Merge tag 'soc-fixes-5.18-2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/soc/soc
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / char / random.c
1 // SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0 OR BSD-3-Clause)
2 /*
3  * Copyright (C) 2017-2022 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
4  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
5  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999. All rights reserved.
6  *
7  * This driver produces cryptographically secure pseudorandom data. It is divided
8  * into roughly six sections, each with a section header:
9  *
10  *   - Initialization and readiness waiting.
11  *   - Fast key erasure RNG, the "crng".
12  *   - Entropy accumulation and extraction routines.
13  *   - Entropy collection routines.
14  *   - Userspace reader/writer interfaces.
15  *   - Sysctl interface.
16  *
17  * The high level overview is that there is one input pool, into which
18  * various pieces of data are hashed. Some of that data is then "credited" as
19  * having a certain number of bits of entropy. When enough bits of entropy are
20  * available, the hash is finalized and handed as a key to a stream cipher that
21  * expands it indefinitely for various consumers. This key is periodically
22  * refreshed as the various entropy collectors, described below, add data to the
23  * input pool and credit it. There is currently no Fortuna-like scheduler
24  * involved, which can lead to malicious entropy sources causing a premature
25  * reseed, and the entropy estimates are, at best, conservative guesses.
26  */
27
28 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
29
30 #include <linux/utsname.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/kernel.h>
33 #include <linux/major.h>
34 #include <linux/string.h>
35 #include <linux/fcntl.h>
36 #include <linux/slab.h>
37 #include <linux/random.h>
38 #include <linux/poll.h>
39 #include <linux/init.h>
40 #include <linux/fs.h>
41 #include <linux/blkdev.h>
42 #include <linux/interrupt.h>
43 #include <linux/mm.h>
44 #include <linux/nodemask.h>
45 #include <linux/spinlock.h>
46 #include <linux/kthread.h>
47 #include <linux/percpu.h>
48 #include <linux/ptrace.h>
49 #include <linux/workqueue.h>
50 #include <linux/irq.h>
51 #include <linux/ratelimit.h>
52 #include <linux/syscalls.h>
53 #include <linux/completion.h>
54 #include <linux/uuid.h>
55 #include <linux/uaccess.h>
56 #include <crypto/chacha.h>
57 #include <crypto/blake2s.h>
58 #include <asm/processor.h>
59 #include <asm/irq.h>
60 #include <asm/irq_regs.h>
61 #include <asm/io.h>
62
63 /*********************************************************************
64  *
65  * Initialization and readiness waiting.
66  *
67  * Much of the RNG infrastructure is devoted to various dependencies
68  * being able to wait until the RNG has collected enough entropy and
69  * is ready for safe consumption.
70  *
71  *********************************************************************/
72
73 /*
74  * crng_init =  0 --> Uninitialized
75  *              1 --> Initialized
76  *              2 --> Initialized from input_pool
77  *
78  * crng_init is protected by base_crng->lock, and only increases
79  * its value (from 0->1->2).
80  */
81 static int crng_init = 0;
82 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
83 /* Various types of waiters for crng_init->2 transition. */
84 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
85 static struct fasync_struct *fasync;
86 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_chain_lock);
87 static RAW_NOTIFIER_HEAD(random_ready_chain);
88
89 /* Control how we warn userspace. */
90 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
91         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
92 static struct ratelimit_state urandom_warning =
93         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
94 static int ratelimit_disable __read_mostly;
95 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
96 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
97
98 /*
99  * Returns whether or not the input pool has been seeded and thus guaranteed
100  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
101  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
102  * ,u64,int,long} family of functions.
103  *
104  * Returns: true if the input pool has been seeded.
105  *          false if the input pool has not been seeded.
106  */
107 bool rng_is_initialized(void)
108 {
109         return crng_ready();
110 }
111 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
112
113 /* Used by wait_for_random_bytes(), and considered an entropy collector, below. */
114 static void try_to_generate_entropy(void);
115
116 /*
117  * Wait for the input pool to be seeded and thus guaranteed to supply
118  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
119  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
120  * family of functions. Using any of these functions without first calling
121  * this function forfeits the guarantee of security.
122  *
123  * Returns: 0 if the input pool has been seeded.
124  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
125  */
126 int wait_for_random_bytes(void)
127 {
128         while (!crng_ready()) {
129                 int ret;
130
131                 try_to_generate_entropy();
132                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
133                 if (ret)
134                         return ret > 0 ? 0 : ret;
135         }
136         return 0;
137 }
138 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
139
140 /*
141  * Add a callback function that will be invoked when the input
142  * pool is initialised.
143  *
144  * returns: 0 if callback is successfully added
145  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
146  */
147 int register_random_ready_notifier(struct notifier_block *nb)
148 {
149         unsigned long flags;
150         int ret = -EALREADY;
151
152         if (crng_ready())
153                 return ret;
154
155         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
156         if (!crng_ready())
157                 ret = raw_notifier_chain_register(&random_ready_chain, nb);
158         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
159         return ret;
160 }
161
162 /*
163  * Delete a previously registered readiness callback function.
164  */
165 int unregister_random_ready_notifier(struct notifier_block *nb)
166 {
167         unsigned long flags;
168         int ret;
169
170         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
171         ret = raw_notifier_chain_unregister(&random_ready_chain, nb);
172         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
173         return ret;
174 }
175
176 static void process_random_ready_list(void)
177 {
178         unsigned long flags;
179
180         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
181         raw_notifier_call_chain(&random_ready_chain, 0, NULL);
182         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
183 }
184
185 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
186         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *)_RET_IP_, (previous))
187
188 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller, void **previous)
189 {
190 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
191         const bool print_once = false;
192 #else
193         static bool print_once __read_mostly;
194 #endif
195
196         if (print_once || crng_ready() ||
197             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
198                 return;
199         WRITE_ONCE(*previous, caller);
200 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
201         print_once = true;
202 #endif
203         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
204                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
205                                 func_name, caller, crng_init);
206 }
207
208
209 /*********************************************************************
210  *
211  * Fast key erasure RNG, the "crng".
212  *
213  * These functions expand entropy from the entropy extractor into
214  * long streams for external consumption using the "fast key erasure"
215  * RNG described at <https://blog.cr.yp.to/20170723-random.html>.
