]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/char/random.c
random: remove unneeded hash of a portion of the entropy pool
[karo-tx-linux.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
5  *
6  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
7  * rights reserved.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
14  *    including the disclaimer of warranties.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
19  *    products derived from this software without specific prior
20  *    written permission.
21  *
22  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
23  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
24  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
25  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
26  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
27  *
28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
29  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
30  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
31  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
32  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
33  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
34  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
35  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
36  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
37  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
38  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
39  * DAMAGE.
40  */
41
42 /*
43  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
44  *
45  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
46  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
47  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
48  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
49  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
50  * predict by an attacker.
51  *
52  * Theory of operation
53  * ===================
54  *
55  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
56  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
57  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
58  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
59  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
60  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
61  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
62  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
63  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
64  * from inside the kernel.
65  *
66  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
67  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
68  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
69  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
70  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
71  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
72  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
73  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
74  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
75  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
76  * the random number generator's internal state.
77  *
78  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
79  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
80  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
81  * be computationally infeasible to derive any useful information
82  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
83  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
84  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
85  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
86  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
87  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
88  * outputs random numbers.
89  *
90  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
91  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
92  * able to infer the future output of the generator from prior
93  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
94  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
95  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
96  * of purposes.
97  *
98  * Exported interfaces ---- output
99  * ===============================
100  *
101  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
102  * be used from within the kernel:
103  *
104  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
105  *
106  * This interface will return the requested number of random bytes,
107  * and place it in the requested buffer.
108  *
109  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
110  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
111  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
112  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
113  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
114  * contained in the entropy pool.
115  *
116  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
117  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
118  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
119  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
120  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
121  *
122  * Exported interfaces ---- input
123  * ==============================
124  *
125  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
126  * from the devices are:
127  *
128  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
129  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
130  *                                unsigned int value);
131  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
132  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
133  *
134  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
135  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
136  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
137  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
138  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
139  * that might otherwise be identical and have very little entropy
140  * available to them (particularly common in the embedded world).
141  *
142  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
143  * the event type information from the hardware.
144  *
145  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
146  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
147  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
148  *
149  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
150  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
151  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
152  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
153  * times are usually fairly consistent.
154  *
155  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
156  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
157  * first and second order deltas of the event timings.
158  *
159  * Ensuring unpredictability at system startup
160  * ============================================
161  *
162  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
163  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
164  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
165  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
166  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
167  * counteract this effect, it helps to carry information in the
168  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
169  * following lines an appropriate script which is run during the boot
170  * sequence:
171  *
172  *      echo "Initializing random number generator..."
173  *      random_seed=/var/run/random-seed
174  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
175  *      # Load and then save the whole entropy pool
176  *      if [ -f $random_seed ]; then
177  *              cat $random_seed >/dev/urandom
178  *      else
179  *              touch $random_seed
180  *      fi
181  *      chmod 600 $random_seed
182  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
183  *
184  * and the following lines in an appropriate script which is run as
185  * the system is shutdown:
186  *
187  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
188  *      # Save the whole entropy pool
189  *      echo "Saving random seed..."
190  *      random_seed=/var/run/random-seed
191  *      touch $random_seed
192  *      chmod 600 $random_seed
193  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
194  *
195  * For example, on most modern systems using the System V init
196  * scripts, such code fragments would be found in
197  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
198  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
199  *
200  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
201  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
202  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
203  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
204  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
205  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
206  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
207  * the system.
208  *
209  * Configuring the /dev/random driver under Linux
210  * ==============================================
211  *
212  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
213  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
214  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
215  * by using the commands:
216  *
217  *      mknod /dev/random c 1 8
218  *      mknod /dev/urandom c 1 9
219  *
220  * Acknowledgements:
221  * =================
222  *
223  * Ideas for constructing this random number generator were derived
224  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
225  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
226  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
227  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
228  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
229  *
230  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
231  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
232  *
233  * Further background information on this topic may be obtained from
234  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
235  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
236  */
237
238 #include <linux/utsname.h>
239 #include <linux/module.h>
240 #include <linux/kernel.h>
241 #include <linux/major.h>
242 #include <linux/string.h>
243 #include <linux/fcntl.h>
244 #include <linux/slab.h>
245 #include <linux/random.h>
246 #include <linux/poll.h>
247 #include <linux/init.h>
248 #include <linux/fs.h>
249 #include <linux/genhd.h>
250 #include <linux/interrupt.h>
251 #include <linux/mm.h>
252 #include <linux/spinlock.h>
253 #include <linux/percpu.h>
254 #include <linux/cryptohash.h>
255 #include <linux/fips.h>
256 #include <linux/ptrace.h>
257 #include <linux/kmemcheck.h>
258 #include <linux/workqueue.h>
259 #include <linux/irq.h>
260
261 #include <asm/processor.h>
262 #include <asm/uaccess.h>
263 #include <asm/irq.h>
264 #include <asm/irq_regs.h>
265 #include <asm/io.h>
266
267 #define CREATE_TRACE_POINTS
268 #include <trace/events/random.h>
269
270 /*
271  * Configuration information
272  */
273 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
274 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
275 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
276 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
277 #define SEC_XFER_SIZE           512
278 #define EXTRACT_SIZE            10
279
280 #define DEBUG_RANDOM_BOOT 0
281
282 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
283
284 /*
285  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
286  * denominated in units of 1/8th bits.
