vfs: do bulk POLL* -> EPOLL* replacement
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All
5  * Rights Reserved.
6  *
7  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
8  *
9  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
10  * rights reserved.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
17  *    including the disclaimer of warranties.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
22  *    products derived from this software without specific prior
23  *    written permission.
24  *
25  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
26  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
27  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
28  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
29  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
32  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
33  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
34  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
35  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
36  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
37  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
38  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
39  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
40  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
41  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
42  * DAMAGE.
43  */
44
45 /*
46  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
47  *
48  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
49  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
50  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
51  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
52  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
53  * predict by an attacker.
54  *
55  * Theory of operation
56  * ===================
57  *
58  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
59  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
60  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
61  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
62  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
63  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
64  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
65  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
66  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
67  * from inside the kernel.
68  *
69  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
70  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
71  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
72  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
73  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
74  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
75  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
76  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
77  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
78  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
79  * the random number generator's internal state.
80  *
81  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
82  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
83  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
84  * be computationally infeasible to derive any useful information
85  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
86  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
87  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
88  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
89  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
90  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
91  * outputs random numbers.
92  *
93  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
94  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
95  * able to infer the future output of the generator from prior
96  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
97  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
98  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
99  * of purposes.
100  *
101  * Exported interfaces ---- output
102  * ===============================
103  *
104  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
105  * be used from within the kernel:
106  *
107  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
108  *
109  * This interface will return the requested number of random bytes,
110  * and place it in the requested buffer.
111  *
112  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
113  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
114  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
115  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
116  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
117  * contained in the entropy pool.
118  *
119  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
120  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
121  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
122  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
123  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
124  *
125  * Exported interfaces ---- input
126  * ==============================
127  *
128  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
129  * from the devices are:
130  *
131  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
132  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
133  *                                unsigned int value);
134  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
135  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
136  *
137  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
138  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
139  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
140  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
141  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
142  * that might otherwise be identical and have very little entropy
143  * available to them (particularly common in the embedded world).
144  *
145  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
146  * the event type information from the hardware.
147  *
148  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
149  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
150  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
151  *
152  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
153  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
154  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
155  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
156  * times are usually fairly consistent.
157  *
158  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
159  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
160  * first and second order deltas of the event timings.
161  *
162  * Ensuring unpredictability at system startup
163  * ============================================
164  *
165  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
166  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
167  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
168  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
169  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
170  * counteract this effect, it helps to carry information in the
171  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
172  * following lines an appropriate script which is run during the boot
173  * sequence:
174  *
175  *      echo "Initializing random number generator..."
176  *      random_seed=/var/run/random-seed
177  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
178  *      # Load and then save the whole entropy pool
179  *      if [ -f $random_seed ]; then
180  *              cat $random_seed >/dev/urandom
181  *      else
182  *              touch $random_seed
183  *      fi
184  *      chmod 600 $random_seed
185  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
186  *
187  * and the following lines in an appropriate script which is run as
188  * the system is shutdown:
189  *
190  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
191  *      # Save the whole entropy pool
192  *      echo "Saving random seed..."
193  *      random_seed=/var/run/random-seed
194  *      touch $random_seed
195  *      chmod 600 $random_seed
196  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
197  *
198  * For example, on most modern systems using the System V init
199  * scripts, such code fragments would be found in
200  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
201  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
202  *
203  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
204  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
205  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
206  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
207  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
208  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
209  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
210  * the system.
211  *
212  * Configuring the /dev/random driver under Linux
213  * ==============================================
214  *
215  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
216  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
217  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
218  * by using the commands:
219  *
220  *      mknod /dev/random c 1 8
221  *      mknod /dev/urandom c 1 9
222  *
223  * Acknowledgements:
224  * =================
225  *
226  * Ideas for constructing this random number generator were derived
227  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
228  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
229  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
230  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
231  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
232  *
233  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
234  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
235  *
236  * Further background information on this topic may be obtained from
237  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
238  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
239  */
240
241 #include <linux/utsname.h>
242 #include <linux/module.h>
243 #include <linux/kernel.h>
244 #include <linux/major.h>
245 #include <linux/string.h>
246 #include <linux/fcntl.h>
247 #include <linux/slab.h>
248 #include <linux/random.h>
249 #include <linux/poll.h>
250 #include <linux/init.h>
251 #include <linux/fs.h>
252 #include <linux/genhd.h>
253 #include <linux/interrupt.h>
254 #include <linux/mm.h>
255 #include <linux/nodemask.h>
256 #include <linux/spinlock.h>
257 #include <linux/kthread.h>
258 #include <linux/percpu.h>
259 #include <linux/cryptohash.h>
260 #include <linux/fips.h>
261 #include <linux/ptrace.h>
262 #include <linux/workqueue.h>
263 #include <linux/irq.h>
264 #include <linux/syscalls.h>
265 #include <linux/completion.h>
266 #include <linux/uuid.h>
267 #include <crypto/chacha20.h>
268
269 #include <asm/processor.h>
270 #include <linux/uaccess.h>
271 #include <asm/irq.h>
272 #include <asm/irq_regs.h>
273 #include <asm/io.h>
274
275 #define CREATE_TRACE_POINTS
276 #include <trace/events/random.h>
277
278 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
279
280 /*
281  * Configuration information
282  */
283 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
284 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
285 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
286 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
287 #define SEC_XFER_SIZE           512
288 #define EXTRACT_SIZE            10
289
290
291 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
292
293 /*
294  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
295  * denominated in units of 1/8th bits.
