]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/char/random.c
Merge tag 'sunxi-fixes-for-4.12' of https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[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/nodemask.h>
253 #include <linux/spinlock.h>
254 #include <linux/kthread.h>
255 #include <linux/percpu.h>
256 #include <linux/cryptohash.h>
257 #include <linux/fips.h>
258 #include <linux/ptrace.h>
259 #include <linux/kmemcheck.h>
260 #include <linux/workqueue.h>
261 #include <linux/irq.h>
262 #include <linux/syscalls.h>
263 #include <linux/completion.h>
264 #include <linux/uuid.h>
265 #include <crypto/chacha20.h>
266
267 #include <asm/processor.h>
268 #include <linux/uaccess.h>
269 #include <asm/irq.h>
270 #include <asm/irq_regs.h>
271 #include <asm/io.h>
272
273 #define CREATE_TRACE_POINTS
274 #include <trace/events/random.h>
275
276 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
277
278 /*
279  * Configuration information
280  */
281 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
282 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
283 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
284 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
285 #define SEC_XFER_SIZE           512
286 #define EXTRACT_SIZE            10
287
288 #define DEBUG_RANDOM_BOOT 0
289
290 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
291
292 /*
293  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
294  * denominated in units of 1/8th bits.
295  *
296  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
297  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
298  */
299 #define ENTROPY_SHIFT 3
300 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
301
302 /*
303  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
304  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
305  */
306 static int random_read_wakeup_bits = 64;
307
308 /*
309  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
310  * should wake up processes which are selecting or polling on write
311  * access to /dev/random.
312  */
313 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
314
315 /*
316  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
317  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
318  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
319  * to get the twisting happening as fast as possible.
320  *
321  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
322  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
323  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
324  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
325  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
326  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
327  * Simulation 4:254-266)
328  *
329  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
330  *
331  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
332  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
333  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
334  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
335  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
336  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
337  * attacker can construct inputs that will produce controlled
338  * alterations to the pool's state is not important because we don't
339  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
340  * property we need with respect to them is that the attacker can't
341  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
342  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
343  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
344  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
345  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
346  * decrease the uncertainty).
347  *
348  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
349  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
350  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
351  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
352  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
353  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
354  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
355  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
356  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
357  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
358  * irreducible, which we have made here.
359  */
360 static struct poolinfo {
361         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
362 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
363         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
364 } poolinfo_table[] = {
365         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
366         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
367         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
368         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
369         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
370         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
371 #if 0
372         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
373         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
374
375         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
376         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
377
378         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
379         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
380
381         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
382         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
383
384         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
385         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
386         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
387         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
388
389         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
390         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
391
392         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
393         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
394
395         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
396         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
397 #endif
398 };
399
400 /*
401  * Static global variables
402  */
403 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
404 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
405 static struct fasync_struct *fasync;
406
407 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
408 static LIST_HEAD(random_ready_list);
409
410 struct crng_state {
411         __u32           state[16];
412         unsigned long   init_time;
413         spinlock_t      lock;
414 };
415
416 struct crng_state primary_crng = {
417         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
418 };
419
420 /*
421  * crng_init =  0 --> Uninitialized
422  *              1 --> Initialized
423  *              2 --> Initialized from input_pool
424  *
425  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
426  * its value (from 0->1->2).
427  */
428 static int crng_init = 0;
429 #define crng_ready() (likely(crng_init > 0))
430 static int crng_init_cnt = 0;
431 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
432 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
433                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE]);
434 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
435                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used);
436 static void process_random_ready_list(void);
437
438 /**********************************************************************
439  *
440  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
441  * storing entropy in an entropy pool.
