random: fix possible sleeping allocation from irq context
[linux-2.6-microblaze.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/workqueue.h>
263 #include <linux/irq.h>
264 #include <linux/syscalls.h>
265 #include <linux/completion.h>
266 #include <linux/uuid.h>
267 #include <crypto/chacha20.h>
268
269 #include <asm/processor.h>
270 #include <linux/uaccess.h>
271 #include <asm/irq.h>
272 #include <asm/irq_regs.h>
273 #include <asm/io.h>
274
275 #define CREATE_TRACE_POINTS
276 #include <trace/events/random.h>
277
278 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
279
280 /*
281  * Configuration information
282  */
283 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
284 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
285 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
286 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
287 #define SEC_XFER_SIZE           512
288 #define EXTRACT_SIZE            10
289
290
291 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
292
293 /*
294  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
295  * denominated in units of 1/8th bits.
296  *
297  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
298  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
299  */
300 #define ENTROPY_SHIFT 3
301 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
302
303 /*
304  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
305  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
306  */
307 static int random_read_wakeup_bits = 64;
308
309 /*
310  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
311  * should wake up processes which are selecting or polling on write
312  * access to /dev/random.
313  */
314 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
315
316 /*
317  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
318  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
319  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
320  * to get the twisting happening as fast as possible.
321  *
322  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
323  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
324  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
325  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
326  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
327  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
328  * Simulation 4:254-266)
329  *
330  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
331  *
332  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
333  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
334  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
335  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
336  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
337  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
338  * attacker can construct inputs that will produce controlled
339  * alterations to the pool's state is not important because we don't
340  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
341  * property we need with respect to them is that the attacker can't
342  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
343  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
344  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
345  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
346  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
347  * decrease the uncertainty).
348  *
349  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
350  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
351  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
352  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
353  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
354  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
355  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
356  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
357  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
358  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
359  * irreducible, which we have made here.
360  */
361 static struct poolinfo {
362         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
363 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
364         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
365 } poolinfo_table[] = {
366         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
367         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
369         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
370         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
372 #if 0
373         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
374         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
375
376         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
377         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
378
379         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
380         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
381
382         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
383         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
384
385         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
386         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
387         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
388         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
389
390         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
391         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
392
393         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
394         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
395
396         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
397         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
398 #endif
399 };
400
401 /*
402  * Static global variables
403  */
404 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
406 static struct fasync_struct *fasync;
407
408 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
409 static LIST_HEAD(random_ready_list);
410
411 struct crng_state {
412         __u32           state[16];
413         unsigned long   init_time;
414         spinlock_t      lock;
415 };
416
417 struct crng_state primary_crng = {
418         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
419 };
420
421 /*
422  * crng_init =  0 --> Uninitialized
423  *              1 --> Initialized
424  *              2 --> Initialized from input_pool
425  *
426  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
427  * its value (from 0->1->2).
428  */
429 static int crng_init = 0;
430 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
431 static int crng_init_cnt = 0;
432 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
433 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
434 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
435                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS]);
436 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
437                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used);
438 static void process_random_ready_list(void);
439 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
440
441 /**********************************************************************
442  *
443  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
444  * storing entropy in an entropy pool.
445  *
446  **********************************************************************/
447
448 struct entropy_store;
449 struct entropy_store {
450         /* read-only data: */
451         const struct poolinfo *poolinfo;
452         __u32 *pool;
453         const char *name;
454         struct entropy_store *pull;
455         struct work_struct push_work;
456
457         /* read-write data: */
458         unsigned long last_pulled;
459         spinlock_t lock;
460         unsigned short add_ptr;
461         unsigned short input_rotate;
462         int entropy_count;
463         int entropy_total;
464         unsigned int initialized:1;
465         unsigned int last_data_init:1;
466         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
467 };
468
469 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
470                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
471 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
472                                 size_t nbytes, int fips);
473
474 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
475 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
476 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
477 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
478
479 static struct entropy_store input_pool = {
480         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
481         .name = "input",
482         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
483         .pool = input_pool_data
484 };
485
486 static struct entropy_store blocking_pool = {
487         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
488         .name = "blocking",
489         .pull = &input_pool,
490         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
491         .pool = blocking_pool_data,
492         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
493                                         push_to_pool),
494 };
495
496 static __u32 const twist_table[8] = {
497         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
498         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
499
500 /*
501  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
502  * update the entropy estimate.  The caller should call
503  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
504  *
505  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
506  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
507  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
508  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
509  */
510 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
511                             int nbytes)
512 {
513         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
514         int input_rotate;
515         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
516         const char *bytes = in;
517         __u32 w;
518
519         tap1 = r->poolinfo->tap1;
520         tap2 = r->poolinfo->tap2;
521         tap3 = r->poolinfo->tap3;
522         tap4 = r->poolinfo->tap4;
523         tap5 = r->poolinfo->tap5;
524
525         input_rotate = r->input_rotate;
526         i = r->add_ptr;
527
528         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
529         while (nbytes--) {
530                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
531                 i = (i - 1) & wordmask;
532
533                 /* XOR in the various taps */
534                 w ^= r->pool[i];
535                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
537                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
538                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
539                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
540
541                 /* Mix the result back in with a twist */
542                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
543
544                 /*
545                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
546                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
547                  * rotation, so that successive passes spread the
548                  * input bits across the pool evenly.