296  *
297  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
298  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
299  */
300 #define ENTROPY_SHIFT 3
301 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
302
303 /*
304  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
305  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
306  */
307 static int random_read_wakeup_bits = 64;
308
309 /*
310  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
311  * should wake up processes which are selecting or polling on write
312  * access to /dev/random.
313  */
314 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
315
316 /*
317  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
318  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
319  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
320  * to get the twisting happening as fast as possible.
321  *
322  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
323  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
324  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
325  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
326  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
327  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
328  * Simulation 4:254-266)
329  *
330  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
331  *
332  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
333  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
334  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
335  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
336  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
337  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
338  * attacker can construct inputs that will produce controlled
339  * alterations to the pool's state is not important because we don't
340  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
341  * property we need with respect to them is that the attacker can't
342  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
343  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
344  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
345  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
346  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
347  * decrease the uncertainty).
348  *
349  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
350  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
351  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
352  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
353  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
354  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
355  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
356  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
357  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
358  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
359  * irreducible, which we have made here.
360  */
361 static struct poolinfo {
362         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
363 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
364         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
365 } poolinfo_table[] = {
366         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
367         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
369         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
370         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
372 #if 0
373         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
374         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
375
376         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
377         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
378
379         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
380         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
381
382         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
383         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
384
385         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
386         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
387         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
388         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
389
390         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
391         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
392
393         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
394         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
395
396         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
397         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
398 #endif
399 };
400
401 /*
402  * Static global variables
403  */
404 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
406 static struct fasync_struct *fasync;
407
408 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
409 static LIST_HEAD(random_ready_list);
410
411 struct crng_state {
412         __u32           state[16];
413         unsigned long   init_time;
414         spinlock_t      lock;
415 };
416
417 struct crng_state primary_crng = {
418         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
419 };
420
421 /*
422  * crng_init =  0 --> Uninitialized
423  *              1 --> Initialized
424  *              2 --> Initialized from input_pool
425  *
426  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
427  * its value (from 0->1->2).
428  */
429 static int crng_init = 0;
430 #define crng_ready() (likely(crng_init > 0))
431 static int crng_init_cnt = 0;
432 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
433 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
434                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS]);
435 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
436                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used);
437 static void process_random_ready_list(void);
438 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
439
440 /**********************************************************************
441  *
442  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
443  * storing entropy in an entropy pool.
444  *
445  **********************************************************************/
446
447 struct entropy_store;
448 struct entropy_store {
449         /* read-only data: */
450         const struct poolinfo *poolinfo;
451         __u32 *pool;
452         const char *name;
453         struct entropy_store *pull;
454         struct work_struct push_work;
455
456         /* read-write data: */
457         unsigned long last_pulled;
458         spinlock_t lock;
459         unsigned short add_ptr;
460         unsigned short input_rotate;
461         int entropy_count;
462         int entropy_total;
463         unsigned int initialized:1;
464         unsigned int last_data_init:1;
465         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
466 };
467
468 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
469                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
470 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
471                                 size_t nbytes, int fips);
472
473 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
474 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
475 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
476 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
477
478 static struct entropy_store input_pool = {
479         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
480         .name = "input",
481         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
482         .pool = input_pool_data
483 };
484
485 static struct entropy_store blocking_pool = {
486         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
487         .name = "blocking",
488         .pull = &input_pool,
489         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
490         .pool = blocking_pool_data,
491         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
492                                         push_to_pool),
493 };
494
495 static __u32 const twist_table[8] = {
496         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
497         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
498
499 /*
500  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
501  * update the entropy estimate.  The caller should call
502  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
503  *
504  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
505  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
506  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
507  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
508  */
509 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
510                             int nbytes)
511 {
512         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
513         int input_rotate;
514         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
515         const char *bytes = in;
516         __u32 w;
517
518         tap1 = r->poolinfo->tap1;
519         tap2 = r->poolinfo->tap2;
520         tap3 = r->poolinfo->tap3;
521         tap4 = r->poolinfo->tap4;
522         tap5 = r->poolinfo->tap5;
523
524         input_rotate = r->input_rotate;
525         i = r->add_ptr;
526
527         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
528         while (nbytes--) {
529                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
530                 i = (i - 1) & wordmask;
531
532                 /* XOR in the various taps */
533                 w ^= r->pool[i];
534                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
535                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
537                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
538                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
539
540                 /* Mix the result back in with a twist */
541                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
542
543                 /*
544                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
545                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
546                  * rotation, so that successive passes spread the
547                  * input bits across the pool evenly.
548                  */
549                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
550         }
551
552         r->input_rotate = input_rotate;
553         r->add_ptr = i;
554 }
555
556 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
557                              int nbytes)
558 {
559         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
560         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
561 }
562
563 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
564                            int nbytes)
565 {
566         unsigned long flags;
567
568         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
569         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
570         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
571         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
572 }
573
574 struct fast_pool {
575         __u32           pool[4];
576         unsigned long   last;
577         unsigned short  reg_idx;
578         unsigned char   count;
579 };
580
581 /*
582  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
583  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
584  * locks that might be needed are taken by the caller.
