Merge tag 'audit-pr-20200226' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/pcmoor...
[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 four exported interfaces; two for use within the kernel,
105  * and two or use from userspace.
106  *
107  * Exported interfaces ---- userspace output
108  * -----------------------------------------
109  *
110  * The userspace interfaces are two character devices /dev/random and
111  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
112  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
113  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
114  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
115  * contained in the entropy pool.
116  *
117  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
118  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
119  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
120  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
121  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
122  *
123  * Exported interfaces ---- kernel output
124  * --------------------------------------
125  *
126  * The primary kernel interface is
127  *
128  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
129  *
130  * This interface will return the requested number of random bytes,
131  * and place it in the requested buffer.  This is equivalent to a
132  * read from /dev/urandom.
133  *
134  * For less critical applications, there are the functions:
135  *
136  *      u32 get_random_u32()
137  *      u64 get_random_u64()
138  *      unsigned int get_random_int()
139  *      unsigned long get_random_long()
140  *
141  * These are produced by a cryptographic RNG seeded from get_random_bytes,
142  * and so do not deplete the entropy pool as much.  These are recommended
143  * for most in-kernel operations *if the result is going to be stored in
144  * the kernel*.
145  *
146  * Specifically, the get_random_int() family do not attempt to do
147  * "anti-backtracking".  If you capture the state of the kernel (e.g.
148  * by snapshotting the VM), you can figure out previous get_random_int()
149  * return values.  But if the value is stored in the kernel anyway,
150  * this is not a problem.
151  *
152  * It *is* safe to expose get_random_int() output to attackers (e.g. as
153  * network cookies); given outputs 1..n, it's not feasible to predict
154  * outputs 0 or n+1.  The only concern is an attacker who breaks into
155  * the kernel later; the get_random_int() engine is not reseeded as
156  * often as the get_random_bytes() one.
157  *
158  * get_random_bytes() is needed for keys that need to stay secret after
159  * they are erased from the kernel.  For example, any key that will
160  * be wrapped and stored encrypted.  And session encryption keys: we'd
161  * like to know that after the session is closed and the keys erased,
162  * the plaintext is unrecoverable to someone who recorded the ciphertext.
163  *
164  * But for network ports/cookies, stack canaries, PRNG seeds, address
165  * space layout randomization, session *authentication* keys, or other
166  * applications where the sensitive data is stored in the kernel in
167  * plaintext for as long as it's sensitive, the get_random_int() family
168  * is just fine.
169  *
170  * Consider ASLR.  We want to keep the address space secret from an
171  * outside attacker while the process is running, but once the address
172  * space is torn down, it's of no use to an attacker any more.  And it's
173  * stored in kernel data structures as long as it's alive, so worrying
174  * about an attacker's ability to extrapolate it from the get_random_int()
175  * CRNG is silly.
176  *
177  * Even some cryptographic keys are safe to generate with get_random_int().
178  * In particular, keys for SipHash are generally fine.  Here, knowledge
179  * of the key authorizes you to do something to a kernel object (inject
180  * packets to a network connection, or flood a hash table), and the
181  * key is stored with the object being protected.  Once it goes away,
182  * we no longer care if anyone knows the key.
183  *
184  * prandom_u32()
185  * -------------
186  *
187  * For even weaker applications, see the pseudorandom generator
188  * prandom_u32(), prandom_max(), and prandom_bytes().  If the random
189  * numbers aren't security-critical at all, these are *far* cheaper.
190  * Useful for self-tests, random error simulation, randomized backoffs,
191  * and any other application where you trust that nobody is trying to
192  * maliciously mess with you by guessing the "random" numbers.
193  *
194  * Exported interfaces ---- input
195  * ==============================
196  *
197  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
198  * from the devices are:
199  *
200  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
201  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
202  *                                unsigned int value);
203  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
204  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
205  *
206  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
207  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
208  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
209  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
210  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
211  * that might otherwise be identical and have very little entropy
212  * available to them (particularly common in the embedded world).
213  *
214  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
215  * the event type information from the hardware.
216  *
217  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
218  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
219  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
220  *
221  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
222  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
223  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
224  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
225  * times are usually fairly consistent.
226  *
227  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
228  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
229  * first and second order deltas of the event timings.
230  *
231  * Ensuring unpredictability at system startup
232  * ============================================
233  *
234  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
235  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
236  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
237  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
238  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
239  * counteract this effect, it helps to carry information in the
240  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
241  * following lines an appropriate script which is run during the boot
242  * sequence:
243  *
244  *      echo "Initializing random number generator..."
245  *      random_seed=/var/run/random-seed
246  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
247  *      # Load and then save the whole entropy pool
248  *      if [ -f $random_seed ]; then
249  *              cat $random_seed >/dev/urandom
250  *      else
251  *              touch $random_seed
252  *      fi
253  *      chmod 600 $random_seed
254  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
255  *
256  * and the following lines in an appropriate script which is run as
257  * the system is shutdown:
258  *
259  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
260  *      # Save the whole entropy pool
261  *      echo "Saving random seed..."
262  *      random_seed=/var/run/random-seed
263  *      touch $random_seed
264  *      chmod 600 $random_seed
265  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
266  *
267  * For example, on most modern systems using the System V init
268  * scripts, such code fragments would be found in
269  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
270  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
271  *
272  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
273  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
274  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
275  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
276  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
277  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
278  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
279  * the system.
