Merge tag 'io_uring-5.17-2022-02-11' of git://git.kernel.dk/linux-block
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017-2022 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
5  *
6  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
7  *
8  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
9  * rights reserved.
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
16  *    including the disclaimer of warranties.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
21  *    products derived from this software without specific prior
22  *    written permission.
23  *
24  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
25  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
26  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
27  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
28  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
29  *
30  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
31  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
32  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
33  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
34  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
35  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
36  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
37  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
38  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
39  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
40  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
41  * DAMAGE.
42  */
43
44 /*
45  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
46  *
47  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
48  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
49  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
50  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
51  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
52  * predict by an attacker.
53  *
54  * Theory of operation
55  * ===================
56  *
57  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
58  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
59  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
60  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
61  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
62  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
63  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
64  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
65  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
66  * from inside the kernel.
67  *
68  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
69  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
70  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
71  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
72  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
73  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
74  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
75  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
76  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
77  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
78  * the random number generator's internal state.
79  *
80  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the BLAKE2s
81  * hash of the contents of the "entropy pool".  The BLAKE2s hash avoids
82  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
83  * be computationally infeasible to derive any useful information
84  * about the input of BLAKE2s from its output.  Even if it is possible to
85  * analyze BLAKE2s in some clever way, as long as the amount of data
86  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
87  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
88  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
89  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
90  * outputs random numbers.
91  *
92  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
93  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
94  * able to infer the future output of the generator from prior
95  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of BLAKE2s, which is
96  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
97  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
98  * of purposes.
99  *
100  * Exported interfaces ---- output
101  * ===============================
102  *
103  * There are four exported interfaces; two for use within the kernel,
104  * and two for use from userspace.
105  *
106  * Exported interfaces ---- userspace output
107  * -----------------------------------------
108  *
109  * The userspace interfaces are two character devices /dev/random and
110  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
111  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
112  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
113  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
114  * contained in the entropy pool.
115  *
116  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
117  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
118  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
119  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
120  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
121  *
122  * Exported interfaces ---- kernel output
123  * --------------------------------------
124  *
125  * The primary kernel interface is
126  *
127  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
128  *
129  * This interface will return the requested number of random bytes,
130  * and place it in the requested buffer.  This is equivalent to a
131  * read from /dev/urandom.
132  *
133  * For less critical applications, there are the functions:
134  *
135  *      u32 get_random_u32()
136  *      u64 get_random_u64()
137  *      unsigned int get_random_int()
138  *      unsigned long get_random_long()
139  *
140  * These are produced by a cryptographic RNG seeded from get_random_bytes,
141  * and so do not deplete the entropy pool as much.  These are recommended
142  * for most in-kernel operations *if the result is going to be stored in
143  * the kernel*.
144  *
145  * Specifically, the get_random_int() family do not attempt to do
146  * "anti-backtracking".  If you capture the state of the kernel (e.g.
147  * by snapshotting the VM), you can figure out previous get_random_int()
148  * return values.  But if the value is stored in the kernel anyway,
149  * this is not a problem.
150  *
151  * It *is* safe to expose get_random_int() output to attackers (e.g. as
152  * network cookies); given outputs 1..n, it's not feasible to predict
153  * outputs 0 or n+1.  The only concern is an attacker who breaks into
154  * the kernel later; the get_random_int() engine is not reseeded as
155  * often as the get_random_bytes() one.
156  *
157  * get_random_bytes() is needed for keys that need to stay secret after
158  * they are erased from the kernel.  For example, any key that will
159  * be wrapped and stored encrypted.  And session encryption keys: we'd
160  * like to know that after the session is closed and the keys erased,
161  * the plaintext is unrecoverable to someone who recorded the ciphertext.
162  *
163  * But for network ports/cookies, stack canaries, PRNG seeds, address
164  * space layout randomization, session *authentication* keys, or other
165  * applications where the sensitive data is stored in the kernel in
166  * plaintext for as long as it's sensitive, the get_random_int() family
167  * is just fine.
168  *
169  * Consider ASLR.  We want to keep the address space secret from an
170  * outside attacker while the process is running, but once the address
171  * space is torn down, it's of no use to an attacker any more.  And it's
172  * stored in kernel data structures as long as it's alive, so worrying
173  * about an attacker's ability to extrapolate it from the get_random_int()
174  * CRNG is silly.
175  *
176  * Even some cryptographic keys are safe to generate with get_random_int().
177  * In particular, keys for SipHash are generally fine.  Here, knowledge
178  * of the key authorizes you to do something to a kernel object (inject
179  * packets to a network connection, or flood a hash table), and the
180  * key is stored with the object being protected.  Once it goes away,
181  * we no longer care if anyone knows the key.
182  *
183  * prandom_u32()
184  * -------------
185  *
186  * For even weaker applications, see the pseudorandom generator
187  * prandom_u32(), prandom_max(), and prandom_bytes().  If the random
188  * numbers aren't security-critical at all, these are *far* cheaper.
189  * Useful for self-tests, random error simulation, randomized backoffs,
190  * and any other application where you trust that nobody is trying to
191  * maliciously mess with you by guessing the "random" numbers.
192  *
193  * Exported interfaces ---- input
194  * ==============================
195  *
196  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
197  * from the devices are:
198  *
199  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
200  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
201  *                                unsigned int value);
202  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
203  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
204  *      void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
205  *                                      size_t entropy);
206  *      void add_bootloader_randomness(const void *buf, unsigned int size);
207  *
208  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
209  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
210  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
211  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
212  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
213  * that might otherwise be identical and have very little entropy
214  * available to them (particularly common in the embedded world).
215  *
216  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
217  * the event type information from the hardware.
218  *
219  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
220  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
221  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
222  *
223  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
224  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
225  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
226  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
227  * times are usually fairly consistent.
228  *
229  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
230  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
231  * first and second order deltas of the event timings.
232  *
233  * add_hwgenerator_randomness() is for true hardware RNGs, and will credit
234  * entropy as specified by the caller. If the entropy pool is full it will
235  * block until more entropy is needed.
236  *
237  * add_bootloader_randomness() is the same as add_hwgenerator_randomness() or
238  * add_device_randomness(), depending on whether or not the configuration
239  * option CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
240  *
241  * Ensuring unpredictability at system startup
242  * ============================================
243  *
244  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
245  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
246  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
247  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
248  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
249  * counteract this effect, it helps to carry information in the
250  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
251  * following lines an appropriate script which is run during the boot
252  * sequence:
253  *
254  *      echo "Initializing random number generator..."
255  *      random_seed=/var/run/random-seed
256  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
257  *      # Load and then save the whole entropy pool
258  *      if [ -f $random_seed ]; then
259  *              cat $random_seed >/dev/urandom
260  *      else
261  *              touch $random_seed
262  *      fi
263  *      chmod 600 $random_seed
264  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
265  *
266  * and the following lines in an appropriate script which is run as
267  * the system is shutdown:
268  *
269  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
270  *      # Save the whole entropy pool
271  *      echo "Saving random seed..."