442  *
443  **********************************************************************/
444
445 struct entropy_store;
446 struct entropy_store {
447         /* read-only data: */
448         const struct poolinfo *poolinfo;
449         __u32 *pool;
450         const char *name;
451         struct entropy_store *pull;
452         struct work_struct push_work;
453
454         /* read-write data: */
455         unsigned long last_pulled;
456         spinlock_t lock;
457         unsigned short add_ptr;
458         unsigned short input_rotate;
459         int entropy_count;
460         int entropy_total;
461         unsigned int initialized:1;
462         unsigned int last_data_init:1;
463         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
464 };
465
466 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
467                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
468 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
469                                 size_t nbytes, int fips);
470
471 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
472 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
473 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
474 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
475
476 static struct entropy_store input_pool = {
477         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
478         .name = "input",
479         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
480         .pool = input_pool_data
481 };
482
483 static struct entropy_store blocking_pool = {
484         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
485         .name = "blocking",
486         .pull = &input_pool,
487         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
488         .pool = blocking_pool_data,
489         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
490                                         push_to_pool),
491 };
492
493 static __u32 const twist_table[8] = {
494         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
495         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
496
497 /*
498  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
499  * update the entropy estimate.  The caller should call
500  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
501  *
502  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
503  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
504  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
505  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
506  */
507 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
508                             int nbytes)
509 {
510         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
511         int input_rotate;
512         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
513         const char *bytes = in;
514         __u32 w;
515
516         tap1 = r->poolinfo->tap1;
517         tap2 = r->poolinfo->tap2;
518         tap3 = r->poolinfo->tap3;
519         tap4 = r->poolinfo->tap4;
520         tap5 = r->poolinfo->tap5;
521
522         input_rotate = r->input_rotate;
523         i = r->add_ptr;
524
525         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
526         while (nbytes--) {
527                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
528                 i = (i - 1) & wordmask;
529
530                 /* XOR in the various taps */
531                 w ^= r->pool[i];
532                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
533                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
534                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
535                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
537
538                 /* Mix the result back in with a twist */
539                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
540
541                 /*
542                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
543                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
544                  * rotation, so that successive passes spread the
545                  * input bits across the pool evenly.
546                  */
547                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
548         }
549
550         r->input_rotate = input_rotate;
551         r->add_ptr = i;
552 }
553
554 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
555                              int nbytes)
556 {
557         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
558         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
559 }
560
561 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
562                            int nbytes)
563 {
564         unsigned long flags;
565
566         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
567         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
568         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
569         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
570 }
571
572 struct fast_pool {
573         __u32           pool[4];
574         unsigned long   last;
575         unsigned short  reg_idx;
576         unsigned char   count;
577 };
578
579 /*
580  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
581  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
582  * locks that might be needed are taken by the caller.
583  */
584 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
585 {
586         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
587         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
588
589         a += b;                 c += d;
590         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
591         d ^= a;                 b ^= c;
592
593         a += b;                 c += d;
594         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
595         d ^= a;                 b ^= c;
596
597         a += b;                 c += d;
598         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
599         d ^= a;                 b ^= c;
600
601         a += b;                 c += d;
602         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
603         d ^= a;                 b ^= c;
604
605         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
606         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
607         f->count++;
608 }
609
610 static void process_random_ready_list(void)
611 {
612         unsigned long flags;
613         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
614
615         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
616         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
617                 struct module *owner = rdy->owner;
618
619                 list_del_init(&rdy->list);
620                 rdy->func(rdy);
621                 module_put(owner);
622         }
623         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
624 }
625
626 /*
627  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
628  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
629  * or otherwise should be checked for extreme values.
630  */
631 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
632 {
633         int entropy_count, orig;
634         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
635         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
636
637         if (!nbits)
638                 return;
639
640 retry:
641         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
642         if (nfrac < 0) {
643                 /* Debit */
644                 entropy_count += nfrac;
645         } else {
646                 /*
647                  * Credit: we have to account for the possibility of
648                  * overwriting already present entropy.  Even in the
649                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
650                  * approach the full value asymptotically:
651                  *
652                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
653                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
654                  *
655                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
656                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
657                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
658                  * so we can approximate the exponential with
659                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
660                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
661                  *
662                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
663                  * prevent rounding artifacts from making the loop
664                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
665                  * turns no matter how large nbits is.
666                  */
667                 int pnfrac = nfrac;
668                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
669                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
670
671                 do {
672                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
673                         unsigned int add =
674                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
675
676                         entropy_count += add;
677                         pnfrac -= anfrac;
678                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
679         }
680
681         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
682                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
683                         r->name, entropy_count);
684                 WARN_ON(1);
685                 entropy_count = 0;
686         } else if (entropy_count > pool_size)
687                 entropy_count = pool_size;
688         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
689                 goto retry;
690
691         r->entropy_total += nbits;
692         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
693                 r->initialized = 1;
694                 r->entropy_total = 0;
695         }
696
697         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
698                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
699                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
700
701         if (r == &input_pool) {
702                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
703
704                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
705                         crng_reseed(&primary_crng, r);
706                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
707                 }
708
709                 /* should we wake readers? */
710                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
711                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
712                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
713                 }
714                 /* If the input pool is getting full, send some
715                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
716                  */
717                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
718                     r->initialized &&
719                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
720                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
721
722                         if (other->entropy_count <=
723                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
724                                 schedule_work(&other->push_work);
725                                 r->entropy_total = 0;
726                         }
727                 }
728         }
729 }
730
731 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
732 {
733         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
734
735         if (nbits < 0)
736                 return -EINVAL;
737
738         /* Cap the value to avoid overflows */
739         nbits = min(nbits,  nbits_max);
740
741         credit_entropy_bits(r, nbits);
742         return 0;
743 }
744
745 /*********************************************************************
746  *
747  * CRNG using CHACHA20
748  *
749  *********************************************************************/
750
751 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
752
753 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
754
755 #ifdef CONFIG_NUMA
756 /*
757  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
758  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
759  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
760  * their brain damage.