280  *
281  * Configuring the /dev/random driver under Linux
282  * ==============================================
283  *
284  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
285  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
286  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
287  * by using the commands:
288  *
289  *      mknod /dev/random c 1 8
290  *      mknod /dev/urandom c 1 9
291  *
292  * Acknowledgements:
293  * =================
294  *
295  * Ideas for constructing this random number generator were derived
296  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
297  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
298  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
299  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
300  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
301  *
302  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
303  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
304  *
305  * Further background information on this topic may be obtained from
306  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
307  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
308  */
309
310 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
311
312 #include <linux/utsname.h>
313 #include <linux/module.h>
314 #include <linux/kernel.h>
315 #include <linux/major.h>
316 #include <linux/string.h>
317 #include <linux/fcntl.h>
318 #include <linux/slab.h>
319 #include <linux/random.h>
320 #include <linux/poll.h>
321 #include <linux/init.h>
322 #include <linux/fs.h>
323 #include <linux/genhd.h>
324 #include <linux/interrupt.h>
325 #include <linux/mm.h>
326 #include <linux/nodemask.h>
327 #include <linux/spinlock.h>
328 #include <linux/kthread.h>
329 #include <linux/percpu.h>
330 #include <linux/cryptohash.h>
331 #include <linux/fips.h>
332 #include <linux/ptrace.h>
333 #include <linux/workqueue.h>
334 #include <linux/irq.h>
335 #include <linux/ratelimit.h>
336 #include <linux/syscalls.h>
337 #include <linux/completion.h>
338 #include <linux/uuid.h>
339 #include <crypto/chacha.h>
340
341 #include <asm/processor.h>
342 #include <linux/uaccess.h>
343 #include <asm/irq.h>
344 #include <asm/irq_regs.h>
345 #include <asm/io.h>
346
347 #define CREATE_TRACE_POINTS
348 #include <trace/events/random.h>
349
350 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
351
352 /*
353  * Configuration information
354  */
355 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
356 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
357 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
358 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
359 #define EXTRACT_SIZE            10
360
361
362 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
363
364 /*
365  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
366  * denominated in units of 1/8th bits.
367  *
368  * 2*(ENTROPY_SHIFT + poolbitshift) must <= 31, or the multiply in
369  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
370  */
371 #define ENTROPY_SHIFT 3
372 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
373
374 /*
375  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
376  * should wake up processes which are selecting or polling on write
377  * access to /dev/random.
378  */
379 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
380
381 /*
382  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
383  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
384  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
385  * to get the twisting happening as fast as possible.
386  *
387  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
388  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
389  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
390  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
391  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
392  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
393  * Simulation 4:254-266)
394  *
395  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
396  *
397  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
398  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
399  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
400  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
401  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
402  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
403  * attacker can construct inputs that will produce controlled
404  * alterations to the pool's state is not important because we don't
405  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
406  * property we need with respect to them is that the attacker can't
407  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
408  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
409  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
410  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
411  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
412  * decrease the uncertainty).
413  *
414  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
415  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
416  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
417  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
418  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
419  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
420  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
421  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
422  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
423  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
424  * irreducible, which we have made here.
425  */
426 static const struct poolinfo {
427         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolfracbits;
428 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
429         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
430 } poolinfo_table[] = {
431         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
432         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
433         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
434 };
435
436 /*
437  * Static global variables
438  */
439 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
440 static struct fasync_struct *fasync;
441
442 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
443 static LIST_HEAD(random_ready_list);
444
445 struct crng_state {
446         __u32           state[16];
447         unsigned long   init_time;
448         spinlock_t      lock;
449 };
450
451 static struct crng_state primary_crng = {
452         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
453 };
454
455 /*
456  * crng_init =  0 --> Uninitialized
457  *              1 --> Initialized
458  *              2 --> Initialized from input_pool
459  *
460  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
461  * its value (from 0->1->2).
462  */
463 static int crng_init = 0;
464 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
465 static int crng_init_cnt = 0;
466 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
467 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA_KEY_SIZE)
468 static void _extract_crng(struct crng_state *crng, __u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE]);
469 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
470                                     __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used);
471 static void process_random_ready_list(void);
472 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
473
474 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
475         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
476 static struct ratelimit_state urandom_warning =
477         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
478
479 static int ratelimit_disable __read_mostly;
480
481 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
482 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
483
484 /**********************************************************************
485  *
486  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
487  * storing entropy in an entropy pool.
488  *
489  **********************************************************************/
490
491 struct entropy_store;
492 struct entropy_store {
493         /* read-only data: */
494         const struct poolinfo *poolinfo;
495         __u32 *pool;
496         const char *name;
497
498         /* read-write data: */
499         spinlock_t lock;
500         unsigned short add_ptr;
501         unsigned short input_rotate;
502         int entropy_count;
503         unsigned int initialized:1;
504         unsigned int last_data_init:1;
505         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
506 };
507
508 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
509                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
510 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
511                                 size_t nbytes, int fips);
512
513 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
514 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
515
516 static struct entropy_store input_pool = {
517         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
518         .name = "input",
519         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
520         .pool = input_pool_data
521 };
522
523 static __u32 const twist_table[8] = {
524         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
525         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
526
527 /*
528  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
529  * update the entropy estimate.  The caller should call
530  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
531  *
532  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
533  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
534  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
535  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
536  */
537 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
538                             int nbytes)
539 {
540         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
541         int input_rotate;
542         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
543         const char *bytes = in;
544         __u32 w;
545
546         tap1 = r->poolinfo->tap1;
547         tap2 = r->poolinfo->tap2;
548         tap3 = r->poolinfo->tap3;
549         tap4 = r->poolinfo->tap4;
550         tap5 = r->poolinfo->tap5;
551
552         input_rotate = r->input_rotate;
553         i = r->add_ptr;
554
555         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
556         while (nbytes--) {
557                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
558                 i = (i - 1) & wordmask;
559
560                 /* XOR in the various taps */
561                 w ^= r->pool[i];
562                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
563                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
564                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
565                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
566                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
567
568                 /* Mix the result back in with a twist */
569                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
570
571                 /*
572                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
573                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
574                  * rotation, so that successive passes spread the
575                  * input bits across the pool evenly.