272  *      random_seed=/var/run/random-seed
273  *      touch $random_seed
274  *      chmod 600 $random_seed
275  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
276  *
277  * For example, on most modern systems using the System V init
278  * scripts, such code fragments would be found in
279  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
280  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
281  *
282  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
283  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
284  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
285  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
286  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
287  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
288  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
289  * the system.
290  *
291  * Configuring the /dev/random driver under Linux
292  * ==============================================
293  *
294  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
295  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
296  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
297  * by using the commands:
298  *
299  *      mknod /dev/random c 1 8
300  *      mknod /dev/urandom c 1 9
301  *
302  * Acknowledgements:
303  * =================
304  *
305  * Ideas for constructing this random number generator were derived
306  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
307  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
308  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
309  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
310  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
311  *
312  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
313  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
314  *
315  * Further background information on this topic may be obtained from
316  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
317  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
318  */
319
320 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
321
322 #include <linux/utsname.h>
323 #include <linux/module.h>
324 #include <linux/kernel.h>
325 #include <linux/major.h>
326 #include <linux/string.h>
327 #include <linux/fcntl.h>
328 #include <linux/slab.h>
329 #include <linux/random.h>
330 #include <linux/poll.h>
331 #include <linux/init.h>
332 #include <linux/fs.h>
333 #include <linux/genhd.h>
334 #include <linux/interrupt.h>
335 #include <linux/mm.h>
336 #include <linux/nodemask.h>
337 #include <linux/spinlock.h>
338 #include <linux/kthread.h>
339 #include <linux/percpu.h>
340 #include <linux/ptrace.h>
341 #include <linux/workqueue.h>
342 #include <linux/irq.h>
343 #include <linux/ratelimit.h>
344 #include <linux/syscalls.h>
345 #include <linux/completion.h>
346 #include <linux/uuid.h>
347 #include <crypto/chacha.h>
348 #include <crypto/blake2s.h>
349
350 #include <asm/processor.h>
351 #include <linux/uaccess.h>
352 #include <asm/irq.h>
353 #include <asm/irq_regs.h>
354 #include <asm/io.h>
355
356 #define CREATE_TRACE_POINTS
357 #include <trace/events/random.h>
358
359 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
360
361 /*
362  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
363  * should wake up processes which are selecting or polling on write
364  * access to /dev/random.
365  */
366 static int random_write_wakeup_bits = 28 * (1 << 5);
367
368 /*
369  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
370  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
371  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
372  * to get the twisting happening as fast as possible.
373  *
374  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
375  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
376  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
377  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
378  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
379  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
380  * Simulation 4:254-266)
381  *
382  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
383  *
384  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
385  * where we use BLAKE2s.  All that we want of mixing operation is that
386  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
387  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
388  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
389  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
390  * attacker can construct inputs that will produce controlled
391  * alterations to the pool's state is not important because we don't
392  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
393  * property we need with respect to them is that the attacker can't
394  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
395  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
396  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
397  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
398  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
399  * decrease the uncertainty).
400  *
401  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
402  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
403  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
404  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
405  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
406  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
407  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
408  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
409  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
410  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
411  * irreducible, which we have made here.
412  */
413 enum poolinfo {
414         POOL_WORDS = 128,
415         POOL_WORDMASK = POOL_WORDS - 1,
416         POOL_BYTES = POOL_WORDS * sizeof(u32),
417         POOL_BITS = POOL_BYTES * 8,
418         POOL_BITSHIFT = ilog2(POOL_BITS),
419
420         /* To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
421          * denominated in units of 1/8th bits. */
422         POOL_ENTROPY_SHIFT = 3,
423 #define POOL_ENTROPY_BITS() (input_pool.entropy_count >> POOL_ENTROPY_SHIFT)
424         POOL_FRACBITS = POOL_BITS << POOL_ENTROPY_SHIFT,
425
426         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
427         POOL_TAP1 = 104,
428         POOL_TAP2 = 76,
429         POOL_TAP3 = 51,
430         POOL_TAP4 = 25,
431         POOL_TAP5 = 1,
432
433         EXTRACT_SIZE = BLAKE2S_HASH_SIZE / 2
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         .state[0] = CHACHA_CONSTANT_EXPA,
454         .state[1] = CHACHA_CONSTANT_ND_3,
455         .state[2] = CHACHA_CONSTANT_2_BY,
456         .state[3] = CHACHA_CONSTANT_TE_K,
457 };
458
459 /*
460  * crng_init =  0 --> Uninitialized
461  *              1 --> Initialized
462  *              2 --> Initialized from input_pool
463  *
464  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
465  * its value (from 0->1->2).
466  */
467 static int crng_init = 0;
468 static bool crng_need_final_init = false;
469 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
470 static int crng_init_cnt = 0;
471 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
472 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2 * CHACHA_KEY_SIZE)
473 static void _extract_crng(struct crng_state *crng, u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE]);
474 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
475                                     u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used);
476 static void process_random_ready_list(void);
477 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
478
479 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
480         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
481 static struct ratelimit_state urandom_warning =
482         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
483
484 static int ratelimit_disable __read_mostly;
485
486 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
487 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
488
489 /**********************************************************************
490  *
491  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
492  * storing entropy in an entropy pool.
493  *
494  **********************************************************************/
495
496 static u32 input_pool_data[POOL_WORDS] __latent_entropy;
497
498 static struct {
499         spinlock_t lock;
500         u16 add_ptr;
501         u16 input_rotate;
502         int entropy_count;
503 } input_pool = {
504         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
505 };
506
507 static ssize_t extract_entropy(void *buf, size_t nbytes, int min);
508 static ssize_t _extract_entropy(void *buf, size_t nbytes);
509
510 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, bool use_input_pool);
511
512 static const u32 twist_table[8] = {
513         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
514         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
515
516 /*
517  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
518  * update the entropy estimate.  The caller should call
519  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
520  *
521  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
522  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
523  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
524  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
525  */
526 static void _mix_pool_bytes(const void *in, int nbytes)
527 {
528         unsigned long i;
529         int input_rotate;
530         const u8 *bytes = in;
531         u32 w;
532
533         input_rotate = input_pool.input_rotate;
534         i = input_pool.add_ptr;
535
536         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
537         while (nbytes--) {
538                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
539                 i = (i - 1) & POOL_WORDMASK;
540
541                 /* XOR in the various taps */
542                 w ^= input_pool_data[i];
543                 w ^= input_pool_data[(i + POOL_TAP1) & POOL_WORDMASK];
544                 w ^= input_pool_data[(i + POOL_TAP2) & POOL_WORDMASK];
545                 w ^= input_pool_data[(i + POOL_TAP3) & POOL_WORDMASK];
546                 w ^= input_pool_data[(i + POOL_TAP4) & POOL_WORDMASK];
547                 w ^= input_pool_data[(i + POOL_TAP5) & POOL_WORDMASK];
548
549                 /* Mix the result back in with a twist */
550                 input_pool_data[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
551
552                 /*
553                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
554                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
555                  * rotation, so that successive passes spread the
556                  * input bits across the pool evenly.