761  */
762 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
763 #endif
764
765 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
766 {
767         int             i;
768         unsigned long   rv;
769
770         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
771         if (crng == &primary_crng)
772                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
773                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
774         else
775                 get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
776         for (i = 4; i < 16; i++) {
777                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
778                     !arch_get_random_long(&rv))
779                         rv = random_get_entropy();
780                 crng->state[i] ^= rv;
781         }
782         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
783 }
784
785 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
786 {
787         unsigned long flags;
788         char *p;
789
790         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
791                 return 0;
792         if (crng_ready()) {
793                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
794                 return 0;
795         }
796         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
797         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
798                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
799                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
800         }
801         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
802                 crng_init = 1;
803                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
804                 pr_notice("random: fast init done\n");
805         }
806         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
807         return 1;
808 }
809
810 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
811 {
812         unsigned long   flags;
813         int             i, num;
814         union {
815                 __u8    block[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
816                 __u32   key[8];
817         } buf;
818
819         if (r) {
820                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
821                 if (num == 0)
822                         return;
823         } else {
824                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
825                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
826                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
827         }
828         spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
829         for (i = 0; i < 8; i++) {
830                 unsigned long   rv;
831                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
832                     !arch_get_random_long(&rv))
833                         rv = random_get_entropy();
834                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
835         }
836         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
837         crng->init_time = jiffies;
838         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
839                 crng_init = 2;
840                 process_random_ready_list();
841                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
842                 pr_notice("random: crng init done\n");
843         }
844         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
845 }
846
847 static inline void crng_wait_ready(void)
848 {
849         wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
850 }
851
852 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
853                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
854 {
855         unsigned long v, flags;
856
857         if (crng_init > 1 &&
858             time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
859                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
860         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
861         if (arch_get_random_long(&v))
862                 crng->state[14] ^= v;
863         chacha20_block(&crng->state[0], out);
864         if (crng->state[12] == 0)
865                 crng->state[13]++;
866         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
867 }
868
869 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
870 {
871         struct crng_state *crng = NULL;
872
873 #ifdef CONFIG_NUMA
874         if (crng_node_pool)
875                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
876         if (crng == NULL)
877 #endif
878                 crng = &primary_crng;
879         _extract_crng(crng, out);
880 }
881
882 /*
883  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
884  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
885  */
886 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
887                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
888 {
889         unsigned long   flags;
890         __u32           *s, *d;
891         int             i;
892
893         used = round_up(used, sizeof(__u32));
894         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
895                 extract_crng(tmp);
896                 used = 0;
897         }
898         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
899         s = (__u32 *) &tmp[used];
900         d = &crng->state[4];
901         for (i=0; i < 8; i++)
902                 *d++ ^= *s++;
903         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
904 }
905
906 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
907 {
908         struct crng_state *crng = NULL;
909
910 #ifdef CONFIG_NUMA
911         if (crng_node_pool)
912                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
913         if (crng == NULL)
914 #endif
915                 crng = &primary_crng;
916         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
917 }
918
919 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
920 {
921         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
922         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
923         int large_request = (nbytes > 256);
924
925         while (nbytes) {
926                 if (large_request && need_resched()) {
927                         if (signal_pending(current)) {
928                                 if (ret == 0)
929                                         ret = -ERESTARTSYS;
930                                 break;
931                         }
932                         schedule();
933                 }
934
935                 extract_crng(tmp);
936                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
937                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
938                         ret = -EFAULT;
939                         break;
940                 }
941
942                 nbytes -= i;
943                 buf += i;
944                 ret += i;
945         }
946         crng_backtrack_protect(tmp, i);
947
948         /* Wipe data just written to memory */
949         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
950
951         return ret;
952 }
953
954
955 /*********************************************************************
956  *
957  * Entropy input management
958  *
959  *********************************************************************/
960
961 /* There is one of these per entropy source */
962 struct timer_rand_state {
963         cycles_t last_time;
964         long last_delta, last_delta2;
965         unsigned dont_count_entropy:1;
966 };
967
968 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
969
970 /*
971  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
972  * initialize it.
