]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/char/random.c
fa5bbd5a7ca0fb589a7924b16fa7d96462260189
[karo-tx-linux.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All
5  * Rights Reserved.
6  *
7  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
8  *
9  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
10  * rights reserved.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
17  *    including the disclaimer of warranties.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
22  *    products derived from this software without specific prior
23  *    written permission.
24  *
25  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
26  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
27  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
28  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
29  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
32  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
33  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
34  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
35  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
36  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
37  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
38  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
39  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
40  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
41  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
42  * DAMAGE.
43  */
44
45 /*
46  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
47  *
48  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
49  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
50  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
51  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
52  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
53  * predict by an attacker.
54  *
55  * Theory of operation
56  * ===================
57  *
58  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
59  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
60  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
61  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
62  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
63  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
64  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
65  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
66  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
67  * from inside the kernel.
68  *
69  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
70  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
71  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
72  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
73  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
74  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
75  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
76  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
77  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
78  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
79  * the random number generator's internal state.
80  *
81  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
82  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
83  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
84  * be computationally infeasible to derive any useful information
85  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
86  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
87  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
88  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
89  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
90  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
91  * outputs random numbers.
92  *
93  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
94  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
95  * able to infer the future output of the generator from prior
96  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
97  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
98  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
99  * of purposes.
100  *
101  * Exported interfaces ---- output
102  * ===============================
103  *
104  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
105  * be used from within the kernel:
106  *
107  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
108  *
109  * This interface will return the requested number of random bytes,
110  * and place it in the requested buffer.
111  *
112  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
113  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
114  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
115  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
116  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
117  * contained in the entropy pool.
118  *
119  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
120  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
121  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
122  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
123  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
124  *
125  * Exported interfaces ---- input
126  * ==============================
127  *
128  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
129  * from the devices are:
130  *
131  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
132  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
133  *                                unsigned int value);
134  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
135  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
136  *
137  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
138  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
139  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
140  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
141  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
142  * that might otherwise be identical and have very little entropy
143  * available to them (particularly common in the embedded world).
144  *
145  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
146  * the event type information from the hardware.
147  *
148  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
149  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
150  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
151  *
152  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
153  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
154  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
155  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
156  * times are usually fairly consistent.
157  *
158  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
159  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
160  * first and second order deltas of the event timings.
161  *
162  * Ensuring unpredictability at system startup
163  * ============================================
164  *
165  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
166  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
167  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
168  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
169  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
170  * counteract this effect, it helps to carry information in the
171  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
172  * following lines an appropriate script which is run during the boot
173  * sequence:
174  *
175  *      echo "Initializing random number generator..."
176  *      random_seed=/var/run/random-seed
177  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
178  *      # Load and then save the whole entropy pool
179  *      if [ -f $random_seed ]; then
180  *              cat $random_seed >/dev/urandom
181  *      else
182  *              touch $random_seed
183  *      fi
184  *      chmod 600 $random_seed
185  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
186  *
187  * and the following lines in an appropriate script which is run as
188  * the system is shutdown:
189  *
190  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
191  *      # Save the whole entropy pool
192  *      echo "Saving random seed..."
193  *      random_seed=/var/run/random-seed
194  *      touch $random_seed
195  *      chmod 600 $random_seed
196  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
197  *
198  * For example, on most modern systems using the System V init
199  * scripts, such code fragments would be found in
200  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
201  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
202  *
203  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
204  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
205  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
206  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
207  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
208  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
209  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
210  * the system.
211  *
212  * Configuring the /dev/random driver under Linux
213  * ==============================================
214  *
215  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
216  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
217  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
218  * by using the commands:
219  *
220  *      mknod /dev/random c 1 8
221  *      mknod /dev/urandom c 1 9
222  *
223  * Acknowledgements:
224  * =================
225  *
226  * Ideas for constructing this random number generator were derived
227  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
228  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
229  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
230  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
231  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
232  *
233  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
234  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
235  *
236  * Further background information on this topic may be obtained from
237  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
238  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
239  */
240
241 #include <linux/utsname.h>
242 #include <linux/module.h>
243 #include <linux/kernel.h>
244 #include <linux/major.h>
245 #include <linux/string.h>
246 #include <linux/fcntl.h>
247 #include <linux/slab.h>
248 #include <linux/random.h>
249 #include <linux/poll.h>
250 #include <linux/init.h>
251 #include <linux/fs.h>
252 #include <linux/genhd.h>
253 #include <linux/interrupt.h>
254 #include <linux/mm.h>
255 #include <linux/nodemask.h>
256 #include <linux/spinlock.h>
257 #include <linux/kthread.h>
258 #include <linux/percpu.h>
259 #include <linux/cryptohash.h>
260 #include <linux/fips.h>
261 #include <linux/ptrace.h>
262 #include <linux/kmemcheck.h>
263 #include <linux/workqueue.h>
264 #include <linux/irq.h>
265 #include <linux/syscalls.h>
266 #include <linux/completion.h>
267 #include <linux/uuid.h>
268 #include <crypto/chacha20.h>
269
270 #include <asm/processor.h>
271 #include <linux/uaccess.h>
272 #include <asm/irq.h>
273 #include <asm/irq_regs.h>
274 #include <asm/io.h>
275
276 #define CREATE_TRACE_POINTS
277 #include <trace/events/random.h>
278
279 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
280
281 /*
282  * Configuration information
283  */
284 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
285 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
286 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
287 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
288 #define SEC_XFER_SIZE           512
289 #define EXTRACT_SIZE            10
290
291
292 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
293
294 /*
295  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
296  * denominated in units of 1/8th bits.