576                  */
577                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
578         }
579
580         r->input_rotate = input_rotate;
581         r->add_ptr = i;
582 }
583
584 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
585                              int nbytes)
586 {
587         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
588         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
589 }
590
591 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
592                            int nbytes)
593 {
594         unsigned long flags;
595
596         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
597         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
598         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
599         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
600 }
601
602 struct fast_pool {
603         __u32           pool[4];
604         unsigned long   last;
605         unsigned short  reg_idx;
606         unsigned char   count;
607 };
608
609 /*
610  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
611  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
612  * locks that might be needed are taken by the caller.
613  */
614 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
615 {
616         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
617         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
618
619         a += b;                 c += d;
620         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
621         d ^= a;                 b ^= c;
622
623         a += b;                 c += d;
624         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
625         d ^= a;                 b ^= c;
626
627         a += b;                 c += d;
628         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
629         d ^= a;                 b ^= c;
630
631         a += b;                 c += d;
632         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
633         d ^= a;                 b ^= c;
634
635         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
636         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
637         f->count++;
638 }
639
640 static void process_random_ready_list(void)
641 {
642         unsigned long flags;
643         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
644
645         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
646         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
647                 struct module *owner = rdy->owner;
648
649                 list_del_init(&rdy->list);
650                 rdy->func(rdy);
651                 module_put(owner);
652         }
653         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
654 }
655
656 /*
657  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
658  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
659  * or otherwise should be checked for extreme values.
660  */
661 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
662 {
663         int entropy_count, orig, has_initialized = 0;
664         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
665         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
666
667         if (!nbits)
668                 return;
669
670 retry:
671         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
672         if (nfrac < 0) {
673                 /* Debit */
674                 entropy_count += nfrac;
675         } else {
676                 /*
677                  * Credit: we have to account for the possibility of
678                  * overwriting already present entropy.  Even in the
679                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
680                  * approach the full value asymptotically:
681                  *
682                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
683                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
684                  *
685                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
686                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
687                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
688                  * so we can approximate the exponential with
689                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
690                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
691                  *
692                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
693                  * prevent rounding artifacts from making the loop
694                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
695                  * turns no matter how large nbits is.
696                  */
697                 int pnfrac = nfrac;
698                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
699                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
700
701                 do {
702                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
703                         unsigned int add =
704                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
705
706                         entropy_count += add;
707                         pnfrac -= anfrac;
708                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
709         }
710
711         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
712                 pr_warn("negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
713                         r->name, entropy_count);
714                 entropy_count = 0;
715         } else if (entropy_count > pool_size)
716                 entropy_count = pool_size;
717         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
718                 goto retry;
719
720         if (has_initialized) {
721                 r->initialized = 1;
722                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
723         }
724
725         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
726                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT, _RET_IP_);
727
728         if (r == &input_pool) {
729                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
730
731                 if (crng_init < 2) {
732                         if (entropy_bits < 128)
733                                 return;
734                         crng_reseed(&primary_crng, r);
735                         entropy_bits = ENTROPY_BITS(r);
736                 }
737         }
738 }
739
740 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
741 {
742         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
743
744         if (nbits < 0)
745                 return -EINVAL;
746
747         /* Cap the value to avoid overflows */
748         nbits = min(nbits,  nbits_max);
749
750         credit_entropy_bits(r, nbits);
751         return 0;
752 }
753
754 /*********************************************************************
755  *
756  * CRNG using CHACHA20
757  *
758  *********************************************************************/
759
760 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
761
762 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
763
764 #ifdef CONFIG_NUMA
765 /*
766  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
767  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
768  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
769  * their brain damage.
770  */
771 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
772 #endif
773
774 static void invalidate_batched_entropy(void);
775 static void numa_crng_init(void);
776
777 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
778 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
779 {
780         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
781 }
782 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
783
784 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
785 {
786         int             i;
787         int             arch_init = 1;
788         unsigned long   rv;
789
790         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
791         if (crng == &primary_crng)
792                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
793                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
794         else
795                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
796         for (i = 4; i < 16; i++) {
797                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
798                     !arch_get_random_long(&rv)) {
799                         rv = random_get_entropy();
800                         arch_init = 0;
801                 }
802                 crng->state[i] ^= rv;
803         }
804         if (trust_cpu && arch_init && crng == &primary_crng) {
805                 invalidate_batched_entropy();
806                 numa_crng_init();
807                 crng_init = 2;
808                 pr_notice("crng done (trusting CPU's manufacturer)\n");
809         }
810         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
811 }
812
813 #ifdef CONFIG_NUMA
814 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
815 {
816         int i;
817         struct crng_state *crng;
818         struct crng_state **pool;
819
820         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
821         for_each_online_node(i) {
822                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
823                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
824                 spin_lock_init(&crng->lock);
825                 crng_initialize(crng);
826                 pool[i] = crng;
827         }
828         mb();
829         if (cmpxchg(&crng_node_pool, NULL, pool)) {
830                 for_each_node(i)
831                         kfree(pool[i]);
832                 kfree(pool);
833         }
834 }
835
836 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
837
838 static void numa_crng_init(void)
839 {
840         schedule_work(&numa_crng_init_work);
841 }
842 #else
843 static void numa_crng_init(void) {}
844 #endif
845
846 /*
847  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
848  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
849  */
850 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
851 {
852         unsigned long flags;
853         char *p;
854
855         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
856                 return 0;
857         if (crng_init != 0) {
858                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
859                 return 0;
860         }
861         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
862         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
863                 p[crng_init_cnt % CHACHA_KEY_SIZE] ^= *cp;
864                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
865         }
866         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
867         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
868                 invalidate_batched_entropy();
869                 crng_init = 1;
870                 pr_notice("fast init done\n");
871         }
872         return 1;
873 }
874
875 /*
876  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
877  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
878  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
879  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
880  * crng_fast_load().
