random32: update the net random state on interrupt and activity
[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/fips.h>
331 #include <linux/ptrace.h>
332 #include <linux/workqueue.h>
333 #include <linux/irq.h>
334 #include <linux/ratelimit.h>
335 #include <linux/syscalls.h>
336 #include <linux/completion.h>
337 #include <linux/uuid.h>
338 #include <crypto/chacha.h>
339 #include <crypto/sha.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 bool crng_init_try_arch(struct crng_state *crng)
785 {
786         int             i;
787         bool            arch_init = true;
788         unsigned long   rv;
789
790         for (i = 4; i < 16; i++) {
791                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
792                     !arch_get_random_long(&rv)) {
793                         rv = random_get_entropy();
794                         arch_init = false;
795                 }
796                 crng->state[i] ^= rv;
797         }
798
799         return arch_init;
800 }
801
802 static bool __init crng_init_try_arch_early(struct crng_state *crng)
803 {
804         int             i;
805         bool            arch_init = true;
806         unsigned long   rv;
807
808         for (i = 4; i < 16; i++) {
809                 if (!arch_get_random_seed_long_early(&rv) &&
810                     !arch_get_random_long_early(&rv)) {
811                         rv = random_get_entropy();
812                         arch_init = false;
813                 }
814                 crng->state[i] ^= rv;
815         }
816
817         return arch_init;
818 }
819
820 static void __maybe_unused crng_initialize_secondary(struct crng_state *crng)
821 {
822         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
823         _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
824         crng_init_try_arch(crng);
825         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
826 }
827
828 static void __init crng_initialize_primary(struct crng_state *crng)
829 {
830         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
831         _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4], sizeof(__u32) * 12, 0);
832         if (crng_init_try_arch_early(crng) && trust_cpu) {
833                 invalidate_batched_entropy();
834                 numa_crng_init();
835                 crng_init = 2;
836                 pr_notice("crng done (trusting CPU's manufacturer)\n");
837         }
838         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
839 }
840
841 #ifdef CONFIG_NUMA
842 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
843 {
844         int i;
845         struct crng_state *crng;
846         struct crng_state **pool;
847
848         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
849         for_each_online_node(i) {
850                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
851                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
852                 spin_lock_init(&crng->lock);
853                 crng_initialize_secondary(crng);
854                 pool[i] = crng;
855         }
856         mb();
857         if (cmpxchg(&crng_node_pool, NULL, pool)) {
858                 for_each_node(i)
859                         kfree(pool[i]);
860                 kfree(pool);
861         }
862 }
863
864 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
865
866 static void numa_crng_init(void)
867 {
868         schedule_work(&numa_crng_init_work);
869 }
870 #else
871 static void numa_crng_init(void) {}
872 #endif
873
874 /*
875  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
876  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
877  */
878 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
879 {
880         unsigned long flags;
881         char *p;
882
883         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
884                 return 0;
885         if (crng_init != 0) {
886                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
887                 return 0;
888         }
889         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
890         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
891                 p[crng_init_cnt % CHACHA_KEY_SIZE] ^= *cp;
892                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
893         }
894         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
895         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
896                 invalidate_batched_entropy();
897                 crng_init = 1;
898                 pr_notice("fast init done\n");
899         }
900         return 1;
901 }
902
903 /*
904  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
905  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
906  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
907  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
908  * crng_fast_load().