549                  */
550                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
551         }
552
553         r->input_rotate = input_rotate;
554         r->add_ptr = i;
555 }
556
557 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
558                              int nbytes)
559 {
560         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
561         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
562 }
563
564 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
565                            int nbytes)
566 {
567         unsigned long flags;
568
569         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
570         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
571         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
572         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
573 }
574
575 struct fast_pool {
576         __u32           pool[4];
577         unsigned long   last;
578         unsigned short  reg_idx;
579         unsigned char   count;
580 };
581
582 /*
583  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
584  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
585  * locks that might be needed are taken by the caller.
586  */
587 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
588 {
589         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
590         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
591
592         a += b;                 c += d;
593         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
594         d ^= a;                 b ^= c;
595
596         a += b;                 c += d;
597         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
598         d ^= a;                 b ^= c;
599
600         a += b;                 c += d;
601         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
602         d ^= a;                 b ^= c;
603
604         a += b;                 c += d;
605         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
606         d ^= a;                 b ^= c;
607
608         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
609         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
610         f->count++;
611 }
612
613 static void process_random_ready_list(void)
614 {
615         unsigned long flags;
616         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
617
618         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
619         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
620                 struct module *owner = rdy->owner;
621
622                 list_del_init(&rdy->list);
623                 rdy->func(rdy);
624                 module_put(owner);
625         }
626         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
627 }
628
629 /*
630  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
631  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
632  * or otherwise should be checked for extreme values.
633  */
634 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
635 {
636         int entropy_count, orig;
637         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
638         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
639
640         if (!nbits)
641                 return;
642
643 retry:
644         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
645         if (nfrac < 0) {
646                 /* Debit */
647                 entropy_count += nfrac;
648         } else {
649                 /*
650                  * Credit: we have to account for the possibility of
651                  * overwriting already present entropy.  Even in the
652                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
653                  * approach the full value asymptotically:
654                  *
655                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
656                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
657                  *
658                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
659                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
660                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
661                  * so we can approximate the exponential with
662                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
663                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
664                  *
665                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
666                  * prevent rounding artifacts from making the loop
667                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
668                  * turns no matter how large nbits is.
669                  */
670                 int pnfrac = nfrac;
671                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
672                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
673
674                 do {
675                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
676                         unsigned int add =
677                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
678
679                         entropy_count += add;
680                         pnfrac -= anfrac;
681                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
682         }
683
684         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
685                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
686                         r->name, entropy_count);
687                 WARN_ON(1);
688                 entropy_count = 0;
689         } else if (entropy_count > pool_size)
690                 entropy_count = pool_size;
691         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
692                 goto retry;
693
694         r->entropy_total += nbits;
695         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
696                 r->initialized = 1;
697                 r->entropy_total = 0;
698         }
699
700         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
701                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
702                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
703
704         if (r == &input_pool) {
705                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
706
707                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
708                         crng_reseed(&primary_crng, r);
709                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
710                 }
711
712                 /* should we wake readers? */
713                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits &&
714                     wq_has_sleeper(&random_read_wait)) {
715                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
716                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
717                 }
718                 /* If the input pool is getting full, send some
719                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
720                  */
721                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
722                     r->initialized &&
723                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
724                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
725
726                         if (other->entropy_count <=
727                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
728                                 schedule_work(&other->push_work);
729                                 r->entropy_total = 0;
730                         }
731                 }
732         }
733 }
734
735 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
736 {
737         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
738
739         if (nbits < 0)
740                 return -EINVAL;
741
742         /* Cap the value to avoid overflows */
743         nbits = min(nbits,  nbits_max);
744
745         credit_entropy_bits(r, nbits);
746         return 0;
747 }
748
749 /*********************************************************************
750  *
751  * CRNG using CHACHA20
752  *
753  *********************************************************************/
754
755 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
756
757 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
758
759 #ifdef CONFIG_NUMA
760 /*
761  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
762  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
763  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
764  * their brain damage.