585  */
586 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
587 {
588         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
589         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
590
591         a += b;                 c += d;
592         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
593         d ^= a;                 b ^= c;
594
595         a += b;                 c += d;
596         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
597         d ^= a;                 b ^= c;
598
599         a += b;                 c += d;
600         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
601         d ^= a;                 b ^= c;
602
603         a += b;                 c += d;
604         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
605         d ^= a;                 b ^= c;
606
607         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
608         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
609         f->count++;
610 }
611
612 static void process_random_ready_list(void)
613 {
614         unsigned long flags;
615         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
616
617         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
618         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
619                 struct module *owner = rdy->owner;
620
621                 list_del_init(&rdy->list);
622                 rdy->func(rdy);
623                 module_put(owner);
624         }
625         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
626 }
627
628 /*
629  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
630  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
631  * or otherwise should be checked for extreme values.
632  */
633 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
634 {
635         int entropy_count, orig;
636         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
637         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
638
639         if (!nbits)
640                 return;
641
642 retry:
643         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
644         if (nfrac < 0) {
645                 /* Debit */
646                 entropy_count += nfrac;
647         } else {
648                 /*
649                  * Credit: we have to account for the possibility of
650                  * overwriting already present entropy.  Even in the
651                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
652                  * approach the full value asymptotically:
653                  *
654                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
655                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
656                  *
657                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
658                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
659                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
660                  * so we can approximate the exponential with
661                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
662                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
663                  *
664                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
665                  * prevent rounding artifacts from making the loop
666                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
667                  * turns no matter how large nbits is.
668                  */
669                 int pnfrac = nfrac;
670                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
671                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
672
673                 do {
674                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
675                         unsigned int add =
676                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
677
678                         entropy_count += add;
679                         pnfrac -= anfrac;
680                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
681         }
682
683         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
684                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
685                         r->name, entropy_count);
686                 WARN_ON(1);
687                 entropy_count = 0;
688         } else if (entropy_count > pool_size)
689                 entropy_count = pool_size;
690         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
691                 goto retry;
692
693         r->entropy_total += nbits;
694         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
695                 r->initialized = 1;
696                 r->entropy_total = 0;
697         }
698
699         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
700                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
701                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
702
703         if (r == &input_pool) {
704                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
705
706                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
707                         crng_reseed(&primary_crng, r);
708                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
709                 }
710
711                 /* should we wake readers? */
712                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
713                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
714                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
715                 }
716                 /* If the input pool is getting full, send some
717                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
718                  */
719                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
720                     r->initialized &&
721                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
722                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
723
724                         if (other->entropy_count <=
725                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
726                                 schedule_work(&other->push_work);
727                                 r->entropy_total = 0;
728                         }
729                 }
730         }
731 }
732
733 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
734 {
735         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
736
737         if (nbits < 0)
738                 return -EINVAL;
739
740         /* Cap the value to avoid overflows */
741         nbits = min(nbits,  nbits_max);
742
743         credit_entropy_bits(r, nbits);
744         return 0;
745 }
746
747 /*********************************************************************
748  *
749  * CRNG using CHACHA20
750  *
751  *********************************************************************/
752
753 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
754
755 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
756
757 #ifdef CONFIG_NUMA
758 /*
759  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
760  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
761  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
762  * their brain damage.
763  */
764 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
765 #endif
766
767 static void invalidate_batched_entropy(void);
768
769 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
770 {
771         int             i;
772         unsigned long   rv;
773
774         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
775         if (crng == &primary_crng)
776                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
777                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
778         else
779                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
780         for (i = 4; i < 16; i++) {
781                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
782                     !arch_get_random_long(&rv))
783                         rv = random_get_entropy();
784                 crng->state[i] ^= rv;
785         }
786         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
787 }
788
789 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
790 {
791         unsigned long flags;
792         char *p;
793
794         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
795                 return 0;
796         if (crng_ready()) {
797                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
798                 return 0;
799         }
800         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
801         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
802                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
803                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
804         }
805         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
806         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
807                 invalidate_batched_entropy();
808                 crng_init = 1;
809                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
810                 pr_notice("random: fast init done\n");
811         }
812         return 1;
813 }
814
815 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
816 {
817         unsigned long   flags;
818         int             i, num;
819         union {
820                 __u32   block[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
821                 __u32   key[8];
822         } buf;
823
824         if (r) {
825                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
826                 if (num == 0)
827                         return;
828         } else {
829                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
830                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
831                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
832         }
833         spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
834         for (i = 0; i < 8; i++) {
835                 unsigned long   rv;
836                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
837                     !arch_get_random_long(&rv))
838                         rv = random_get_entropy();
839                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
840         }
841         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
842         crng->init_time = jiffies;
843         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
844         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
845                 invalidate_batched_entropy();
846                 crng_init = 2;
847                 process_random_ready_list();
848                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
849                 pr_notice("random: crng init done\n");
850         }
851 }
852
853 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
854                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
855 {
856         unsigned long v, flags;
857
858         if (crng_init > 1 &&
859             time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
860                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