216  *
217  * There are a few exported interfaces for use by other drivers:
218  *
219  *      void get_random_bytes(void *buf, size_t nbytes)
220  *      u32 get_random_u32()
221  *      u64 get_random_u64()
222  *      unsigned int get_random_int()
223  *      unsigned long get_random_long()
224  *
225  * These interfaces will return the requested number of random bytes
226  * into the given buffer or as a return value. This is equivalent to
227  * a read from /dev/urandom. The u32, u64, int, and long family of
228  * functions may be higher performance for one-off random integers,
229  * because they do a bit of buffering and do not invoke reseeding
230  * until the buffer is emptied.
231  *
232  *********************************************************************/
233
234 enum {
235         CRNG_RESEED_INTERVAL = 300 * HZ,
236         CRNG_INIT_CNT_THRESH = 2 * CHACHA_KEY_SIZE
237 };
238
239 static struct {
240         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE] __aligned(__alignof__(long));
241         unsigned long birth;
242         unsigned long generation;
243         spinlock_t lock;
244 } base_crng = {
245         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(base_crng.lock)
246 };
247
248 struct crng {
249         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
250         unsigned long generation;
251         local_lock_t lock;
252 };
253
254 static DEFINE_PER_CPU(struct crng, crngs) = {
255         .generation = ULONG_MAX,
256         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(crngs.lock),
257 };
258
259 /* Used by crng_reseed() to extract a new seed from the input pool. */
260 static bool drain_entropy(void *buf, size_t nbytes, bool force);
261
262 /*
263  * This extracts a new crng key from the input pool, but only if there is a
264  * sufficient amount of entropy available or force is true, in order to
265  * mitigate bruteforcing of newly added bits.
266  */
267 static void crng_reseed(bool force)
268 {
269         unsigned long flags;
270         unsigned long next_gen;
271         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
272         bool finalize_init = false;
273
274         /* Only reseed if we can, to prevent brute forcing a small amount of new bits. */
275         if (!drain_entropy(key, sizeof(key), force))
276                 return;
277
278         /*
279          * We copy the new key into the base_crng, overwriting the old one,
280          * and update the generation counter. We avoid hitting ULONG_MAX,
281          * because the per-cpu crngs are initialized to ULONG_MAX, so this
282          * forces new CPUs that come online to always initialize.
283          */
284         spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
285         memcpy(base_crng.key, key, sizeof(base_crng.key));
286         next_gen = base_crng.generation + 1;
287         if (next_gen == ULONG_MAX)
288                 ++next_gen;
289         WRITE_ONCE(base_crng.generation, next_gen);
290         WRITE_ONCE(base_crng.birth, jiffies);
291         if (!crng_ready()) {
292                 crng_init = 2;
293                 finalize_init = true;
294         }
295         spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
296         memzero_explicit(key, sizeof(key));
297         if (finalize_init) {
298                 process_random_ready_list();
299                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
300                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
301                 pr_notice("crng init done\n");
302                 if (unseeded_warning.missed) {
303                         pr_notice("%d get_random_xx warning(s) missed due to ratelimiting\n",
304                                   unseeded_warning.missed);
305                         unseeded_warning.missed = 0;
306                 }
307                 if (urandom_warning.missed) {
308                         pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
309                                   urandom_warning.missed);
310                         urandom_warning.missed = 0;
311                 }
312         }
313 }
314
315 /*
316  * This generates a ChaCha block using the provided key, and then
317  * immediately overwites that key with half the block. It returns
318  * the resultant ChaCha state to the user, along with the second
319  * half of the block containing 32 bytes of random data that may
320  * be used; random_data_len may not be greater than 32.
321  */
322 static void crng_fast_key_erasure(u8 key[CHACHA_KEY_SIZE],
323                                   u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
324                                   u8 *random_data, size_t random_data_len)
325 {
326         u8 first_block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
327
328         BUG_ON(random_data_len > 32);
329
330         chacha_init_consts(chacha_state);
331         memcpy(&chacha_state[4], key, CHACHA_KEY_SIZE);
332         memset(&chacha_state[12], 0, sizeof(u32) * 4);
333         chacha20_block(chacha_state, first_block);
334
335         memcpy(key, first_block, CHACHA_KEY_SIZE);
336         memmove(random_data, first_block + CHACHA_KEY_SIZE, random_data_len);
337         memzero_explicit(first_block, sizeof(first_block));
338 }
339
340 /*
341  * Return whether the crng seed is considered to be sufficiently
342  * old that a reseeding might be attempted. This happens if the last
343  * reseeding was CRNG_RESEED_INTERVAL ago, or during early boot, at
344  * an interval proportional to the uptime.
345  */
346 static bool crng_has_old_seed(void)
347 {
348         static bool early_boot = true;
349         unsigned long interval = CRNG_RESEED_INTERVAL;
350
351         if (unlikely(READ_ONCE(early_boot))) {
352                 time64_t uptime = ktime_get_seconds();
353                 if (uptime >= CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ * 2)
354                         WRITE_ONCE(early_boot, false);
355                 else
356                         interval = max_t(unsigned int, 5 * HZ,
357                                          (unsigned int)uptime / 2 * HZ);
358         }
359         return time_after(jiffies, READ_ONCE(base_crng.birth) + interval);
360 }
361
362 /*
363  * This function returns a ChaCha state that you may use for generating
364  * random data. It also returns up to 32 bytes on its own of random data
365  * that may be used; random_data_len may not be greater than 32.
366  */
367 static void crng_make_state(u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
368                             u8 *random_data, size_t random_data_len)
369 {
370         unsigned long flags;
371         struct crng *crng;
372
373         BUG_ON(random_data_len > 32);
374
375         /*
376          * For the fast path, we check whether we're ready, unlocked first, and
377          * then re-check once locked later. In the case where we're really not
378          * ready, we do fast key erasure with the base_crng directly, because
379          * this is what crng_pre_init_inject() mutates during early init.