973  *
974  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
975  * the entropy pool having similar initial state across largely
976  * identical devices.
977  */
978 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
979 {
980         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
981         unsigned long flags;
982
983         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
984         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
985         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
986         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
987         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
988 }
989 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
990
991 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
992
993 /*
994  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
995  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
996  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
997  *
998  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
999  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1000  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1001  *
1002  */
1003 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1004 {
1005         struct entropy_store    *r;
1006         struct {
1007                 long jiffies;
1008                 unsigned cycles;
1009                 unsigned num;
1010         } sample;
1011         long delta, delta2, delta3;
1012
1013         preempt_disable();
1014
1015         sample.jiffies = jiffies;
1016         sample.cycles = random_get_entropy();
1017         sample.num = num;
1018         r = &input_pool;
1019         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1020
1021         /*
1022          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1023          * We take into account the first, second and third-order deltas
1024          * in order to make our estimate.
1025          */
1026
1027         if (!state->dont_count_entropy) {
1028                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
1029                 state->last_time = sample.jiffies;
1030
1031                 delta2 = delta - state->last_delta;
1032                 state->last_delta = delta;
1033
1034                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1035                 state->last_delta2 = delta2;
1036
1037                 if (delta < 0)
1038                         delta = -delta;
1039                 if (delta2 < 0)
1040                         delta2 = -delta2;
1041                 if (delta3 < 0)
1042                         delta3 = -delta3;
1043                 if (delta > delta2)
1044                         delta = delta2;
1045                 if (delta > delta3)
1046                         delta = delta3;
1047
1048                 /*
1049                  * delta is now minimum absolute delta.
1050                  * Round down by 1 bit on general principles,
1051                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
1052                  */
1053                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1054         }
1055         preempt_enable();
1056 }
1057
1058 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1059                                  unsigned int value)
1060 {
1061         static unsigned char last_value;
1062
1063         /* ignore autorepeat and the like */
1064         if (value == last_value)
1065                 return;
1066
1067         last_value = value;
1068         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1069                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1070         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1071 }
1072 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1073
1074 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1075
1076 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1077 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1078
1079 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1080 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1081
1082 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1083 {
1084         long delta = random_get_entropy() - start;
1085
1086         /* Use a weighted moving average */
1087         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1088         avg_cycles += delta;
1089         /* And average deviation */
1090         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1091         avg_deviation += delta;
1092 }
1093 #else
1094 #define add_interrupt_bench(x)
1095 #endif
1096
1097 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1098 {
1099         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1100
1101         if (regs == NULL)
1102                 return 0;
1103         if (f->reg_idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1104                 f->reg_idx = 0;
1105         return *(ptr + f->reg_idx++);
1106 }
1107
1108 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1109 {
1110         struct entropy_store    *r;
1111         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1112         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1113         unsigned long           now = jiffies;
1114         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1115         __u32                   c_high, j_high;
1116         __u64                   ip;
1117         unsigned long           seed;
1118         int                     credit = 0;
1119
1120         if (cycles == 0)
1121                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1122         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1123         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1124         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1125         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1126         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1127         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1128         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1129                 get_reg(fast_pool, regs);
1130
1131         fast_mix(fast_pool);
1132         add_interrupt_bench(cycles);
1133
1134         if (!crng_ready()) {
1135                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1136                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1137                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1138                         fast_pool->count = 0;
1139                         fast_pool->last = now;
1140                 }
1141                 return;
1142         }
1143
1144         if ((fast_pool->count < 64) &&
1145             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1146                 return;
1147
1148         r = &input_pool;
1149         if (!spin_trylock(&r->lock))
1150                 return;
1151
1152         fast_pool->last = now;
1153         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1154
1155         /*
1156          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1157          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1158          * architectural seed generator dominate the input from the
1159          * interrupt noise.
1160          */
1161         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1162                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1163                 credit = 1;
1164         }
1165         spin_unlock(&r->lock);
1166
1167         fast_pool->count = 0;
1168
1169         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1170         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1171 }
1172 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1173
1174 #ifdef CONFIG_BLOCK
1175 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1176 {
1177         if (!disk || !disk->random)
1178                 return;
1179         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1180         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1181         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1182 }
1183 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1184 #endif
1185
1186 /*********************************************************************
1187  *
1188  * Entropy extraction routines
1189  *
1190  *********************************************************************/
1191
1192 /*
1193  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1194  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1195  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1196  */
1197 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1198 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1199 {
1200         if (!r->pull ||
1201             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1202             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1203                 return;
1204
1205         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1206 }
1207
1208 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1209 {
1210         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1211
1212         int bytes = nbytes;
1213
1214         /* pull at least as much as a wakeup */
1215         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1216         /* but never more than the buffer size */
1217         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1218
1219         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1220                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1221         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1222                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1223         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1224         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1225 }
1226
1227 /*
1228  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1229  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1230  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1231  * of letting it go to waste.