881  *
882  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
883  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
884  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
885  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
886  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
887  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
888  */
889 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
890 {
891         unsigned long           flags;
892         static unsigned char    lfsr = 1;
893         unsigned char           tmp;
894         unsigned                i, max = CHACHA_KEY_SIZE;
895         const char *            src_buf = cp;
896         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
897
898         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
899                 return 0;
900         if (crng_init != 0) {
901                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
902                 return 0;
903         }
904         if (len > max)
905                 max = len;
906
907         for (i = 0; i < max ; i++) {
908                 tmp = lfsr;
909                 lfsr >>= 1;
910                 if (tmp & 1)
911                         lfsr ^= 0xE1;
912                 tmp = dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE];
913                 dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
914                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
915         }
916         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
917         return 1;
918 }
919
920 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
921 {
922         unsigned long   flags;
923         int             i, num;
924         union {
925                 __u8    block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
926                 __u32   key[8];
927         } buf;
928
929         if (r) {
930                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
931                 if (num == 0)
932                         return;
933         } else {
934                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
935                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
936                                         CHACHA_KEY_SIZE);
937         }
938         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
939         for (i = 0; i < 8; i++) {
940                 unsigned long   rv;
941                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
942                     !arch_get_random_long(&rv))
943                         rv = random_get_entropy();
944                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
945         }
946         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
947         crng->init_time = jiffies;
948         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
949         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
950                 invalidate_batched_entropy();
951                 numa_crng_init();
952                 crng_init = 2;
953                 process_random_ready_list();
954                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
955                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
956                 pr_notice("crng init done\n");
957                 if (unseeded_warning.missed) {
958                         pr_notice("%d get_random_xx warning(s) missed due to ratelimiting\n",
959                                   unseeded_warning.missed);
960                         unseeded_warning.missed = 0;
961                 }
962                 if (urandom_warning.missed) {
963                         pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
964                                   urandom_warning.missed);
965                         urandom_warning.missed = 0;
966                 }
967         }
968 }
969
970 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
971                           __u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
972 {
973         unsigned long v, flags;
974
975         if (crng_ready() &&
976             (time_after(crng_global_init_time, crng->init_time) ||
977              time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL)))
978                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
979         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
980         if (arch_get_random_long(&v))
981                 crng->state[14] ^= v;
982         chacha20_block(&crng->state[0], out);
983         if (crng->state[12] == 0)
984                 crng->state[13]++;
985         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
986 }
987
988 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
989 {
990         struct crng_state *crng = NULL;
991
992 #ifdef CONFIG_NUMA
993         if (crng_node_pool)
994                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
995         if (crng == NULL)
996 #endif
997                 crng = &primary_crng;
998         _extract_crng(crng, out);
999 }
1000
1001 /*
1002  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
1003  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
1004  */
1005 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
1006                                     __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1007 {
1008         unsigned long   flags;
1009         __u32           *s, *d;
1010         int             i;
1011
1012         used = round_up(used, sizeof(__u32));
1013         if (used + CHACHA_KEY_SIZE > CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1014                 extract_crng(tmp);
1015                 used = 0;
1016         }
1017         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1018         s = (__u32 *) &tmp[used];
1019         d = &crng->state[4];
1020         for (i=0; i < 8; i++)
1021                 *d++ ^= *s++;
1022         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1023 }
1024
1025 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1026 {
1027         struct crng_state *crng = NULL;
1028
1029 #ifdef CONFIG_NUMA
1030         if (crng_node_pool)
1031                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1032         if (crng == NULL)
1033 #endif
1034                 crng = &primary_crng;
1035         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
1036 }
1037
1038 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1039 {
1040         ssize_t ret = 0, i = CHACHA_BLOCK_SIZE;
1041         __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1042         int large_request = (nbytes > 256);
1043
1044         while (nbytes) {
1045                 if (large_request && need_resched()) {
1046                         if (signal_pending(current)) {
1047                                 if (ret == 0)
1048                                         ret = -ERESTARTSYS;
1049                                 break;
1050                         }
1051                         schedule();
1052                 }
1053
1054                 extract_crng(tmp);
1055                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1056                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1057                         ret = -EFAULT;
1058                         break;
1059                 }
1060
1061                 nbytes -= i;
1062                 buf += i;
1063                 ret += i;
1064         }
1065         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1066
1067         /* Wipe data just written to memory */
1068         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1069
1070         return ret;
1071 }
1072
1073
1074 /*********************************************************************
1075  *
1076  * Entropy input management
1077  *
1078  *********************************************************************/
1079
1080 /* There is one of these per entropy source */
1081 struct timer_rand_state {
1082         cycles_t last_time;
1083         long last_delta, last_delta2;
1084 };
1085
1086 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1087
1088 /*
1089  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1090  * initialize it.
1091  *
1092  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1093  * the entropy pool having similar initial state across largely
1094  * identical devices.