380          */
381         if (!crng_ready()) {
382                 bool ready;
383
384                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
385                 ready = crng_ready();
386                 if (!ready)
387                         crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
388                                               random_data, random_data_len);
389                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
390                 if (!ready)
391                         return;
392         }
393
394         /*
395          * If the base_crng is old enough, we try to reseed, which in turn
396          * bumps the generation counter that we check below.
397          */
398         if (unlikely(crng_has_old_seed()))
399                 crng_reseed(false);
400
401         local_lock_irqsave(&crngs.lock, flags);
402         crng = raw_cpu_ptr(&crngs);
403
404         /*
405          * If our per-cpu crng is older than the base_crng, then it means
406          * somebody reseeded the base_crng. In that case, we do fast key
407          * erasure on the base_crng, and use its output as the new key
408          * for our per-cpu crng. This brings us up to date with base_crng.
409          */
410         if (unlikely(crng->generation != READ_ONCE(base_crng.generation))) {
411                 spin_lock(&base_crng.lock);
412                 crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
413                                       crng->key, sizeof(crng->key));
414                 crng->generation = base_crng.generation;
415                 spin_unlock(&base_crng.lock);
416         }
417
418         /*
419          * Finally, when we've made it this far, our per-cpu crng has an up
420          * to date key, and we can do fast key erasure with it to produce
421          * some random data and a ChaCha state for the caller. All other
422          * branches of this function are "unlikely", so most of the time we
423          * should wind up here immediately.
424          */
425         crng_fast_key_erasure(crng->key, chacha_state, random_data, random_data_len);
426         local_unlock_irqrestore(&crngs.lock, flags);
427 }
428
429 /*
430  * This function is for crng_init == 0 only. It loads entropy directly
431  * into the crng's key, without going through the input pool. It is,
432  * generally speaking, not very safe, but we use this only at early
433  * boot time when it's better to have something there rather than
434  * nothing.
435  *
436  * If account is set, then the crng_init_cnt counter is incremented.
437  * This shouldn't be set by functions like add_device_randomness(),
438  * where we can't trust the buffer passed to it is guaranteed to be
439  * unpredictable (so it might not have any entropy at all).
440  */
441 static void crng_pre_init_inject(const void *input, size_t len, bool account)
442 {
443         static int crng_init_cnt = 0;
444         struct blake2s_state hash;
445         unsigned long flags;
446
447         blake2s_init(&hash, sizeof(base_crng.key));
448
449         spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
450         if (crng_init != 0) {
451                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
452                 return;
453         }
454
455         blake2s_update(&hash, base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
456         blake2s_update(&hash, input, len);
457         blake2s_final(&hash, base_crng.key);
458
459         if (account) {
460                 crng_init_cnt += min_t(size_t, len, CRNG_INIT_CNT_THRESH - crng_init_cnt);
461                 if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
462                         ++base_crng.generation;
463                         crng_init = 1;
464                 }
465         }
466
467         spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
468
469         if (crng_init == 1)
470                 pr_notice("fast init done\n");
471 }
472
473 static void _get_random_bytes(void *buf, size_t nbytes)
474 {
475         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
476         u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE];
477         size_t len;
478
479         if (!nbytes)
480                 return;
481
482         len = min_t(size_t, 32, nbytes);
483         crng_make_state(chacha_state, buf, len);
484         nbytes -= len;
485         buf += len;
486
487         while (nbytes) {
488                 if (nbytes < CHACHA_BLOCK_SIZE) {
489                         chacha20_block(chacha_state, tmp);
490                         memcpy(buf, tmp, nbytes);
491                         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
492                         break;
493                 }
494
495                 chacha20_block(chacha_state, buf);
496                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
497                         ++chacha_state[13];
498                 nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
499                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
500         }
501
502         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
503 }
504
505 /*
506  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
507  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
508  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
509  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
510  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
511  * that the randomness provided by this function is okay, the function
512  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
513  * at any point prior.
514  */
515 void get_random_bytes(void *buf, size_t nbytes)
516 {
517         static void *previous;
518
519         warn_unseeded_randomness(&previous);
520         _get_random_bytes(buf, nbytes);
521 }
522 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
523
524 static ssize_t get_random_bytes_user(void __user *buf, size_t nbytes)
525 {
526         size_t len, left, ret = 0;
527         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
528         u8 output[CHACHA_BLOCK_SIZE];
529
530         if (!nbytes)
531                 return 0;
532
533         /*
534          * Immediately overwrite the ChaCha key at index 4 with random
535          * bytes, in case userspace causes copy_to_user() below to sleep
536          * forever, so that we still retain forward secrecy in that case.
537          */
538         crng_make_state(chacha_state, (u8 *)&chacha_state[4], CHACHA_KEY_SIZE);
539         /*
540          * However, if we're doing a read of len <= 32, we don't need to
541          * use chacha_state after, so we can simply return those bytes to
542          * the user directly.
543          */
544         if (nbytes <= CHACHA_KEY_SIZE) {
545                 ret = nbytes - copy_to_user(buf, &chacha_state[4], nbytes);
546                 goto out_zero_chacha;
547         }
548
549         for (;;) {
550                 chacha20_block(chacha_state, output);
551                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
552                         ++chacha_state[13];
553
554                 len = min_t(size_t, nbytes, CHACHA_BLOCK_SIZE);
555                 left = copy_to_user(buf, output, len);
556                 if (left) {
557                         ret += len - left;
558                         break;
559                 }
560
561                 buf += len;
562                 ret += len;
563                 nbytes -= len;
564                 if (!nbytes)
565                         break;
566
567                 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE % CHACHA_BLOCK_SIZE != 0);
568                 if (ret % PAGE_SIZE == 0) {
569                         if (signal_pending(current))
570                                 break;
571                         cond_resched();
572                 }
573         }
574
575         memzero_explicit(output, sizeof(output));
576 out_zero_chacha:
577         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
578         return ret ? ret : -EFAULT;
579 }
580
581 /*
582  * Batched entropy returns random integers. The quality of the random
583  * number is good as /dev/urandom. In order to ensure that the randomness
584  * provided by this function is okay, the function wait_for_random_bytes()
585  * should be called and return 0 at least once at any point prior.