861         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
862         if (arch_get_random_long(&v))
863                 crng->state[14] ^= v;
864         chacha20_block(&crng->state[0], out);
865         if (crng->state[12] == 0)
866                 crng->state[13]++;
867         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
868 }
869
870 static void extract_crng(__u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
871 {
872         struct crng_state *crng = NULL;
873
874 #ifdef CONFIG_NUMA
875         if (crng_node_pool)
876                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
877         if (crng == NULL)
878 #endif
879                 crng = &primary_crng;
880         _extract_crng(crng, out);
881 }
882
883 /*
884  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
885  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
886  */
887 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
888                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
889 {
890         unsigned long   flags;
891         __u32           *s, *d;
892         int             i;
893
894         used = round_up(used, sizeof(__u32));
895         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
896                 extract_crng(tmp);
897                 used = 0;
898         }
899         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
900         s = &tmp[used / sizeof(__u32)];
901         d = &crng->state[4];
902         for (i=0; i < 8; i++)
903                 *d++ ^= *s++;
904         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
905 }
906
907 static void crng_backtrack_protect(__u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
908 {
909         struct crng_state *crng = NULL;
910
911 #ifdef CONFIG_NUMA
912         if (crng_node_pool)
913                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
914         if (crng == NULL)
915 #endif
916                 crng = &primary_crng;
917         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
918 }
919
920 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
921 {
922         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
923         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
924         int large_request = (nbytes > 256);
925
926         while (nbytes) {
927                 if (large_request && need_resched()) {
928                         if (signal_pending(current)) {
929                                 if (ret == 0)
930                                         ret = -ERESTARTSYS;
931                                 break;
932                         }
933                         schedule();
934                 }
935
936                 extract_crng(tmp);
937                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
938                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
939                         ret = -EFAULT;
940                         break;
941                 }
942
943                 nbytes -= i;
944                 buf += i;
945                 ret += i;
946         }
947         crng_backtrack_protect(tmp, i);
948
949         /* Wipe data just written to memory */
950         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
951
952         return ret;
953 }
954
955
956 /*********************************************************************
957  *
958  * Entropy input management
959  *
960  *********************************************************************/
961
962 /* There is one of these per entropy source */
963 struct timer_rand_state {
964         cycles_t last_time;
965         long last_delta, last_delta2;
966         unsigned dont_count_entropy:1;
967 };
968
969 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
970
971 /*
972  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
973  * initialize it.
974  *
975  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
976  * the entropy pool having similar initial state across largely
977  * identical devices.
978  */
979 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
980 {
981         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
982         unsigned long flags;
983
984         if (!crng_ready()) {
985                 crng_fast_load(buf, size);
986                 return;
987         }
988
989         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
990         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
991         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
992         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
993         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
994 }
995 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
996
997 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
998
999 /*
1000  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1001  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1002  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1003  *
1004  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1005  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1006  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1007  *
1008  */
1009 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1010 {
1011         struct entropy_store    *r;
1012         struct {
1013                 long jiffies;
1014                 unsigned cycles;
1015                 unsigned num;
1016         } sample;
1017         long delta, delta2, delta3;
1018
1019         preempt_disable();
1020
1021         sample.jiffies = jiffies;
1022         sample.cycles = random_get_entropy();
1023         sample.num = num;
1024         r = &input_pool;
1025         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1026
1027         /*
1028          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1029          * We take into account the first, second and third-order deltas
1030          * in order to make our estimate.
1031          */
1032
1033         if (!state->dont_count_entropy) {
1034                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
1035                 state->last_time = sample.jiffies;
1036
1037                 delta2 = delta - state->last_delta;
1038                 state->last_delta = delta;
1039
1040                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1041                 state->last_delta2 = delta2;
1042
1043                 if (delta < 0)
1044                         delta = -delta;
1045                 if (delta2 < 0)
1046                         delta2 = -delta2;
1047                 if (delta3 < 0)
1048                         delta3 = -delta3;
1049                 if (delta > delta2)
1050                         delta = delta2;
1051                 if (delta > delta3)
1052                         delta = delta3;
1053
1054                 /*
1055                  * delta is now minimum absolute delta.
1056                  * Round down by 1 bit on general principles,
1057                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
1058                  */
1059                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1060         }
1061         preempt_enable();
1062 }
1063
1064 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1065                                  unsigned int value)
1066 {
1067         static unsigned char last_value;
1068
1069         /* ignore autorepeat and the like */
1070         if (value == last_value)
1071                 return;
1072
1073         last_value = value;
1074         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1075                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1076         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1077 }
1078 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1079
1080 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1081
1082 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1083 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1084
1085 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1086 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1087
1088 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1089 {
1090         long delta = random_get_entropy() - start;
1091
1092         /* Use a weighted moving average */
1093         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1094         avg_cycles += delta;
1095         /* And average deviation */
1096         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1097         avg_deviation += delta;
1098 }
1099 #else
1100 #define add_interrupt_bench(x)
1101 #endif
1102
1103 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1104 {
1105         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1106         unsigned int idx;
1107
1108         if (regs == NULL)
1109                 return 0;
1110         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1111         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1112                 idx = 0;
1113         ptr += idx++;
1114         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1115         return *ptr;
1116 }
1117
1118 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1119 {
1120         struct entropy_store    *r;
1121         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1122         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1123         unsigned long           now = jiffies;
1124         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1125         __u32                   c_high, j_high;
1126         __u64                   ip;
1127         unsigned long           seed;
1128         int                     credit = 0;
1129
1130         if (cycles == 0)
1131                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1132         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1133         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1134         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1135         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1136         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1137         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1138         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1139                 get_reg(fast_pool, regs);
1140
1141         fast_mix(fast_pool);
1142         add_interrupt_bench(cycles);
1143
1144         if (!crng_ready()) {
1145                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1146                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1147                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1148                         fast_pool->count = 0;
1149                         fast_pool->last = now;
1150                 }
1151                 return;
1152         }
1153
1154         if ((fast_pool->count < 64) &&
1155             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1156                 return;
1157
1158         r = &input_pool;
1159         if (!spin_trylock(&r->lock))
1160                 return;
1161
1162         fast_pool->last = now;
1163         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1164
1165         /*
1166          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1167          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1168          * architectural seed generator dominate the input from the
1169          * interrupt noise.