765  */
766 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
767 #endif
768
769 static void invalidate_batched_entropy(void);
770
771 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
772 {
773         int             i;
774         unsigned long   rv;
775
776         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
777         if (crng == &primary_crng)
778                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
779                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
780         else
781                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
782         for (i = 4; i < 16; i++) {
783                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
784                     !arch_get_random_long(&rv))
785                         rv = random_get_entropy();
786                 crng->state[i] ^= rv;
787         }
788         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
789 }
790
791 #ifdef CONFIG_NUMA
792 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
793 {
794         int i;
795         struct crng_state *crng;
796         struct crng_state **pool;
797
798         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
799         for_each_online_node(i) {
800                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
801                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
802                 spin_lock_init(&crng->lock);
803                 crng_initialize(crng);
804                 pool[i] = crng;
805         }
806         mb();
807         if (cmpxchg(&crng_node_pool, NULL, pool)) {
808                 for_each_node(i)
809                         kfree(pool[i]);
810                 kfree(pool);
811         }
812 }
813
814 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
815
816 static void numa_crng_init(void)
817 {
818         schedule_work(&numa_crng_init_work);
819 }
820 #else
821 static void numa_crng_init(void) {}
822 #endif
823
824 /*
825  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
826  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
827  */
828 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
829 {
830         unsigned long flags;
831         char *p;
832
833         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
834                 return 0;
835         if (crng_init != 0) {
836                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
837                 return 0;
838         }
839         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
840         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
841                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
842                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
843         }
844         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
845         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
846                 invalidate_batched_entropy();
847                 crng_init = 1;
848                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
849                 pr_notice("random: fast init done\n");
850         }
851         return 1;
852 }
853
854 /*
855  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
856  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
857  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
858  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
859  * crng_fast_load().
860  *
861  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
862  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
863  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
864  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
865  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
866  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
867  */
868 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
869 {
870         unsigned long           flags;
871         static unsigned char    lfsr = 1;
872         unsigned char           tmp;
873         unsigned                i, max = CHACHA20_KEY_SIZE;
874         const char *            src_buf = cp;
875         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
876
877         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
878                 return 0;
879         if (crng_init != 0) {
880                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
881                 return 0;
882         }
883         if (len > max)
884                 max = len;
885
886         for (i = 0; i < max ; i++) {
887                 tmp = lfsr;
888                 lfsr >>= 1;
889                 if (tmp & 1)
890                         lfsr ^= 0xE1;
891                 tmp = dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE];
892                 dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
893                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
894         }
895         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
896         return 1;
897 }
898
899 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
900 {
901         unsigned long   flags;
902         int             i, num;
903         union {
904                 __u32   block[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
905                 __u32   key[8];
906         } buf;
907
908         if (r) {
909                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
910                 if (num == 0)
911                         return;
912         } else {
913                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
914                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
915                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
916         }
917         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
918         for (i = 0; i < 8; i++) {
919                 unsigned long   rv;
920                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
921                     !arch_get_random_long(&rv))
922                         rv = random_get_entropy();
923                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
924         }
925         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
926         crng->init_time = jiffies;
927         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
928         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
929                 invalidate_batched_entropy();
930                 numa_crng_init();
931                 crng_init = 2;
932                 process_random_ready_list();
933                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
934                 pr_notice("random: crng init done\n");
935         }
936 }
937
938 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
939                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
940 {
941         unsigned long v, flags;
942
943         if (crng_ready() &&
944             (time_after(crng_global_init_time, crng->init_time) ||
945              time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL)))
946                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
947         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
948         if (arch_get_random_long(&v))
949                 crng->state[14] ^= v;
950         chacha20_block(&crng->state[0], out);
951         if (crng->state[12] == 0)
952                 crng->state[13]++;
953         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
954 }
955
956 static void extract_crng(__u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
957 {
958         struct crng_state *crng = NULL;
959
960 #ifdef CONFIG_NUMA
961         if (crng_node_pool)
962                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
963         if (crng == NULL)
964 #endif
965                 crng = &primary_crng;
966         _extract_crng(crng, out);
967 }
968
969 /*
970  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
971  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
972  */
973 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
974                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
975 {
976         unsigned long   flags;
977         __u32           *s, *d;
978         int             i;
979
980         used = round_up(used, sizeof(__u32));
981         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
982                 extract_crng(tmp);
983                 used = 0;
984         }
985         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
986         s = &tmp[used / sizeof(__u32)];
987         d = &crng->state[4];
988         for (i=0; i < 8; i++)
989                 *d++ ^= *s++;
990         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
991 }
992
993 static void crng_backtrack_protect(__u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
994 {
995         struct crng_state *crng = NULL;
996
997 #ifdef CONFIG_NUMA
998         if (crng_node_pool)
999                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1000         if (crng == NULL)
1001 #endif
1002                 crng = &primary_crng;
1003         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
1004 }
1005
1006 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1007 {
1008         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1009         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1010         int large_request = (nbytes > 256);
1011
1012         while (nbytes) {
1013                 if (large_request && need_resched()) {
1014                         if (signal_pending(current)) {
1015                                 if (ret == 0)
1016                                         ret = -ERESTARTSYS;
1017                                 break;
1018                         }
1019                         schedule();
1020                 }
1021
1022                 extract_crng(tmp);
1023                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1024                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1025                         ret = -EFAULT;
1026                         break;
1027                 }
1028
1029                 nbytes -= i;
1030                 buf += i;
1031                 ret += i;
1032         }
1033         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1034
1035         /* Wipe data just written to memory */
1036         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1037
1038         return ret;
1039 }
1040
1041
1042 /*********************************************************************
1043  *
1044  * Entropy input management
1045  *
1046  *********************************************************************/
1047
1048 /* There is one of these per entropy source */
1049 struct timer_rand_state {
1050         cycles_t last_time;
1051         long last_delta, last_delta2;
1052 };
1053
1054 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1055
1056 /*
1057  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1058  * initialize it.
