
1814
1815                 count -= bytes;
1816                 p += bytes;
1817
1818                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1819                 cond_resched();
1820         }
1821
1822         return 0;
1823 }
1824
1825 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1826                             size_t count, loff_t *ppos)
1827 {
1828         size_t ret;
1829
1830         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1831         if (ret)
1832                 return ret;
1833
1834         return (ssize_t)count;
1835 }
1836
1837 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1838 {
1839         int size, ent_count;
1840         int __user *p = (int __user *)arg;
1841         int retval;
1842
1843         switch (cmd) {
1844         case RNDGETENTCNT:
1845                 /* inherently racy, no point locking */
1846                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1847                 if (put_user(ent_count, p))
1848                         return -EFAULT;
1849                 return 0;
1850         case RNDADDTOENTCNT:
1851                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1852                         return -EPERM;
1853                 if (get_user(ent_count, p))
1854                         return -EFAULT;
1855                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1856         case RNDADDENTROPY:
1857                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1858                         return -EPERM;
1859                 if (get_user(ent_count, p++))
1860                         return -EFAULT;
1861                 if (ent_count < 0)
1862                         return -EINVAL;
1863                 if (get_user(size, p++))
1864                         return -EFAULT;
1865                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1866                                     size);
1867                 if (retval < 0)
1868                         return retval;
1869                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1870         case RNDZAPENTCNT:
1871         case RNDCLEARPOOL:
1872                 /*
1873                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1874                  * the entropy pool, as that's silly.
1875                  */
1876                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1877                         return -EPERM;
1878                 input_pool.entropy_count = 0;
1879                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1880                 return 0;
1881         default:
1882                 return -EINVAL;
1883         }
1884 }
1885
1886 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1887 {
1888         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1889 }
1890
1891 const struct file_operations random_fops = {
1892         .read  = random_read,
1893         .write = random_write,
1894         .poll  = random_poll,
1895         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1896         .fasync = random_fasync,
1897         .llseek = noop_llseek,
1898 };
1899
1900 const struct file_operations urandom_fops = {
1901         .read  = urandom_read,
1902         .write = random_write,
1903         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1904         .fasync = random_fasync,
1905         .llseek = noop_llseek,
1906 };
1907
1908 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1909                 unsigned int, flags)
1910 {
1911         int ret;
1912
1913         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1914                 return -EINVAL;
1915
1916         if (count > INT_MAX)
1917                 count = INT_MAX;
1918
1919         if (flags & GRND_RANDOM)
1920                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1921
1922         if (!crng_ready()) {
1923                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1924                         return -EAGAIN;
1925                 ret = wait_for_random_bytes();
1926                 if (unlikely(ret))
1927                         return ret;
1928         }
1929         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1930 }
1931
1932 /********************************************************************
1933  *
1934  * Sysctl interface
1935  *
1936  ********************************************************************/
1937
1938 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1939
1940 #include <linux/sysctl.h>
1941
1942 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1943 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1944 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1945 static int random_min_urandom_seed = 60;
1946 static char sysctl_bootid[16];
1947
1948 /*
1949  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1950  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1951  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1952  *
1953  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1954  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1955  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1956  */
1957 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1958                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1959 {
1960         struct ctl_table fake_table;
1961         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1962
1963         uuid = table->data;
1964         if (!uuid) {
1965                 uuid = tmp_uuid;
1966                 generate_random_uuid(uuid);
1967         } else {
1968                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1969
1970                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1971                 if (!uuid[8])
1972                         generate_random_uuid(uuid);
1973                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1974         }
1975
1976         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1977
1978         fake_table.data = buf;
1979         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1980
1981         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1982 }
1983
1984 /*
1985  * Return entropy available scaled to integral bits
1986  */
1987 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1988                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1989 {
1990         struct ctl_table fake_table;
1991         int entropy_count;
1992
1993         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1994
1995         fake_table.data = &entropy_count;
1996         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1997
1998         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1999 }
2000
2001 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2002 extern struct ctl_table random_table[];
2003 struct ctl_table random_table[] = {
2004         {
2005                 .procname       = "poolsize",
2006                 .data           = &sysctl_poolsize,
2007                 .maxlen         = sizeof(int),
2008                 .mode           = 0444,
2009                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2010         },
2011         {
2012                 .procname       = "entropy_avail",
2013                 .maxlen         = sizeof(int),
2014                 .mode           = 0444,
2015                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2016                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2017         },
2018         {
2019                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2020                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2021                 .maxlen         = sizeof(int),
2022                 .mode           = 0644,
2023                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2024                 .extra1         = &min_read_thresh,
2025                 .extra2         = &max_read_thresh,
2026         },
2027         {
2028                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2029                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2030                 .maxlen         = sizeof(int),