1095  */
1096 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1097 {
1098         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1099         unsigned long flags;
1100
1101         if (!crng_ready() && size)
1102                 crng_slow_load(buf, size);
1103
1104         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1105         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1106         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1107         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1108         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1109 }
1110 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1111
1112 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1113
1114 /*
1115  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1116  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1117  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1118  *
1119  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1120  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1121  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1122  *
1123  */
1124 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1125 {
1126         struct entropy_store    *r;
1127         struct {
1128                 long jiffies;
1129                 unsigned cycles;
1130                 unsigned num;
1131         } sample;
1132         long delta, delta2, delta3;
1133
1134         sample.jiffies = jiffies;
1135         sample.cycles = random_get_entropy();
1136         sample.num = num;
1137         r = &input_pool;
1138         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1139
1140         /*
1141          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1142          * We take into account the first, second and third-order deltas
1143          * in order to make our estimate.
1144          */
1145         delta = sample.jiffies - state->last_time;
1146         state->last_time = sample.jiffies;
1147
1148         delta2 = delta - state->last_delta;
1149         state->last_delta = delta;
1150
1151         delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1152         state->last_delta2 = delta2;
1153
1154         if (delta < 0)
1155                 delta = -delta;
1156         if (delta2 < 0)
1157                 delta2 = -delta2;
1158         if (delta3 < 0)
1159                 delta3 = -delta3;
1160         if (delta > delta2)
1161                 delta = delta2;
1162         if (delta > delta3)
1163                 delta = delta3;
1164
1165         /*
1166          * delta is now minimum absolute delta.
1167          * Round down by 1 bit on general principles,
1168          * and limit entropy estimate to 12 bits.
1169          */
1170         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1171 }
1172
1173 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1174                                  unsigned int value)
1175 {
1176         static unsigned char last_value;
1177
1178         /* ignore autorepeat and the like */
1179         if (value == last_value)
1180                 return;
1181
1182         last_value = value;
1183         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1184                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1185         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1186 }
1187 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1188
1189 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1190
1191 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1192 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1193
1194 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1195 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1196
1197 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1198 {
1199         long delta = random_get_entropy() - start;
1200
1201         /* Use a weighted moving average */
1202         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1203         avg_cycles += delta;
1204         /* And average deviation */
1205         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1206         avg_deviation += delta;
1207 }
1208 #else
1209 #define add_interrupt_bench(x)
1210 #endif
1211
1212 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1213 {
1214         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1215         unsigned int idx;
1216
1217         if (regs == NULL)
1218                 return 0;
1219         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1220         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1221                 idx = 0;
1222         ptr += idx++;
1223         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1224         return *ptr;
1225 }
1226
1227 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1228 {
1229         struct entropy_store    *r;
1230         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1231         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1232         unsigned long           now = jiffies;
1233         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1234         __u32                   c_high, j_high;
1235         __u64                   ip;
1236         unsigned long           seed;
1237         int                     credit = 0;
1238
1239         if (cycles == 0)
1240                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1241         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1242         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1243         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1244         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1245         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1246         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1247         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1248                 get_reg(fast_pool, regs);
1249
1250         fast_mix(fast_pool);
1251         add_interrupt_bench(cycles);
1252
1253         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1254                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1255                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1256                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1257                         fast_pool->count = 0;
1258                         fast_pool->last = now;
1259                 }
1260                 return;
1261         }
1262
1263         if ((fast_pool->count < 64) &&
1264             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1265                 return;
1266
1267         r = &input_pool;
1268         if (!spin_trylock(&r->lock))
1269                 return;
1270
1271         fast_pool->last = now;
1272         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1273
1274         /*
1275          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1276          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1277          * architectural seed generator dominate the input from the
1278          * interrupt noise.
1279          */
1280         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1281                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1282                 credit = 1;
1283         }
1284         spin_unlock(&r->lock);
1285
1286         fast_pool->count = 0;
1287
1288         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1289         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1290 }
1291 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1292
1293 #ifdef CONFIG_BLOCK
1294 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1295 {
1296         if (!disk || !disk->random)
1297                 return;
1298         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1299         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1300         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1301 }
1302 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1303 #endif
1304
1305 /*********************************************************************
1306  *
1307  * Entropy extraction routines
1308  *
1309  *********************************************************************/
1310
1311 /*
1312  * This function decides how many bytes to actually take from the
1313  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1314  */
1315 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1316                       int reserved)
1317 {
1318         int entropy_count, orig, have_bytes;
1319         size_t ibytes, nfrac;
1320
1321         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1322
1323         /* Can we pull enough? */
1324 retry:
1325         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1326         ibytes = nbytes;
1327         /* never pull more than available */
1328         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1329
1330         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1331                 have_bytes = 0;
1332         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1333         if (ibytes < min)
1334                 ibytes = 0;
1335
1336         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
1337                 pr_warn("negative entropy count: pool %s count %d\n",
1338                         r->name, entropy_count);
1339                 entropy_count = 0;
1340         }
1341         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1342         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1343                 entropy_count -= nfrac;
1344         else
1345                 entropy_count = 0;
1346
1347         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1348                 goto retry;
1349
1350         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1351         if (ibytes && ENTROPY_BITS(r) < random_write_wakeup_bits) {
1352                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1353                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1354         }
1355
1356         return ibytes;
1357 }
1358
1359 /*
1360  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1361  * extract_entropy_user.
1362  *
1363  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1364  */
1365 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1366 {
1367         int i;
1368         union {
1369                 __u32 w[5];
1370                 unsigned long l[LONGS(20)];
1371         } hash;
1372         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1373         unsigned long flags;
1374
1375         /*
1376          * If we have an architectural hardware random number
1377          * generator, use it for SHA's initial vector
1378          */
1379         sha_init(hash.w);
1380         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1381                 unsigned long v;
1382                 if (!arch_get_random_long(&v))
1383                         break;
1384                 hash.l[i] = v;
1385         }
1386
1387         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1388         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1389         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1390                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1391
1392         /*
1393          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1394          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1395          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1396          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1397          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1398          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1399          * hash.