1232  */
1233 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1234 {
1235         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1236                                               push_work);
1237         BUG_ON(!r);
1238         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1239         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1240                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1241 }
1242
1243 /*
1244  * This function decides how many bytes to actually take from the
1245  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1246  */
1247 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1248                       int reserved)
1249 {
1250         int entropy_count, orig, have_bytes;
1251         size_t ibytes, nfrac;
1252
1253         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1254
1255         /* Can we pull enough? */
1256 retry:
1257         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
1258         ibytes = nbytes;
1259         /* never pull more than available */
1260         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1261
1262         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1263                 have_bytes = 0;
1264         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1265         if (ibytes < min)
1266                 ibytes = 0;
1267
1268         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1269                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1270                         r->name, entropy_count);
1271                 WARN_ON(1);
1272                 entropy_count = 0;
1273         }
1274         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1275         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1276                 entropy_count -= nfrac;
1277         else
1278                 entropy_count = 0;
1279
1280         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1281                 goto retry;
1282
1283         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1284         if (ibytes &&
1285             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1286                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1287                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1288         }
1289
1290         return ibytes;
1291 }
1292
1293 /*
1294  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1295  * extract_entropy_user.
1296  *
1297  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1298  */
1299 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1300 {
1301         int i;
1302         union {
1303                 __u32 w[5];
1304                 unsigned long l[LONGS(20)];
1305         } hash;
1306         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1307         unsigned long flags;
1308
1309         /*
1310          * If we have an architectural hardware random number
1311          * generator, use it for SHA's initial vector
1312          */
1313         sha_init(hash.w);
1314         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1315                 unsigned long v;
1316                 if (!arch_get_random_long(&v))
1317                         break;
1318                 hash.l[i] = v;
1319         }
1320
1321         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1322         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1323         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1324                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1325
1326         /*
1327          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1328          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1329          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1330          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1331          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1332          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1333          * hash.
1334          */
1335         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1336         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1337
1338         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1339
1340         /*
1341          * In case the hash function has some recognizable output
1342          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1343          * twice as much data as we output.
1344          */
1345         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1346         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1347         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1348
1349         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1350         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1351 }
1352
1353 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1354                                 size_t nbytes, int fips)
1355 {
1356         ssize_t ret = 0, i;
1357         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1358         unsigned long flags;
1359
1360         while (nbytes) {
1361                 extract_buf(r, tmp);
1362
1363                 if (fips) {
1364                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1365                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1366                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1367                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1368                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1369                 }
1370                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1371                 memcpy(buf, tmp, i);
1372                 nbytes -= i;
1373                 buf += i;
1374                 ret += i;
1375         }
1376
1377         /* Wipe data just returned from memory */
1378         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1379
1380         return ret;
1381 }
1382
1383 /*
1384  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1385  * returns it in a buffer.
1386  *
1387  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1388  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1389  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1390  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1391  */
1392 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1393                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1394 {
1395         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1396         unsigned long flags;
1397
1398         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1399         if (fips_enabled) {
1400                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1401                 if (!r->last_data_init) {
1402                         r->last_data_init = 1;
1403                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1404                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1405                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1406                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1407                         extract_buf(r, tmp);
1408                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1409                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1410                 }
1411                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1412         }
1413
1414         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1415         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1416         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1417
1418         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1419 }
1420
1421 /*
1422  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1423  * returns it in a userspace buffer.
1424  */
1425 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1426                                     size_t nbytes)
1427 {
1428         ssize_t ret = 0, i;
1429         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1430         int large_request = (nbytes > 256);
1431
1432         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1433         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1434         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1435
1436         while (nbytes) {
1437                 if (large_request && need_resched()) {
1438                         if (signal_pending(current)) {
1439                                 if (ret == 0)
1440                                         ret = -ERESTARTSYS;
1441                                 break;
1442                         }
1443                         schedule();
1444                 }
1445
1446                 extract_buf(r, tmp);
1447                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1448                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1449                         ret = -EFAULT;
1450                         break;
1451                 }
1452
1453                 nbytes -= i;
1454                 buf += i;
1455                 ret += i;
1456         }
1457
1458         /* Wipe data just returned from memory */
1459         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1460
1461         return ret;
1462 }
1463
1464 /*
1465  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1466  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1467  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1468  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1469  * (when available), use get_random_bytes_arch().