1059  *
1060  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1061  * the entropy pool having similar initial state across largely
1062  * identical devices.
1063  */
1064 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1065 {
1066         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1067         unsigned long flags;
1068
1069         if (!crng_ready() && size)
1070                 crng_slow_load(buf, size);
1071
1072         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1073         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1074         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1075         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1076         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1077 }
1078 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1079
1080 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1081
1082 /*
1083  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1084  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1085  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1086  *
1087  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1088  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1089  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1090  *
1091  */
1092 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1093 {
1094         struct entropy_store    *r;
1095         struct {
1096                 long jiffies;
1097                 unsigned cycles;
1098                 unsigned num;
1099         } sample;
1100         long delta, delta2, delta3;
1101
1102         preempt_disable();
1103
1104         sample.jiffies = jiffies;
1105         sample.cycles = random_get_entropy();
1106         sample.num = num;
1107         r = &input_pool;
1108         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1109
1110         /*
1111          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1112          * We take into account the first, second and third-order deltas
1113          * in order to make our estimate.
1114          */
1115         delta = sample.jiffies - state->last_time;
1116         state->last_time = sample.jiffies;
1117
1118         delta2 = delta - state->last_delta;
1119         state->last_delta = delta;
1120
1121         delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1122         state->last_delta2 = delta2;
1123
1124         if (delta < 0)
1125                 delta = -delta;
1126         if (delta2 < 0)
1127                 delta2 = -delta2;
1128         if (delta3 < 0)
1129                 delta3 = -delta3;
1130         if (delta > delta2)
1131                 delta = delta2;
1132         if (delta > delta3)
1133                 delta = delta3;
1134
1135         /*
1136          * delta is now minimum absolute delta.
1137          * Round down by 1 bit on general principles,
1138          * and limit entropy entimate to 12 bits.
1139          */
1140         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1141
1142         preempt_enable();
1143 }
1144
1145 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1146                                  unsigned int value)
1147 {
1148         static unsigned char last_value;
1149
1150         /* ignore autorepeat and the like */
1151         if (value == last_value)
1152                 return;
1153
1154         last_value = value;
1155         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1156                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1157         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1158 }
1159 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1160
1161 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1162
1163 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1164 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1165
1166 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1167 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1168
1169 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1170 {
1171         long delta = random_get_entropy() - start;
1172
1173         /* Use a weighted moving average */
1174         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1175         avg_cycles += delta;
1176         /* And average deviation */
1177         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1178         avg_deviation += delta;
1179 }
1180 #else
1181 #define add_interrupt_bench(x)
1182 #endif
1183
1184 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1185 {
1186         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1187         unsigned int idx;
1188
1189         if (regs == NULL)
1190                 return 0;
1191         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1192         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1193                 idx = 0;
1194         ptr += idx++;
1195         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1196         return *ptr;
1197 }
1198
1199 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1200 {
1201         struct entropy_store    *r;
1202         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1203         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1204         unsigned long           now = jiffies;
1205         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1206         __u32                   c_high, j_high;
1207         __u64                   ip;
1208         unsigned long           seed;
1209         int                     credit = 0;
1210
1211         if (cycles == 0)
1212                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1213         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1214         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1215         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1216         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1217         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1218         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1219         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1220                 get_reg(fast_pool, regs);
1221
1222         fast_mix(fast_pool);
1223         add_interrupt_bench(cycles);
1224
1225         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1226                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1227                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1228                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1229                         fast_pool->count = 0;
1230                         fast_pool->last = now;
1231                 }
1232                 return;
1233         }
1234
1235         if ((fast_pool->count < 64) &&
1236             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1237                 return;
1238
1239         r = &input_pool;
1240         if (!spin_trylock(&r->lock))
1241                 return;
1242
1243         fast_pool->last = now;
1244         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1245
1246         /*
1247          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1248          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1249          * architectural seed generator dominate the input from the
1250          * interrupt noise.