1400          */
1401         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1402         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1403
1404         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1405
1406         /*
1407          * In case the hash function has some recognizable output
1408          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1409          * twice as much data as we output.
1410          */
1411         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1412         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1413         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1414
1415         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1416         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1417 }
1418
1419 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1420                                 size_t nbytes, int fips)
1421 {
1422         ssize_t ret = 0, i;
1423         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1424         unsigned long flags;
1425
1426         while (nbytes) {
1427                 extract_buf(r, tmp);
1428
1429                 if (fips) {
1430                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1431                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1432                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1433                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1434                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1435                 }
1436                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1437                 memcpy(buf, tmp, i);
1438                 nbytes -= i;
1439                 buf += i;
1440                 ret += i;
1441         }
1442
1443         /* Wipe data just returned from memory */
1444         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1445
1446         return ret;
1447 }
1448
1449 /*
1450  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1451  * returns it in a buffer.
1452  *
1453  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1454  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1455  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1456  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1457  */
1458 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1459                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1460 {
1461         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1462         unsigned long flags;
1463
1464         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1465         if (fips_enabled) {
1466                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1467                 if (!r->last_data_init) {
1468                         r->last_data_init = 1;
1469                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1470                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1471                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1472                         extract_buf(r, tmp);
1473                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1474                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1475                 }
1476                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1477         }
1478
1479         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1480         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1481
1482         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1483 }
1484
1485 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1486         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1487
1488 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1489                                       void **previous)
1490 {
1491 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1492         const bool print_once = false;
1493 #else
1494         static bool print_once __read_mostly;
1495 #endif
1496
1497         if (print_once ||
1498             crng_ready() ||
1499             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1500                 return;
1501         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1502 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1503         print_once = true;
1504 #endif
1505         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1506                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS "
1507                                 "with crng_init=%d\n", func_name, caller,
1508                                 crng_init);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1513  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1514  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1515  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1516  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1517  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1518  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1519  * at any point prior.
1520  */
1521 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1522 {
1523         __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1524
1525         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1526
1527         while (nbytes >= CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1528                 extract_crng(buf);
1529                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
1530                 nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
1531         }
1532
1533         if (nbytes > 0) {
1534                 extract_crng(tmp);
1535                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1536                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1537         } else
1538                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1539         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1540 }
1541
1542 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1543 {
1544         static void *previous;
1545
1546         warn_unseeded_randomness(&previous);
1547         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1548 }
1549 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1550
1551
1552 /*
1553  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1554  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1555  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1556  * generating entropy..
1557  *
1558  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1559  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1560  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1561  * entropy loop is running.
1562  *
1563  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1564  */
1565 static void entropy_timer(struct timer_list *t)
1566 {
1567         credit_entropy_bits(&input_pool, 1);
1568 }
1569
1570 /*
1571  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1572  * generate enough entropy with timing noise
1573  */
1574 static void try_to_generate_entropy(void)
1575 {
1576         struct {
1577                 unsigned long now;
1578                 struct timer_list timer;
1579         } stack;
1580
1581         stack.now = random_get_entropy();
1582
1583         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1584         if (stack.now == random_get_entropy())
1585                 return;
1586
1587         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1588         while (!crng_ready()) {
1589                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1590                         mod_timer(&stack.timer, jiffies+1);
1591                 mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1592                 schedule();
1593                 stack.now = random_get_entropy();
1594         }
1595
1596         del_timer_sync(&stack.timer);
1597         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1598         mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1599 }
1600
1601 /*
1602  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1603  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1604  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1605  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1606  * this function forfeits the guarantee of security.
1607  *
1608  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1609  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1610  */
1611 int wait_for_random_bytes(void)
1612 {
1613         if (likely(crng_ready()))
1614                 return 0;
1615
1616         do {
1617                 int ret;
1618                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
1619                 if (ret)
1620                         return ret > 0 ? 0 : ret;
1621
1622                 try_to_generate_entropy();
1623         } while (!crng_ready());
1624
1625         return 0;
1626 }
1627 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1628
1629 /*
1630  * Returns whether or not the urandom pool has been seeded and thus guaranteed
1631  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
1632  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
1633  * ,u64,int,long} family of functions.
1634  *
1635  * Returns: true if the urandom pool has been seeded.
1636  *          false if the urandom pool has not been seeded.
1637  */
1638 bool rng_is_initialized(void)
1639 {
1640         return crng_ready();
1641 }
1642 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
1643
1644 /*
1645  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1646  * pool is initialised.
1647  *
1648  * returns: 0 if callback is successfully added
1649  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1650  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1651  */
1652 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1653 {
1654         struct module *owner;
1655         unsigned long flags;
1656         int err = -EALREADY;
1657
1658         if (crng_ready())
1659                 return err;
1660
1661         owner = rdy->owner;
1662         if (!try_module_get(owner))
1663                 return -ENOENT;
1664
1665         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1666         if (crng_ready())
1667                 goto out;
1668
1669         owner = NULL;
1670
1671         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1672         err = 0;
1673
1674 out:
1675         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1676
1677         module_put(owner);
1678
1679         return err;
1680 }
1681 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1682
1683 /*
1684  * Delete a previously registered readiness callback function.
1685  */
1686 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1687 {
1688         unsigned long flags;
1689         struct module *owner = NULL;
1690
1691         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1692         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1693                 list_del_init(&rdy->list);
1694                 owner = rdy->owner;
1695         }
1696         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1697
1698         module_put(owner);
1699 }
1700 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1701
1702 /*
1703  * This function will use the architecture-specific hardware random
1704  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1705  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1706  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1707  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1708  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1709  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1710  * have put in a back door.
1711  *
1712  * Return number of bytes filled in.