287  *
288  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
289  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
290  */
291 #define ENTROPY_SHIFT 3
292 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
293
294 /*
295  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
296  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
297  */
298 static int random_read_wakeup_bits = 64;
299
300 /*
301  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
302  * should wake up processes which are selecting or polling on write
303  * access to /dev/random.
304  */
305 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
306
307 /*
308  * The minimum number of seconds between urandom pool reseeding.  We
309  * do this to limit the amount of entropy that can be drained from the
310  * input pool even if there are heavy demands on /dev/urandom.
311  */
312 static int random_min_urandom_seed = 60;
313
314 /*
315  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
316  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
317  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
318  * to get the twisting happening as fast as possible.
319  *
320  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
321  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
322  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
323  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
324  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
325  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
326  * Simulation 4:254-266)
327  *
328  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
329  *
330  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
331  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
332  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
333  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
334  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
335  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
336  * attacker can construct inputs that will produce controlled
337  * alterations to the pool's state is not important because we don't
338  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
339  * property we need with respect to them is that the attacker can't
340  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
341  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
342  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
343  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
344  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
345  * decrease the uncertainty).
346  *
347  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
348  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
349  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
350  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
351  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
352  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
353  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
354  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
355  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
356  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
357  * irreducible, which we have made here.
358  */
359 static struct poolinfo {
360         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
361 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
362         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
363 } poolinfo_table[] = {
364         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
365         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
366         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
367         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
368         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
369         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
370 #if 0
371         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
372         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
373
374         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
375         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
376
377         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
378         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
379
380         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
381         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
382
383         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
384         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
385         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
386         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
387
388         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
389         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
390
391         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
392         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
393
394         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
395         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
396 #endif
397 };
398
399 /*
400  * Static global variables
401  */
402 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
403 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
404 static struct fasync_struct *fasync;
405
406 /**********************************************************************
407  *
408  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
409  * storing entropy in an entropy pool.
410  *
411  **********************************************************************/
412
413 struct entropy_store;
414 struct entropy_store {
415         /* read-only data: */
416         const struct poolinfo *poolinfo;
417         __u32 *pool;
418         const char *name;
419         struct entropy_store *pull;
420         struct work_struct push_work;
421
422         /* read-write data: */
423         unsigned long last_pulled;
424         spinlock_t lock;
425         unsigned short add_ptr;
426         unsigned short input_rotate;
427         int entropy_count;
428         int entropy_total;
429         unsigned int initialized:1;
430         unsigned int limit:1;
431         unsigned int last_data_init:1;
432         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
433 };
434
435 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
436 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS];
437 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
438 static __u32 nonblocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
439
440 static struct entropy_store input_pool = {
441         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
442         .name = "input",
443         .limit = 1,
444         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
445         .pool = input_pool_data
446 };
447
448 static struct entropy_store blocking_pool = {
449         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
450         .name = "blocking",
451         .limit = 1,
452         .pull = &input_pool,
453         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
454         .pool = blocking_pool_data,
455         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
456                                         push_to_pool),
457 };
458
459 static struct entropy_store nonblocking_pool = {
460         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
461         .name = "nonblocking",
462         .pull = &input_pool,
463         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(nonblocking_pool.lock),
464         .pool = nonblocking_pool_data,
465         .push_work = __WORK_INITIALIZER(nonblocking_pool.push_work,
466                                         push_to_pool),
467 };
468
469 static __u32 const twist_table[8] = {
470         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
471         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
472
473 /*
474  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
475  * update the entropy estimate.  The caller should call
476  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
477  *
478  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
479  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
480  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
481  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
482  */
483 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
484                             int nbytes)
485 {
486         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
487         int input_rotate;
488         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
489         const char *bytes = in;
490         __u32 w;
491
492         tap1 = r->poolinfo->tap1;
493         tap2 = r->poolinfo->tap2;
494         tap3 = r->poolinfo->tap3;
495         tap4 = r->poolinfo->tap4;
496         tap5 = r->poolinfo->tap5;
497
498         input_rotate = r->input_rotate;
499         i = r->add_ptr;
500
501         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
502         while (nbytes--) {
503                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
504                 i = (i - 1) & wordmask;
505
506                 /* XOR in the various taps */
507                 w ^= r->pool[i];
508                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
509                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
510                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
511                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
512                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
513
514                 /* Mix the result back in with a twist */
515                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
516
517                 /*
518                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
519                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
520                  * rotation, so that successive passes spread the
521                  * input bits across the pool evenly.