1251          */
1252         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1253                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1254                 credit = 1;
1255         }
1256         spin_unlock(&r->lock);
1257
1258         fast_pool->count = 0;
1259
1260         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1261         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1262 }
1263 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1264
1265 #ifdef CONFIG_BLOCK
1266 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1267 {
1268         if (!disk || !disk->random)
1269                 return;
1270         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1271         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1272         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1273 }
1274 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1275 #endif
1276
1277 /*********************************************************************
1278  *
1279  * Entropy extraction routines
1280  *
1281  *********************************************************************/
1282
1283 /*
1284  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1285  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1286  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1287  */
1288 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1289 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1290 {
1291         if (!r->pull ||
1292             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1293             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1294                 return;
1295
1296         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1297 }
1298
1299 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1300 {
1301         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1302
1303         int bytes = nbytes;
1304
1305         /* pull at least as much as a wakeup */
1306         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1307         /* but never more than the buffer size */
1308         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1309
1310         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1311                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1312         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1313                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1314         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1315         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1316 }
1317
1318 /*
1319  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1320  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1321  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1322  * of letting it go to waste.
1323  */
1324 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1325 {
1326         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1327                                               push_work);
1328         BUG_ON(!r);
1329         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1330         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1331                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1332 }
1333
1334 /*
1335  * This function decides how many bytes to actually take from the
1336  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1337  */
1338 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1339                       int reserved)
1340 {
1341         int entropy_count, orig, have_bytes;
1342         size_t ibytes, nfrac;
1343
1344         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1345
1346         /* Can we pull enough? */
1347 retry:
1348         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1349         ibytes = nbytes;
1350         /* never pull more than available */
1351         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1352
1353         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1354                 have_bytes = 0;
1355         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1356         if (ibytes < min)
1357                 ibytes = 0;
1358
1359         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1360                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1361                         r->name, entropy_count);
1362                 WARN_ON(1);
1363                 entropy_count = 0;
1364         }
1365         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1366         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1367                 entropy_count -= nfrac;
1368         else
1369                 entropy_count = 0;
1370
1371         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1372                 goto retry;
1373
1374         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1375         if (ibytes &&
1376             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1377                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1378                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1379         }
1380
1381         return ibytes;
1382 }
1383
1384 /*
1385  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1386  * extract_entropy_user.
1387  *
1388  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1389  */
1390 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1391 {
1392         int i;
1393         union {
1394                 __u32 w[5];
1395                 unsigned long l[LONGS(20)];
1396         } hash;
1397         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1398         unsigned long flags;
1399
1400         /*
1401          * If we have an architectural hardware random number
1402          * generator, use it for SHA's initial vector
1403          */
1404         sha_init(hash.w);
1405         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1406                 unsigned long v;
1407                 if (!arch_get_random_long(&v))
1408                         break;
1409                 hash.l[i] = v;
1410         }
1411
1412         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1413         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1414         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1415                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1416
1417         /*
1418          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1419          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1420          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1421          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1422          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1423          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1424          * hash.
1425          */
1426         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1427         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1428
1429         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1430
1431         /*
1432          * In case the hash function has some recognizable output
1433          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1434          * twice as much data as we output.
1435          */
1436         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1437         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1438         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1439
1440         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1441         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1442 }
1443
1444 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1445                                 size_t nbytes, int fips)
1446 {
1447         ssize_t ret = 0, i;
1448         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1449         unsigned long flags;
1450
1451         while (nbytes) {
1452                 extract_buf(r, tmp);
1453
1454                 if (fips) {
1455                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1456                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1457                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1458                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1459                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1460                 }
1461                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1462                 memcpy(buf, tmp, i);
1463                 nbytes -= i;
1464                 buf += i;
1465                 ret += i;
1466         }
1467
1468         /* Wipe data just returned from memory */
1469         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1470
1471         return ret;
1472 }
1473
1474 /*
1475  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1476  * returns it in a buffer.
1477  *
1478  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1479  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1480  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1481  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1482  */
1483 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1484                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1485 {
1486         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1487         unsigned long flags;
1488
1489         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1490         if (fips_enabled) {
1491                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1492                 if (!r->last_data_init) {
1493                         r->last_data_init = 1;
1494                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1495                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1496                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1497                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1498                         extract_buf(r, tmp);
1499                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1500                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1501                 }
1502                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1503         }
1504
1505         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1506         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1507         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1508
1509         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1510 }
1511
1512 /*
1513  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1514  * returns it in a userspace buffer.
1515  */
1516 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1517                                     size_t nbytes)
1518 {
1519         ssize_t ret = 0, i;
1520         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1521         int large_request = (nbytes > 256);
1522
1523         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1524         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1525         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1526
1527         while (nbytes) {
1528                 if (large_request && need_resched()) {
1529                         if (signal_pending(current)) {
1530                                 if (ret == 0)
1531                                         ret = -ERESTARTSYS;
1532                                 break;
1533                         }
1534                         schedule();
1535                 }
1536
1537                 extract_buf(r, tmp);
1538                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1539                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1540                         ret = -EFAULT;
1541                         break;
1542                 }
1543
1544                 nbytes -= i;
1545                 buf += i;
1546                 ret += i;
1547         }
1548
1549         /* Wipe data just returned from memory */
1550         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1551
1552         return ret;
1553 }
1554
1555 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1556         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1557
1558 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1559                                       void **previous)
1560 {
1561 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1562         const bool print_once = false;
1563 #else
1564         static bool print_once __read_mostly;
1565 #endif
1566
1567         if (print_once ||
1568             crng_ready() ||
1569             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1570                 return;
1571         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1572 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1573         print_once = true;
1574 #endif
1575         pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1576                   func_name, caller, crng_init);
1577 }
1578
1579 /*
1580  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1581  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1582  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1583  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1584  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1585  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1586  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1587  * at any point prior.