586  */
587 struct batched_entropy {
588         union {
589                 /*
590                  * We make this 1.5x a ChaCha block, so that we get the
591                  * remaining 32 bytes from fast key erasure, plus one full
592                  * block from the detached ChaCha state. We can increase
593                  * the size of this later if needed so long as we keep the
594                  * formula of (integer_blocks + 0.5) * CHACHA_BLOCK_SIZE.
595                  */
596                 u64 entropy_u64[CHACHA_BLOCK_SIZE * 3 / (2 * sizeof(u64))];
597                 u32 entropy_u32[CHACHA_BLOCK_SIZE * 3 / (2 * sizeof(u32))];
598         };
599         local_lock_t lock;
600         unsigned long generation;
601         unsigned int position;
602 };
603
604
605 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
606         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(batched_entropy_u64.lock),
607         .position = UINT_MAX
608 };
609
610 u64 get_random_u64(void)
611 {
612         u64 ret;
613         unsigned long flags;
614         struct batched_entropy *batch;
615         static void *previous;
616         unsigned long next_gen;
617
618         warn_unseeded_randomness(&previous);
619
620         local_lock_irqsave(&batched_entropy_u64.lock, flags);
621         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
622
623         next_gen = READ_ONCE(base_crng.generation);
624         if (batch->position >= ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) ||
625             next_gen != batch->generation) {
626                 _get_random_bytes(batch->entropy_u64, sizeof(batch->entropy_u64));
627                 batch->position = 0;
628                 batch->generation = next_gen;
629         }
630
631         ret = batch->entropy_u64[batch->position];
632         batch->entropy_u64[batch->position] = 0;
633         ++batch->position;
634         local_unlock_irqrestore(&batched_entropy_u64.lock, flags);
635         return ret;
636 }
637 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
638
639 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
640         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(batched_entropy_u32.lock),
641         .position = UINT_MAX
642 };
643
644 u32 get_random_u32(void)
645 {
646         u32 ret;
647         unsigned long flags;
648         struct batched_entropy *batch;
649         static void *previous;
650         unsigned long next_gen;
651
652         warn_unseeded_randomness(&previous);
653
654         local_lock_irqsave(&batched_entropy_u32.lock, flags);
655         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
656
657         next_gen = READ_ONCE(base_crng.generation);
658         if (batch->position >= ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) ||
659             next_gen != batch->generation) {
660                 _get_random_bytes(batch->entropy_u32, sizeof(batch->entropy_u32));
661                 batch->position = 0;
662                 batch->generation = next_gen;
663         }
664
665         ret = batch->entropy_u32[batch->position];
666         batch->entropy_u32[batch->position] = 0;
667         ++batch->position;
668         local_unlock_irqrestore(&batched_entropy_u32.lock, flags);
669         return ret;
670 }
671 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
672
673 #ifdef CONFIG_SMP
674 /*
675  * This function is called when the CPU is coming up, with entry
676  * CPUHP_RANDOM_PREPARE, which comes before CPUHP_WORKQUEUE_PREP.
677  */
678 int random_prepare_cpu(unsigned int cpu)
679 {
680         /*
681          * When the cpu comes back online, immediately invalidate both
682          * the per-cpu crng and all batches, so that we serve fresh
683          * randomness.
684          */
685         per_cpu_ptr(&crngs, cpu)->generation = ULONG_MAX;
686         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = UINT_MAX;
687         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = UINT_MAX;
688         return 0;
689 }
690 #endif
691
692 /**
693  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
694  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
695  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
696  *              random address must fall.
697  *
698  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
699  *
700  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
701  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
702  *
703  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
704  * @start is returned.
705  */
706 unsigned long randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
707 {
708         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
709                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
710                 start = PAGE_ALIGN(start);
711         }
712
713         if (start > ULONG_MAX - range)
714                 range = ULONG_MAX - start;
715
716         range >>= PAGE_SHIFT;
717
718         if (range == 0)
719                 return start;
720
721         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
722 }
723
724 /*
725  * This function will use the architecture-specific hardware random
726  * number generator if it is available. It is not recommended for
727  * use. Use get_random_bytes() instead. It returns the number of
728  * bytes filled in.
729  */
730 size_t __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, size_t nbytes)
731 {
732         size_t left = nbytes;
733         u8 *p = buf;
734
735         while (left) {
736                 unsigned long v;
737                 size_t chunk = min_t(size_t, left, sizeof(unsigned long));
738
739                 if (!arch_get_random_long(&v))
740                         break;
741
742                 memcpy(p, &v, chunk);
743                 p += chunk;
744                 left -= chunk;
745         }
746
747         return nbytes - left;
748 }
749 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
750
751
752 /**********************************************************************
753  *
754  * Entropy accumulation and extraction routines.
755  *
756  * Callers may add entropy via:
757  *
758  *     static void mix_pool_bytes(const void *in, size_t nbytes)
759  *
760  * After which, if added entropy should be credited:
761  *
762  *     static void credit_entropy_bits(size_t nbits)
763  *
764  * Finally, extract entropy via these two, with the latter one
765  * setting the entropy count to zero and extracting only if there
766  * is POOL_MIN_BITS entropy credited prior or force is true:
767  *
768  *     static void extract_entropy(void *buf, size_t nbytes)
769  *     static bool drain_entropy(void *buf, size_t nbytes, bool force)
770  *
771  **********************************************************************/
772
773 enum {
774         POOL_BITS = BLAKE2S_HASH_SIZE * 8,
775         POOL_MIN_BITS = POOL_BITS /* No point in settling for less. */
776 };
777
778 /* For notifying userspace should write into /dev/random. */
779 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
780
781 static struct {
782         struct blake2s_state hash;
783         spinlock_t lock;
784         unsigned int entropy_count;
785 } input_pool = {
786         .hash.h = { BLAKE2S_IV0 ^ (0x01010000 | BLAKE2S_HASH_SIZE),
787                     BLAKE2S_IV1, BLAKE2S_IV2, BLAKE2S_IV3, BLAKE2S_IV4,
788                     BLAKE2S_IV5, BLAKE2S_IV6, BLAKE2S_IV7 },
789         .hash.outlen = BLAKE2S_HASH_SIZE,
790         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
791 };
792
793 static void _mix_pool_bytes(const void *in, size_t nbytes)
794 {
795         blake2s_update(&input_pool.hash, in, nbytes);
796 }
797
798 /*
799  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
800  * update the entropy estimate.  The caller should call
801  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
802  */
803 static void mix_pool_bytes(const void *in, size_t nbytes)
804 {
805         unsigned long flags;
806
807         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
808         _mix_pool_bytes(in, nbytes);
809         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
810 }
811
812 static void credit_entropy_bits(size_t nbits)
813 {
814         unsigned int entropy_count, orig, add;
815
816         if (!nbits)
817                 return;
818
819         add = min_t(size_t, nbits, POOL_BITS);
820
821         do {
822                 orig = READ_ONCE(input_pool.entropy_count);
823                 entropy_count = min_t(unsigned int, POOL_BITS, orig + add);
824         } while (cmpxchg(&input_pool.entropy_count, orig, entropy_count) != orig);
825
826         if (!crng_ready() && entropy_count >= POOL_MIN_BITS)
827                 crng_reseed(false);
828 }
829
830 /*
831  * This is an HKDF-like construction for using the hashed collected entropy
832  * as a PRF key, that's then expanded block-by-block.