909  *
910  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
911  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
912  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
913  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
914  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
915  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
916  */
917 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
918 {
919         unsigned long           flags;
920         static unsigned char    lfsr = 1;
921         unsigned char           tmp;
922         unsigned                i, max = CHACHA_KEY_SIZE;
923         const char *            src_buf = cp;
924         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
925
926         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
927                 return 0;
928         if (crng_init != 0) {
929                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
930                 return 0;
931         }
932         if (len > max)
933                 max = len;
934
935         for (i = 0; i < max ; i++) {
936                 tmp = lfsr;
937                 lfsr >>= 1;
938                 if (tmp & 1)
939                         lfsr ^= 0xE1;
940                 tmp = dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE];
941                 dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
942                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
943         }
944         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
945         return 1;
946 }
947
948 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
949 {
950         unsigned long   flags;
951         int             i, num;
952         union {
953                 __u8    block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
954                 __u32   key[8];
955         } buf;
956
957         if (r) {
958                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
959                 if (num == 0)
960                         return;
961         } else {
962                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
963                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
964                                         CHACHA_KEY_SIZE);
965         }
966         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
967         for (i = 0; i < 8; i++) {
968                 unsigned long   rv;
969                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
970                     !arch_get_random_long(&rv))
971                         rv = random_get_entropy();
972                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
973         }
974         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
975         crng->init_time = jiffies;
976         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
977         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
978                 invalidate_batched_entropy();
979                 numa_crng_init();
980                 crng_init = 2;
981                 process_random_ready_list();
982                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
983                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
984                 pr_notice("crng init done\n");
985                 if (unseeded_warning.missed) {
986                         pr_notice("%d get_random_xx warning(s) missed due to ratelimiting\n",
987                                   unseeded_warning.missed);
988                         unseeded_warning.missed = 0;
989                 }
990                 if (urandom_warning.missed) {
991                         pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
992                                   urandom_warning.missed);
993                         urandom_warning.missed = 0;
994                 }
995         }
996 }
997
998 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
999                           __u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
1000 {
1001         unsigned long v, flags;
1002
1003         if (crng_ready() &&
1004             (time_after(crng_global_init_time, crng->init_time) ||
1005              time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL)))
1006                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
1007         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1008         if (arch_get_random_long(&v))
1009                 crng->state[14] ^= v;
1010         chacha20_block(&crng->state[0], out);
1011         if (crng->state[12] == 0)
1012                 crng->state[13]++;
1013         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1014 }
1015
1016 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
1017 {
1018         struct crng_state *crng = NULL;
1019
1020 #ifdef CONFIG_NUMA
1021         if (crng_node_pool)
1022                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1023         if (crng == NULL)
1024 #endif
1025                 crng = &primary_crng;
1026         _extract_crng(crng, out);
1027 }
1028
1029 /*
1030  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
1031  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
1032  */
1033 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
1034                                     __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1035 {
1036         unsigned long   flags;
1037         __u32           *s, *d;
1038         int             i;
1039
1040         used = round_up(used, sizeof(__u32));
1041         if (used + CHACHA_KEY_SIZE > CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1042                 extract_crng(tmp);
1043                 used = 0;
1044         }
1045         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1046         s = (__u32 *) &tmp[used];
1047         d = &crng->state[4];
1048         for (i=0; i < 8; i++)
1049                 *d++ ^= *s++;
1050         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1051 }
1052
1053 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1054 {
1055         struct crng_state *crng = NULL;
1056
1057 #ifdef CONFIG_NUMA
1058         if (crng_node_pool)
1059                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1060         if (crng == NULL)
1061 #endif
1062                 crng = &primary_crng;
1063         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
1064 }
1065
1066 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1067 {
1068         ssize_t ret = 0, i = CHACHA_BLOCK_SIZE;
1069         __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1070         int large_request = (nbytes > 256);
1071
1072         while (nbytes) {
1073                 if (large_request && need_resched()) {
1074                         if (signal_pending(current)) {
1075                                 if (ret == 0)
1076                                         ret = -ERESTARTSYS;
1077                                 break;
1078                         }
1079                         schedule();
1080                 }
1081
1082                 extract_crng(tmp);
1083                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1084                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1085                         ret = -EFAULT;
1086                         break;
1087                 }
1088
1089                 nbytes -= i;
1090                 buf += i;
1091                 ret += i;
1092         }
1093         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1094
1095         /* Wipe data just written to memory */
1096         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1097
1098         return ret;
1099 }
1100
1101
1102 /*********************************************************************
1103  *
1104  * Entropy input management
1105  *
1106  *********************************************************************/
1107
1108 /* There is one of these per entropy source */
1109 struct timer_rand_state {
1110         cycles_t last_time;
1111         long last_delta, last_delta2;
1112 };
1113
1114 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1115
1116 /*
1117  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1118  * initialize it.
1119  *
1120  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1121  * the entropy pool having similar initial state across largely
1122  * identical devices.