557                  */
558                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
559         }
560
561         input_pool.input_rotate = input_rotate;
562         input_pool.add_ptr = i;
563 }
564
565 static void __mix_pool_bytes(const void *in, int nbytes)
566 {
567         trace_mix_pool_bytes_nolock(nbytes, _RET_IP_);
568         _mix_pool_bytes(in, nbytes);
569 }
570
571 static void mix_pool_bytes(const void *in, int nbytes)
572 {
573         unsigned long flags;
574
575         trace_mix_pool_bytes(nbytes, _RET_IP_);
576         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
577         _mix_pool_bytes(in, nbytes);
578         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
579 }
580
581 struct fast_pool {
582         u32 pool[4];
583         unsigned long last;
584         u16 reg_idx;
585         u8 count;
586 };
587
588 /*
589  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
590  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
591  * locks that might be needed are taken by the caller.
592  */
593 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
594 {
595         u32 a = f->pool[0],     b = f->pool[1];
596         u32 c = f->pool[2],     d = f->pool[3];
597
598         a += b;                 c += d;
599         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
600         d ^= a;                 b ^= c;
601
602         a += b;                 c += d;
603         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
604         d ^= a;                 b ^= c;
605
606         a += b;                 c += d;
607         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
608         d ^= a;                 b ^= c;
609
610         a += b;                 c += d;
611         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
612         d ^= a;                 b ^= c;
613
614         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
615         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
616         f->count++;
617 }
618
619 static void process_random_ready_list(void)
620 {
621         unsigned long flags;
622         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
623
624         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
625         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
626                 struct module *owner = rdy->owner;
627
628                 list_del_init(&rdy->list);
629                 rdy->func(rdy);
630                 module_put(owner);
631         }
632         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
633 }
634
635 /*
636  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
637  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
638  * or otherwise should be checked for extreme values.
639  */
640 static void credit_entropy_bits(int nbits)
641 {
642         int entropy_count, entropy_bits, orig;
643         int nfrac = nbits << POOL_ENTROPY_SHIFT;
644
645         /* Ensure that the multiplication can avoid being 64 bits wide. */
646         BUILD_BUG_ON(2 * (POOL_ENTROPY_SHIFT + POOL_BITSHIFT) > 31);
647
648         if (!nbits)
649                 return;
650
651 retry:
652         entropy_count = orig = READ_ONCE(input_pool.entropy_count);
653         if (nfrac < 0) {
654                 /* Debit */
655                 entropy_count += nfrac;
656         } else {
657                 /*
658                  * Credit: we have to account for the possibility of
659                  * overwriting already present entropy.  Even in the
660                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
661                  * approach the full value asymptotically:
662                  *
663                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
664                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
665                  *
666                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
667                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
668                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
669                  * so we can approximate the exponential with
670                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
671                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
672                  *
673                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
674                  * prevent rounding artifacts from making the loop
675                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
676                  * turns no matter how large nbits is.
677                  */
678                 int pnfrac = nfrac;
679                 const int s = POOL_BITSHIFT + POOL_ENTROPY_SHIFT + 2;
680                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
681
682                 do {
683                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, POOL_FRACBITS / 2);
684                         unsigned int add =
685                                 ((POOL_FRACBITS - entropy_count) * anfrac * 3) >> s;
686
687                         entropy_count += add;
688                         pnfrac -= anfrac;
689                 } while (unlikely(entropy_count < POOL_FRACBITS - 2 && pnfrac));
690         }
691
692         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
693                 pr_warn("negative entropy/overflow: count %d\n", entropy_count);
694                 entropy_count = 0;
695         } else if (entropy_count > POOL_FRACBITS)
696                 entropy_count = POOL_FRACBITS;
697         if (cmpxchg(&input_pool.entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
698                 goto retry;
699
700         trace_credit_entropy_bits(nbits, entropy_count >> POOL_ENTROPY_SHIFT, _RET_IP_);
701
702         entropy_bits = entropy_count >> POOL_ENTROPY_SHIFT;
703         if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128)
704                 crng_reseed(&primary_crng, true);
705 }
706
707 static int credit_entropy_bits_safe(int nbits)
708 {
709         if (nbits < 0)
710                 return -EINVAL;
711
712         /* Cap the value to avoid overflows */
713         nbits = min(nbits, POOL_BITS);
714
715         credit_entropy_bits(nbits);
716         return 0;
717 }
718
719 /*********************************************************************
720  *
721  * CRNG using CHACHA20
722  *
723  *********************************************************************/
724
725 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300 * HZ)
726
727 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
728
729 /*
730  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
731  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
732  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
733  * their brain damage.
734  */
735 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
736
737 static void invalidate_batched_entropy(void);
738 static void numa_crng_init(void);
739
740 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
741 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
742 {
743         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
744 }
745 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
746
747 static bool crng_init_try_arch(struct crng_state *crng)
748 {
749         int i;
750         bool arch_init = true;
751         unsigned long rv;
752
753         for (i = 4; i < 16; i++) {
754                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
755                     !arch_get_random_long(&rv)) {
756                         rv = random_get_entropy();
757                         arch_init = false;
758                 }
759                 crng->state[i] ^= rv;
760         }
761
762         return arch_init;
763 }
764
765 static bool __init crng_init_try_arch_early(void)
766 {
767         int i;
768         bool arch_init = true;
769         unsigned long rv;
770
771         for (i = 4; i < 16; i++) {
772                 if (!arch_get_random_seed_long_early(&rv) &&
773                     !arch_get_random_long_early(&rv)) {
774                         rv = random_get_entropy();
775                         arch_init = false;
776                 }
777                 primary_crng.state[i] ^= rv;
778         }
779
780         return arch_init;
781 }
782
783 static void crng_initialize_secondary(struct crng_state *crng)
784 {
785         chacha_init_consts(crng->state);
786         _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(u32) * 12);
787         crng_init_try_arch(crng);
788         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
789 }
790
791 static void __init crng_initialize_primary(void)
792 {
793         _extract_entropy(&primary_crng.state[4], sizeof(u32) * 12);
794         if (crng_init_try_arch_early() && trust_cpu && crng_init < 2) {
795                 invalidate_batched_entropy();
796                 numa_crng_init();
797                 crng_init = 2;
798                 pr_notice("crng init done (trusting CPU's manufacturer)\n");
799         }
800         primary_crng.init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
801 }
802
803 static void crng_finalize_init(void)
804 {
805         if (!system_wq) {
806                 /* We can't call numa_crng_init until we have workqueues,
807                  * so mark this for processing later. */
808                 crng_need_final_init = true;
809                 return;
810         }
811
812         invalidate_batched_entropy();
813         numa_crng_init();
814         crng_init = 2;
815         crng_need_final_init = false;
816         process_random_ready_list();
817         wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
818         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
819         pr_notice("crng init done\n");
820         if (unseeded_warning.missed) {
821                 pr_notice("%d get_random_xx warning(s) missed due to ratelimiting\n",
822                           unseeded_warning.missed);
823                 unseeded_warning.missed = 0;
824         }
825         if (urandom_warning.missed) {
826                 pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
827                           urandom_warning.missed);
828                 urandom_warning.missed = 0;
829         }
830 }
831
832 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
833 {
834         int i;
835         struct crng_state *crng;
836         struct crng_state **pool;
837
838         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL);
839         for_each_online_node(i) {
840                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
841                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
842                 spin_lock_init(&crng->lock);
843                 crng_initialize_secondary(crng);
844                 pool[i] = crng;
845         }
846         /* pairs with READ_ONCE() in select_crng() */
847         if (cmpxchg_release(&crng_node_pool, NULL, pool) != NULL) {
848                 for_each_node(i)
849                         kfree(pool[i]);
850                 kfree(pool);
851         }
852 }
853
854 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
855
856 static void numa_crng_init(void)
857 {
858         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
859                 schedule_work(&numa_crng_init_work);
860 }
861
862 static struct crng_state *select_crng(void)
863 {
864         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
865                 struct crng_state **pool;
866                 int nid = numa_node_id();
867
868                 /* pairs with cmpxchg_release() in do_numa_crng_init() */
869                 pool = READ_ONCE(crng_node_pool);
870                 if (pool && pool[nid])
871                         return pool[nid];
872         }
873
874         return &primary_crng;
875 }
876
877 /*
878  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
879  * path.  So we can't afford to dilly-dally. Returns the number of
880  * bytes processed from cp.