833  */
834 static void extract_entropy(void *buf, size_t nbytes)
835 {
836         unsigned long flags;
837         u8 seed[BLAKE2S_HASH_SIZE], next_key[BLAKE2S_HASH_SIZE];
838         struct {
839                 unsigned long rdseed[32 / sizeof(long)];
840                 size_t counter;
841         } block;
842         size_t i;
843
844         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(block.rdseed); ++i) {
845                 if (!arch_get_random_seed_long(&block.rdseed[i]) &&
846                     !arch_get_random_long(&block.rdseed[i]))
847                         block.rdseed[i] = random_get_entropy();
848         }
849
850         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
851
852         /* seed = HASHPRF(last_key, entropy_input) */
853         blake2s_final(&input_pool.hash, seed);
854
855         /* next_key = HASHPRF(seed, RDSEED || 0) */
856         block.counter = 0;
857         blake2s(next_key, (u8 *)&block, seed, sizeof(next_key), sizeof(block), sizeof(seed));
858         blake2s_init_key(&input_pool.hash, BLAKE2S_HASH_SIZE, next_key, sizeof(next_key));
859
860         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
861         memzero_explicit(next_key, sizeof(next_key));
862
863         while (nbytes) {
864                 i = min_t(size_t, nbytes, BLAKE2S_HASH_SIZE);
865                 /* output = HASHPRF(seed, RDSEED || ++counter) */
866                 ++block.counter;
867                 blake2s(buf, (u8 *)&block, seed, i, sizeof(block), sizeof(seed));
868                 nbytes -= i;
869                 buf += i;
870         }
871
872         memzero_explicit(seed, sizeof(seed));
873         memzero_explicit(&block, sizeof(block));
874 }
875
876 /*
877  * First we make sure we have POOL_MIN_BITS of entropy in the pool unless force
878  * is true, and then we set the entropy count to zero (but don't actually touch
879  * any data). Only then can we extract a new key with extract_entropy().
880  */
881 static bool drain_entropy(void *buf, size_t nbytes, bool force)
882 {
883         unsigned int entropy_count;
884         do {
885                 entropy_count = READ_ONCE(input_pool.entropy_count);
886                 if (!force && entropy_count < POOL_MIN_BITS)
887                         return false;
888         } while (cmpxchg(&input_pool.entropy_count, entropy_count, 0) != entropy_count);
889         extract_entropy(buf, nbytes);
890         wake_up_interruptible(&random_write_wait);
891         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
892         return true;
893 }
894
895
896 /**********************************************************************
897  *
898  * Entropy collection routines.
899  *
900  * The following exported functions are used for pushing entropy into
901  * the above entropy accumulation routines:
902  *
903  *      void add_device_randomness(const void *buf, size_t size);
904  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
905  *                                unsigned int value);
906  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
907  *      void add_hwgenerator_randomness(const void *buffer, size_t count,
908  *                                      size_t entropy);
909  *      void add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t size);
910  *      void add_vmfork_randomness(const void *unique_vm_id, size_t size);
911  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
912  *
913  * add_device_randomness() adds data to the input pool that
914  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
915  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
916  * read-out of the RTC. This does *not* credit any actual entropy to
917  * the pool, but it initializes the pool to different values for devices
918  * that might otherwise be identical and have very little entropy
919  * available to them (particularly common in the embedded world).
920  *
921  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well
922  * as the event type information from the hardware.
923  *
924  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
925  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
926  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
927  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
928  * times are usually fairly consistent.
929  *
930  * The above two routines try to estimate how many bits of entropy
931  * to credit. They do this by keeping track of the first and second
932  * order deltas of the event timings.
933  *
934  * add_hwgenerator_randomness() is for true hardware RNGs, and will credit
935  * entropy as specified by the caller. If the entropy pool is full it will
936  * block until more entropy is needed.
937  *
938  * add_bootloader_randomness() is the same as add_hwgenerator_randomness() or
939  * add_device_randomness(), depending on whether or not the configuration
940  * option CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
941  *
942  * add_vmfork_randomness() adds a unique (but not necessarily secret) ID
943  * representing the current instance of a VM to the pool, without crediting,
944  * and then force-reseeds the crng so that it takes effect immediately.
945  *
946  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
947  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
948  * as inputs, it feeds the input pool roughly once a second or after 64
949  * interrupts, crediting 1 bit of entropy for whichever comes first.
950  *
951  **********************************************************************/
952
953 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
954 static bool trust_bootloader __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER);
955 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
956 {
957         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
958 }
959 static int __init parse_trust_bootloader(char *arg)
960 {
961         return kstrtobool(arg, &trust_bootloader);
962 }
963 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
964 early_param("random.trust_bootloader", parse_trust_bootloader);
965
966 /*
967  * The first collection of entropy occurs at system boot while interrupts
968  * are still turned off. Here we push in RDSEED, a timestamp, and utsname().
969  * Depending on the above configuration knob, RDSEED may be considered
970  * sufficient for initialization. Note that much earlier setup may already
971  * have pushed entropy into the input pool by the time we get here.