297  *
298  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
299  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
300  */
301 #define ENTROPY_SHIFT 3
302 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
303
304 /*
305  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
306  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
307  */
308 static int random_read_wakeup_bits = 64;
309
310 /*
311  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
312  * should wake up processes which are selecting or polling on write
313  * access to /dev/random.
314  */
315 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
316
317 /*
318  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
319  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
320  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
321  * to get the twisting happening as fast as possible.
322  *
323  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
324  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
325  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
326  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
327  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
328  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
329  * Simulation 4:254-266)
330  *
331  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
332  *
333  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
334  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
335  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
336  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
337  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
338  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
339  * attacker can construct inputs that will produce controlled
340  * alterations to the pool's state is not important because we don't
341  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
342  * property we need with respect to them is that the attacker can't
343  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
344  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
345  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
346  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
347  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
348  * decrease the uncertainty).
349  *
350  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
351  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
352  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
353  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
354  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
355  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
356  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
357  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
358  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
359  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
360  * irreducible, which we have made here.
361  */
362 static struct poolinfo {
363         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
364 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
365         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
366 } poolinfo_table[] = {
367         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
369         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
370         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
372         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
373 #if 0
374         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
375         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
376
377         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
378         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
379
380         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
381         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
382
383         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
384         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
385
386         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
387         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
388         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
389         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
390
391         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
392         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
393
394         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
395         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
396
397         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
398         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
399 #endif
400 };
401
402 /*
403  * Static global variables
404  */
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
406 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
407 static struct fasync_struct *fasync;
408
409 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
410 static LIST_HEAD(random_ready_list);
411
412 struct crng_state {
413         __u32           state[16];
414         unsigned long   init_time;
415         spinlock_t      lock;
416 };
417
418 struct crng_state primary_crng = {
419         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
420 };
421
422 /*
423  * crng_init =  0 --> Uninitialized
424  *              1 --> Initialized
425  *              2 --> Initialized from input_pool
426  *
427  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
428  * its value (from 0->1->2).
429  */
430 static int crng_init = 0;
431 #define crng_ready() (likely(crng_init > 0))
432 static int crng_init_cnt = 0;
433 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
434 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
435                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE]);
436 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
437                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used);
438 static void process_random_ready_list(void);
439
440 /**********************************************************************
441  *
442  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
443  * storing entropy in an entropy pool.
444  *
445  **********************************************************************/
446
447 struct entropy_store;
448 struct entropy_store {
449         /* read-only data: */
450         const struct poolinfo *poolinfo;
451         __u32 *pool;
452         const char *name;
453         struct entropy_store *pull;
454         struct work_struct push_work;
455
456         /* read-write data: */
457         unsigned long last_pulled;
458         spinlock_t lock;
459         unsigned short add_ptr;
460         unsigned short input_rotate;
461         int entropy_count;
462         int entropy_total;
463         unsigned int initialized:1;
464         unsigned int last_data_init:1;
465         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
466 };
467
468 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
469                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
470 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
471                                 size_t nbytes, int fips);
472
473 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
474 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
475 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
476 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
477
478 static struct entropy_store input_pool = {
479         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
480         .name = "input",
481         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
482         .pool = input_pool_data
483 };
484
485 static struct entropy_store blocking_pool = {
486         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
487         .name = "blocking",
488         .pull = &input_pool,
489         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
490         .pool = blocking_pool_data,
491         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
492                                         push_to_pool),
493 };
494
495 static __u32 const twist_table[8] = {
496         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
497         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
498
499 /*
500  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
501  * update the entropy estimate.  The caller should call
502  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
503  *
504  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
505  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
506  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
507  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
508  */
509 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
510                             int nbytes)
511 {
512         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
513         int input_rotate;
514         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
515         const char *bytes = in;
516         __u32 w;
517
518         tap1 = r->poolinfo->tap1;
519         tap2 = r->poolinfo->tap2;
520         tap3 = r->poolinfo->tap3;
521         tap4 = r->poolinfo->tap4;
522         tap5 = r->poolinfo->tap5;
523
524         input_rotate = r->input_rotate;
525         i = r->add_ptr;
526
527         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
528         while (nbytes--) {
529                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
530                 i = (i - 1) & wordmask;
531
532                 /* XOR in the various taps */
533                 w ^= r->pool[i];
534                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
535                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
537                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
538                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
539
540                 /* Mix the result back in with a twist */
541                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
542
543                 /*
544                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
545                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
546                  * rotation, so that successive passes spread the
547                  * input bits across the pool evenly.
548                  */
549                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
550         }
551
552         r->input_rotate = input_rotate;
553         r->add_ptr = i;
554 }
555
556 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
557                              int nbytes)
558 {
559         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
560         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
561 }
562
563 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
564                            int nbytes)
565 {
566         unsigned long flags;
567
568         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
569         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
570         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
571         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
572 }
573
574 struct fast_pool {
575         __u32           pool[4];
576         unsigned long   last;
577         unsigned short  reg_idx;
578         unsigned char   count;
579 };
580
581 /*
582  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
583  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
584  * locks that might be needed are taken by the caller.