522                  */
523                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
524         }
525
526         r->input_rotate = input_rotate;
527         r->add_ptr = i;
528 }
529
530 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
531                              int nbytes)
532 {
533         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
534         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
535 }
536
537 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
538                            int nbytes)
539 {
540         unsigned long flags;
541
542         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
543         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
544         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
545         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
546 }
547
548 struct fast_pool {
549         __u32           pool[4];
550         unsigned long   last;
551         unsigned short  count;
552         unsigned char   rotate;
553         unsigned char   last_timer_intr;
554 };
555
556 /*
557  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
558  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
559  * locks that might be needed are taken by the caller.
560  */
561 static void fast_mix(struct fast_pool *f, __u32 input[4])
562 {
563         __u32           w;
564         unsigned        input_rotate = f->rotate;
565
566         w = rol32(input[0], input_rotate) ^ f->pool[0] ^ f->pool[3];
567         f->pool[0] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
568         input_rotate = (input_rotate + 14) & 31;
569         w = rol32(input[1], input_rotate) ^ f->pool[1] ^ f->pool[0];
570         f->pool[1] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
571         input_rotate = (input_rotate + 7) & 31;
572         w = rol32(input[2], input_rotate) ^ f->pool[2] ^ f->pool[1];
573         f->pool[2] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
574         input_rotate = (input_rotate + 7) & 31;
575         w = rol32(input[3], input_rotate) ^ f->pool[3] ^ f->pool[2];
576         f->pool[3] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
577         input_rotate = (input_rotate + 7) & 31;
578
579         f->rotate = input_rotate;
580         f->count++;
581 }
582
583 /*
584  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
585  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
586  * or otherwise should be checked for extreme values.
587  */
588 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
589 {
590         int entropy_count, orig;
591         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
592         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
593
594         if (!nbits)
595                 return;
596
597 retry:
598         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
599         if (nfrac < 0) {
600                 /* Debit */
601                 entropy_count += nfrac;
602         } else {
603                 /*
604                  * Credit: we have to account for the possibility of
605                  * overwriting already present entropy.  Even in the
606                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
607                  * approach the full value asymptotically:
608                  *
609                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
610                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
611                  *
612                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
613                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
614                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
615                  * so we can approximate the exponential with
616                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
617                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
618                  *
619                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
620                  * prevent rounding artifacts from making the loop
621                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
622                  * turns no matter how large nbits is.
623                  */
624                 int pnfrac = nfrac;
625                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
626                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
627
628                 do {
629                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
630                         unsigned int add =
631                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
632
633                         entropy_count += add;
634                         pnfrac -= anfrac;
635                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
636         }
637
638         if (entropy_count < 0) {
639                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
640                         r->name, entropy_count);
641                 WARN_ON(1);
642                 entropy_count = 0;
643         } else if (entropy_count > pool_size)
644                 entropy_count = pool_size;
645         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
646                 goto retry;
647
648         r->entropy_total += nbits;
649         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
650                 r->initialized = 1;
651                 r->entropy_total = 0;
652                 if (r == &nonblocking_pool) {
653                         prandom_reseed_late();
654                         pr_notice("random: %s pool is initialized\n", r->name);
655                 }
656         }
657
658         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
659                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
660                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
661
662         if (r == &input_pool) {
663                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
664
665                 /* should we wake readers? */
666                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
667                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
668                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
669                 }
670                 /* If the input pool is getting full, send some
671                  * entropy to the two output pools, flipping back and
672                  * forth between them, until the output pools are 75%
673                  * full.