881  */
882 static size_t crng_fast_load(const u8 *cp, size_t len)
883 {
884         unsigned long flags;
885         u8 *p;
886         size_t ret = 0;
887
888         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
889                 return 0;
890         if (crng_init != 0) {
891                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
892                 return 0;
893         }
894         p = (u8 *)&primary_crng.state[4];
895         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
896                 p[crng_init_cnt % CHACHA_KEY_SIZE] ^= *cp;
897                 cp++; crng_init_cnt++; len--; ret++;
898         }
899         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
900         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
901                 invalidate_batched_entropy();
902                 crng_init = 1;
903                 pr_notice("fast init done\n");
904         }
905         return ret;
906 }
907
908 /*
909  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
910  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
911  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
912  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
913  * crng_fast_load().
914  *
915  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
916  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
917  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
918  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
919  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
920  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
921  */
922 static int crng_slow_load(const u8 *cp, size_t len)
923 {
924         unsigned long flags;
925         static u8 lfsr = 1;
926         u8 tmp;
927         unsigned int i, max = CHACHA_KEY_SIZE;
928         const u8 *src_buf = cp;
929         u8 *dest_buf = (u8 *)&primary_crng.state[4];
930
931         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
932                 return 0;
933         if (crng_init != 0) {
934                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
935                 return 0;
936         }
937         if (len > max)
938                 max = len;
939
940         for (i = 0; i < max; i++) {
941                 tmp = lfsr;
942                 lfsr >>= 1;
943                 if (tmp & 1)
944                         lfsr ^= 0xE1;
945                 tmp = dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE];
946                 dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
947                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
948         }
949         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
950         return 1;
951 }
952
953 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, bool use_input_pool)
954 {
955         unsigned long flags;
956         int i, num;
957         union {
958                 u8 block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
959                 u32 key[8];
960         } buf;
961
962         if (use_input_pool) {
963                 num = extract_entropy(&buf, 32, 16);
964                 if (num == 0)
965                         return;
966         } else {
967                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
968                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
969                                         CHACHA_KEY_SIZE);
970         }
971         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
972         for (i = 0; i < 8; i++) {
973                 unsigned long rv;
974                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
975                     !arch_get_random_long(&rv))
976                         rv = random_get_entropy();
977                 crng->state[i + 4] ^= buf.key[i] ^ rv;
978         }
979         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
980         WRITE_ONCE(crng->init_time, jiffies);
981         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
982         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2)
983                 crng_finalize_init();
984 }
985
986 static void _extract_crng(struct crng_state *crng, u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
987 {
988         unsigned long flags, init_time;
989
990         if (crng_ready()) {
991                 init_time = READ_ONCE(crng->init_time);
992                 if (time_after(READ_ONCE(crng_global_init_time), init_time) ||
993                     time_after(jiffies, init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
994                         crng_reseed(crng, crng == &primary_crng);
995         }
996         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
997         chacha20_block(&crng->state[0], out);
998         if (crng->state[12] == 0)
999                 crng->state[13]++;
1000         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1001 }
1002
1003 static void extract_crng(u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
1004 {
1005         _extract_crng(select_crng(), out);
1006 }
1007
1008 /*
1009  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
1010  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
1011  */
1012 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
1013                                     u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1014 {
1015         unsigned long flags;
1016         u32 *s, *d;
1017         int i;
1018
1019         used = round_up(used, sizeof(u32));
1020         if (used + CHACHA_KEY_SIZE > CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1021                 extract_crng(tmp);
1022                 used = 0;
1023         }
1024         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1025         s = (u32 *)&tmp[used];
1026         d = &crng->state[4];
1027         for (i = 0; i < 8; i++)
1028                 *d++ ^= *s++;
1029         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1030 }
1031
1032 static void crng_backtrack_protect(u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1033 {
1034         _crng_backtrack_protect(select_crng(), tmp, used);
1035 }
1036
1037 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1038 {
1039         ssize_t ret = 0, i = CHACHA_BLOCK_SIZE;
1040         u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1041         int large_request = (nbytes > 256);
1042
1043         while (nbytes) {
1044                 if (large_request && need_resched()) {
1045                         if (signal_pending(current)) {
1046                                 if (ret == 0)
1047                                         ret = -ERESTARTSYS;
1048                                 break;
1049                         }
1050                         schedule();
1051                 }
1052
1053                 extract_crng(tmp);
1054                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1055                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1056                         ret = -EFAULT;
1057                         break;
1058                 }
1059
1060                 nbytes -= i;
1061                 buf += i;
1062                 ret += i;
1063         }
1064         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1065
1066         /* Wipe data just written to memory */
1067         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1068
1069         return ret;
1070 }
1071
1072 /*********************************************************************
1073  *
1074  * Entropy input management
1075  *
1076  *********************************************************************/
1077
1078 /* There is one of these per entropy source */
1079 struct timer_rand_state {
1080         cycles_t last_time;
1081         long last_delta, last_delta2;
1082 };
1083
1084 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1085
1086 /*
1087  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1088  * initialize it.
1089  *
1090  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1091  * the entropy pool having similar initial state across largely
1092  * identical devices.