585  */
586 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
587 {
588         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
589         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
590
591         a += b;                 c += d;
592         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
593         d ^= a;                 b ^= c;
594
595         a += b;                 c += d;
596         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
597         d ^= a;                 b ^= c;
598
599         a += b;                 c += d;
600         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
601         d ^= a;                 b ^= c;
602
603         a += b;                 c += d;
604         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
605         d ^= a;                 b ^= c;
606
607         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
608         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
609         f->count++;
610 }
611
612 static void process_random_ready_list(void)
613 {
614         unsigned long flags;
615         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
616
617         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
618         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
619                 struct module *owner = rdy->owner;
620
621                 list_del_init(&rdy->list);
622                 rdy->func(rdy);
623                 module_put(owner);
624         }
625         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
626 }
627
628 /*
629  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
630  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
631  * or otherwise should be checked for extreme values.
632  */
633 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
634 {
635         int entropy_count, orig;
636         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
637         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
638
639         if (!nbits)
640                 return;
641
642 retry:
643         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
644         if (nfrac < 0) {
645                 /* Debit */
646                 entropy_count += nfrac;
647         } else {
648                 /*
649                  * Credit: we have to account for the possibility of
650                  * overwriting already present entropy.  Even in the
651                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
652                  * approach the full value asymptotically:
653                  *
654                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
655                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
656                  *
657                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
658                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
659                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
660                  * so we can approximate the exponential with
661                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
662                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
663                  *
664                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
665                  * prevent rounding artifacts from making the loop
666                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
667                  * turns no matter how large nbits is.
668                  */
669                 int pnfrac = nfrac;
670                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
671                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
672
673                 do {
674                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
675                         unsigned int add =
676                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
677
678                         entropy_count += add;
679                         pnfrac -= anfrac;
680                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
681         }
682
683         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
684                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
685                         r->name, entropy_count);
686                 WARN_ON(1);
687                 entropy_count = 0;
688         } else if (entropy_count > pool_size)
689                 entropy_count = pool_size;
690         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
691                 goto retry;
692
693         r->entropy_total += nbits;
694         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
695                 r->initialized = 1;
696                 r->entropy_total = 0;
697         }
698
699         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
700                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
701                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
702
703         if (r == &input_pool) {
704                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
705
706                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
707                         crng_reseed(&primary_crng, r);
708                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
709                 }
710
711                 /* should we wake readers? */
712                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
713                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
714                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
715                 }
716                 /* If the input pool is getting full, send some
717                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
718                  */
719                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
720                     r->initialized &&
721                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
722                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
723
724                         if (other->entropy_count <=
725                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
726                                 schedule_work(&other->push_work);
727                                 r->entropy_total = 0;
728                         }
729                 }
730         }
731 }
732
733 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
734 {
735         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
736
737         if (nbits < 0)
738                 return -EINVAL;
739
740         /* Cap the value to avoid overflows */
741         nbits = min(nbits,  nbits_max);
742
743         credit_entropy_bits(r, nbits);
744         return 0;
745 }
746
747 /*********************************************************************
748  *
749  * CRNG using CHACHA20
750  *
751  *********************************************************************/
752
753 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
754
755 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
756
757 #ifdef CONFIG_NUMA
758 /*
759  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
760  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
761  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
762  * their brain damage.
763  */
764 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
765 #endif
766
767 static void invalidate_batched_entropy(void);
768
769 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
770 {
771         int             i;
772         unsigned long   rv;
773
774         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
775         if (crng == &primary_crng)
776                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
777                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
778         else
779                 get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
780         for (i = 4; i < 16; i++) {
781                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
782                     !arch_get_random_long(&rv))
783                         rv = random_get_entropy();
784                 crng->state[i] ^= rv;
785         }
786         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
787 }
788
789 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
790 {
791         unsigned long flags;
792         char *p;
793
794         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
795                 return 0;
796         if (crng_ready()) {
797                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
798                 return 0;
799         }
800         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
801         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
802                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
803                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
804         }
805         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
806         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
807                 invalidate_batched_entropy();
808                 crng_init = 1;
809                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
810                 pr_notice("random: fast init done\n");
811         }
812         return 1;
813 }
814
815 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
816 {
817         unsigned long   flags;
818         int             i, num;
819         union {
820                 __u8    block[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
821                 __u32   key[8];
822         } buf;
823
824         if (r) {
825                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
826                 if (num == 0)
827                         return;
828         } else {
829                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
830                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
831                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
832         }
833         spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
834         for (i = 0; i < 8; i++) {
835                 unsigned long   rv;
836                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
837                     !arch_get_random_long(&rv))
838                         rv = random_get_entropy();
839                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
840         }
841         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
842         crng->init_time = jiffies;
843         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
844         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
845                 invalidate_batched_entropy();
846                 crng_init = 2;
847                 process_random_ready_list();
848                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
849                 pr_notice("random: crng init done\n");
850         }
851 }
852
853 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
854                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
855 {
856         unsigned long v, flags;
857
858         if (crng_init > 1 &&
859             time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