674                  */
675                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
676                     r->initialized &&
677                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
678                         static struct entropy_store *last = &blocking_pool;
679                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
680
681                         if (last == &blocking_pool)
682                                 other = &nonblocking_pool;
683                         if (other->entropy_count <=
684                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4)
685                                 last = other;
686                         if (last->entropy_count <=
687                             3 * last->poolinfo->poolfracbits / 4) {
688                                 schedule_work(&last->push_work);
689                                 r->entropy_total = 0;
690                         }
691                 }
692         }
693 }
694
695 static void credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
696 {
697         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
698
699         /* Cap the value to avoid overflows */
700         nbits = min(nbits,  nbits_max);
701         nbits = max(nbits, -nbits_max);
702
703         credit_entropy_bits(r, nbits);
704 }
705
706 /*********************************************************************
707  *
708  * Entropy input management
709  *
710  *********************************************************************/
711
712 /* There is one of these per entropy source */
713 struct timer_rand_state {
714         cycles_t last_time;
715         long last_delta, last_delta2;
716         unsigned dont_count_entropy:1;
717 };
718
719 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
720
721 /*
722  * Add device- or boot-specific data to the input and nonblocking
723  * pools to help initialize them to unique values.
724  *
725  * None of this adds any entropy, it is meant to avoid the
726  * problem of the nonblocking pool having similar initial state
727  * across largely identical devices.
728  */
729 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
730 {
731         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
732         unsigned long flags;
733
734         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
735         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
736         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
737         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
738         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
739
740         spin_lock_irqsave(&nonblocking_pool.lock, flags);
741         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, buf, size);
742         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, &time, sizeof(time));
743         spin_unlock_irqrestore(&nonblocking_pool.lock, flags);
744 }
745 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
746
747 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
748
749 /*
750  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
751  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
752  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
753  *
754  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
755  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
756  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
757  *
758  */
759 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
760 {
761         struct entropy_store    *r;
762         struct {
763                 long jiffies;
764                 unsigned cycles;
765                 unsigned num;
766         } sample;
767         long delta, delta2, delta3;
768
769         preempt_disable();
770
771         sample.jiffies = jiffies;
772         sample.cycles = random_get_entropy();
773         sample.num = num;
774         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
775         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
776
777         /*
778          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
779          * We take into account the first, second and third-order deltas
780          * in order to make our estimate.
781          */
782
783         if (!state->dont_count_entropy) {
784                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
785                 state->last_time = sample.jiffies;
786
787                 delta2 = delta - state->last_delta;
788                 state->last_delta = delta;
789
790                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
791                 state->last_delta2 = delta2;
792
793                 if (delta < 0)
794                         delta = -delta;
795                 if (delta2 < 0)
796                         delta2 = -delta2;
797                 if (delta3 < 0)
798                         delta3 = -delta3;
799                 if (delta > delta2)
800                         delta = delta2;
801                 if (delta > delta3)
802                         delta = delta3;
803
804                 /*
805                  * delta is now minimum absolute delta.
806                  * Round down by 1 bit on general principles,
807                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
808                  */
809                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
810         }
811         preempt_enable();
812 }
813
814 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
815                                  unsigned int value)
816 {
817         static unsigned char last_value;
818
819         /* ignore autorepeat and the like */
820         if (value == last_value)
821                 return;
822
823         last_value = value;
824         add_timer_randomness(&input_timer_state,
825                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
826         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
827 }
828 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
829
830 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
831
832 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
833 {
834         struct entropy_store    *r;
835         struct fast_pool        *fast_pool = &__get_cpu_var(irq_randomness);
836         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
837         unsigned long           now = jiffies;
838         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
839         __u32                   input[4], c_high, j_high;
840         __u64                   ip;
841         unsigned long           seed;
842         int                     credit = 0;
843
844         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
845         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
846         input[0] = cycles ^ j_high ^ irq;
847         input[1] = now ^ c_high;
848         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
849         input[2] = ip;
850         input[3] = ip >> 32;
851
852         fast_mix(fast_pool, input);
853
854         if ((fast_pool->count & 63) && !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
855                 return;
856
857         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
858         if (!spin_trylock(&r->lock)) {
859                 fast_pool->count--;
860                 return;
861         }
862         fast_pool->last = now;
863         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
864
865         /*
866          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
867          * add it to the pool.  For the sake of paranoia count it as
868          * 50% entropic.
869          */
870         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
871                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
872                 credit += sizeof(seed) * 4;
873         }
874         spin_unlock(&r->lock);
875
876         /*
877          * If we don't have a valid cycle counter, and we see
878          * back-to-back timer interrupts, then skip giving credit for
879          * any entropy, otherwise credit 1 bit.