1123  */
1124 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1125 {
1126         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1127         unsigned long flags;
1128
1129         if (!crng_ready() && size)
1130                 crng_slow_load(buf, size);
1131
1132         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1133         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1134         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1135         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1136         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1137 }
1138 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1139
1140 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1141
1142 /*
1143  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1144  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1145  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1146  *
1147  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1148  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1149  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1150  *
1151  */
1152 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1153 {
1154         struct entropy_store    *r;
1155         struct {
1156                 long jiffies;
1157                 unsigned cycles;
1158                 unsigned num;
1159         } sample;
1160         long delta, delta2, delta3;
1161
1162         sample.jiffies = jiffies;
1163         sample.cycles = random_get_entropy();
1164         sample.num = num;
1165         r = &input_pool;
1166         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1167
1168         /*
1169          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1170          * We take into account the first, second and third-order deltas
1171          * in order to make our estimate.
1172          */
1173         delta = sample.jiffies - READ_ONCE(state->last_time);
1174         WRITE_ONCE(state->last_time, sample.jiffies);
1175
1176         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1177         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1178
1179         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1180         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1181
1182         if (delta < 0)
1183                 delta = -delta;
1184         if (delta2 < 0)
1185                 delta2 = -delta2;
1186         if (delta3 < 0)
1187                 delta3 = -delta3;
1188         if (delta > delta2)
1189                 delta = delta2;
1190         if (delta > delta3)
1191                 delta = delta3;
1192
1193         /*
1194          * delta is now minimum absolute delta.
1195          * Round down by 1 bit on general principles,
1196          * and limit entropy estimate to 12 bits.
1197          */
1198         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1199 }
1200
1201 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1202                                  unsigned int value)
1203 {
1204         static unsigned char last_value;
1205
1206         /* ignore autorepeat and the like */
1207         if (value == last_value)
1208                 return;
1209
1210         last_value = value;
1211         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1212                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1213         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1214 }
1215 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1216
1217 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1218
1219 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1220 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1221
1222 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1223 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1224
1225 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1226 {
1227         long delta = random_get_entropy() - start;
1228
1229         /* Use a weighted moving average */
1230         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1231         avg_cycles += delta;
1232         /* And average deviation */
1233         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1234         avg_deviation += delta;
1235 }
1236 #else
1237 #define add_interrupt_bench(x)
1238 #endif
1239
1240 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1241 {
1242         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1243         unsigned int idx;
1244
1245         if (regs == NULL)
1246                 return 0;
1247         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1248         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1249                 idx = 0;
1250         ptr += idx++;
1251         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1252         return *ptr;
1253 }
1254
1255 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1256 {
1257         struct entropy_store    *r;
1258         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1259         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1260         unsigned long           now = jiffies;
1261         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1262         __u32                   c_high, j_high;
1263         __u64                   ip;
1264         unsigned long           seed;
1265         int                     credit = 0;
1266
1267         if (cycles == 0)
1268                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1269         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1270         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1271         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1272         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1273         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1274         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1275         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1276                 get_reg(fast_pool, regs);
1277
1278         fast_mix(fast_pool);
1279         add_interrupt_bench(cycles);
1280         this_cpu_add(net_rand_state.s1, fast_pool->pool[cycles & 3]);
1281
1282         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1283                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1284                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1285                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1286                         fast_pool->count = 0;
1287                         fast_pool->last = now;
1288                 }
1289                 return;
1290         }
1291
1292         if ((fast_pool->count < 64) &&
1293             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1294                 return;
1295
1296         r = &input_pool;
1297         if (!spin_trylock(&r->lock))
1298                 return;
1299
1300         fast_pool->last = now;
1301         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1302
1303         /*
1304          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1305          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1306          * architectural seed generator dominate the input from the
1307          * interrupt noise.