860                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
861         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
862         if (arch_get_random_long(&v))
863                 crng->state[14] ^= v;
864         chacha20_block(&crng->state[0], out);
865         if (crng->state[12] == 0)
866                 crng->state[13]++;
867         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
868 }
869
870 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
871 {
872         struct crng_state *crng = NULL;
873
874 #ifdef CONFIG_NUMA
875         if (crng_node_pool)
876                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
877         if (crng == NULL)
878 #endif
879                 crng = &primary_crng;
880         _extract_crng(crng, out);
881 }
882
883 /*
884  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
885  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
886  */
887 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
888                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
889 {
890         unsigned long   flags;
891         __u32           *s, *d;
892         int             i;
893
894         used = round_up(used, sizeof(__u32));
895         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
896                 extract_crng(tmp);
897                 used = 0;
898         }
899         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
900         s = (__u32 *) &tmp[used];
901         d = &crng->state[4];
902         for (i=0; i < 8; i++)
903                 *d++ ^= *s++;
904         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
905 }
906
907 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
908 {
909         struct crng_state *crng = NULL;
910
911 #ifdef CONFIG_NUMA
912         if (crng_node_pool)
913                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
914         if (crng == NULL)
915 #endif
916                 crng = &primary_crng;
917         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
918 }
919
920 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
921 {
922         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
923         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
924         int large_request = (nbytes > 256);
925
926         while (nbytes) {
927                 if (large_request && need_resched()) {
928                         if (signal_pending(current)) {
929                                 if (ret == 0)
930                                         ret = -ERESTARTSYS;
931                                 break;
932                         }
933                         schedule();
934                 }
935
936                 extract_crng(tmp);
937                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
938                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
939                         ret = -EFAULT;
940                         break;
941                 }
942
943                 nbytes -= i;
944                 buf += i;
945                 ret += i;
946         }
947         crng_backtrack_protect(tmp, i);
948
949         /* Wipe data just written to memory */
950         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
951
952         return ret;
953 }
954
955
956 /*********************************************************************
957  *
958  * Entropy input management
959  *
960  *********************************************************************/
961
962 /* There is one of these per entropy source */
963 struct timer_rand_state {
964         cycles_t last_time;
965         long last_delta, last_delta2;
966         unsigned dont_count_entropy:1;
967 };
968
969 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
970
971 /*
972  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
973  * initialize it.
974  *
975  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
976  * the entropy pool having similar initial state across largely
977  * identical devices.
978  */
979 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
980 {
981         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
982         unsigned long flags;
983
984         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
985         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
986         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
987         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
988         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
989 }
990 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
991
992 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
993
994 /*
995  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
996  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
997  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
998  *
999  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1000  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1001  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1002  *
1003  */
1004 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1005 {
1006         struct entropy_store    *r;
1007         struct {
1008                 long jiffies;
1009                 unsigned cycles;
1010                 unsigned num;
1011         } sample;
1012         long delta, delta2, delta3;
1013
1014         preempt_disable();
1015
1016         sample.jiffies = jiffies;
1017         sample.cycles = random_get_entropy();
1018         sample.num = num;
1019         r = &input_pool;
1020         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1021
1022         /*
1023          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1024          * We take into account the first, second and third-order deltas
1025          * in order to make our estimate.
1026          */
1027
1028         if (!state->dont_count_entropy) {
1029                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
1030                 state->last_time = sample.jiffies;
1031
1032                 delta2 = delta - state->last_delta;
1033                 state->last_delta = delta;
1034
1035                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1036                 state->last_delta2 = delta2;
1037
1038                 if (delta < 0)
1039                         delta = -delta;
1040                 if (delta2 < 0)
1041                         delta2 = -delta2;
1042                 if (delta3 < 0)
1043                         delta3 = -delta3;
1044                 if (delta > delta2)
1045                         delta = delta2;
1046                 if (delta > delta3)
1047                         delta = delta3;
1048
1049                 /*
1050                  * delta is now minimum absolute delta.
1051                  * Round down by 1 bit on general principles,
1052                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
1053                  */
1054                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1055         }
1056         preempt_enable();
1057 }
1058
1059 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1060                                  unsigned int value)
1061 {
1062         static unsigned char last_value;
1063
1064         /* ignore autorepeat and the like */
1065         if (value == last_value)
1066                 return;
1067
1068         last_value = value;
1069         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1070                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1071         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1072 }
1073 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1074
1075 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1076
1077 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1078 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1079
1080 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1081 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1082
1083 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1084 {
1085         long delta = random_get_entropy() - start;
1086
1087         /* Use a weighted moving average */
1088         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1089         avg_cycles += delta;
1090         /* And average deviation */
1091         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1092         avg_deviation += delta;
1093 }
1094 #else
1095 #define add_interrupt_bench(x)
1096 #endif
1097
1098 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1099 {
1100         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1101         unsigned int idx;
1102
1103         if (regs == NULL)
1104                 return 0;
1105         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1106         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1107                 idx = 0;
1108         ptr += idx++;
1109         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1110         return *ptr;
1111 }
1112
1113 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1114 {
1115         struct entropy_store    *r;
1116         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1117         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1118         unsigned long           now = jiffies;
1119         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1120         __u32                   c_high, j_high;
1121         __u64                   ip;
1122         unsigned long           seed;
1123         int                     credit = 0;
1124
1125         if (cycles == 0)
1126                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1127         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1128         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1129         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1130         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1131         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1132         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1133         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1134                 get_reg(fast_pool, regs);
1135
1136         fast_mix(fast_pool);
1137         add_interrupt_bench(cycles);
1138
1139         if (!crng_ready()) {
1140                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1141                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1142                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1143                         fast_pool->count = 0;
1144                         fast_pool->last = now;
1145                 }
1146                 return;
1147         }
1148
1149         if ((fast_pool->count < 64) &&
1150             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1151                 return;
1152
1153         r = &input_pool;
1154         if (!spin_trylock(&r->lock))
1155                 return;
1156
1157         fast_pool->last = now;
1158         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1159
1160         /*
1161          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1162          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1163          * architectural seed generator dominate the input from the
1164          * interrupt noise.