880          */
881         credit++;
882         if (cycles == 0) {
883                 if (irq_flags & __IRQF_TIMER) {
884                         if (fast_pool->last_timer_intr)
885                                 credit--;
886                         fast_pool->last_timer_intr = 1;
887                 } else
888                         fast_pool->last_timer_intr = 0;
889         }
890
891         credit_entropy_bits(r, credit);
892 }
893
894 #ifdef CONFIG_BLOCK
895 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
896 {
897         if (!disk || !disk->random)
898                 return;
899         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
900         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
901         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
902 }
903 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
904 #endif
905
906 /*********************************************************************
907  *
908  * Entropy extraction routines
909  *
910  *********************************************************************/
911
912 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
913                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
914
915 /*
916  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
917  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
918  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
919  */
920 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
921 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
922 {
923         if (r->limit == 0 && random_min_urandom_seed) {
924                 unsigned long now = jiffies;
925
926                 if (time_before(now,
927                                 r->last_pulled + random_min_urandom_seed * HZ))
928                         return;
929                 r->last_pulled = now;
930         }
931         if (r->pull &&
932             r->entropy_count < (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) &&
933             r->entropy_count < r->poolinfo->poolfracbits)
934                 _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
935 }
936
937 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
938 {
939         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
940
941         /* For /dev/random's pool, always leave two wakeups' worth */
942         int rsvd_bytes = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_bits / 4;
943         int bytes = nbytes;
944
945         /* pull at least as much as a wakeup */
946         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
947         /* but never more than the buffer size */
948         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
949
950         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
951                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
952         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
953                                 random_read_wakeup_bits / 8, rsvd_bytes);
954         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
955         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
956 }
957
958 /*
959  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
960  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
961  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
962  * of letting it go to waste.
963  */
964 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
965 {
966         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
967                                               push_work);
968         BUG_ON(!r);
969         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
970         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
971                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
972 }
973
974 /*
975  * This function decides how many bytes to actually take from the
976  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
977  */
978 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
979                       int reserved)
980 {
981         int entropy_count, orig;
982         size_t ibytes;
983
984         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
985
986         /* Can we pull enough? */
987 retry:
988         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
989         ibytes = nbytes;
990         /* If limited, never pull more than available */
991         if (r->limit) {
992                 int have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
993
994                 if ((have_bytes -= reserved) < 0)
995                         have_bytes = 0;
996                 ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
997         }
998         if (ibytes < min)
999                 ibytes = 0;
1000         if ((entropy_count -= ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) < 0)
1001                 entropy_count = 0;
1002
1003         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1004                 goto retry;
1005
1006         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1007         if (ibytes &&
1008             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1009                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1010                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1011         }
1012
1013         return ibytes;
1014 }
1015
1016 /*
1017  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1018  * extract_entropy_user.
1019  *
1020  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1021  */
1022 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1023 {
1024         int i;
1025         union {
1026                 __u32 w[5];
1027                 unsigned long l[LONGS(20)];
1028         } hash;
1029         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1030         unsigned long flags;
1031
1032         /*
1033          * If we have an architectural hardware random number
1034          * generator, use it for SHA's initial vector
1035          */
1036         sha_init(hash.w);
1037         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1038                 unsigned long v;
1039                 if (!arch_get_random_long(&v))
1040                         break;
1041                 hash.l[i] = v;
1042         }
1043
1044         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1045         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1046         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1047                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1048
1049         /*
1050          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1051          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1052          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1053          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1054          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1055          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1056          * hash.
1057          */
1058         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1059         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1060
1061         memset(workspace, 0, sizeof(workspace));
1062
1063         /*
1064          * In case the hash function has some recognizable output
1065          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1066          * twice as much data as we output.
1067          */
1068         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1069         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1070         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1071
1072         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1073         memset(&hash, 0, sizeof(hash));
1074 }
1075
1076 /*
1077  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1078  * returns it in a buffer.
1079  *
1080  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1081  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1082  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1083  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1084  */
1085 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1086                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1087 {
1088         ssize_t ret = 0, i;
1089         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1090         unsigned long flags;
1091
1092         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1093         if (fips_enabled) {
1094                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1095                 if (!r->last_data_init) {
1096                         r->last_data_init = 1;
1097                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1098                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1099                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1100                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1101                         extract_buf(r, tmp);
1102                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1103                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1104                 }
1105                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1106         }
1107
1108         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1109         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1110         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1111
1112         while (nbytes) {
1113                 extract_buf(r, tmp);
1114
1115                 if (fips_enabled) {
1116                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1117                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1118                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1119                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1120                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1121                 }
1122                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1123                 memcpy(buf, tmp, i);
1124                 nbytes -= i;
1125                 buf += i;
1126                 ret += i;
1127         }
1128
1129         /* Wipe data just returned from memory */
1130         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1131
1132         return ret;
1133 }
1134
1135 /*
1136  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1137  * returns it in a userspace buffer.