1308          */
1309         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1310                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1311                 credit = 1;
1312         }
1313         spin_unlock(&r->lock);
1314
1315         fast_pool->count = 0;
1316
1317         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1318         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1319 }
1320 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1321
1322 #ifdef CONFIG_BLOCK
1323 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1324 {
1325         if (!disk || !disk->random)
1326                 return;
1327         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1328         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1329         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1330 }
1331 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1332 #endif
1333
1334 /*********************************************************************
1335  *
1336  * Entropy extraction routines
1337  *
1338  *********************************************************************/
1339
1340 /*
1341  * This function decides how many bytes to actually take from the
1342  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1343  */
1344 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1345                       int reserved)
1346 {
1347         int entropy_count, orig, have_bytes;
1348         size_t ibytes, nfrac;
1349
1350         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1351
1352         /* Can we pull enough? */
1353 retry:
1354         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1355         ibytes = nbytes;
1356         /* never pull more than available */
1357         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1358
1359         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1360                 have_bytes = 0;
1361         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1362         if (ibytes < min)
1363                 ibytes = 0;
1364
1365         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
1366                 pr_warn("negative entropy count: pool %s count %d\n",
1367                         r->name, entropy_count);
1368                 entropy_count = 0;
1369         }
1370         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1371         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1372                 entropy_count -= nfrac;
1373         else
1374                 entropy_count = 0;
1375
1376         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1377                 goto retry;
1378
1379         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1380         if (ibytes && ENTROPY_BITS(r) < random_write_wakeup_bits) {
1381                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1382                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1383         }
1384
1385         return ibytes;
1386 }
1387
1388 /*
1389  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1390  * extract_entropy_user.
1391  *
1392  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1393  */
1394 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1395 {
1396         int i;
1397         union {
1398                 __u32 w[5];
1399                 unsigned long l[LONGS(20)];
1400         } hash;
1401         __u32 workspace[SHA1_WORKSPACE_WORDS];
1402         unsigned long flags;
1403
1404         /*
1405          * If we have an architectural hardware random number
1406          * generator, use it for SHA's initial vector
1407          */
1408         sha1_init(hash.w);
1409         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1410                 unsigned long v;
1411                 if (!arch_get_random_long(&v))
1412                         break;
1413                 hash.l[i] = v;
1414         }
1415
1416         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1417         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1418         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1419                 sha1_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1420
1421         /*
1422          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1423          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1424          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1425          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1426          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1427          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1428          * hash.
1429          */
1430         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1431         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1432
1433         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1434
1435         /*
1436          * In case the hash function has some recognizable output
1437          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1438          * twice as much data as we output.
1439          */
1440         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1441         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1442         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1443
1444         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1445         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1446 }
1447
1448 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1449                                 size_t nbytes, int fips)
1450 {
1451         ssize_t ret = 0, i;
1452         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1453         unsigned long flags;
1454
1455         while (nbytes) {
1456                 extract_buf(r, tmp);
1457
1458                 if (fips) {
1459                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1460                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1461                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1462                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1463                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1464                 }
1465                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1466                 memcpy(buf, tmp, i);
1467                 nbytes -= i;
1468                 buf += i;
1469                 ret += i;
1470         }
1471
1472         /* Wipe data just returned from memory */
1473         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1474
1475         return ret;
1476 }
1477
1478 /*
1479  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1480  * returns it in a buffer.
1481  *
1482  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1483  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1484  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1485  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1486  */
1487 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1488                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1489 {
1490         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1491         unsigned long flags;
1492
1493         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1494         if (fips_enabled) {
1495                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1496                 if (!r->last_data_init) {
1497                         r->last_data_init = 1;
1498                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1499                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1500                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1501                         extract_buf(r, tmp);
1502                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1503                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1504                 }
1505                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1506         }
1507
1508         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1509         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1510
1511         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1512 }
1513
1514 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1515         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1516
1517 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1518                                       void **previous)
1519 {
1520 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1521         const bool print_once = false;
1522 #else
1523         static bool print_once __read_mostly;
1524 #endif
1525
1526         if (print_once ||
1527             crng_ready() ||
1528             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1529                 return;
1530         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1531 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1532         print_once = true;
1533 #endif
1534         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1535                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS "
1536                                 "with crng_init=%d\n", func_name, caller,
1537                                 crng_init);
1538 }
1539
1540 /*
1541  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1542  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1543  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1544  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1545  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1546  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1547  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1548  * at any point prior.