1093  */
1094 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1095 {
1096         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1097         unsigned long flags;
1098
1099         if (!crng_ready() && size)
1100                 crng_slow_load(buf, size);
1101
1102         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1103         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1104         _mix_pool_bytes(buf, size);
1105         _mix_pool_bytes(&time, sizeof(time));
1106         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1107 }
1108 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1109
1110 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1111
1112 /*
1113  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1114  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1115  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1116  *
1117  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1118  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1119  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1120  *
1121  */
1122 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1123 {
1124         struct {
1125                 long jiffies;
1126                 unsigned int cycles;
1127                 unsigned int num;
1128         } sample;
1129         long delta, delta2, delta3;
1130
1131         sample.jiffies = jiffies;
1132         sample.cycles = random_get_entropy();
1133         sample.num = num;
1134         mix_pool_bytes(&sample, sizeof(sample));
1135
1136         /*
1137          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1138          * We take into account the first, second and third-order deltas
1139          * in order to make our estimate.
1140          */
1141         delta = sample.jiffies - READ_ONCE(state->last_time);
1142         WRITE_ONCE(state->last_time, sample.jiffies);
1143
1144         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1145         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1146
1147         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1148         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1149
1150         if (delta < 0)
1151                 delta = -delta;
1152         if (delta2 < 0)
1153                 delta2 = -delta2;
1154         if (delta3 < 0)
1155                 delta3 = -delta3;
1156         if (delta > delta2)
1157                 delta = delta2;
1158         if (delta > delta3)
1159                 delta = delta3;
1160
1161         /*
1162          * delta is now minimum absolute delta.
1163          * Round down by 1 bit on general principles,
1164          * and limit entropy estimate to 12 bits.
1165          */
1166         credit_entropy_bits(min_t(int, fls(delta >> 1), 11));
1167 }
1168
1169 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1170                           unsigned int value)
1171 {
1172         static unsigned char last_value;
1173
1174         /* ignore autorepeat and the like */
1175         if (value == last_value)
1176                 return;
1177
1178         last_value = value;
1179         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1180                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1181         trace_add_input_randomness(POOL_ENTROPY_BITS());
1182 }
1183 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1184
1185 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1186
1187 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1188 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1189
1190 #define AVG_SHIFT 8 /* Exponential average factor k=1/256 */
1191 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT - 1))
1192
1193 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1194 {
1195         long delta = random_get_entropy() - start;
1196
1197         /* Use a weighted moving average */
1198         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1199         avg_cycles += delta;
1200         /* And average deviation */
1201         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1202         avg_deviation += delta;
1203 }
1204 #else
1205 #define add_interrupt_bench(x)
1206 #endif
1207
1208 static u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1209 {
1210         u32 *ptr = (u32 *)regs;
1211         unsigned int idx;
1212
1213         if (regs == NULL)
1214                 return 0;
1215         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1216         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(u32))
1217                 idx = 0;
1218         ptr += idx++;
1219         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1220         return *ptr;
1221 }
1222
1223 void add_interrupt_randomness(int irq)
1224 {
1225         struct fast_pool *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1226         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1227         unsigned long now = jiffies;
1228         cycles_t cycles = random_get_entropy();
1229         u32 c_high, j_high;
1230         u64 ip;
1231
1232         if (cycles == 0)
1233                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1234         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1235         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1236         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1237         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1238         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1239         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1240         fast_pool->pool[3] ^=
1241                 (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 : get_reg(fast_pool, regs);
1242
1243         fast_mix(fast_pool);
1244         add_interrupt_bench(cycles);
1245
1246         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1247                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1248                     crng_fast_load((u8 *)fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool)) > 0) {
1249                         fast_pool->count = 0;
1250                         fast_pool->last = now;
1251                 }
1252                 return;
1253         }
1254
1255         if ((fast_pool->count < 64) && !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1256                 return;
1257
1258         if (!spin_trylock(&input_pool.lock))
1259                 return;
1260
1261         fast_pool->last = now;
1262         __mix_pool_bytes(&fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1263         spin_unlock(&input_pool.lock);
1264
1265         fast_pool->count = 0;
1266
1267         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1268         credit_entropy_bits(1);
1269 }
1270 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1271
1272 #ifdef CONFIG_BLOCK
1273 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1274 {
1275         if (!disk || !disk->random)
1276                 return;
1277         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1278         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1279         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), POOL_ENTROPY_BITS());
1280 }
1281 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1282 #endif
1283
1284 /*********************************************************************
1285  *
1286  * Entropy extraction routines
1287  *
1288  *********************************************************************/
1289
1290 /*
1291  * This function decides how many bytes to actually take from the
1292  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1293  */
1294 static size_t account(size_t nbytes, int min)
1295 {
1296         int entropy_count, orig;
1297         size_t ibytes, nfrac;
1298
1299         BUG_ON(input_pool.entropy_count > POOL_FRACBITS);
1300
1301         /* Can we pull enough? */
1302 retry:
1303         entropy_count = orig = READ_ONCE(input_pool.entropy_count);
1304         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
1305                 pr_warn("negative entropy count: count %d\n", entropy_count);
1306                 entropy_count = 0;
1307         }
1308
1309         /* never pull more than available */
1310         ibytes = min_t(size_t, nbytes, entropy_count >> (POOL_ENTROPY_SHIFT + 3));
1311         if (ibytes < min)
1312                 ibytes = 0;
1313         nfrac = ibytes << (POOL_ENTROPY_SHIFT + 3);
1314         if ((size_t)entropy_count > nfrac)
1315                 entropy_count -= nfrac;
1316         else
1317                 entropy_count = 0;
1318
1319         if (cmpxchg(&input_pool.entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1320                 goto retry;
1321
1322         trace_debit_entropy(8 * ibytes);
1323         if (ibytes && POOL_ENTROPY_BITS() < random_write_wakeup_bits) {
1324                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1325                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1326         }
1327
1328         return ibytes;
1329 }
1330
1331 /*
1332  * This function does the actual extraction for extract_entropy.
1333  *
1334  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1335  */
1336 static void extract_buf(u8 *out)
1337 {
1338         struct blake2s_state state __aligned(__alignof__(unsigned long));
1339         u8 hash[BLAKE2S_HASH_SIZE];
1340         unsigned long *salt;
1341         unsigned long flags;
1342
1343         blake2s_init(&state, sizeof(hash));
1344
1345         /*
1346          * If we have an architectural hardware random number
1347          * generator, use it for BLAKE2's salt & personal fields.
1348          */
1349         for (salt = (unsigned long *)&state.h[4];
1350              salt < (unsigned long *)&state.h[8]; ++salt) {
1351                 unsigned long v;
1352                 if (!arch_get_random_long(&v))
1353                         break;
1354                 *salt ^= v;
1355         }
1356
1357         /* Generate a hash across the pool */
1358         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1359         blake2s_update(&state, (const u8 *)input_pool_data, POOL_BYTES);
1360         blake2s_final(&state, hash); /* final zeros out state */
1361
1362         /*
1363          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1364          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1365          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1366          * outputs), unless the hash function can be inverted. By
1367          * mixing at least a hash worth of hash data back, we make
1368          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1369          * hash.