1138  */
1139 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1140                                     size_t nbytes)
1141 {
1142         ssize_t ret = 0, i;
1143         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1144
1145         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1146         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1147         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1148
1149         while (nbytes) {
1150                 if (need_resched()) {
1151                         if (signal_pending(current)) {
1152                                 if (ret == 0)
1153                                         ret = -ERESTARTSYS;
1154                                 break;
1155                         }
1156                         schedule();
1157                 }
1158
1159                 extract_buf(r, tmp);
1160                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1161                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1162                         ret = -EFAULT;
1163                         break;
1164                 }
1165
1166                 nbytes -= i;
1167                 buf += i;
1168                 ret += i;
1169         }
1170
1171         /* Wipe data just returned from memory */
1172         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1173
1174         return ret;
1175 }
1176
1177 /*
1178  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1179  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1180  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1181  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1182  * (when available), use get_random_bytes_arch().
1183  */
1184 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1185 {
1186 #if DEBUG_RANDOM_BOOT > 0
1187         if (unlikely(nonblocking_pool.initialized == 0))
1188                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_bytes called "
1189                        "with %d bits of entropy available\n",
1190                        (void *) _RET_IP_,
1191                        nonblocking_pool.entropy_total);
1192 #endif
1193         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1194         extract_entropy(&nonblocking_pool, buf, nbytes, 0, 0);
1195 }
1196 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1197
1198 /*
1199  * This function will use the architecture-specific hardware random
1200  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1201  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1202  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1203  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1204  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1205  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1206  * have put in a back door.
1207  */
1208 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1209 {
1210         char *p = buf;
1211
1212         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1213         while (nbytes) {
1214                 unsigned long v;
1215                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1216
1217                 if (!arch_get_random_long(&v))
1218                         break;
1219                 
1220                 memcpy(p, &v, chunk);
1221                 p += chunk;
1222                 nbytes -= chunk;
1223         }
1224
1225         if (nbytes)
1226                 extract_entropy(&nonblocking_pool, p, nbytes, 0, 0);
1227 }
1228 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1229
1230
1231 /*
1232  * init_std_data - initialize pool with system data
1233  *
1234  * @r: pool to initialize
1235  *
1236  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1237  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1238  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1239  */
1240 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1241 {
1242         int i;
1243         ktime_t now = ktime_get_real();
1244         unsigned long rv;
1245
1246         r->last_pulled = jiffies;
1247         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1248         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1249                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1250                     !arch_get_random_long(&rv))
1251                         rv = random_get_entropy();
1252                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1253         }
1254         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1255 }
1256
1257 /*
1258  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1259  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1260  * with some platform dependent data very early in the boot
1261  * process. But it limits our options here. We must use
1262  * statically allocated structures that already have all
1263  * initializations complete at compile time. We should also
1264  * take care not to overwrite the precious per platform data
1265  * we were given.
1266  */
1267 static int rand_initialize(void)
1268 {
1269         init_std_data(&input_pool);
1270         init_std_data(&blocking_pool);
1271         init_std_data(&nonblocking_pool);
1272         return 0;
1273 }
1274 early_initcall(rand_initialize);
1275
1276 #ifdef CONFIG_BLOCK
1277 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1278 {
1279         struct timer_rand_state *state;
1280
1281         /*
1282          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1283          * source.
1284          */
1285         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1286         if (state) {
1287                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1288                 disk->random = state;
1289         }
1290 }
1291 #endif
1292
1293 /*
1294  * Attempt an emergency refill using arch_get_random_seed_long().
1295  *
1296  * As with add_interrupt_randomness() be paranoid and only
1297  * credit the output as 50% entropic.