1170          */
1171         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1172                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1173                 credit = 1;
1174         }
1175         spin_unlock(&r->lock);
1176
1177         fast_pool->count = 0;
1178
1179         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1180         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1181 }
1182 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1183
1184 #ifdef CONFIG_BLOCK
1185 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1186 {
1187         if (!disk || !disk->random)
1188                 return;
1189         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1190         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1191         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1192 }
1193 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1194 #endif
1195
1196 /*********************************************************************
1197  *
1198  * Entropy extraction routines
1199  *
1200  *********************************************************************/
1201
1202 /*
1203  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1204  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1205  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1206  */
1207 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1208 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1209 {
1210         if (!r->pull ||
1211             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1212             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1213                 return;
1214
1215         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1216 }
1217
1218 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1219 {
1220         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1221
1222         int bytes = nbytes;
1223
1224         /* pull at least as much as a wakeup */
1225         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1226         /* but never more than the buffer size */
1227         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1228
1229         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1230                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1231         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1232                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1233         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1234         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1235 }
1236
1237 /*
1238  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1239  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1240  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1241  * of letting it go to waste.
1242  */
1243 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1244 {
1245         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1246                                               push_work);
1247         BUG_ON(!r);
1248         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1249         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1250                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1251 }
1252
1253 /*
1254  * This function decides how many bytes to actually take from the
1255  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1256  */
1257 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1258                       int reserved)
1259 {
1260         int entropy_count, orig, have_bytes;
1261         size_t ibytes, nfrac;
1262
1263         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1264
1265         /* Can we pull enough? */
1266 retry:
1267         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1268         ibytes = nbytes;
1269         /* never pull more than available */
1270         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1271
1272         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1273                 have_bytes = 0;
1274         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1275         if (ibytes < min)
1276                 ibytes = 0;
1277
1278         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1279                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1280                         r->name, entropy_count);
1281                 WARN_ON(1);
1282                 entropy_count = 0;
1283         }
1284         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1285         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1286                 entropy_count -= nfrac;
1287         else
1288                 entropy_count = 0;
1289
1290         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1291                 goto retry;
1292
1293         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1294         if (ibytes &&
1295             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1296                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1297                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1298         }
1299
1300         return ibytes;
1301 }
1302
1303 /*
1304  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1305  * extract_entropy_user.
1306  *
1307  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1308  */
1309 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1310 {
1311         int i;
1312         union {
1313                 __u32 w[5];
1314                 unsigned long l[LONGS(20)];
1315         } hash;
1316         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1317         unsigned long flags;
1318
1319         /*
1320          * If we have an architectural hardware random number
1321          * generator, use it for SHA's initial vector
1322          */
1323         sha_init(hash.w);
1324         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1325                 unsigned long v;
1326                 if (!arch_get_random_long(&v))
1327                         break;
1328                 hash.l[i] = v;
1329         }
1330
1331         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1332         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1333         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1334                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1335
1336         /*
1337          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1338          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1339          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1340          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1341          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1342          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1343          * hash.
1344          */
1345         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1346         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1347
1348         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1349
1350         /*
1351          * In case the hash function has some recognizable output
1352          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1353          * twice as much data as we output.
1354          */
1355         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1356         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1357         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1358
1359         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1360         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1361 }
1362
1363 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1364                                 size_t nbytes, int fips)
1365 {
1366         ssize_t ret = 0, i;
1367         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1368         unsigned long flags;
1369
1370         while (nbytes) {
1371                 extract_buf(r, tmp);
1372
1373                 if (fips) {
1374                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1375                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1376                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1377                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1378                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1379                 }
1380                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1381                 memcpy(buf, tmp, i);
1382                 nbytes -= i;
1383                 buf += i;
1384                 ret += i;
1385         }
1386
1387         /* Wipe data just returned from memory */
1388         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1389
1390         return ret;
1391 }
1392
1393 /*
1394  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1395  * returns it in a buffer.
1396  *
1397  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1398  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1399  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1400  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1401  */
1402 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1403                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1404 {
1405         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1406         unsigned long flags;
1407
1408         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1409         if (fips_enabled) {
1410                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1411                 if (!r->last_data_init) {
1412                         r->last_data_init = 1;
1413                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1414                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1415                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1416                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1417                         extract_buf(r, tmp);
1418                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1419                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1420                 }
1421                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1422         }
1423
1424         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1425         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1426         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1427
1428         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1433  * returns it in a userspace buffer.