1549  */
1550 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1551 {
1552         __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1553
1554         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1555
1556         while (nbytes >= CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1557                 extract_crng(buf);
1558                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
1559                 nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
1560         }
1561
1562         if (nbytes > 0) {
1563                 extract_crng(tmp);
1564                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1565                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1566         } else
1567                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1568         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1569 }
1570
1571 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1572 {
1573         static void *previous;
1574
1575         warn_unseeded_randomness(&previous);
1576         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1577 }
1578 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1579
1580
1581 /*
1582  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1583  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1584  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1585  * generating entropy..
1586  *
1587  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1588  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1589  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1590  * entropy loop is running.
1591  *
1592  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1593  */
1594 static void entropy_timer(struct timer_list *t)
1595 {
1596         credit_entropy_bits(&input_pool, 1);
1597 }
1598
1599 /*
1600  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1601  * generate enough entropy with timing noise
1602  */
1603 static void try_to_generate_entropy(void)
1604 {
1605         struct {
1606                 unsigned long now;
1607                 struct timer_list timer;
1608         } stack;
1609
1610         stack.now = random_get_entropy();
1611
1612         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1613         if (stack.now == random_get_entropy())
1614                 return;
1615
1616         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1617         while (!crng_ready()) {
1618                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1619                         mod_timer(&stack.timer, jiffies+1);
1620                 mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1621                 schedule();
1622                 stack.now = random_get_entropy();
1623         }
1624
1625         del_timer_sync(&stack.timer);
1626         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1627         mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1632  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1633  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1634  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1635  * this function forfeits the guarantee of security.
1636  *
1637  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1638  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1639  */
1640 int wait_for_random_bytes(void)
1641 {
1642         if (likely(crng_ready()))
1643                 return 0;
1644
1645         do {
1646                 int ret;
1647                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
1648                 if (ret)
1649                         return ret > 0 ? 0 : ret;
1650
1651                 try_to_generate_entropy();
1652         } while (!crng_ready());
1653
1654         return 0;
1655 }
1656 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1657
1658 /*
1659  * Returns whether or not the urandom pool has been seeded and thus guaranteed
1660  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
1661  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
1662  * ,u64,int,long} family of functions.
1663  *
1664  * Returns: true if the urandom pool has been seeded.
1665  *          false if the urandom pool has not been seeded.
1666  */
1667 bool rng_is_initialized(void)
1668 {
1669         return crng_ready();
1670 }
1671 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
1672
1673 /*
1674  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1675  * pool is initialised.
1676  *
1677  * returns: 0 if callback is successfully added
1678  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1679  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1680  */
1681 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1682 {
1683         struct module *owner;
1684         unsigned long flags;
1685         int err = -EALREADY;
1686
1687         if (crng_ready())
1688                 return err;
1689
1690         owner = rdy->owner;
1691         if (!try_module_get(owner))
1692                 return -ENOENT;
1693
1694         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1695         if (crng_ready())
1696                 goto out;
1697
1698         owner = NULL;
1699
1700         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1701         err = 0;
1702
1703 out:
1704         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1705
1706         module_put(owner);
1707
1708         return err;
1709 }
1710 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1711
1712 /*
1713  * Delete a previously registered readiness callback function.
1714  */
1715 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1716 {
1717         unsigned long flags;
1718         struct module *owner = NULL;
1719
1720         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1721         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1722                 list_del_init(&rdy->list);
1723                 owner = rdy->owner;
1724         }
1725         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1726
1727         module_put(owner);
1728 }
1729 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1730
1731 /*
1732  * This function will use the architecture-specific hardware random
1733  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1734  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1735  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1736  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1737  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1738  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1739  * have put in a back door.
1740  *
1741  * Return number of bytes filled in.