1298  */
1299 static int arch_random_refill(void)
1300 {
1301         const unsigned int nlongs = 64; /* Arbitrary number */
1302         unsigned int n = 0;
1303         unsigned int i;
1304         unsigned long buf[nlongs];
1305
1306         if (!arch_has_random_seed())
1307                 return 0;
1308
1309         for (i = 0; i < nlongs; i++) {
1310                 if (arch_get_random_seed_long(&buf[n]))
1311                         n++;
1312         }
1313
1314         if (n) {
1315                 unsigned int rand_bytes = n * sizeof(unsigned long);
1316
1317                 mix_pool_bytes(&input_pool, buf, rand_bytes);
1318                 credit_entropy_bits(&input_pool, rand_bytes*4);
1319         }
1320
1321         return n;
1322 }
1323
1324 static ssize_t
1325 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1326 {
1327         ssize_t n;
1328
1329         if (nbytes == 0)
1330                 return 0;
1331
1332         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1333         while (1) {
1334                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1335                 if (n < 0)
1336                         return n;
1337                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1338                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1339                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1340                 if (n > 0)
1341                         return n;
1342
1343                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1344
1345                 /* First try an emergency refill */
1346                 if (arch_random_refill())
1347                         continue;
1348
1349                 if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
1350                         return -EAGAIN;
1351
1352                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1353                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1354                         random_read_wakeup_bits);
1355                 if (signal_pending(current))
1356                         return -ERESTARTSYS;
1357         }
1358 }
1359
1360 static ssize_t
1361 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1362 {
1363         int ret;
1364
1365         if (unlikely(nonblocking_pool.initialized == 0))
1366                 printk_once(KERN_NOTICE "random: %s urandom read "
1367                             "with %d bits of entropy available\n",
1368                             current->comm, nonblocking_pool.entropy_total);
1369
1370         ret = extract_entropy_user(&nonblocking_pool, buf, nbytes);
1371
1372         trace_urandom_read(8 * nbytes, ENTROPY_BITS(&nonblocking_pool),
1373                            ENTROPY_BITS(&input_pool));
1374         return ret;
1375 }
1376
1377 static unsigned int
1378 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1379 {
1380         unsigned int mask;
1381
1382         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1383         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1384         mask = 0;
1385         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1386                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1387         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1388                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1389         return mask;
1390 }
1391
1392 static int
1393 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1394 {
1395         size_t bytes;
1396         __u32 buf[16];
1397         const char __user *p = buffer;
1398
1399         while (count > 0) {
1400                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1401                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1402                         return -EFAULT;
1403
1404                 count -= bytes;
1405                 p += bytes;
1406
1407                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1408                 cond_resched();
1409         }
1410
1411         return 0;
1412 }
1413
1414 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1415                             size_t count, loff_t *ppos)
1416 {
1417         size_t ret;
1418
1419         ret = write_pool(&blocking_pool, buffer, count);
1420         if (ret)
1421                 return ret;
1422         ret = write_pool(&nonblocking_pool, buffer, count);
1423         if (ret)
1424                 return ret;
1425
1426         return (ssize_t)count;
1427 }
1428
1429 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1430 {
1431         int size, ent_count;
1432         int __user *p = (int __user *)arg;
1433         int retval;
1434
1435         switch (cmd) {
1436         case RNDGETENTCNT:
1437                 /* inherently racy, no point locking */
1438                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1439                 if (put_user(ent_count, p))
1440                         return -EFAULT;
1441                 return 0;
1442         case RNDADDTOENTCNT:
1443                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1444                         return -EPERM;
1445                 if (get_user(ent_count, p))
1446                         return -EFAULT;
1447                 credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1448                 return 0;
1449         case RNDADDENTROPY:
1450                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1451                         return -EPERM;
1452                 if (get_user(ent_count, p++))
1453                         return -EFAULT;
1454                 if (ent_count < 0)
1455                         return -EINVAL;
1456                 if (get_user(size, p++))
1457                         return -EFAULT;
1458                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1459                                     size);
1460                 if (retval < 0)
1461                         return retval;
1462                 credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1463                 return 0;
1464         case RNDZAPENTCNT:
1465         case RNDCLEARPOOL:
1466                 /*
1467                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1468                  * the entropy pool, as that's silly.
1469                  */
1470                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1471                         return -EPERM;
1472                 input_pool.entropy_count = 0;
1473                 nonblocking_pool.entropy_count = 0;
1474                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1475                 return 0;
1476         default:
1477                 return -EINVAL;
1478         }
1479 }
1480
1481 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1482 {
1483         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1484 }
1485
1486 const struct file_operations random_fops = {
1487         .read  = random_read,
1488         .write = random_write,
1489         .poll  = random_poll,
1490         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1491         .fasync = random_fasync,
1492         .llseek = noop_llseek,
1493 };
1494
1495 const struct file_operations urandom_fops = {
1496         .read  = urandom_read,
1497         .write = random_write,
1498         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1499         .fasync = random_fasync,
1500         .llseek = noop_llseek,
1501 };
1502
1503 /***************************************************************
1504  * Random UUID interface
1505  *
1506  * Used here for a Boot ID, but can be useful for other kernel
1507  * drivers.