1434  */
1435 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1436                                     size_t nbytes)
1437 {
1438         ssize_t ret = 0, i;
1439         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1440         int large_request = (nbytes > 256);
1441
1442         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1443         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1444         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1445
1446         while (nbytes) {
1447                 if (large_request && need_resched()) {
1448                         if (signal_pending(current)) {
1449                                 if (ret == 0)
1450                                         ret = -ERESTARTSYS;
1451                                 break;
1452                         }
1453                         schedule();
1454                 }
1455
1456                 extract_buf(r, tmp);
1457                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1458                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1459                         ret = -EFAULT;
1460                         break;
1461                 }
1462
1463                 nbytes -= i;
1464                 buf += i;
1465                 ret += i;
1466         }
1467
1468         /* Wipe data just returned from memory */
1469         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1470
1471         return ret;
1472 }
1473
1474 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1475         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1476
1477 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1478                                       void **previous)
1479 {
1480 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1481         const bool print_once = false;
1482 #else
1483         static bool print_once __read_mostly;
1484 #endif
1485
1486         if (print_once ||
1487             crng_ready() ||
1488             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1489                 return;
1490         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1491 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1492         print_once = true;
1493 #endif
1494         pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1495                   func_name, caller, crng_init);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1500  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1501  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1502  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1503  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1504  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1505  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1506  * at any point prior.
1507  */
1508 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1509 {
1510         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1511
1512         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1513
1514         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1515                 extract_crng(buf);
1516                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1517                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1518         }
1519
1520         if (nbytes > 0) {
1521                 extract_crng(tmp);
1522                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1523                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1524         } else
1525                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1526         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1527 }
1528
1529 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1530 {
1531         static void *previous;
1532
1533         warn_unseeded_randomness(&previous);
1534         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1535 }
1536 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1537
1538 /*
1539  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1540  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1541  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1542  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1543  * this function forfeits the guarantee of security.
1544  *
1545  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1546  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1547  */
1548 int wait_for_random_bytes(void)
1549 {
1550         if (likely(crng_ready()))
1551                 return 0;
1552         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1553 }
1554 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1555
1556 /*
1557  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1558  * pool is initialised.
1559  *
1560  * returns: 0 if callback is successfully added
1561  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1562  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1563  */
1564 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1565 {
1566         struct module *owner;
1567         unsigned long flags;
1568         int err = -EALREADY;
1569
1570         if (crng_ready())
1571                 return err;
1572
1573         owner = rdy->owner;
1574         if (!try_module_get(owner))
1575                 return -ENOENT;
1576
1577         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1578         if (crng_ready())
1579                 goto out;
1580
1581         owner = NULL;
1582
1583         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1584         err = 0;
1585
1586 out:
1587         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1588
1589         module_put(owner);
1590
1591         return err;
1592 }
1593 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1594
1595 /*
1596  * Delete a previously registered readiness callback function.
1597  */
1598 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1599 {
1600         unsigned long flags;
1601         struct module *owner = NULL;
1602
1603         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1604         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1605                 list_del_init(&rdy->list);
1606                 owner = rdy->owner;
1607         }
1608         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1609
1610         module_put(owner);
1611 }
1612 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1613
1614 /*
1615  * This function will use the architecture-specific hardware random
1616  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1617  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1618  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1619  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1620  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1621  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1622  * have put in a back door.
1623  */
1624 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1625 {
1626         char *p = buf;
1627
1628         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1629         while (nbytes) {
1630                 unsigned long v;
1631                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1632
1633                 if (!arch_get_random_long(&v))
1634                         break;
1635                 
1636                 memcpy(p, &v, chunk);
1637                 p += chunk;
1638                 nbytes -= chunk;
1639         }
1640
1641         if (nbytes)
1642                 get_random_bytes(p, nbytes);
1643 }
1644 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1645
1646
1647 /*
1648  * init_std_data - initialize pool with system data
1649  *
1650  * @r: pool to initialize
1651  *
1652  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1653  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1654  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1655  */
1656 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1657 {
1658         int i;
1659         ktime_t now = ktime_get_real();
1660         unsigned long rv;
1661
1662         r->last_pulled = jiffies;
1663         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1664         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1665                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1666                     !arch_get_random_long(&rv))
1667                         rv = random_get_entropy();
1668                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1669         }
1670         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1671 }
1672
1673 /*
1674  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1675  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1676  * with some platform dependent data very early in the boot
1677  * process. But it limits our options here. We must use
1678  * statically allocated structures that already have all
1679  * initializations complete at compile time. We should also
1680  * take care not to overwrite the precious per platform data
1681  * we were given.
1682  */
1683 static int rand_initialize(void)
1684 {
1685 #ifdef CONFIG_NUMA
1686         int i;
1687         struct crng_state *crng;
1688         struct crng_state **pool;
1689 #endif
1690
1691         init_std_data(&input_pool);
1692         init_std_data(&blocking_pool);
1693         crng_initialize(&primary_crng);
1694
1695 #ifdef CONFIG_NUMA
1696         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
1697         for_each_online_node(i) {
1698                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
1699                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
1700                 spin_lock_init(&crng->lock);
1701                 crng_initialize(crng);
1702                 pool[i] = crng;
1703         }
1704         mb();
1705         crng_node_pool = pool;
1706 #endif
1707         return 0;
1708 }
1709 early_initcall(rand_initialize);
1710
1711 #ifdef CONFIG_BLOCK
1712 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1713 {
1714         struct timer_rand_state *state;
1715
1716         /*
1717          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1718          * source.