2031                 .mode           = 0644,
2032                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2033                 .extra1         = &min_write_thresh,
2034                 .extra2         = &max_write_thresh,
2035         },
2036         {
2037                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2038                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2039                 .maxlen         = sizeof(int),
2040                 .mode           = 0644,
2041                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2042         },
2043         {
2044                 .procname       = "boot_id",
2045                 .data           = &sysctl_bootid,
2046                 .maxlen         = 16,
2047                 .mode           = 0444,
2048                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2049         },
2050         {
2051                 .procname       = "uuid",
2052                 .maxlen         = 16,
2053                 .mode           = 0444,
2054                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2055         },
2056 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2057         {
2058                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2059                 .data           = &avg_cycles,
2060                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2061                 .mode           = 0444,
2062                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2063         },
2064         {
2065                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2066                 .data           = &avg_deviation,
2067                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2068                 .mode           = 0444,
2069                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2070         },
2071 #endif
2072         { }
2073 };
2074 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2075
2076 struct batched_entropy {
2077         union {
2078                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2079                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2080         };
2081         unsigned int position;
2082 };
2083 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2084
2085 /*
2086  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2087  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2088  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2089  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2090  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2091  * at any point prior.
2092  */
2093 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2094 u64 get_random_u64(void)
2095 {
2096         u64 ret;
2097         bool use_lock;
2098         unsigned long flags = 0;
2099         struct batched_entropy *batch;
2100         static void *previous;
2101
2102 #if BITS_PER_LONG == 64
2103         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2104                 return ret;
2105 #else
2106         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2107             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2108             return ret;
2109 #endif
2110
2111         warn_unseeded_randomness(&previous);
2112
2113         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2114         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2115         if (use_lock)
2116                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2117         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2118                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2119                 batch->position = 0;
2120         }
2121         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2122         if (use_lock)
2123                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2124         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2125         return ret;
2126 }
2127 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2128
2129 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2130 u32 get_random_u32(void)
2131 {
2132         u32 ret;
2133         bool use_lock;
2134         unsigned long flags = 0;
2135         struct batched_entropy *batch;
2136         static void *previous;
2137
2138         if (arch_get_random_int(&ret))
2139                 return ret;
2140
2141         warn_unseeded_randomness(&previous);
2142
2143         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2144         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2145         if (use_lock)
2146                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2147         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2148                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2149                 batch->position = 0;
2150         }
2151         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2152         if (use_lock)
2153                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2154         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2155         return ret;
2156 }
2157 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2158
2159 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2160  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2161  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2162  * next usage. */
2163 static void invalidate_batched_entropy(void)
2164 {
2165         int cpu;
2166         unsigned long flags;
2167
2168         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2169         for_each_possible_cpu (cpu) {
2170                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2171                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2172         }
2173         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2174 }
2175
2176 /**
2177  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2178  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2179  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2180  *              random address must fall.
2181  *
2182  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2183  *
2184  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2185  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2186  *
2187  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2188  * @start is returned.
2189  */
2190 unsigned long
2191 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2192 {
2193         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2194                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2195                 start = PAGE_ALIGN(start);
2196         }
2197
2198         if (start > ULONG_MAX - range)
2199                 range = ULONG_MAX - start;
2200
2201         range >>= PAGE_SHIFT;
2202
2203         if (range == 0)
2204                 return start;
2205
2206         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2207 }
2208
2209 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2210  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2211  * when our pool is full.
2212  */
2213 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2214                                 size_t entropy)
2215 {
2216         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2217
2218         if (!crng_ready()) {
2219                 crng_fast_load(buffer, count);
2220                 return;
2221         }
2222
2223         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2224          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2225          * or when the calling thread is about to terminate.
2226          */
2227         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2228                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2229         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2230         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2231 }
2232 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);