1370          */
1371         __mix_pool_bytes(hash, sizeof(hash));
1372         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1373
1374         /* Note that EXTRACT_SIZE is half of hash size here, because above
1375          * we've dumped the full length back into mixer. By reducing the
1376          * amount that we emit, we retain a level of forward secrecy.
1377          */
1378         memcpy(out, hash, EXTRACT_SIZE);
1379         memzero_explicit(hash, sizeof(hash));
1380 }
1381
1382 static ssize_t _extract_entropy(void *buf, size_t nbytes)
1383 {
1384         ssize_t ret = 0, i;
1385         u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1386
1387         while (nbytes) {
1388                 extract_buf(tmp);
1389                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1390                 memcpy(buf, tmp, i);
1391                 nbytes -= i;
1392                 buf += i;
1393                 ret += i;
1394         }
1395
1396         /* Wipe data just returned from memory */
1397         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1398
1399         return ret;
1400 }
1401
1402 /*
1403  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1404  * returns it in a buffer.
1405  *
1406  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1407  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding.
1408  */
1409 static ssize_t extract_entropy(void *buf, size_t nbytes, int min)
1410 {
1411         trace_extract_entropy(nbytes, POOL_ENTROPY_BITS(), _RET_IP_);
1412         nbytes = account(nbytes, min);
1413         return _extract_entropy(buf, nbytes);
1414 }
1415
1416 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1417         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *)_RET_IP_, (previous))
1418
1419 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller, void **previous)
1420 {
1421 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1422         const bool print_once = false;
1423 #else
1424         static bool print_once __read_mostly;
1425 #endif
1426
1427         if (print_once || crng_ready() ||
1428             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1429                 return;
1430         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1431 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1432         print_once = true;
1433 #endif
1434         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1435                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1436                                 func_name, caller, crng_init);
1437 }
1438
1439 /*
1440  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1441  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1442  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1443  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1444  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1445  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1446  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1447  * at any point prior.
1448  */
1449 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1450 {
1451         u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1452
1453         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1454
1455         while (nbytes >= CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1456                 extract_crng(buf);
1457                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
1458                 nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
1459         }
1460
1461         if (nbytes > 0) {
1462                 extract_crng(tmp);
1463                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1464                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1465         } else
1466                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1467         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1468 }
1469
1470 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1471 {
1472         static void *previous;
1473
1474         warn_unseeded_randomness(&previous);
1475         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1476 }
1477 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1478
1479 /*
1480  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1481  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1482  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1483  * generating entropy..
1484  *
1485  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1486  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1487  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1488  * entropy loop is running.
1489  *
1490  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1491  */
1492 static void entropy_timer(struct timer_list *t)
1493 {
1494         credit_entropy_bits(1);
1495 }
1496
1497 /*
1498  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1499  * generate enough entropy with timing noise
1500  */
1501 static void try_to_generate_entropy(void)
1502 {
1503         struct {
1504                 unsigned long now;
1505                 struct timer_list timer;
1506         } stack;
1507
1508         stack.now = random_get_entropy();
1509
1510         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1511         if (stack.now == random_get_entropy())
1512                 return;
1513
1514         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1515         while (!crng_ready()) {
1516                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1517                         mod_timer(&stack.timer, jiffies + 1);
1518                 mix_pool_bytes(&stack.now, sizeof(stack.now));
1519                 schedule();
1520                 stack.now = random_get_entropy();
1521         }
1522
1523         del_timer_sync(&stack.timer);
1524         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1525         mix_pool_bytes(&stack.now, sizeof(stack.now));
1526 }
1527
1528 /*
1529  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1530  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1531  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1532  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1533  * this function forfeits the guarantee of security.
1534  *
1535  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1536  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1537  */
1538 int wait_for_random_bytes(void)
1539 {
1540         if (likely(crng_ready()))
1541                 return 0;
1542
1543         do {
1544                 int ret;
1545                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
1546                 if (ret)
1547                         return ret > 0 ? 0 : ret;
1548
1549                 try_to_generate_entropy();
1550         } while (!crng_ready());
1551
1552         return 0;
1553 }
1554 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1555
1556 /*
1557  * Returns whether or not the urandom pool has been seeded and thus guaranteed
1558  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
1559  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
1560  * ,u64,int,long} family of functions.
1561  *
1562  * Returns: true if the urandom pool has been seeded.
1563  *          false if the urandom pool has not been seeded.
1564  */
1565 bool rng_is_initialized(void)
1566 {
1567         return crng_ready();
1568 }
1569 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
1570
1571 /*
1572  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1573  * pool is initialised.
1574  *
1575  * returns: 0 if callback is successfully added
1576  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1577  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1578  */
1579 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1580 {
1581         struct module *owner;
1582         unsigned long flags;
1583         int err = -EALREADY;
1584
1585         if (crng_ready())
1586                 return err;
1587
1588         owner = rdy->owner;
1589         if (!try_module_get(owner))
1590                 return -ENOENT;
1591
1592         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1593         if (crng_ready())
1594                 goto out;
1595
1596         owner = NULL;
1597
1598         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1599         err = 0;
1600
1601 out:
1602         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1603
1604         module_put(owner);
1605
1606         return err;
1607 }
1608 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1609
1610 /*
1611  * Delete a previously registered readiness callback function.
1612  */
1613 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1614 {
1615         unsigned long flags;
1616         struct module *owner = NULL;
1617
1618         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1619         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1620                 list_del_init(&rdy->list);
1621                 owner = rdy->owner;
1622         }
1623         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1624
1625         module_put(owner);
1626 }
1627 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1628
1629 /*
1630  * This function will use the architecture-specific hardware random
1631  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1632  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1633  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1634  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1635  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1636  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1637  * have put in a back door.
1638  *
1639  * Return number of bytes filled in.
1640  */
1641 int __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1642 {
1643         int left = nbytes;
1644         u8 *p = buf;
1645
1646         trace_get_random_bytes_arch(left, _RET_IP_);
1647         while (left) {
1648                 unsigned long v;
1649                 int chunk = min_t(int, left, sizeof(unsigned long));
1650
1651                 if (!arch_get_random_long(&v))
1652                         break;
1653
1654                 memcpy(p, &v, chunk);
1655                 p += chunk;
1656                 left -= chunk;
1657         }
1658
1659         return nbytes - left;
1660 }
1661 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1662
1663 /*
1664  * init_std_data - initialize pool with system data
1665  *
1666  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1667  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1668  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1669  */
1670 static void __init init_std_data(void)
1671 {
1672         int i;
1673         ktime_t now = ktime_get_real();
1674         unsigned long rv;
1675
1676         mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
1677         for (i = POOL_BYTES; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1678                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1679                     !arch_get_random_long(&rv))
1680                         rv = random_get_entropy();
1681                 mix_pool_bytes(&rv, sizeof(rv));
1682         }
1683         mix_pool_bytes(utsname(), sizeof(*(utsname())));
1684 }
1685
1686 /*
1687  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1688  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1689  * with some platform dependent data very early in the boot
1690  * process. But it limits our options here. We must use
1691  * statically allocated structures that already have all
1692  * initializations complete at compile time. We should also
1693  * take care not to overwrite the precious per platform data
1694  * we were given.