1719          */
1720         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1721         if (state) {
1722                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1723                 disk->random = state;
1724         }
1725 }
1726 #endif
1727
1728 static ssize_t
1729 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1730 {
1731         ssize_t n;
1732
1733         if (nbytes == 0)
1734                 return 0;
1735
1736         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1737         while (1) {
1738                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1739                 if (n < 0)
1740                         return n;
1741                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1742                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1743                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1744                 if (n > 0)
1745                         return n;
1746
1747                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1748                 if (nonblock)
1749                         return -EAGAIN;
1750
1751                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1752                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1753                         random_read_wakeup_bits);
1754                 if (signal_pending(current))
1755                         return -ERESTARTSYS;
1756         }
1757 }
1758
1759 static ssize_t
1760 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1761 {
1762         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1763 }
1764
1765 static ssize_t
1766 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1767 {
1768         unsigned long flags;
1769         static int maxwarn = 10;
1770         int ret;
1771
1772         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1773                 maxwarn--;
1774                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1775                        "(%zd bytes read)\n",
1776                        current->comm, nbytes);
1777                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1778                 crng_init_cnt = 0;
1779                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1780         }
1781         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1782         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1783         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1784         return ret;
1785 }
1786
1787 static __poll_t
1788 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1789 {
1790         __poll_t mask;
1791
1792         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1793         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1794         mask = 0;
1795         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1796                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1797         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1798                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1799         return mask;
1800 }
1801
1802 static int
1803 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1804 {
1805         size_t bytes;
1806         __u32 buf[16];
1807         const char __user *p = buffer;
1808
1809         while (count > 0) {
1810                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1811                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1812                         return -EFAULT;
1813
1814                 count -= bytes;
1815                 p += bytes;
1816
1817                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1818                 cond_resched();
1819         }
1820
1821         return 0;
1822 }
1823
1824 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1825                             size_t count, loff_t *ppos)
1826 {
1827         size_t ret;
1828
1829         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1830         if (ret)
1831                 return ret;
1832
1833         return (ssize_t)count;
1834 }
1835
1836 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1837 {
1838         int size, ent_count;
1839         int __user *p = (int __user *)arg;
1840         int retval;
1841
1842         switch (cmd) {
1843         case RNDGETENTCNT:
1844                 /* inherently racy, no point locking */
1845                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1846                 if (put_user(ent_count, p))
1847                         return -EFAULT;
1848                 return 0;
1849         case RNDADDTOENTCNT:
1850                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1851                         return -EPERM;
1852                 if (get_user(ent_count, p))
1853                         return -EFAULT;
1854                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1855         case RNDADDENTROPY:
1856                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1857                         return -EPERM;
1858                 if (get_user(ent_count, p++))
1859                         return -EFAULT;
1860                 if (ent_count < 0)
1861                         return -EINVAL;
1862                 if (get_user(size, p++))
1863                         return -EFAULT;
1864                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1865                                     size);
1866                 if (retval < 0)
1867                         return retval;
1868                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1869         case RNDZAPENTCNT:
1870         case RNDCLEARPOOL:
1871                 /*
1872                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1873                  * the entropy pool, as that's silly.
1874                  */
1875                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1876                         return -EPERM;
1877                 input_pool.entropy_count = 0;
1878                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1879                 return 0;
1880         default:
1881                 return -EINVAL;
1882         }
1883 }
1884
1885 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1886 {
1887         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1888 }
1889
1890 const struct file_operations random_fops = {
1891         .read  = random_read,
1892         .write = random_write,
1893         .poll  = random_poll,
1894         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1895         .fasync = random_fasync,
1896         .llseek = noop_llseek,
1897 };
1898
1899 const struct file_operations urandom_fops = {
1900         .read  = urandom_read,
1901         .write = random_write,
1902         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1903         .fasync = random_fasync,
1904         .llseek = noop_llseek,
1905 };
1906
1907 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1908                 unsigned int, flags)
1909 {
1910         int ret;
1911
1912         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1913                 return -EINVAL;
1914
1915         if (count > INT_MAX)
1916                 count = INT_MAX;
1917
1918         if (flags & GRND_RANDOM)
1919                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1920
1921         if (!crng_ready()) {
1922                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1923                         return -EAGAIN;
1924                 ret = wait_for_random_bytes();
1925                 if (unlikely(ret))
1926                         return ret;
1927         }
1928         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1929 }
1930
1931 /********************************************************************
1932  *
1933  * Sysctl interface
1934  *
1935  ********************************************************************/
1936
1937 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1938
1939 #include <linux/sysctl.h>
1940
1941 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1942 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1943 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1944 static int random_min_urandom_seed = 60;
1945 static char sysctl_bootid[16];
1946
1947 /*
1948  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1949  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1950  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1951  *
1952  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1953  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1954  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1955  */
1956 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1957                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1958 {
1959         struct ctl_table fake_table;
1960         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1961
1962         uuid = table->data;
1963         if (!uuid) {
1964                 uuid = tmp_uuid;
1965                 generate_random_uuid(uuid);
1966         } else {
1967                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1968
1969                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1970                 if (!uuid[8])
1971                         generate_random_uuid(uuid);
1972                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1973         }
1974
1975         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1976
1977         fake_table.data = buf;
1978         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1979
1980         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1981 }
1982
1983 /*
1984  * Return entropy available scaled to integral bits
1985  */
1986 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1987                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1988 {