1588  */
1589 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1590 {
1591         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1592
1593         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1594
1595         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1596                 extract_crng(buf);
1597                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1598                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1599         }
1600
1601         if (nbytes > 0) {
1602                 extract_crng(tmp);
1603                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1604                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1605         } else
1606                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1607         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1608 }
1609
1610 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1611 {
1612         static void *previous;
1613
1614         warn_unseeded_randomness(&previous);
1615         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1616 }
1617 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1618
1619 /*
1620  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1621  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1622  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1623  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1624  * this function forfeits the guarantee of security.
1625  *
1626  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1627  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1628  */
1629 int wait_for_random_bytes(void)
1630 {
1631         if (likely(crng_ready()))
1632                 return 0;
1633         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1634 }
1635 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1636
1637 /*
1638  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1639  * pool is initialised.
1640  *
1641  * returns: 0 if callback is successfully added
1642  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1643  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1644  */
1645 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1646 {
1647         struct module *owner;
1648         unsigned long flags;
1649         int err = -EALREADY;
1650
1651         if (crng_ready())
1652                 return err;
1653
1654         owner = rdy->owner;
1655         if (!try_module_get(owner))
1656                 return -ENOENT;
1657
1658         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1659         if (crng_ready())
1660                 goto out;
1661
1662         owner = NULL;
1663
1664         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1665         err = 0;
1666
1667 out:
1668         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1669
1670         module_put(owner);
1671
1672         return err;
1673 }
1674 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1675
1676 /*
1677  * Delete a previously registered readiness callback function.
1678  */
1679 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1680 {
1681         unsigned long flags;
1682         struct module *owner = NULL;
1683
1684         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1685         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1686                 list_del_init(&rdy->list);
1687                 owner = rdy->owner;
1688         }
1689         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1690
1691         module_put(owner);
1692 }
1693 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1694
1695 /*
1696  * This function will use the architecture-specific hardware random
1697  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1698  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1699  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1700  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1701  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1702  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1703  * have put in a back door.
1704  */
1705 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1706 {
1707         char *p = buf;
1708
1709         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1710         while (nbytes) {
1711                 unsigned long v;
1712                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1713
1714                 if (!arch_get_random_long(&v))
1715                         break;
1716                 
1717                 memcpy(p, &v, chunk);
1718                 p += chunk;
1719                 nbytes -= chunk;
1720         }
1721
1722         if (nbytes)
1723                 get_random_bytes(p, nbytes);
1724 }
1725 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1726
1727
1728 /*
1729  * init_std_data - initialize pool with system data
1730  *
1731  * @r: pool to initialize
1732  *
1733  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1734  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1735  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1736  */
1737 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1738 {
1739         int i;
1740         ktime_t now = ktime_get_real();
1741         unsigned long rv;
1742
1743         r->last_pulled = jiffies;
1744         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1745         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1746                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1747                     !arch_get_random_long(&rv))
1748                         rv = random_get_entropy();
1749                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1750         }
1751         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1756  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1757  * with some platform dependent data very early in the boot
1758  * process. But it limits our options here. We must use
1759  * statically allocated structures that already have all
1760  * initializations complete at compile time. We should also
1761  * take care not to overwrite the precious per platform data
1762  * we were given.
1763  */
1764 static int rand_initialize(void)
1765 {
1766         init_std_data(&input_pool);
1767         init_std_data(&blocking_pool);
1768         crng_initialize(&primary_crng);
1769         crng_global_init_time = jiffies;
1770         return 0;
1771 }
1772 early_initcall(rand_initialize);
1773
1774 #ifdef CONFIG_BLOCK
1775 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1776 {
1777         struct timer_rand_state *state;
1778
1779         /*
1780          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1781          * source.