1713  */
1714 int __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1715 {
1716         int left = nbytes;
1717         char *p = buf;
1718
1719         trace_get_random_bytes_arch(left, _RET_IP_);
1720         while (left) {
1721                 unsigned long v;
1722                 int chunk = min_t(int, left, sizeof(unsigned long));
1723
1724                 if (!arch_get_random_long(&v))
1725                         break;
1726
1727                 memcpy(p, &v, chunk);
1728                 p += chunk;
1729                 left -= chunk;
1730         }
1731
1732         return nbytes - left;
1733 }
1734 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1735
1736 /*
1737  * init_std_data - initialize pool with system data
1738  *
1739  * @r: pool to initialize
1740  *
1741  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1742  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1743  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1744  */
1745 static void __init init_std_data(struct entropy_store *r)
1746 {
1747         int i;
1748         ktime_t now = ktime_get_real();
1749         unsigned long rv;
1750
1751         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1752         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1753                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1754                     !arch_get_random_long(&rv))
1755                         rv = random_get_entropy();
1756                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1757         }
1758         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1759 }
1760
1761 /*
1762  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1763  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1764  * with some platform dependent data very early in the boot
1765  * process. But it limits our options here. We must use
1766  * statically allocated structures that already have all
1767  * initializations complete at compile time. We should also
1768  * take care not to overwrite the precious per platform data
1769  * we were given.
1770  */
1771 int __init rand_initialize(void)
1772 {
1773         init_std_data(&input_pool);
1774         crng_initialize(&primary_crng);
1775         crng_global_init_time = jiffies;
1776         if (ratelimit_disable) {
1777                 urandom_warning.interval = 0;
1778                 unseeded_warning.interval = 0;
1779         }
1780         return 0;
1781 }
1782
1783 #ifdef CONFIG_BLOCK
1784 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1785 {
1786         struct timer_rand_state *state;
1787
1788         /*
1789          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1790          * source.
1791          */
1792         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1793         if (state) {
1794                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1795                 disk->random = state;
1796         }
1797 }
1798 #endif
1799
1800 static ssize_t
1801 urandom_read_nowarn(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1802                     loff_t *ppos)
1803 {
1804         int ret;
1805
1806         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1807         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1808         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1809         return ret;
1810 }
1811
1812 static ssize_t
1813 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1814 {
1815         unsigned long flags;
1816         static int maxwarn = 10;
1817
1818         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1819                 maxwarn--;
1820                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1821                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zd bytes read)\n",
1822                                   current->comm, nbytes);
1823                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1824                 crng_init_cnt = 0;
1825                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1826         }
1827
1828         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1829 }
1830
1831 static ssize_t
1832 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1833 {
1834         int ret;
1835
1836         ret = wait_for_random_bytes();
1837         if (ret != 0)
1838                 return ret;
1839         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1840 }
1841
1842 static __poll_t
1843 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1844 {
1845         __poll_t mask;
1846
1847         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1848         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1849         mask = 0;
1850         if (crng_ready())
1851                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1852         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1853                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1854         return mask;
1855 }
1856
1857 static int
1858 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1859 {
1860         size_t bytes;
1861         __u32 t, buf[16];
1862         const char __user *p = buffer;
1863
1864         while (count > 0) {
1865                 int b, i = 0;
1866
1867                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1868                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1869                         return -EFAULT;
1870
1871                 for (b = bytes ; b > 0 ; b -= sizeof(__u32), i++) {
1872                         if (!arch_get_random_int(&t))
1873                                 break;
1874                         buf[i] ^= t;
1875                 }
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                 return 0;
1942         case RNDRESEEDCRNG:
1943                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1944                         return -EPERM;
1945                 if (crng_init < 2)
1946                         return -ENODATA;
1947                 crng_reseed(&primary_crng, NULL);
1948                 crng_global_init_time = jiffies - 1;
1949                 return 0;
1950         default:
1951                 return -EINVAL;
1952         }
1953 }
1954
1955 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1956 {
1957         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1958 }
1959
1960 const struct file_operations random_fops = {
1961         .read  = random_read,
1962         .write = random_write,
1963         .poll  = random_poll,
1964         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1965         .compat_ioctl = compat_ptr_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         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1975         .fasync = random_fasync,
1976         .llseek = noop_llseek,
1977 };
1978
1979 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1980                 unsigned int, flags)
1981 {
1982         int ret;
1983
1984         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM|GRND_INSECURE))
1985                 return -EINVAL;
1986
1987         /*
1988          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
1989          * no sense.