1470  */
1471 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1472 {
1473         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
1474
1475 #if DEBUG_RANDOM_BOOT > 0
1476         if (!crng_ready())
1477                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_bytes called "
1478                        "with crng_init = %d\n", (void *) _RET_IP_, crng_init);
1479 #endif
1480         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1481
1482         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1483                 extract_crng(buf);
1484                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1485                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1486         }
1487
1488         if (nbytes > 0) {
1489                 extract_crng(tmp);
1490                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1491                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1492         } else
1493                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1494         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1495 }
1496 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1497
1498 /*
1499  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1500  * pool is initialised.
1501  *
1502  * returns: 0 if callback is successfully added
1503  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1504  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1505  */
1506 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1507 {
1508         struct module *owner;
1509         unsigned long flags;
1510         int err = -EALREADY;
1511
1512         if (crng_ready())
1513                 return err;
1514
1515         owner = rdy->owner;
1516         if (!try_module_get(owner))
1517                 return -ENOENT;
1518
1519         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1520         if (crng_ready())
1521                 goto out;
1522
1523         owner = NULL;
1524
1525         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1526         err = 0;
1527
1528 out:
1529         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1530
1531         module_put(owner);
1532
1533         return err;
1534 }
1535 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1536
1537 /*
1538  * Delete a previously registered readiness callback function.
1539  */
1540 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1541 {
1542         unsigned long flags;
1543         struct module *owner = NULL;
1544
1545         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1546         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1547                 list_del_init(&rdy->list);
1548                 owner = rdy->owner;
1549         }
1550         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1551
1552         module_put(owner);
1553 }
1554 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1555
1556 /*
1557  * This function will use the architecture-specific hardware random
1558  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1559  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1560  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1561  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1562  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1563  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1564  * have put in a back door.
1565  */
1566 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1567 {
1568         char *p = buf;
1569
1570         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1571         while (nbytes) {
1572                 unsigned long v;
1573                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1574
1575                 if (!arch_get_random_long(&v))
1576                         break;
1577                 
1578                 memcpy(p, &v, chunk);
1579                 p += chunk;
1580                 nbytes -= chunk;
1581         }
1582
1583         if (nbytes)
1584                 get_random_bytes(p, nbytes);
1585 }
1586 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1587
1588
1589 /*
1590  * init_std_data - initialize pool with system data
1591  *
1592  * @r: pool to initialize
1593  *
1594  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1595  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1596  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1597  */
1598 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1599 {
1600         int i;
1601         ktime_t now = ktime_get_real();
1602         unsigned long rv;
1603
1604         r->last_pulled = jiffies;
1605         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1606         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1607                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1608                     !arch_get_random_long(&rv))
1609                         rv = random_get_entropy();
1610                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1611         }
1612         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1613 }
1614
1615 /*
1616  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1617  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1618  * with some platform dependent data very early in the boot
1619  * process. But it limits our options here. We must use
1620  * statically allocated structures that already have all
1621  * initializations complete at compile time. We should also
1622  * take care not to overwrite the precious per platform data
1623  * we were given.
1624  */
1625 static int rand_initialize(void)
1626 {
1627 #ifdef CONFIG_NUMA
1628         int i;
1629         struct crng_state *crng;
1630         struct crng_state **pool;
1631 #endif
1632
1633         init_std_data(&input_pool);
1634         init_std_data(&blocking_pool);
1635         crng_initialize(&primary_crng);
1636
1637 #ifdef CONFIG_NUMA
1638         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
1639         for_each_online_node(i) {
1640                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
1641                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
1642                 spin_lock_init(&crng->lock);
1643                 crng_initialize(crng);
1644                 pool[i] = crng;
1645         }
1646         mb();
1647         crng_node_pool = pool;
1648 #endif
1649         return 0;
1650 }
1651 early_initcall(rand_initialize);
1652
1653 #ifdef CONFIG_BLOCK
1654 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1655 {
1656         struct timer_rand_state *state;
1657
1658         /*
1659          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1660          * source.