1165          */
1166         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1167                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1168                 credit = 1;
1169         }
1170         spin_unlock(&r->lock);
1171
1172         fast_pool->count = 0;
1173
1174         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1175         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1176 }
1177 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1178
1179 #ifdef CONFIG_BLOCK
1180 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1181 {
1182         if (!disk || !disk->random)
1183                 return;
1184         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1185         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1186         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1187 }
1188 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1189 #endif
1190
1191 /*********************************************************************
1192  *
1193  * Entropy extraction routines
1194  *
1195  *********************************************************************/
1196
1197 /*
1198  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1199  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1200  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1201  */
1202 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1203 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1204 {
1205         if (!r->pull ||
1206             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1207             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1208                 return;
1209
1210         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1211 }
1212
1213 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1214 {
1215         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1216
1217         int bytes = nbytes;
1218
1219         /* pull at least as much as a wakeup */
1220         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1221         /* but never more than the buffer size */
1222         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1223
1224         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1225                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1226         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1227                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1228         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1229         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1230 }
1231
1232 /*
1233  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1234  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1235  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1236  * of letting it go to waste.
1237  */
1238 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1239 {
1240         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1241                                               push_work);
1242         BUG_ON(!r);
1243         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1244         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1245                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1246 }
1247
1248 /*
1249  * This function decides how many bytes to actually take from the
1250  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1251  */
1252 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1253                       int reserved)
1254 {
1255         int entropy_count, orig, have_bytes;
1256         size_t ibytes, nfrac;
1257
1258         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1259
1260         /* Can we pull enough? */
1261 retry:
1262         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
1263         ibytes = nbytes;
1264         /* never pull more than available */
1265         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1266
1267         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1268                 have_bytes = 0;
1269         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1270         if (ibytes < min)
1271                 ibytes = 0;
1272
1273         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1274                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1275                         r->name, entropy_count);
1276                 WARN_ON(1);
1277                 entropy_count = 0;
1278         }
1279         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1280         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1281                 entropy_count -= nfrac;
1282         else
1283                 entropy_count = 0;
1284
1285         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1286                 goto retry;
1287
1288         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1289         if (ibytes &&
1290             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1291                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1292                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1293         }
1294
1295         return ibytes;
1296 }
1297
1298 /*
1299  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1300  * extract_entropy_user.
1301  *
1302  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1303  */
1304 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1305 {
1306         int i;
1307         union {
1308                 __u32 w[5];
1309                 unsigned long l[LONGS(20)];
1310         } hash;
1311         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1312         unsigned long flags;
1313
1314         /*
1315          * If we have an architectural hardware random number
1316          * generator, use it for SHA's initial vector
1317          */
1318         sha_init(hash.w);
1319         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1320                 unsigned long v;
1321                 if (!arch_get_random_long(&v))
1322                         break;
1323                 hash.l[i] = v;
1324         }
1325
1326         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1327         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1328         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1329                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1330
1331         /*
1332          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1333          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1334          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1335          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1336          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1337          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1338          * hash.
1339          */
1340         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1341         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1342
1343         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1344
1345         /*
1346          * In case the hash function has some recognizable output
1347          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1348          * twice as much data as we output.
1349          */
1350         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1351         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1352         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1353
1354         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1355         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1356 }
1357
1358 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1359                                 size_t nbytes, int fips)
1360 {
1361         ssize_t ret = 0, i;
1362         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1363         unsigned long flags;
1364
1365         while (nbytes) {
1366                 extract_buf(r, tmp);
1367
1368                 if (fips) {
1369                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1370                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1371                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1372                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1373                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1374                 }
1375                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1376                 memcpy(buf, tmp, i);
1377                 nbytes -= i;
1378                 buf += i;
1379                 ret += i;
1380         }
1381
1382         /* Wipe data just returned from memory */
1383         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1384
1385         return ret;
1386 }
1387
1388 /*
1389  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1390  * returns it in a buffer.
1391  *
1392  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1393  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1394  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1395  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1396  */
1397 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1398                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1399 {
1400         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1401         unsigned long flags;
1402
1403         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1404         if (fips_enabled) {
1405                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1406                 if (!r->last_data_init) {
1407                         r->last_data_init = 1;
1408                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1409                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1410                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1411                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1412                         extract_buf(r, tmp);
1413                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1414                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1415                 }
1416                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1417         }
1418
1419         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1420         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1421         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1422
1423         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1424 }
1425
1426 /*
1427  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1428  * returns it in a userspace buffer.