1742  */
1743 int __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1744 {
1745         int left = nbytes;
1746         char *p = buf;
1747
1748         trace_get_random_bytes_arch(left, _RET_IP_);
1749         while (left) {
1750                 unsigned long v;
1751                 int chunk = min_t(int, left, sizeof(unsigned long));
1752
1753                 if (!arch_get_random_long(&v))
1754                         break;
1755
1756                 memcpy(p, &v, chunk);
1757                 p += chunk;
1758                 left -= chunk;
1759         }
1760
1761         return nbytes - left;
1762 }
1763 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1764
1765 /*
1766  * init_std_data - initialize pool with system data
1767  *
1768  * @r: pool to initialize
1769  *
1770  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1771  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1772  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1773  */
1774 static void __init init_std_data(struct entropy_store *r)
1775 {
1776         int i;
1777         ktime_t now = ktime_get_real();
1778         unsigned long rv;
1779
1780         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1781         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1782                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1783                     !arch_get_random_long(&rv))
1784                         rv = random_get_entropy();
1785                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1786         }
1787         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1788 }
1789
1790 /*
1791  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1792  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1793  * with some platform dependent data very early in the boot
1794  * process. But it limits our options here. We must use
1795  * statically allocated structures that already have all
1796  * initializations complete at compile time. We should also
1797  * take care not to overwrite the precious per platform data
1798  * we were given.
1799  */
1800 int __init rand_initialize(void)
1801 {
1802         init_std_data(&input_pool);
1803         crng_initialize_primary(&primary_crng);
1804         crng_global_init_time = jiffies;
1805         if (ratelimit_disable) {
1806                 urandom_warning.interval = 0;
1807                 unseeded_warning.interval = 0;
1808         }
1809         return 0;
1810 }
1811
1812 #ifdef CONFIG_BLOCK
1813 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1814 {
1815         struct timer_rand_state *state;
1816
1817         /*
1818          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1819          * source.
1820          */
1821         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1822         if (state) {
1823                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1824                 disk->random = state;
1825         }
1826 }
1827 #endif
1828
1829 static ssize_t
1830 urandom_read_nowarn(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1831                     loff_t *ppos)
1832 {
1833         int ret;
1834
1835         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1836         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1837         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1838         return ret;
1839 }
1840
1841 static ssize_t
1842 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1843 {
1844         unsigned long flags;
1845         static int maxwarn = 10;
1846
1847         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1848                 maxwarn--;
1849                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1850                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zd bytes read)\n",
1851                                   current->comm, nbytes);
1852                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1853                 crng_init_cnt = 0;
1854                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1855         }
1856
1857         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1858 }
1859
1860 static ssize_t
1861 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1862 {
1863         int ret;
1864
1865         ret = wait_for_random_bytes();
1866         if (ret != 0)
1867                 return ret;
1868         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1869 }
1870
1871 static __poll_t
1872 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1873 {
1874         __poll_t mask;
1875
1876         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1877         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1878         mask = 0;
1879         if (crng_ready())
1880                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1881         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1882                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1883         return mask;
1884 }
1885
1886 static int
1887 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1888 {
1889         size_t bytes;
1890         __u32 t, buf[16];
1891         const char __user *p = buffer;
1892
1893         while (count > 0) {
1894                 int b, i = 0;
1895
1896                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1897                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1898                         return -EFAULT;
1899
1900                 for (b = bytes ; b > 0 ; b -= sizeof(__u32), i++) {
1901                         if (!arch_get_random_int(&t))
1902                                 break;
1903                         buf[i] ^= t;
1904                 }
1905
1906                 count -= bytes;
1907                 p += bytes;
1908
1909                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1910                 cond_resched();
1911         }
1912
1913         return 0;
1914 }
1915
1916 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1917                             size_t count, loff_t *ppos)
1918 {
1919         size_t ret;
1920
1921         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1922         if (ret)
1923                 return ret;
1924
1925         return (ssize_t)count;
1926 }
1927
1928 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1929 {
1930         int size, ent_count;
1931         int __user *p = (int __user *)arg;
1932         int retval;
1933
1934         switch (cmd) {
1935         case RNDGETENTCNT:
1936                 /* inherently racy, no point locking */
1937                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1938                 if (put_user(ent_count, p))
1939                         return -EFAULT;
1940                 return 0;
1941         case RNDADDTOENTCNT:
1942                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1943                         return -EPERM;
1944                 if (get_user(ent_count, p))
1945                         return -EFAULT;
1946                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1947         case RNDADDENTROPY:
1948                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1949                         return -EPERM;
1950                 if (get_user(ent_count, p++))
1951                         return -EFAULT;
1952                 if (ent_count < 0)
1953                         return -EINVAL;
1954                 if (get_user(size, p++))
1955                         return -EFAULT;
1956                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1957                                     size);
1958                 if (retval < 0)
1959                         return retval;
1960                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1961         case RNDZAPENTCNT:
1962         case RNDCLEARPOOL:
1963                 /*
1964                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1965                  * the entropy pool, as that's silly.