1661          */
1662         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1663         if (state) {
1664                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1665                 disk->random = state;
1666         }
1667 }
1668 #endif
1669
1670 static ssize_t
1671 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1672 {
1673         ssize_t n;
1674
1675         if (nbytes == 0)
1676                 return 0;
1677
1678         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1679         while (1) {
1680                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1681                 if (n < 0)
1682                         return n;
1683                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1684                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1685                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1686                 if (n > 0)
1687                         return n;
1688
1689                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1690                 if (nonblock)
1691                         return -EAGAIN;
1692
1693                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1694                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1695                         random_read_wakeup_bits);
1696                 if (signal_pending(current))
1697                         return -ERESTARTSYS;
1698         }
1699 }
1700
1701 static ssize_t
1702 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1703 {
1704         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1705 }
1706
1707 static ssize_t
1708 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1709 {
1710         unsigned long flags;
1711         static int maxwarn = 10;
1712         int ret;
1713
1714         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1715                 maxwarn--;
1716                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1717                        "(%zd bytes read)\n",
1718                        current->comm, nbytes);
1719                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1720                 crng_init_cnt = 0;
1721                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1722         }
1723         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1724         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1725         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1726         return ret;
1727 }
1728
1729 static unsigned int
1730 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1731 {
1732         unsigned int mask;
1733
1734         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1735         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1736         mask = 0;
1737         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1738                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1739         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1740                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1741         return mask;
1742 }
1743
1744 static int
1745 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1746 {
1747         size_t bytes;
1748         __u32 buf[16];
1749         const char __user *p = buffer;
1750
1751         while (count > 0) {
1752                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1753                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1754                         return -EFAULT;
1755
1756                 count -= bytes;
1757                 p += bytes;
1758
1759                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1760                 cond_resched();
1761         }
1762
1763         return 0;
1764 }
1765
1766 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1767                             size_t count, loff_t *ppos)
1768 {
1769         size_t ret;
1770
1771         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1772         if (ret)
1773                 return ret;
1774
1775         return (ssize_t)count;
1776 }
1777
1778 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1779 {
1780         int size, ent_count;
1781         int __user *p = (int __user *)arg;
1782         int retval;
1783
1784         switch (cmd) {
1785         case RNDGETENTCNT:
1786                 /* inherently racy, no point locking */
1787                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1788                 if (put_user(ent_count, p))
1789                         return -EFAULT;
1790                 return 0;
1791         case RNDADDTOENTCNT:
1792                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1793                         return -EPERM;
1794                 if (get_user(ent_count, p))
1795                         return -EFAULT;
1796                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1797         case RNDADDENTROPY:
1798                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1799                         return -EPERM;
1800                 if (get_user(ent_count, p++))
1801                         return -EFAULT;
1802                 if (ent_count < 0)
1803                         return -EINVAL;
1804                 if (get_user(size, p++))
1805                         return -EFAULT;
1806                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1807                                     size);
1808                 if (retval < 0)
1809                         return retval;
1810                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1811         case RNDZAPENTCNT:
1812         case RNDCLEARPOOL:
1813                 /*
1814                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1815                  * the entropy pool, as that's silly.
1816                  */
1817                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1818                         return -EPERM;
1819                 input_pool.entropy_count = 0;
1820                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1821                 return 0;
1822         default:
1823                 return -EINVAL;
1824         }
1825 }
1826
1827 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1828 {
1829         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1830 }
1831
1832 const struct file_operations random_fops = {
1833         .read  = random_read,
1834         .write = random_write,
1835         .poll  = random_poll,
1836         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1837         .fasync = random_fasync,
1838         .llseek = noop_llseek,
1839 };
1840
1841 const struct file_operations urandom_fops = {
1842         .read  = urandom_read,
1843         .write = random_write,
1844         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1845         .fasync = random_fasync,
1846         .llseek = noop_llseek,
1847 };
1848
1849 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1850                 unsigned int, flags)
1851 {
1852         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1853                 return -EINVAL;
1854
1855         if (count > INT_MAX)
1856                 count = INT_MAX;
1857
1858         if (flags & GRND_RANDOM)
1859                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1860
1861         if (!crng_ready()) {
1862                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1863                         return -EAGAIN;
1864                 crng_wait_ready();
1865                 if (signal_pending(current))
1866                         return -ERESTARTSYS;
1867         }
1868         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1869 }
1870
1871 /********************************************************************
1872  *
1873  * Sysctl interface
1874  *
1875  ********************************************************************/
1876
1877 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1878
1879 #include <linux/sysctl.h>
1880
1881 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1882 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1883 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1884 static int random_min_urandom_seed = 60;
1885 static char sysctl_bootid[16];
1886
1887 /*
1888  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1889  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1890  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1891  *
1892  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1893  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1894  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1895  */
1896 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1897                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1898 {
1899         struct ctl_table fake_table;
1900         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1901
1902         uuid = table->data;
1903         if (!uuid) {