1990          */
1991         if ((flags & (GRND_INSECURE|GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE|GRND_RANDOM))
1992                 return -EINVAL;
1993
1994         if (count > INT_MAX)
1995                 count = INT_MAX;
1996
1997         if (!(flags & GRND_INSECURE) && !crng_ready()) {
1998                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1999                         return -EAGAIN;
2000                 ret = wait_for_random_bytes();
2001                 if (unlikely(ret))
2002                         return ret;
2003         }
2004         return urandom_read_nowarn(NULL, buf, count, NULL);
2005 }
2006
2007 /********************************************************************
2008  *
2009  * Sysctl interface
2010  *
2011  ********************************************************************/
2012
2013 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2014
2015 #include <linux/sysctl.h>
2016
2017 static int min_write_thresh;
2018 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2019 static int random_min_urandom_seed = 60;
2020 static char sysctl_bootid[16];
2021
2022 /*
2023  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2024  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2025  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2026  *
2027  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2028  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2029  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2030  */
2031 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2032                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2033 {
2034         struct ctl_table fake_table;
2035         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2036
2037         uuid = table->data;
2038         if (!uuid) {
2039                 uuid = tmp_uuid;
2040                 generate_random_uuid(uuid);
2041         } else {
2042                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2043
2044                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2045                 if (!uuid[8])
2046                         generate_random_uuid(uuid);
2047                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2048         }
2049
2050         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2051
2052         fake_table.data = buf;
2053         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2054
2055         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2056 }
2057
2058 /*
2059  * Return entropy available scaled to integral bits
2060  */
2061 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2062                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2063 {
2064         struct ctl_table fake_table;
2065         int entropy_count;
2066
2067         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2068
2069         fake_table.data = &entropy_count;
2070         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2071
2072         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2073 }
2074
2075 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2076 extern struct ctl_table random_table[];
2077 struct ctl_table random_table[] = {
2078         {
2079                 .procname       = "poolsize",
2080                 .data           = &sysctl_poolsize,
2081                 .maxlen         = sizeof(int),
2082                 .mode           = 0444,
2083                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2084         },
2085         {
2086                 .procname       = "entropy_avail",
2087                 .maxlen         = sizeof(int),
2088                 .mode           = 0444,
2089                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2090                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2091         },
2092         {
2093                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2094                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2095                 .maxlen         = sizeof(int),
2096                 .mode           = 0644,
2097                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2098                 .extra1         = &min_write_thresh,
2099                 .extra2         = &max_write_thresh,
2100         },
2101         {
2102                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2103                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2104                 .maxlen         = sizeof(int),
2105                 .mode           = 0644,
2106                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2107         },
2108         {
2109                 .procname       = "boot_id",
2110                 .data           = &sysctl_bootid,
2111                 .maxlen         = 16,
2112                 .mode           = 0444,
2113                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2114         },
2115         {
2116                 .procname       = "uuid",
2117                 .maxlen         = 16,
2118                 .mode           = 0444,
2119                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2120         },
2121 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2122         {
2123                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2124                 .data           = &avg_cycles,
2125                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2126                 .mode           = 0444,
2127                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2128         },
2129         {
2130                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2131                 .data           = &avg_deviation,
2132                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2133                 .mode           = 0444,
2134                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2135         },
2136 #endif
2137         { }
2138 };
2139 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2140
2141 struct batched_entropy {
2142         union {
2143                 u64 entropy_u64[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2144                 u32 entropy_u32[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2145         };
2146         unsigned int position;
2147         spinlock_t batch_lock;
2148 };
2149
2150 /*
2151  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2152  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2153  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2154  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2155  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2156  * at any point prior.
2157  */
2158 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
2159         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u64.lock),
2160 };
2161
2162 u64 get_random_u64(void)
2163 {
2164         u64 ret;
2165         unsigned long flags;
2166         struct batched_entropy *batch;
2167         static void *previous;
2168
2169 #if BITS_PER_LONG == 64
2170         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2171                 return ret;
2172 #else
2173         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2174             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2175             return ret;
2176 #endif
2177
2178         warn_unseeded_randomness(&previous);
2179
2180         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
2181         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2182         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2183                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2184                 batch->position = 0;
2185         }
2186         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2187         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2188         return ret;
2189 }
2190 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2191
2192 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
2193         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u32.lock),
2194 };
2195 u32 get_random_u32(void)
2196 {
2197         u32 ret;
2198         unsigned long flags;
2199         struct batched_entropy *batch;
2200         static void *previous;
2201
2202         if (arch_get_random_int(&ret))
2203                 return ret;
2204
2205         warn_unseeded_randomness(&previous);
2206
2207         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
2208         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2209         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2210                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2211                 batch->position = 0;
2212         }
2213         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2214         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2215         return ret;
2216 }
2217 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2218
2219 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2220  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2221  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2222  * next usage. */
2223 static void invalidate_batched_entropy(void)
2224 {
2225         int cpu;
2226         unsigned long flags;
2227
2228         for_each_possible_cpu (cpu) {
2229                 struct batched_entropy *batched_entropy;
2230
2231                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu);
2232                 spin_lock_irqsave(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2233                 batched_entropy->position = 0;
2234                 spin_unlock(&batched_entropy->batch_lock);
2235
2236                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu);
2237                 spin_lock(&batched_entropy->batch_lock);
2238                 batched_entropy->position = 0;
2239                 spin_unlock_irqrestore(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2240         }
2241 }
2242
2243 /**
2244  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2245  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2246  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2247  *              random address must fall.
2248  *
2249  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2250  *
2251  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2252  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2253  *
2254  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2255  * @start is returned.
2256  */
2257 unsigned long
2258 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2259 {
2260         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2261                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2262                 start = PAGE_ALIGN(start);
2263         }
2264
2265         if (start > ULONG_MAX - range)
2266                 range = ULONG_MAX - start;
2267
2268         range >>= PAGE_SHIFT;
2269
2270         if (range == 0)
2271                 return start;
2272
2273         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2274 }
2275
2276 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2277  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2278  * when our pool is full.
2279  */
2280 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2281                                 size_t entropy)
2282 {
2283         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2284
2285         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2286                 crng_fast_load(buffer, count);
2287                 return;
2288         }
2289
2290         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2291          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2292          * or when the calling thread is about to terminate.
2293          */
2294         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2295                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2296         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2297         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2298 }
2299 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
2300
2301 /* Handle random seed passed by bootloader.
2302  * If the seed is trustworthy, it would be regarded as hardware RNGs. Otherwise
2303  * it would be regarded as device data.
2304  * The decision is controlled by CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER.
2305  */
2306 void add_bootloader_randomness(const void *buf, unsigned int size)
2307 {
2308         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER))
2309                 add_hwgenerator_randomness(buf, size, size * 8);
2310         else
2311                 add_device_randomness(buf, size);
2312 }
2313 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);