972  */
973 int __init rand_initialize(void)
974 {
975         size_t i;
976         ktime_t now = ktime_get_real();
977         bool arch_init = true;
978         unsigned long rv;
979
980 #if defined(LATENT_ENTROPY_PLUGIN)
981         static const u8 compiletime_seed[BLAKE2S_BLOCK_SIZE] __initconst __latent_entropy;
982         _mix_pool_bytes(compiletime_seed, sizeof(compiletime_seed));
983 #endif
984
985         for (i = 0; i < BLAKE2S_BLOCK_SIZE; i += sizeof(rv)) {
986                 if (!arch_get_random_seed_long_early(&rv) &&
987                     !arch_get_random_long_early(&rv)) {
988                         rv = random_get_entropy();
989                         arch_init = false;
990                 }
991                 _mix_pool_bytes(&rv, sizeof(rv));
992         }
993         _mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
994         _mix_pool_bytes(utsname(), sizeof(*(utsname())));
995
996         extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
997         ++base_crng.generation;
998
999         if (arch_init && trust_cpu && !crng_ready()) {
1000                 crng_init = 2;
1001                 pr_notice("crng init done (trusting CPU's manufacturer)\n");
1002         }
1003
1004         if (ratelimit_disable) {
1005                 urandom_warning.interval = 0;
1006                 unseeded_warning.interval = 0;
1007         }
1008         return 0;
1009 }
1010
1011 /*
1012  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1013  * initialize it.
1014  *
1015  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1016  * the entropy pool having similar initial state across largely
1017  * identical devices.
1018  */
1019 void add_device_randomness(const void *buf, size_t size)
1020 {
1021         unsigned long cycles = random_get_entropy();
1022         unsigned long flags, now = jiffies;
1023
1024         if (crng_init == 0 && size)
1025                 crng_pre_init_inject(buf, size, false);
1026
1027         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1028         _mix_pool_bytes(&cycles, sizeof(cycles));
1029         _mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
1030         _mix_pool_bytes(buf, size);
1031         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1032 }
1033 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1034
1035 /* There is one of these per entropy source */
1036 struct timer_rand_state {
1037         unsigned long last_time;
1038         long last_delta, last_delta2;
1039 };
1040
1041 /*
1042  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1043  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1044  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1045  *
1046  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1047  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1048  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1049  */
1050 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned int num)
1051 {
1052         unsigned long cycles = random_get_entropy(), now = jiffies, flags;
1053         long delta, delta2, delta3;
1054
1055         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1056         _mix_pool_bytes(&cycles, sizeof(cycles));
1057         _mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
1058         _mix_pool_bytes(&num, sizeof(num));
1059         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1060
1061         /*
1062          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1063          * We take into account the first, second and third-order deltas
1064          * in order to make our estimate.
1065          */
1066         delta = now - READ_ONCE(state->last_time);
1067         WRITE_ONCE(state->last_time, now);
1068
1069         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1070         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1071
1072         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1073         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1074
1075         if (delta < 0)
1076                 delta = -delta;
1077         if (delta2 < 0)
1078                 delta2 = -delta2;
1079         if (delta3 < 0)
1080                 delta3 = -delta3;
1081         if (delta > delta2)
1082                 delta = delta2;
1083         if (delta > delta3)
1084                 delta = delta3;
1085
1086         /*
1087          * delta is now minimum absolute delta.
1088          * Round down by 1 bit on general principles,
1089          * and limit entropy estimate to 12 bits.
1090          */
1091         credit_entropy_bits(min_t(unsigned int, fls(delta >> 1), 11));
1092 }
1093
1094 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1095                           unsigned int value)
1096 {
1097         static unsigned char last_value;
1098         static struct timer_rand_state input_timer_state = { INITIAL_JIFFIES };
1099
1100         /* Ignore autorepeat and the like. */
1101         if (value == last_value)
1102                 return;
1103
1104         last_value = value;
1105         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1106                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1107 }
1108 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1109
1110 #ifdef CONFIG_BLOCK
1111 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1112 {
1113         if (!disk || !disk->random)
1114                 return;
1115         /* First major is 1, so we get >= 0x200 here. */
1116         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1117 }
1118 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1119
1120 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1121 {
1122         struct timer_rand_state *state;
1123
1124         /*
1125          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1126          * source.
1127          */
1128         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1129         if (state) {
1130                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1131                 disk->random = state;
1132         }
1133 }
1134 #endif
1135
1136 /*
1137  * Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
1138  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
1139  * when our pool is full.
1140  */
1141 void add_hwgenerator_randomness(const void *buffer, size_t count,
1142                                 size_t entropy)
1143 {
1144         if (unlikely(crng_init == 0 && entropy < POOL_MIN_BITS)) {
1145                 crng_pre_init_inject(buffer, count, true);
1146                 mix_pool_bytes(buffer, count);
1147                 return;
1148         }
1149
1150         /*
1151          * Throttle writing if we're above the trickle threshold.
1152          * We'll be woken up again once below POOL_MIN_BITS, when
1153          * the calling thread is about to terminate, or once
1154          * CRNG_RESEED_INTERVAL has elapsed.
1155          */
1156         wait_event_interruptible_timeout(random_write_wait,
1157                         !system_wq || kthread_should_stop() ||
1158                         input_pool.entropy_count < POOL_MIN_BITS,
1159                         CRNG_RESEED_INTERVAL);
1160         mix_pool_bytes(buffer, count);
1161         credit_entropy_bits(entropy);
1162 }
1163 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
1164
1165 /*
1166  * Handle random seed passed by bootloader.
1167  * If the seed is trustworthy, it would be regarded as hardware RNGs. Otherwise
1168  * it would be regarded as device data.
1169  * The decision is controlled by CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER.
1170  */
1171 void add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t size)
1172 {
1173         if (trust_bootloader)
1174                 add_hwgenerator_randomness(buf, size, size * 8);
1175         else
1176                 add_device_randomness(buf, size);
1177 }
1178 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);
1179
1180 #if IS_ENABLED(CONFIG_VMGENID)
1181 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmfork_chain);
1182
1183 /*
1184  * Handle a new unique VM ID, which is unique, not secret, so we
1185  * don't credit it, but we do immediately force a reseed after so
1186  * that it's used by the crng posthaste.