1695  */
1696 int __init rand_initialize(void)
1697 {
1698         init_std_data();
1699         if (crng_need_final_init)
1700                 crng_finalize_init();
1701         crng_initialize_primary();
1702         crng_global_init_time = jiffies;
1703         if (ratelimit_disable) {
1704                 urandom_warning.interval = 0;
1705                 unseeded_warning.interval = 0;
1706         }
1707         return 0;
1708 }
1709
1710 #ifdef CONFIG_BLOCK
1711 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1712 {
1713         struct timer_rand_state *state;
1714
1715         /*
1716          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1717          * source.
1718          */
1719         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1720         if (state) {
1721                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1722                 disk->random = state;
1723         }
1724 }
1725 #endif
1726
1727 static ssize_t urandom_read_nowarn(struct file *file, char __user *buf,
1728                                    size_t nbytes, loff_t *ppos)
1729 {
1730         int ret;
1731
1732         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (POOL_ENTROPY_SHIFT + 3));
1733         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1734         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, POOL_ENTROPY_BITS());
1735         return ret;
1736 }
1737
1738 static ssize_t urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1739                             loff_t *ppos)
1740 {
1741         static int maxwarn = 10;
1742
1743         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1744                 maxwarn--;
1745                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1746                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zd bytes read)\n",
1747                                   current->comm, nbytes);
1748         }
1749
1750         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1751 }
1752
1753 static ssize_t random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1754                            loff_t *ppos)
1755 {
1756         int ret;
1757
1758         ret = wait_for_random_bytes();
1759         if (ret != 0)
1760                 return ret;
1761         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1762 }
1763
1764 static __poll_t random_poll(struct file *file, poll_table *wait)
1765 {
1766         __poll_t mask;
1767
1768         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1769         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1770         mask = 0;
1771         if (crng_ready())
1772                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1773         if (POOL_ENTROPY_BITS() < random_write_wakeup_bits)
1774                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1775         return mask;
1776 }
1777
1778 static int write_pool(const char __user *buffer, size_t count)
1779 {
1780         size_t bytes;
1781         u32 t, buf[16];
1782         const char __user *p = buffer;
1783
1784         while (count > 0) {
1785                 int b, i = 0;
1786
1787                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1788                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1789                         return -EFAULT;
1790
1791                 for (b = bytes; b > 0; b -= sizeof(u32), i++) {
1792                         if (!arch_get_random_int(&t))
1793                                 break;
1794                         buf[i] ^= t;
1795                 }
1796
1797                 count -= bytes;
1798                 p += bytes;
1799
1800                 mix_pool_bytes(buf, bytes);
1801                 cond_resched();
1802         }
1803
1804         return 0;
1805 }
1806
1807 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1808                             size_t count, loff_t *ppos)
1809 {
1810         size_t ret;
1811
1812         ret = write_pool(buffer, count);
1813         if (ret)
1814                 return ret;
1815
1816         return (ssize_t)count;
1817 }
1818
1819 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1820 {
1821         int size, ent_count;
1822         int __user *p = (int __user *)arg;
1823         int retval;
1824
1825         switch (cmd) {
1826         case RNDGETENTCNT:
1827                 /* inherently racy, no point locking */
1828                 ent_count = POOL_ENTROPY_BITS();
1829                 if (put_user(ent_count, p))
1830                         return -EFAULT;
1831                 return 0;
1832         case RNDADDTOENTCNT:
1833                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1834                         return -EPERM;
1835                 if (get_user(ent_count, p))
1836                         return -EFAULT;
1837                 return credit_entropy_bits_safe(ent_count);
1838         case RNDADDENTROPY:
1839                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1840                         return -EPERM;
1841                 if (get_user(ent_count, p++))
1842                         return -EFAULT;
1843                 if (ent_count < 0)
1844                         return -EINVAL;
1845                 if (get_user(size, p++))
1846                         return -EFAULT;
1847                 retval = write_pool((const char __user *)p, size);
1848                 if (retval < 0)
1849                         return retval;
1850                 return credit_entropy_bits_safe(ent_count);
1851         case RNDZAPENTCNT:
1852         case RNDCLEARPOOL:
1853                 /*
1854                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1855                  * the entropy pool, as that's silly.
1856                  */
1857                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1858                         return -EPERM;
1859                 if (xchg(&input_pool.entropy_count, 0) && random_write_wakeup_bits) {
1860                         wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1861                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1862                 }
1863                 return 0;
1864         case RNDRESEEDCRNG:
1865                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1866                         return -EPERM;
1867                 if (crng_init < 2)
1868                         return -ENODATA;
1869                 crng_reseed(&primary_crng, true);
1870                 WRITE_ONCE(crng_global_init_time, jiffies - 1);
1871                 return 0;
1872         default:
1873                 return -EINVAL;
1874         }
1875 }
1876
1877 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1878 {
1879         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1880 }
1881
1882 const struct file_operations random_fops = {
1883         .read = random_read,
1884         .write = random_write,
1885         .poll = random_poll,
1886         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1887         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1888         .fasync = random_fasync,
1889         .llseek = noop_llseek,
1890 };
1891
1892 const struct file_operations urandom_fops = {
1893         .read = urandom_read,
1894         .write = random_write,
1895         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1896         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1897         .fasync = random_fasync,
1898         .llseek = noop_llseek,
1899 };
1900
1901 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count, unsigned int,
1902                 flags)
1903 {
1904         int ret;
1905
1906         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK | GRND_RANDOM | GRND_INSECURE))
1907                 return -EINVAL;
1908
1909         /*
1910          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
1911          * no sense.