1966                  */
1967                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1968                         return -EPERM;
1969                 input_pool.entropy_count = 0;
1970                 return 0;
1971         case RNDRESEEDCRNG:
1972                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1973                         return -EPERM;
1974                 if (crng_init < 2)
1975                         return -ENODATA;
1976                 crng_reseed(&primary_crng, NULL);
1977                 crng_global_init_time = jiffies - 1;
1978                 return 0;
1979         default:
1980                 return -EINVAL;
1981         }
1982 }
1983
1984 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1985 {
1986         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1987 }
1988
1989 const struct file_operations random_fops = {
1990         .read  = random_read,
1991         .write = random_write,
1992         .poll  = random_poll,
1993         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1994         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1995         .fasync = random_fasync,
1996         .llseek = noop_llseek,
1997 };
1998
1999 const struct file_operations urandom_fops = {
2000         .read  = urandom_read,
2001         .write = random_write,
2002         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
2003         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
2004         .fasync = random_fasync,
2005         .llseek = noop_llseek,
2006 };
2007
2008 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
2009                 unsigned int, flags)
2010 {
2011         int ret;
2012
2013         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM|GRND_INSECURE))
2014                 return -EINVAL;
2015
2016         /*
2017          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
2018          * no sense.
2019          */
2020         if ((flags & (GRND_INSECURE|GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE|GRND_RANDOM))
2021                 return -EINVAL;
2022
2023         if (count > INT_MAX)
2024                 count = INT_MAX;
2025
2026         if (!(flags & GRND_INSECURE) && !crng_ready()) {
2027                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
2028                         return -EAGAIN;
2029                 ret = wait_for_random_bytes();
2030                 if (unlikely(ret))
2031                         return ret;
2032         }
2033         return urandom_read_nowarn(NULL, buf, count, NULL);
2034 }
2035
2036 /********************************************************************
2037  *
2038  * Sysctl interface
2039  *
2040  ********************************************************************/
2041
2042 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2043
2044 #include <linux/sysctl.h>
2045
2046 static int min_write_thresh;
2047 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2048 static int random_min_urandom_seed = 60;
2049 static char sysctl_bootid[16];
2050
2051 /*
2052  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2053  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2054  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2055  *
2056  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2057  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2058  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2059  */
2060 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2061                         void *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2062 {
2063         struct ctl_table fake_table;
2064         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2065
2066         uuid = table->data;
2067         if (!uuid) {
2068                 uuid = tmp_uuid;
2069                 generate_random_uuid(uuid);
2070         } else {
2071                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2072
2073                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2074                 if (!uuid[8])
2075                         generate_random_uuid(uuid);
2076                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2077         }
2078
2079         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2080
2081         fake_table.data = buf;
2082         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2083
2084         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2085 }
2086
2087 /*
2088  * Return entropy available scaled to integral bits
2089  */
2090 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2091                            void *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2092 {
2093         struct ctl_table fake_table;
2094         int entropy_count;
2095
2096         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2097
2098         fake_table.data = &entropy_count;
2099         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2100
2101         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2102 }
2103
2104 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2105 extern struct ctl_table random_table[];
2106 struct ctl_table random_table[] = {
2107         {
2108                 .procname       = "poolsize",
2109                 .data           = &sysctl_poolsize,
2110                 .maxlen         = sizeof(int),
2111                 .mode           = 0444,
2112                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2113         },
2114         {
2115                 .procname       = "entropy_avail",
2116                 .maxlen         = sizeof(int),
2117                 .mode           = 0444,
2118                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2119                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2120         },
2121         {
2122                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2123                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2124                 .maxlen         = sizeof(int),
2125                 .mode           = 0644,
2126                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2127                 .extra1         = &min_write_thresh,
2128                 .extra2         = &max_write_thresh,
2129         },
2130         {
2131                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2132                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2133                 .maxlen         = sizeof(int),
2134                 .mode           = 0644,
2135                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2136         },
2137         {
2138                 .procname       = "boot_id",
2139                 .data           = &sysctl_bootid,
2140                 .maxlen         = 16,
2141                 .mode           = 0444,
2142                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2143         },
2144         {
2145                 .procname       = "uuid",
2146                 .maxlen         = 16,
2147                 .mode           = 0444,
2148                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2149         },
2150 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2151         {
2152                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2153                 .data           = &avg_cycles,
2154                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2155                 .mode           = 0444,
2156                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2157         },
2158         {
2159                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2160                 .data           = &avg_deviation,
2161                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2162                 .mode           = 0444,
2163                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2164         },
2165 #endif
2166         { }
2167 };
2168 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2169
2170 struct batched_entropy {
2171         union {
2172                 u64 entropy_u64[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2173                 u32 entropy_u32[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2174         };
2175         unsigned int position;
2176         spinlock_t batch_lock;
2177 };
2178
2179 /*
2180  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2181  * number is good as /dev/urandom, but there is no backtrack protection, with
2182  * the goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2183  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2184  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once at any
2185  * point prior.