1187  */
1188 void add_vmfork_randomness(const void *unique_vm_id, size_t size)
1189 {
1190         add_device_randomness(unique_vm_id, size);
1191         if (crng_ready()) {
1192                 crng_reseed(true);
1193                 pr_notice("crng reseeded due to virtual machine fork\n");
1194         }
1195         blocking_notifier_call_chain(&vmfork_chain, 0, NULL);
1196 }
1197 #if IS_MODULE(CONFIG_VMGENID)
1198 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_vmfork_randomness);
1199 #endif
1200
1201 int register_random_vmfork_notifier(struct notifier_block *nb)
1202 {
1203         return blocking_notifier_chain_register(&vmfork_chain, nb);
1204 }
1205 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_random_vmfork_notifier);
1206
1207 int unregister_random_vmfork_notifier(struct notifier_block *nb)
1208 {
1209         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmfork_chain, nb);
1210 }
1211 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_random_vmfork_notifier);
1212 #endif
1213
1214 struct fast_pool {
1215         struct work_struct mix;
1216         unsigned long pool[4];
1217         unsigned long last;
1218         unsigned int count;
1219         u16 reg_idx;
1220 };
1221
1222 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness) = {
1223 #ifdef CONFIG_64BIT
1224         /* SipHash constants */
1225         .pool = { 0x736f6d6570736575UL, 0x646f72616e646f6dUL,
1226                   0x6c7967656e657261UL, 0x7465646279746573UL }
1227 #else
1228         /* HalfSipHash constants */
1229         .pool = { 0, 0, 0x6c796765U, 0x74656462U }
1230 #endif
1231 };
1232
1233 /*
1234  * This is [Half]SipHash-1-x, starting from an empty key. Because
1235  * the key is fixed, it assumes that its inputs are non-malicious,
1236  * and therefore this has no security on its own. s represents the
1237  * 128 or 256-bit SipHash state, while v represents a 128-bit input.
1238  */
1239 static void fast_mix(unsigned long s[4], const unsigned long *v)
1240 {
1241         size_t i;
1242
1243         for (i = 0; i < 16 / sizeof(long); ++i) {
1244                 s[3] ^= v[i];
1245 #ifdef CONFIG_64BIT
1246                 s[0] += s[1]; s[1] = rol64(s[1], 13); s[1] ^= s[0]; s[0] = rol64(s[0], 32);
1247                 s[2] += s[3]; s[3] = rol64(s[3], 16); s[3] ^= s[2];
1248                 s[0] += s[3]; s[3] = rol64(s[3], 21); s[3] ^= s[0];
1249                 s[2] += s[1]; s[1] = rol64(s[1], 17); s[1] ^= s[2]; s[2] = rol64(s[2], 32);
1250 #else
1251                 s[0] += s[1]; s[1] = rol32(s[1],  5); s[1] ^= s[0]; s[0] = rol32(s[0], 16);
1252                 s[2] += s[3]; s[3] = rol32(s[3],  8); s[3] ^= s[2];
1253                 s[0] += s[3]; s[3] = rol32(s[3],  7); s[3] ^= s[0];
1254                 s[2] += s[1]; s[1] = rol32(s[1], 13); s[1] ^= s[2]; s[2] = rol32(s[2], 16);
1255 #endif
1256                 s[0] ^= v[i];
1257         }
1258 }
1259
1260 #ifdef CONFIG_SMP
1261 /*
1262  * This function is called when the CPU has just come online, with
1263  * entry CPUHP_AP_RANDOM_ONLINE, just after CPUHP_AP_WORKQUEUE_ONLINE.
1264  */
1265 int random_online_cpu(unsigned int cpu)
1266 {
1267         /*
1268          * During CPU shutdown and before CPU onlining, add_interrupt_
1269          * randomness() may schedule mix_interrupt_randomness(), and
1270          * set the MIX_INFLIGHT flag. However, because the worker can
1271          * be scheduled on a different CPU during this period, that
1272          * flag will never be cleared. For that reason, we zero out
1273          * the flag here, which runs just after workqueues are onlined
1274          * for the CPU again. This also has the effect of setting the
1275          * irq randomness count to zero so that new accumulated irqs
1276          * are fresh.
1277          */
1278         per_cpu_ptr(&irq_randomness, cpu)->count = 0;
1279         return 0;
1280 }
1281 #endif
1282
1283 static unsigned long get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1284 {
1285         unsigned long *ptr = (unsigned long *)regs;
1286         unsigned int idx;
1287
1288         if (regs == NULL)
1289                 return 0;
1290         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1291         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(unsigned long))
1292                 idx = 0;
1293         ptr += idx++;
1294         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1295         return *ptr;
1296 }
1297
1298 static void mix_interrupt_randomness(struct work_struct *work)
1299 {
1300         struct fast_pool *fast_pool = container_of(work, struct fast_pool, mix);
1301         /*
1302          * The size of the copied stack pool is explicitly 16 bytes so that we
1303          * tax mix_pool_byte()'s compression function the same amount on all
1304          * platforms. This means on 64-bit we copy half the pool into this,
1305          * while on 32-bit we copy all of it. The entropy is supposed to be
1306          * sufficiently dispersed between bits that in the sponge-like
1307          * half case, on average we don't wind up "losing" some.
1308          */
1309         u8 pool[16];
1310
1311         /* Check to see if we're running on the wrong CPU due to hotplug. */
1312         local_irq_disable();
1313         if (fast_pool != this_cpu_ptr(&irq_randomness)) {
1314                 local_irq_enable();
1315                 return;
1316         }
1317
1318         /*
1319          * Copy the pool to the stack so that the mixer always has a
1320          * consistent view, before we reenable irqs again.