1904                 uuid = tmp_uuid;
1905                 generate_random_uuid(uuid);
1906         } else {
1907                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1908
1909                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1910                 if (!uuid[8])
1911                         generate_random_uuid(uuid);
1912                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1913         }
1914
1915         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1916
1917         fake_table.data = buf;
1918         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1919
1920         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Return entropy available scaled to integral bits
1925  */
1926 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1927                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1928 {
1929         struct ctl_table fake_table;
1930         int entropy_count;
1931
1932         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1933
1934         fake_table.data = &entropy_count;
1935         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1936
1937         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1938 }
1939
1940 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1941 extern struct ctl_table random_table[];
1942 struct ctl_table random_table[] = {
1943         {
1944                 .procname       = "poolsize",
1945                 .data           = &sysctl_poolsize,
1946                 .maxlen         = sizeof(int),
1947                 .mode           = 0444,
1948                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1949         },
1950         {
1951                 .procname       = "entropy_avail",
1952                 .maxlen         = sizeof(int),
1953                 .mode           = 0444,
1954                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
1955                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1956         },
1957         {
1958                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1959                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
1960                 .maxlen         = sizeof(int),
1961                 .mode           = 0644,
1962                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1963                 .extra1         = &min_read_thresh,
1964                 .extra2         = &max_read_thresh,
1965         },
1966         {
1967                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1968                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
1969                 .maxlen         = sizeof(int),
1970                 .mode           = 0644,
1971                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1972                 .extra1         = &min_write_thresh,
1973                 .extra2         = &max_write_thresh,
1974         },
1975         {
1976                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1977                 .data           = &random_min_urandom_seed,
1978                 .maxlen         = sizeof(int),
1979                 .mode           = 0644,
1980                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1981         },
1982         {
1983                 .procname       = "boot_id",
1984                 .data           = &sysctl_bootid,
1985                 .maxlen         = 16,
1986                 .mode           = 0444,
1987                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1988         },
1989         {
1990                 .procname       = "uuid",
1991                 .maxlen         = 16,
1992                 .mode           = 0444,
1993                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1994         },
1995 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1996         {
1997                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
1998                 .data           = &avg_cycles,
1999                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2000                 .mode           = 0444,
2001                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2002         },
2003         {
2004                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2005                 .data           = &avg_deviation,
2006                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2007                 .mode           = 0444,
2008                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2009         },
2010 #endif
2011         { }
2012 };
2013 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2014
2015 struct batched_entropy {
2016         union {
2017                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2018                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2019         };
2020         unsigned int position;
2021 };
2022
2023 /*
2024  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2025  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2026  * goal of being quite fast and not depleting entropy.
2027  */
2028 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2029 u64 get_random_u64(void)
2030 {
2031         u64 ret;
2032         struct batched_entropy *batch;
2033
2034 #if BITS_PER_LONG == 64
2035         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2036                 return ret;
2037 #else
2038         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2039             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2040             return ret;
2041 #endif
2042
2043         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2044         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2045                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2046                 batch->position = 0;
2047         }
2048         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2049         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2050         return ret;
2051 }
2052 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2053
2054 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2055 u32 get_random_u32(void)
2056 {
2057         u32 ret;
2058         struct batched_entropy *batch;
2059
2060         if (arch_get_random_int(&ret))
2061                 return ret;
2062
2063         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2064         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2065                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2066                 batch->position = 0;
2067         }
2068         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2069         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2070         return ret;
2071 }
2072 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2073
2074 /**
2075  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2076  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2077  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2078  *              random address must fall.
2079  *
2080  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2081  *
2082  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2083  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2084  *
2085  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2086  * @start is returned.
2087  */
2088 unsigned long
2089 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2090 {
2091         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2092                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2093                 start = PAGE_ALIGN(start);
2094         }
2095
2096         if (start > ULONG_MAX - range)
2097                 range = ULONG_MAX - start;
2098
2099         range >>= PAGE_SHIFT;
2100
2101         if (range == 0)
2102                 return start;
2103
2104         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2105 }
2106
2107 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2108  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2109  * when our pool is full.
2110  */
2111 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2112                                 size_t entropy)
2113 {
2114         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2115
2116         if (!crng_ready()) {
2117                 crng_fast_load(buffer, count);
2118                 return;
2119         }
2120
2121         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2122          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2123          * or when the calling thread is about to terminate.
2124          */
2125         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2126                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2127         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2128         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2129 }
2130 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);