1429  */
1430 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1431                                     size_t nbytes)
1432 {
1433         ssize_t ret = 0, i;
1434         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1435         int large_request = (nbytes > 256);
1436
1437         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1438         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1439         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1440
1441         while (nbytes) {
1442                 if (large_request && need_resched()) {
1443                         if (signal_pending(current)) {
1444                                 if (ret == 0)
1445                                         ret = -ERESTARTSYS;
1446                                 break;
1447                         }
1448                         schedule();
1449                 }
1450
1451                 extract_buf(r, tmp);
1452                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1453                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1454                         ret = -EFAULT;
1455                         break;
1456                 }
1457
1458                 nbytes -= i;
1459                 buf += i;
1460                 ret += i;
1461         }
1462
1463         /* Wipe data just returned from memory */
1464         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1465
1466         return ret;
1467 }
1468
1469 /*
1470  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1471  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1472  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1473  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1474  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1475  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1476  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1477  * at any point prior.
1478  */
1479 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1480 {
1481         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
1482
1483 #ifdef CONFIG_WARN_UNSEEDED_RANDOM
1484         if (!crng_ready())
1485                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_bytes called "
1486                        "with crng_init = %d\n", (void *) _RET_IP_, crng_init);
1487 #endif
1488         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1489
1490         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1491                 extract_crng(buf);
1492                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1493                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1494         }
1495
1496         if (nbytes > 0) {
1497                 extract_crng(tmp);
1498                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1499                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1500         } else
1501                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1502         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1503 }
1504 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1505
1506 /*
1507  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1508  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1509  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1510  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1511  * this function forfeits the guarantee of security.
1512  *
1513  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1514  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1515  */
1516 int wait_for_random_bytes(void)
1517 {
1518         if (likely(crng_ready()))
1519                 return 0;
1520         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1521 }
1522 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1523
1524 /*
1525  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1526  * pool is initialised.
1527  *
1528  * returns: 0 if callback is successfully added
1529  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1530  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1531  */
1532 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1533 {
1534         struct module *owner;
1535         unsigned long flags;
1536         int err = -EALREADY;
1537
1538         if (crng_ready())
1539                 return err;
1540
1541         owner = rdy->owner;
1542         if (!try_module_get(owner))
1543                 return -ENOENT;
1544
1545         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1546         if (crng_ready())
1547                 goto out;
1548
1549         owner = NULL;
1550
1551         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1552         err = 0;
1553
1554 out:
1555         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1556
1557         module_put(owner);
1558
1559         return err;
1560 }
1561 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1562
1563 /*
1564  * Delete a previously registered readiness callback function.
1565  */
1566 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1567 {
1568         unsigned long flags;
1569         struct module *owner = NULL;
1570
1571         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1572         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1573                 list_del_init(&rdy->list);
1574                 owner = rdy->owner;
1575         }
1576         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1577
1578         module_put(owner);
1579 }
1580 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1581
1582 /*
1583  * This function will use the architecture-specific hardware random
1584  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1585  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1586  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1587  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1588  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1589  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1590  * have put in a back door.
1591  */
1592 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1593 {
1594         char *p = buf;
1595
1596         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1597         while (nbytes) {
1598                 unsigned long v;
1599                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1600
1601                 if (!arch_get_random_long(&v))
1602                         break;
1603                 
1604                 memcpy(p, &v, chunk);
1605                 p += chunk;
1606                 nbytes -= chunk;
1607         }
1608
1609         if (nbytes)
1610                 get_random_bytes(p, nbytes);
1611 }
1612 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1613
1614
1615 /*
1616  * init_std_data - initialize pool with system data
1617  *
1618  * @r: pool to initialize
1619  *
1620  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1621  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1622  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1623  */
1624 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1625 {
1626         int i;
1627         ktime_t now = ktime_get_real();
1628         unsigned long rv;
1629
1630         r->last_pulled = jiffies;
1631         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1632         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1633                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1634                     !arch_get_random_long(&rv))
1635                         rv = random_get_entropy();
1636                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1637         }
1638         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1639 }
1640
1641 /*
1642  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1643  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1644  * with some platform dependent data very early in the boot
1645  * process. But it limits our options here. We must use
1646  * statically allocated structures that already have all
1647  * initializations complete at compile time. We should also
1648  * take care not to overwrite the precious per platform data
1649  * we were given.
1650  */
1651 static int rand_initialize(void)
1652 {
1653 #ifdef CONFIG_NUMA
1654         int i;
1655         struct crng_state *crng;
1656         struct crng_state **pool;
1657 #endif
1658
1659         init_std_data(&input_pool);
1660         init_std_data(&blocking_pool);
1661         crng_initialize(&primary_crng);
1662
1663 #ifdef CONFIG_NUMA
1664         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
1665         for_each_online_node(i) {
1666                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
1667                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
1668                 spin_lock_init(&crng->lock);
1669                 crng_initialize(crng);
1670                 pool[i] = crng;
1671         }
1672         mb();
1673         crng_node_pool = pool;
1674 #endif
1675         return 0;
1676 }
1677 early_initcall(rand_initialize);
1678
1679 #ifdef CONFIG_BLOCK
1680 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1681 {
1682         struct timer_rand_state *state;
1683
1684         /*
1685          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1686          * source.
