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