2186  */
2187 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
2188         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u64.lock),
2189 };
2190
2191 u64 get_random_u64(void)
2192 {
2193         u64 ret;
2194         unsigned long flags;
2195         struct batched_entropy *batch;
2196         static void *previous;
2197
2198         warn_unseeded_randomness(&previous);
2199
2200         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
2201         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2202         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2203                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2204                 batch->position = 0;
2205         }
2206         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2207         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2208         return ret;
2209 }
2210 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2211
2212 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
2213         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u32.lock),
2214 };
2215 u32 get_random_u32(void)
2216 {
2217         u32 ret;
2218         unsigned long flags;
2219         struct batched_entropy *batch;
2220         static void *previous;
2221
2222         warn_unseeded_randomness(&previous);
2223
2224         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
2225         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2226         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2227                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2228                 batch->position = 0;
2229         }
2230         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2231         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2232         return ret;
2233 }
2234 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2235
2236 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2237  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2238  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2239  * next usage. */
2240 static void invalidate_batched_entropy(void)
2241 {
2242         int cpu;
2243         unsigned long flags;
2244
2245         for_each_possible_cpu (cpu) {
2246                 struct batched_entropy *batched_entropy;
2247
2248                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu);
2249                 spin_lock_irqsave(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2250                 batched_entropy->position = 0;
2251                 spin_unlock(&batched_entropy->batch_lock);
2252
2253                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu);
2254                 spin_lock(&batched_entropy->batch_lock);
2255                 batched_entropy->position = 0;
2256                 spin_unlock_irqrestore(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2257         }
2258 }
2259
2260 /**
2261  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2262  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2263  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2264  *              random address must fall.
2265  *
2266  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2267  *
2268  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2269  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2270  *
2271  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2272  * @start is returned.
2273  */
2274 unsigned long
2275 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2276 {
2277         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2278                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2279                 start = PAGE_ALIGN(start);
2280         }
2281
2282         if (start > ULONG_MAX - range)
2283                 range = ULONG_MAX - start;
2284
2285         range >>= PAGE_SHIFT;
2286
2287         if (range == 0)
2288                 return start;
2289
2290         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2291 }
2292
2293 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2294  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2295  * when our pool is full.
2296  */
2297 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2298                                 size_t entropy)
2299 {
2300         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2301
2302         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2303                 crng_fast_load(buffer, count);
2304                 return;
2305         }
2306
2307         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2308          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2309          * or when the calling thread is about to terminate.
2310          */
2311         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2312                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2313         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2314         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2315 }
2316 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
2317
2318 /* Handle random seed passed by bootloader.
2319  * If the seed is trustworthy, it would be regarded as hardware RNGs. Otherwise
2320  * it would be regarded as device data.
2321  * The decision is controlled by CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER.
2322  */
2323 void add_bootloader_randomness(const void *buf, unsigned int size)
2324 {
2325         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER))
2326                 add_hwgenerator_randomness(buf, size, size * 8);
2327         else
2328                 add_device_randomness(buf, size);
2329 }
2330 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);