1687          */
1688         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1689         if (state) {
1690                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1691                 disk->random = state;
1692         }
1693 }
1694 #endif
1695
1696 static ssize_t
1697 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1698 {
1699         ssize_t n;
1700
1701         if (nbytes == 0)
1702                 return 0;
1703
1704         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1705         while (1) {
1706                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1707                 if (n < 0)
1708                         return n;
1709                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1710                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1711                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1712                 if (n > 0)
1713                         return n;
1714
1715                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1716                 if (nonblock)
1717                         return -EAGAIN;
1718
1719                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1720                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1721                         random_read_wakeup_bits);
1722                 if (signal_pending(current))
1723                         return -ERESTARTSYS;
1724         }
1725 }
1726
1727 static ssize_t
1728 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1729 {
1730         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1731 }
1732
1733 static ssize_t
1734 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1735 {
1736         unsigned long flags;
1737         static int maxwarn = 10;
1738         int ret;
1739
1740         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1741                 maxwarn--;
1742                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1743                        "(%zd bytes read)\n",
1744                        current->comm, nbytes);
1745                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1746                 crng_init_cnt = 0;
1747                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1748         }
1749         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1750         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1751         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1752         return ret;
1753 }
1754
1755 static unsigned int
1756 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1757 {
1758         unsigned int mask;
1759
1760         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1761         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1762         mask = 0;
1763         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1764                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1765         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1766                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1767         return mask;
1768 }
1769
1770 static int
1771 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1772 {
1773         size_t bytes;
1774         __u32 buf[16];
1775         const char __user *p = buffer;
1776
1777         while (count > 0) {
1778                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1779                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1780                         return -EFAULT;
1781
1782                 count -= bytes;
1783                 p += bytes;
1784
1785                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1786                 cond_resched();
1787         }
1788
1789         return 0;
1790 }
1791
1792 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1793                             size_t count, loff_t *ppos)
1794 {
1795         size_t ret;
1796
1797         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1798         if (ret)
1799                 return ret;
1800
1801         return (ssize_t)count;
1802 }
1803
1804 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1805 {
1806         int size, ent_count;
1807         int __user *p = (int __user *)arg;
1808         int retval;
1809
1810         switch (cmd) {
1811         case RNDGETENTCNT:
1812                 /* inherently racy, no point locking */
1813                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1814                 if (put_user(ent_count, p))
1815                         return -EFAULT;
1816                 return 0;
1817         case RNDADDTOENTCNT:
1818                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1819                         return -EPERM;
1820                 if (get_user(ent_count, p))
1821                         return -EFAULT;
1822                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1823         case RNDADDENTROPY:
1824                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1825                         return -EPERM;
1826                 if (get_user(ent_count, p++))
1827                         return -EFAULT;
1828                 if (ent_count < 0)
1829                         return -EINVAL;
1830                 if (get_user(size, p++))
1831                         return -EFAULT;
1832                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1833                                     size);
1834                 if (retval < 0)
1835                         return retval;
1836                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1837         case RNDZAPENTCNT:
1838         case RNDCLEARPOOL:
1839                 /*
1840                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1841                  * the entropy pool, as that's silly.
1842                  */
1843                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1844                         return -EPERM;
1845                 input_pool.entropy_count = 0;
1846                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1847                 return 0;
1848         default:
1849                 return -EINVAL;
1850         }
1851 }
1852
1853 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1854 {
1855         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1856 }
1857
1858 const struct file_operations random_fops = {
1859         .read  = random_read,
1860         .write = random_write,
1861         .poll  = random_poll,
1862         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1863         .fasync = random_fasync,
1864         .llseek = noop_llseek,
1865 };
1866
1867 const struct file_operations urandom_fops = {
1868         .read  = urandom_read,
1869         .write = random_write,
1870         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1871         .fasync = random_fasync,
1872         .llseek = noop_llseek,
1873 };
1874
1875 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1876                 unsigned int, flags)
1877 {
1878         int ret;
1879
1880         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1881                 return -EINVAL;
1882
1883         if (count > INT_MAX)
1884                 count = INT_MAX;
1885
1886         if (flags & GRND_RANDOM)
1887                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1888
1889         if (!crng_ready()) {
1890                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1891                         return -EAGAIN;
1892                 ret = wait_for_random_bytes();
1893                 if (unlikely(ret))
1894                         return ret;
1895         }
1896         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1897 }
1898
1899 /********************************************************************
1900  *
1901  * Sysctl interface
1902  *
1903  ********************************************************************/
1904
1905 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1906
1907 #include <linux/sysctl.h>
1908
1909 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1910 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1911 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1912 static int random_min_urandom_seed = 60;
1913 static char sysctl_bootid[16];
1914
1915 /*
1916  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1917  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1918  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1919  *
1920  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1921  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1922  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1923  */
1924 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1925                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1926 {
1927         struct ctl_table fake_table;
1928         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1929
1930         uuid = table->data;
1931         if (!uuid) {
1932                 uuid = tmp_uuid;
1933                 generate_random_uuid(uuid);
1934         } else {
1935                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1936
1937                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1938                 if (!uuid[8])
1939                         generate_random_uuid(uuid);
1940                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1941         }
1942
1943         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1944
1945         fake_table.data = buf;
1946         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1947
1948         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1949 }
1950
1951 /*
1952  * Return entropy available scaled to integral bits
1953  */
1954 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1955                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1956 {
1957         struct ctl_table fake_table;
1958         int entropy_count;
1959