1508  ***************************************************************/
1509
1510 /*
1511  * Generate random UUID
1512  */
1513 void generate_random_uuid(unsigned char uuid_out[16])
1514 {
1515         get_random_bytes(uuid_out, 16);
1516         /* Set UUID version to 4 --- truly random generation */
1517         uuid_out[6] = (uuid_out[6] & 0x0F) | 0x40;
1518         /* Set the UUID variant to DCE */
1519         uuid_out[8] = (uuid_out[8] & 0x3F) | 0x80;
1520 }
1521 EXPORT_SYMBOL(generate_random_uuid);
1522
1523 /********************************************************************
1524  *
1525  * Sysctl interface
1526  *
1527  ********************************************************************/
1528
1529 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1530
1531 #include <linux/sysctl.h>
1532
1533 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1534 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1535 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1536 static char sysctl_bootid[16];
1537
1538 /*
1539  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1540  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1541  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1542  *
1543  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1544  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1545  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1546  */
1547 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1548                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1549 {
1550         struct ctl_table fake_table;
1551         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1552
1553         uuid = table->data;
1554         if (!uuid) {
1555                 uuid = tmp_uuid;
1556                 generate_random_uuid(uuid);
1557         } else {
1558                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1559
1560                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1561                 if (!uuid[8])
1562                         generate_random_uuid(uuid);
1563                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1564         }
1565
1566         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1567
1568         fake_table.data = buf;
1569         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1570
1571         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Return entropy available scaled to integral bits
1576  */
1577 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1578                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1579 {
1580         struct ctl_table fake_table;
1581         int entropy_count;
1582
1583         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1584
1585         fake_table.data = &entropy_count;
1586         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1587
1588         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1589 }
1590
1591 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1592 extern struct ctl_table random_table[];
1593 struct ctl_table random_table[] = {
1594         {
1595                 .procname       = "poolsize",
1596                 .data           = &sysctl_poolsize,
1597                 .maxlen         = sizeof(int),
1598                 .mode           = 0444,
1599                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1600         },
1601         {
1602                 .procname       = "entropy_avail",
1603                 .maxlen         = sizeof(int),
1604                 .mode           = 0444,
1605                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
1606                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1607         },
1608         {
1609                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1610                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
1611                 .maxlen         = sizeof(int),
1612                 .mode           = 0644,
1613                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1614                 .extra1         = &min_read_thresh,
1615                 .extra2         = &max_read_thresh,
1616         },
1617         {
1618                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1619                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
1620                 .maxlen         = sizeof(int),
1621                 .mode           = 0644,
1622                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1623                 .extra1         = &min_write_thresh,
1624                 .extra2         = &max_write_thresh,
1625         },
1626         {
1627                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1628                 .data           = &random_min_urandom_seed,
1629                 .maxlen         = sizeof(int),
1630                 .mode           = 0644,
1631                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1632         },
1633         {
1634                 .procname       = "boot_id",
1635                 .data           = &sysctl_bootid,
1636                 .maxlen         = 16,
1637                 .mode           = 0444,
1638                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1639         },
1640         {
1641                 .procname       = "uuid",
1642                 .maxlen         = 16,
1643                 .mode           = 0444,
1644                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1645         },
1646         { }
1647 };
1648 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
1649
1650 static u32 random_int_secret[MD5_MESSAGE_BYTES / 4] ____cacheline_aligned;
1651
1652 int random_int_secret_init(void)
1653 {
1654         get_random_bytes(random_int_secret, sizeof(random_int_secret));
1655         return 0;
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Get a random word for internal kernel use only. Similar to urandom but
1660  * with the goal of minimal entropy pool depletion. As a result, the random
1661  * value is not cryptographically secure but for several uses the cost of
1662  * depleting entropy is too high
1663  */
1664 static DEFINE_PER_CPU(__u32 [MD5_DIGEST_WORDS], get_random_int_hash);
1665 unsigned int get_random_int(void)
1666 {
1667         __u32 *hash;
1668         unsigned int ret;
1669
1670         if (arch_get_random_int(&ret))
1671                 return ret;
1672
1673         hash = get_cpu_var(get_random_int_hash);
1674
1675         hash[0] += current->pid + jiffies + random_get_entropy();
1676         md5_transform(hash, random_int_secret);
1677         ret = hash[0];
1678         put_cpu_var(get_random_int_hash);
1679
1680         return ret;
1681 }
1682 EXPORT_SYMBOL(get_random_int);
1683
1684 /*
1685  * randomize_range() returns a start address such that
1686  *
1687  *    [...... <range> .....]
1688  *  start                  end
1689  *
1690  * a <range> with size "len" starting at the return value is inside in the
1691  * area defined by [start, end], but is otherwise randomized.
1692  */
1693 unsigned long
1694 randomize_range(unsigned long start, unsigned long end, unsigned long len)
1695 {
1696         unsigned long range = end - len - start;
1697
1698         if (end <= start + len)
1699                 return 0;
1700         return PAGE_ALIGN(get_random_int() % range + start);
1701 }