1989         struct ctl_table fake_table;
1990         int entropy_count;
1991
1992         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1993
1994         fake_table.data = &entropy_count;
1995         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1996
1997         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1998 }
1999
2000 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2001 extern struct ctl_table random_table[];
2002 struct ctl_table random_table[] = {
2003         {
2004                 .procname       = "poolsize",
2005                 .data           = &sysctl_poolsize,
2006                 .maxlen         = sizeof(int),
2007                 .mode           = 0444,
2008                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2009         },
2010         {
2011                 .procname       = "entropy_avail",
2012                 .maxlen         = sizeof(int),
2013                 .mode           = 0444,
2014                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2015                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2016         },
2017         {
2018                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2019                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2020                 .maxlen         = sizeof(int),
2021                 .mode           = 0644,
2022                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2023                 .extra1         = &min_read_thresh,
2024                 .extra2         = &max_read_thresh,
2025         },
2026         {
2027                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2028                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2029                 .maxlen         = sizeof(int),
2030                 .mode           = 0644,
2031                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2032                 .extra1         = &min_write_thresh,
2033                 .extra2         = &max_write_thresh,
2034         },
2035         {
2036                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2037                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2038                 .maxlen         = sizeof(int),
2039                 .mode           = 0644,
2040                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2041         },
2042         {
2043                 .procname       = "boot_id",
2044                 .data           = &sysctl_bootid,
2045                 .maxlen         = 16,
2046                 .mode           = 0444,
2047                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2048         },
2049         {
2050                 .procname       = "uuid",
2051                 .maxlen         = 16,
2052                 .mode           = 0444,
2053                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2054         },
2055 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2056         {
2057                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2058                 .data           = &avg_cycles,
2059                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2060                 .mode           = 0444,
2061                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2062         },
2063         {
2064                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2065                 .data           = &avg_deviation,
2066                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2067                 .mode           = 0444,
2068                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2069         },
2070 #endif
2071         { }
2072 };
2073 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2074
2075 struct batched_entropy {
2076         union {
2077                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2078                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2079         };
2080         unsigned int position;
2081 };
2082 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2083
2084 /*
2085  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2086  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2087  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2088  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2089  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2090  * at any point prior.
2091  */
2092 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2093 u64 get_random_u64(void)
2094 {
2095         u64 ret;
2096         bool use_lock;
2097         unsigned long flags = 0;
2098         struct batched_entropy *batch;
2099         static void *previous;
2100
2101 #if BITS_PER_LONG == 64
2102         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2103                 return ret;
2104 #else
2105         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2106             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2107             return ret;
2108 #endif
2109
2110         warn_unseeded_randomness(&previous);
2111
2112         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2113         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2114         if (use_lock)
2115                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2116         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2117                 extract_crng((__u32 *)batch->entropy_u64);
2118                 batch->position = 0;
2119         }
2120         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2121         if (use_lock)
2122                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2123         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2124         return ret;
2125 }
2126 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2127
2128 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2129 u32 get_random_u32(void)
2130 {
2131         u32 ret;
2132         bool use_lock;
2133         unsigned long flags = 0;
2134         struct batched_entropy *batch;
2135         static void *previous;
2136
2137         if (arch_get_random_int(&ret))
2138                 return ret;
2139
2140         warn_unseeded_randomness(&previous);
2141
2142         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2143         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2144         if (use_lock)
2145                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2146         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2147                 extract_crng(batch->entropy_u32);
2148                 batch->position = 0;
2149         }
2150         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2151         if (use_lock)
2152                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2153         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2154         return ret;
2155 }
2156 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2157
2158 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2159  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2160  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2161  * next usage. */
2162 static void invalidate_batched_entropy(void)
2163 {
2164         int cpu;
2165         unsigned long flags;
2166
2167         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2168         for_each_possible_cpu (cpu) {
2169                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2170                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2171         }
2172         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2173 }
2174
2175 /**
2176  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2177  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2178  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2179  *              random address must fall.
2180  *
2181  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2182  *
2183  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2184  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2185  *
2186  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2187  * @start is returned.
2188  */
2189 unsigned long
2190 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2191 {
2192         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2193                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2194                 start = PAGE_ALIGN(start);
2195         }
2196
2197         if (start > ULONG_MAX - range)
2198                 range = ULONG_MAX - start;
2199
2200         range >>= PAGE_SHIFT;
2201
2202         if (range == 0)
2203                 return start;
2204
2205         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2206 }
2207
2208 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2209  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2210  * when our pool is full.
2211  */
2212 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2213                                 size_t entropy)
2214 {
2215         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2216
2217         if (!crng_ready()) {
2218                 crng_fast_load(buffer, count);
2219                 return;
2220         }
2221
2222         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2223          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2224          * or when the calling thread is about to terminate.
2225          */
2226         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2227                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2228         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2229         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2230 }
2231 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);