1960         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1961
1962         fake_table.data = &entropy_count;
1963         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1964
1965         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1966 }
1967
1968 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1969 extern struct ctl_table random_table[];
1970 struct ctl_table random_table[] = {
1971         {
1972                 .procname       = "poolsize",
1973                 .data           = &sysctl_poolsize,
1974                 .maxlen         = sizeof(int),
1975                 .mode           = 0444,
1976                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1977         },
1978         {
1979                 .procname       = "entropy_avail",
1980                 .maxlen         = sizeof(int),
1981                 .mode           = 0444,
1982                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
1983                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1984         },
1985         {
1986                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1987                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
1988                 .maxlen         = sizeof(int),
1989                 .mode           = 0644,
1990                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1991                 .extra1         = &min_read_thresh,
1992                 .extra2         = &max_read_thresh,
1993         },
1994         {
1995                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1996                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
1997                 .maxlen         = sizeof(int),
1998                 .mode           = 0644,
1999                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2000                 .extra1         = &min_write_thresh,
2001                 .extra2         = &max_write_thresh,
2002         },
2003         {
2004                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2005                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2006                 .maxlen         = sizeof(int),
2007                 .mode           = 0644,
2008                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2009         },
2010         {
2011                 .procname       = "boot_id",
2012                 .data           = &sysctl_bootid,
2013                 .maxlen         = 16,
2014                 .mode           = 0444,
2015                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2016         },
2017         {
2018                 .procname       = "uuid",
2019                 .maxlen         = 16,
2020                 .mode           = 0444,
2021                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2022         },
2023 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2024         {
2025                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2026                 .data           = &avg_cycles,
2027                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2028                 .mode           = 0444,
2029                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2030         },
2031         {
2032                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2033                 .data           = &avg_deviation,
2034                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2035                 .mode           = 0444,
2036                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2037         },
2038 #endif
2039         { }
2040 };
2041 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2042
2043 struct batched_entropy {
2044         union {
2045                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2046                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2047         };
2048         unsigned int position;
2049 };
2050 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2051
2052 /*
2053  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2054  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2055  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2056  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2057  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2058  * at any point prior.
2059  */
2060 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2061 u64 get_random_u64(void)
2062 {
2063         u64 ret;
2064         bool use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2065         unsigned long flags = 0;
2066         struct batched_entropy *batch;
2067
2068 #if BITS_PER_LONG == 64
2069         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2070                 return ret;
2071 #else
2072         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2073             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2074             return ret;
2075 #endif
2076
2077 #ifdef CONFIG_WARN_UNSEEDED_RANDOM
2078         if (!crng_ready())
2079                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_u64 called "
2080                        "with crng_init = %d\n", (void *) _RET_IP_, crng_init);
2081 #endif
2082
2083         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2084         if (use_lock)
2085                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2086         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2087                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2088                 batch->position = 0;
2089         }
2090         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2091         if (use_lock)
2092                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2093         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2094         return ret;
2095 }
2096 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2097
2098 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2099 u32 get_random_u32(void)
2100 {
2101         u32 ret;
2102         bool use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2103         unsigned long flags = 0;
2104         struct batched_entropy *batch;
2105
2106         if (arch_get_random_int(&ret))
2107                 return ret;
2108
2109 #ifdef CONFIG_WARN_UNSEEDED_RANDOM
2110         if (!crng_ready())
2111                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_u32 called "
2112                        "with crng_init = %d\n", (void *) _RET_IP_, crng_init);
2113 #endif
2114
2115         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2116         if (use_lock)
2117                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2118         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2119                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2120                 batch->position = 0;
2121         }
2122         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2123         if (use_lock)
2124                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2125         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2126         return ret;
2127 }
2128 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2129
2130 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2131  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2132  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2133  * next usage. */
2134 static void invalidate_batched_entropy(void)
2135 {
2136         int cpu;
2137         unsigned long flags;
2138
2139         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2140         for_each_possible_cpu (cpu) {
2141                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2142                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2143         }
2144         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2145 }
2146
2147 /**
2148  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2149  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2150  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2151  *              random address must fall.
2152  *
2153  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2154  *
2155  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2156  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2157  *
2158  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2159  * @start is returned.
2160  */
2161 unsigned long
2162 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2163 {
2164         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2165                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2166                 start = PAGE_ALIGN(start);
2167         }
2168
2169         if (start > ULONG_MAX - range)
2170                 range = ULONG_MAX - start;
2171
2172         range >>= PAGE_SHIFT;
2173
2174         if (range == 0)
2175                 return start;
2176
2177         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2178 }
2179
2180 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2181  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2182  * when our pool is full.
2183  */
2184 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2185                                 size_t entropy)
2186 {
2187         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2188
2189         if (!crng_ready()) {
2190                 crng_fast_load(buffer, count);
2191                 return;
2192         }
2193
2194         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2195          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2196          * or when the calling thread is about to terminate.
2197          */
2198         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2199                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2200         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2201         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2202 }
2203 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);