1782          */
1783         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1784         if (state) {
1785                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1786                 disk->random = state;
1787         }
1788 }
1789 #endif
1790
1791 static ssize_t
1792 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1793 {
1794         ssize_t n;
1795
1796         if (nbytes == 0)
1797                 return 0;
1798
1799         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1800         while (1) {
1801                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1802                 if (n < 0)
1803                         return n;
1804                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1805                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1806                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1807                 if (n > 0)
1808                         return n;
1809
1810                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1811                 if (nonblock)
1812                         return -EAGAIN;
1813
1814                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1815                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1816                         random_read_wakeup_bits);
1817                 if (signal_pending(current))
1818                         return -ERESTARTSYS;
1819         }
1820 }
1821
1822 static ssize_t
1823 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1824 {
1825         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1826 }
1827
1828 static ssize_t
1829 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1830 {
1831         unsigned long flags;
1832         static int maxwarn = 10;
1833         int ret;
1834
1835         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1836                 maxwarn--;
1837                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1838                        "(%zd bytes read)\n",
1839                        current->comm, nbytes);
1840                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1841                 crng_init_cnt = 0;
1842                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1843         }
1844         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1845         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1846         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1847         return ret;
1848 }
1849
1850 static __poll_t
1851 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1852 {
1853         __poll_t mask;
1854
1855         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1856         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1857         mask = 0;
1858         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1859                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1860         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1861                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1862         return mask;
1863 }
1864
1865 static int
1866 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1867 {
1868         size_t bytes;
1869         __u32 buf[16];
1870         const char __user *p = buffer;
1871
1872         while (count > 0) {
1873                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1874                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1875                         return -EFAULT;
1876
1877                 count -= bytes;
1878                 p += bytes;
1879
1880                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1881                 cond_resched();
1882         }
1883
1884         return 0;
1885 }
1886
1887 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1888                             size_t count, loff_t *ppos)
1889 {
1890         size_t ret;
1891
1892         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1893         if (ret)
1894                 return ret;
1895
1896         return (ssize_t)count;
1897 }
1898
1899 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1900 {
1901         int size, ent_count;
1902         int __user *p = (int __user *)arg;
1903         int retval;
1904
1905         switch (cmd) {
1906         case RNDGETENTCNT:
1907                 /* inherently racy, no point locking */
1908                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1909                 if (put_user(ent_count, p))
1910                         return -EFAULT;
1911                 return 0;
1912         case RNDADDTOENTCNT:
1913                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1914                         return -EPERM;
1915                 if (get_user(ent_count, p))
1916                         return -EFAULT;
1917                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1918         case RNDADDENTROPY:
1919                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1920                         return -EPERM;
1921                 if (get_user(ent_count, p++))
1922                         return -EFAULT;
1923                 if (ent_count < 0)
1924                         return -EINVAL;
1925                 if (get_user(size, p++))
1926                         return -EFAULT;
1927                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1928                                     size);
1929                 if (retval < 0)
1930                         return retval;
1931                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1932         case RNDZAPENTCNT:
1933         case RNDCLEARPOOL:
1934                 /*
1935                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1936                  * the entropy pool, as that's silly.
1937                  */
1938                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1939                         return -EPERM;
1940                 input_pool.entropy_count = 0;
1941                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1942                 return 0;
1943         case RNDRESEEDCRNG:
1944                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1945                         return -EPERM;
1946                 if (crng_init < 2)
1947                         return -ENODATA;
1948                 crng_reseed(&primary_crng, NULL);
1949                 crng_global_init_time = jiffies - 1;
1950                 return 0;
1951         default:
1952                 return -EINVAL;
1953         }
1954 }
1955
1956 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1957 {
1958         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1959 }
1960
1961 const struct file_operations random_fops = {
1962         .read  = random_read,
1963         .write = random_write,
1964         .poll  = random_poll,
1965         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1966         .fasync = random_fasync,
1967         .llseek = noop_llseek,
1968 };
1969
1970 const struct file_operations urandom_fops = {
1971         .read  = urandom_read,
1972         .write = random_write,
1973         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1974         .fasync = random_fasync,
1975         .llseek = noop_llseek,
1976 };
1977
1978 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1979                 unsigned int, flags)
1980 {
1981         int ret;
1982
1983         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1984                 return -EINVAL;
1985
1986         if (count > INT_MAX)
1987                 count = INT_MAX;
1988
1989         if (flags & GRND_RANDOM)
1990                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1991
1992         if (!crng_ready()) {
1993                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1994                         return -EAGAIN;
1995                 ret = wait_for_random_bytes();
1996                 if (unlikely(ret))
1997                         return ret;
1998         }
1999         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
2000 }
2001
2002 /********************************************************************
2003  *
2004  * Sysctl interface
2005  *
2006  ********************************************************************/
2007
2008 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2009
2010 #include <linux/sysctl.h>
2011
2012 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
2013 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
2014 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2015 static int random_min_urandom_seed = 60;
2016 static char sysctl_bootid[16];
2017
2018 /*
2019  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2020  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2021  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2022  *
2023  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2024  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2025  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2026  */
2027 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2028                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2029 {
2030         struct ctl_table fake_table;
2031         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2032
2033         uuid = table->data;
2034         if (!uuid) {
2035                 uuid = tmp_uuid;
2036                 generate_random_uuid(uuid);
2037         } else {
2038                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2039
2040                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2041                 if (!uuid[8])
2042                         generate_random_uuid(uuid);
2043                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2044         }
2045
2046         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2047
2048         fake_table.data = buf;
2049         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2050
2051         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2052 }