1912          */
1913         if ((flags & (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM))
1914                 return -EINVAL;
1915
1916         if (count > INT_MAX)
1917                 count = INT_MAX;
1918
1919         if (!(flags & GRND_INSECURE) && !crng_ready()) {
1920                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1921                         return -EAGAIN;
1922                 ret = wait_for_random_bytes();
1923                 if (unlikely(ret))
1924                         return ret;
1925         }
1926         return urandom_read_nowarn(NULL, buf, count, NULL);
1927 }
1928
1929 /********************************************************************
1930  *
1931  * Sysctl interface
1932  *
1933  ********************************************************************/
1934
1935 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1936
1937 #include <linux/sysctl.h>
1938
1939 static int min_write_thresh;
1940 static int max_write_thresh = POOL_BITS;
1941 static int random_min_urandom_seed = 60;
1942 static char sysctl_bootid[16];
1943
1944 /*
1945  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1946  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1947  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1948  *
1949  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1950  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1951  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1952  */
1953 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
1954                         size_t *lenp, loff_t *ppos)
1955 {
1956         struct ctl_table fake_table;
1957         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1958
1959         uuid = table->data;
1960         if (!uuid) {
1961                 uuid = tmp_uuid;
1962                 generate_random_uuid(uuid);
1963         } else {
1964                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1965
1966                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1967                 if (!uuid[8])
1968                         generate_random_uuid(uuid);
1969                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1970         }
1971
1972         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1973
1974         fake_table.data = buf;
1975         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1976
1977         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1978 }
1979
1980 /*
1981  * Return entropy available scaled to integral bits
1982  */
1983 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
1984                            size_t *lenp, loff_t *ppos)
1985 {
1986         struct ctl_table fake_table;
1987         int entropy_count;
1988
1989         entropy_count = *(int *)table->data >> POOL_ENTROPY_SHIFT;
1990
1991         fake_table.data = &entropy_count;
1992         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1993
1994         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1995 }
1996
1997 static int sysctl_poolsize = POOL_BITS;
1998 static struct ctl_table random_table[] = {
1999         {
2000                 .procname       = "poolsize",
2001                 .data           = &sysctl_poolsize,
2002                 .maxlen         = sizeof(int),
2003                 .mode           = 0444,
2004                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2005         },
2006         {
2007                 .procname       = "entropy_avail",
2008                 .maxlen         = sizeof(int),
2009                 .mode           = 0444,
2010                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2011                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2012         },
2013         {
2014                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2015                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2016                 .maxlen         = sizeof(int),
2017                 .mode           = 0644,
2018                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2019                 .extra1         = &min_write_thresh,
2020                 .extra2         = &max_write_thresh,
2021         },
2022         {
2023                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2024                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2025                 .maxlen         = sizeof(int),
2026                 .mode           = 0644,
2027                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2028         },
2029         {
2030                 .procname       = "boot_id",
2031                 .data           = &sysctl_bootid,
2032                 .maxlen         = 16,
2033                 .mode           = 0444,
2034                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2035         },
2036         {
2037                 .procname       = "uuid",
2038                 .maxlen         = 16,
2039                 .mode           = 0444,
2040                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2041         },
2042 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2043         {
2044                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2045                 .data           = &avg_cycles,
2046                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2047                 .mode           = 0444,
2048                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2049         },
2050         {
2051                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2052                 .data           = &avg_deviation,
2053                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2054                 .mode           = 0444,
2055                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2056         },
2057 #endif
2058         { }
2059 };
2060
2061 /*
2062  * rand_initialize() is called before sysctl_init(),
2063  * so we cannot call register_sysctl_init() in rand_initialize()
2064  */
2065 static int __init random_sysctls_init(void)
2066 {
2067         register_sysctl_init("kernel/random", random_table);
2068         return 0;
2069 }
2070 device_initcall(random_sysctls_init);
2071 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2072
2073 struct batched_entropy {
2074         union {
2075                 u64 entropy_u64[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2076                 u32 entropy_u32[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2077         };
2078         unsigned int position;
2079         spinlock_t batch_lock;
2080 };
2081
2082 /*
2083  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2084  * number is good as /dev/urandom, but there is no backtrack protection, with
2085  * the goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2086  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2087  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once at any
2088  * point prior.
2089  */
2090 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
2091         .batch_lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u64.lock),
2092 };
2093
2094 u64 get_random_u64(void)
2095 {
2096         u64 ret;
2097         unsigned long flags;
2098         struct batched_entropy *batch;
2099         static void *previous;
2100
2101         warn_unseeded_randomness(&previous);
2102
2103         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
2104         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2105         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2106                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2107                 batch->position = 0;
2108         }
2109         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2110         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2111         return ret;
2112 }
2113 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2114
2115 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
2116         .batch_lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u32.lock),
2117 };
2118 u32 get_random_u32(void)
2119 {
2120         u32 ret;
2121         unsigned long flags;
2122         struct batched_entropy *batch;
2123         static void *previous;
2124
2125         warn_unseeded_randomness(&previous);
2126
2127         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
2128         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2129         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2130                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2131                 batch->position = 0;
2132         }
2133         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2134         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2135         return ret;
2136 }
2137 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2138
2139 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2140  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2141  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2142  * next usage. */
2143 static void invalidate_batched_entropy(void)
2144 {
2145         int cpu;
2146         unsigned long flags;
2147
2148         for_each_possible_cpu(cpu) {
2149                 struct batched_entropy *batched_entropy;
2150
2151                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu);
2152                 spin_lock_irqsave(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2153                 batched_entropy->position = 0;
2154                 spin_unlock(&batched_entropy->batch_lock);
2155
2156                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu);
2157                 spin_lock(&batched_entropy->batch_lock);
2158                 batched_entropy->position = 0;
2159                 spin_unlock_irqrestore(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2160         }
2161 }
2162
2163 /**
2164  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2165  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2166  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2167  *              random address must fall.
2168  *
2169  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2170  *
2171  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2172  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2173  *
2174  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2175  * @start is returned.
2176  */
2177 unsigned long randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2178 {
2179         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2180                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2181                 start = PAGE_ALIGN(start);
2182         }
2183
2184         if (start > ULONG_MAX - range)
2185                 range = ULONG_MAX - start;
2186
2187         range >>= PAGE_SHIFT;
2188
2189         if (range == 0)
2190                 return start;
2191
2192         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2193 }
2194
2195 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2196  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2197  * when our pool is full.
2198  */
2199 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2200                                 size_t entropy)
2201 {
2202         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2203                 size_t ret = crng_fast_load(buffer, count);
2204                 mix_pool_bytes(buffer, ret);
2205                 count -= ret;
2206                 buffer += ret;
2207                 if (!count || crng_init == 0)
2208                         return;
2209         }
2210
2211         /* Throttle writing if we're above the trickle threshold.
2212          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2213          * when the calling thread is about to terminate, or once
2214          * CRNG_RESEED_INTERVAL has lapsed.
2215          */
2216         wait_event_interruptible_timeout(random_write_wait,
2217                         !system_wq || kthread_should_stop() ||
2218                         POOL_ENTROPY_BITS() <= random_write_wakeup_bits,
2219                         CRNG_RESEED_INTERVAL);
2220         mix_pool_bytes(buffer, count);
2221         credit_entropy_bits(entropy);
2222 }
2223 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
2224
2225 /* Handle random seed passed by bootloader.
2226  * If the seed is trustworthy, it would be regarded as hardware RNGs. Otherwise
2227  * it would be regarded as device data.
2228  * The decision is controlled by CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER.
2229  */
2230 void add_bootloader_randomness(const void *buf, unsigned int size)
2231 {
2232         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER))
2233                 add_hwgenerator_randomness(buf, size, size * 8);
2234         else
2235                 add_device_randomness(buf, size);
2236 }
2237 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);