2053
2054 /*
2055  * Return entropy available scaled to integral bits
2056  */
2057 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2058                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2059 {
2060         struct ctl_table fake_table;
2061         int entropy_count;
2062
2063         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2064
2065         fake_table.data = &entropy_count;
2066         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2067
2068         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2069 }
2070
2071 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2072 extern struct ctl_table random_table[];
2073 struct ctl_table random_table[] = {
2074         {
2075                 .procname       = "poolsize",
2076                 .data           = &sysctl_poolsize,
2077                 .maxlen         = sizeof(int),
2078                 .mode           = 0444,
2079                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2080         },
2081         {
2082                 .procname       = "entropy_avail",
2083                 .maxlen         = sizeof(int),
2084                 .mode           = 0444,
2085                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2086                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2087         },
2088         {
2089                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2090                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2091                 .maxlen         = sizeof(int),
2092                 .mode           = 0644,
2093                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2094                 .extra1         = &min_read_thresh,
2095                 .extra2         = &max_read_thresh,
2096         },
2097         {
2098                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2099                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2100                 .maxlen         = sizeof(int),
2101                 .mode           = 0644,
2102                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2103                 .extra1         = &min_write_thresh,
2104                 .extra2         = &max_write_thresh,
2105         },
2106         {
2107                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2108                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2109                 .maxlen         = sizeof(int),
2110                 .mode           = 0644,
2111                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2112         },
2113         {
2114                 .procname       = "boot_id",
2115                 .data           = &sysctl_bootid,
2116                 .maxlen         = 16,
2117                 .mode           = 0444,
2118                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2119         },
2120         {
2121                 .procname       = "uuid",
2122                 .maxlen         = 16,
2123                 .mode           = 0444,
2124                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2125         },
2126 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2127         {
2128                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2129                 .data           = &avg_cycles,
2130                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2131                 .mode           = 0444,
2132                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2133         },
2134         {
2135                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2136                 .data           = &avg_deviation,
2137                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2138                 .mode           = 0444,
2139                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2140         },
2141 #endif
2142         { }
2143 };
2144 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2145
2146 struct batched_entropy {
2147         union {
2148                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2149                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2150         };
2151         unsigned int position;
2152 };
2153 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2154
2155 /*
2156  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2157  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2158  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2159  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2160  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2161  * at any point prior.
2162  */
2163 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2164 u64 get_random_u64(void)
2165 {
2166         u64 ret;
2167         bool use_lock;
2168         unsigned long flags = 0;
2169         struct batched_entropy *batch;
2170         static void *previous;
2171
2172 #if BITS_PER_LONG == 64
2173         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2174                 return ret;
2175 #else
2176         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2177             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2178             return ret;
2179 #endif
2180
2181         warn_unseeded_randomness(&previous);
2182
2183         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2184         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2185         if (use_lock)
2186                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2187         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2188                 extract_crng((__u32 *)batch->entropy_u64);
2189                 batch->position = 0;
2190         }
2191         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2192         if (use_lock)
2193                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2194         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2195         return ret;
2196 }
2197 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2198
2199 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2200 u32 get_random_u32(void)
2201 {
2202         u32 ret;
2203         bool use_lock;
2204         unsigned long flags = 0;
2205         struct batched_entropy *batch;
2206         static void *previous;
2207
2208         if (arch_get_random_int(&ret))
2209                 return ret;
2210
2211         warn_unseeded_randomness(&previous);
2212
2213         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2214         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2215         if (use_lock)
2216                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2217         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2218                 extract_crng(batch->entropy_u32);
2219                 batch->position = 0;
2220         }
2221         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2222         if (use_lock)
2223                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2224         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2225         return ret;
2226 }
2227 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2228
2229 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2230  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2231  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2232  * next usage. */
2233 static void invalidate_batched_entropy(void)
2234 {
2235         int cpu;
2236         unsigned long flags;
2237
2238         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2239         for_each_possible_cpu (cpu) {
2240                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2241                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2242         }
2243         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2244 }
2245
2246 /**
2247  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2248  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2249  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2250  *              random address must fall.
2251  *
2252  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2253  *
2254  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2255  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2256  *
2257  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2258  * @start is returned.
2259  */
2260 unsigned long
2261 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2262 {
2263         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2264                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2265                 start = PAGE_ALIGN(start);
2266         }
2267
2268         if (start > ULONG_MAX - range)
2269                 range = ULONG_MAX - start;
2270
2271         range >>= PAGE_SHIFT;
2272
2273         if (range == 0)
2274                 return start;
2275
2276         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2277 }
2278
2279 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2280  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2281  * when our pool is full.
2282  */
2283 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2284                                 size_t entropy)
2285 {
2286         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2287
2288         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2289                 crng_fast_load(buffer, count);
2290                 return;
2291         }
2292
2293         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2294          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2295          * or when the calling thread is about to terminate.
2296          */
2297         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2298                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2299         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2300         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2301 }
2302 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);