1321          */
1322         memcpy(pool, fast_pool->pool, sizeof(pool));
1323         fast_pool->count = 0;
1324         fast_pool->last = jiffies;
1325         local_irq_enable();
1326
1327         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1328                 crng_pre_init_inject(pool, sizeof(pool), true);
1329                 mix_pool_bytes(pool, sizeof(pool));
1330         } else {
1331                 mix_pool_bytes(pool, sizeof(pool));
1332                 credit_entropy_bits(1);
1333         }
1334
1335         memzero_explicit(pool, sizeof(pool));
1336 }
1337
1338 void add_interrupt_randomness(int irq)
1339 {
1340         enum { MIX_INFLIGHT = 1U << 31 };
1341         unsigned long cycles = random_get_entropy(), now = jiffies;
1342         struct fast_pool *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1343         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1344         unsigned int new_count;
1345         union {
1346                 u32 u32[4];
1347                 u64 u64[2];
1348                 unsigned long longs[16 / sizeof(long)];
1349         } irq_data;
1350
1351         if (cycles == 0)
1352                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1353
1354         if (sizeof(unsigned long) == 8) {
1355                 irq_data.u64[0] = cycles ^ rol64(now, 32) ^ irq;
1356                 irq_data.u64[1] = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1357         } else {
1358                 irq_data.u32[0] = cycles ^ irq;
1359                 irq_data.u32[1] = now;
1360                 irq_data.u32[2] = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1361                 irq_data.u32[3] = get_reg(fast_pool, regs);
1362         }
1363
1364         fast_mix(fast_pool->pool, irq_data.longs);
1365         new_count = ++fast_pool->count;
1366
1367         if (new_count & MIX_INFLIGHT)
1368                 return;
1369
1370         if (new_count < 64 && (!time_after(now, fast_pool->last + HZ) ||
1371                                unlikely(crng_init == 0)))
1372                 return;
1373
1374         if (unlikely(!fast_pool->mix.func))
1375                 INIT_WORK(&fast_pool->mix, mix_interrupt_randomness);
1376         fast_pool->count |= MIX_INFLIGHT;
1377         queue_work_on(raw_smp_processor_id(), system_highpri_wq, &fast_pool->mix);
1378 }
1379 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1380
1381 /*
1382  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1383  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1384  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1385  * generating entropy..
1386  *
1387  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1388  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1389  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1390  * entropy loop is running.
1391  *
1392  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1393  */
1394 static void entropy_timer(struct timer_list *t)
1395 {
1396         credit_entropy_bits(1);
1397 }
1398
1399 /*
1400  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1401  * generate enough entropy with timing noise
1402  */
1403 static void try_to_generate_entropy(void)
1404 {
1405         struct {
1406                 unsigned long cycles;
1407                 struct timer_list timer;
1408         } stack;
1409
1410         stack.cycles = random_get_entropy();
1411
1412         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1413         if (stack.cycles == random_get_entropy())
1414                 return;
1415
1416         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1417         while (!crng_ready() && !signal_pending(current)) {
1418                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1419                         mod_timer(&stack.timer, jiffies + 1);
1420                 mix_pool_bytes(&stack.cycles, sizeof(stack.cycles));
1421                 schedule();
1422                 stack.cycles = random_get_entropy();
1423         }
1424
1425         del_timer_sync(&stack.timer);
1426         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1427         mix_pool_bytes(&stack.cycles, sizeof(stack.cycles));
1428 }
1429
1430
1431 /**********************************************************************
1432  *
1433  * Userspace reader/writer interfaces.
1434  *
1435  * getrandom(2) is the primary modern interface into the RNG and should
1436  * be used in preference to anything else.
1437  *
1438  * Reading from /dev/random has the same functionality as calling
1439  * getrandom(2) with flags=0. In earlier versions, however, it had
1440  * vastly different semantics and should therefore be avoided, to
1441  * prevent backwards compatibility issues.
1442  *
1443  * Reading from /dev/urandom has the same functionality as calling
1444  * getrandom(2) with flags=GRND_INSECURE. Because it does not block
1445  * waiting for the RNG to be ready, it should not be used.
1446  *
1447  * Writing to either /dev/random or /dev/urandom adds entropy to
1448  * the input pool but does not credit it.
1449  *
1450  * Polling on /dev/random indicates when the RNG is initialized, on
1451  * the read side, and when it wants new entropy, on the write side.
1452  *
1453  * Both /dev/random and /dev/urandom have the same set of ioctls for
1454  * adding entropy, getting the entropy count, zeroing the count, and
1455  * reseeding the crng.
1456  *
1457  **********************************************************************/
1458
1459 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count, unsigned int,
1460                 flags)
1461 {
1462         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK | GRND_RANDOM | GRND_INSECURE))
1463                 return -EINVAL;
1464
1465         /*
1466          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
1467          * no sense.
1468          */
1469         if ((flags & (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM))
1470                 return -EINVAL;
1471
1472         if (count > INT_MAX)
1473                 count = INT_MAX;
1474
1475         if (!(flags & GRND_INSECURE) && !crng_ready()) {
1476                 int ret;
1477
1478                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1479                         return -EAGAIN;
1480                 ret = wait_for_random_bytes();
1481                 if (unlikely(ret))
1482                         return ret;
1483         }
1484         return get_random_bytes_user(buf, count);
1485 }
1486
1487 static __poll_t random_poll(struct file *file, poll_table *wait)
1488 {
1489         __poll_t mask;
1490
1491         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1492         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1493         mask = 0;
1494         if (crng_ready())
1495                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1496         if (input_pool.entropy_count < POOL_MIN_BITS)
1497                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1498         return mask;
1499 }
1500
1501 static int write_pool(const char __user *ubuf, size_t count)
1502 {
1503         size_t len;
1504         int ret = 0;
1505         u8 block[BLAKE2S_BLOCK_SIZE];
1506
1507         while (count) {
1508                 len = min(count, sizeof(block));
1509                 if (copy_from_user(block, ubuf, len)) {
1510                         ret = -EFAULT;
1511                         goto out;
1512                 }
1513                 count -= len;
1514                 ubuf += len;
1515                 mix_pool_bytes(block, len);
1516                 cond_resched();
1517         }
1518
1519 out:
1520         memzero_explicit(block, sizeof(block));
1521         return ret;
1522 }
1523
1524 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1525                             size_t count, loff_t *ppos)
1526 {
1527         int ret;
1528
1529         ret = write_pool(buffer, count);
1530         if (ret)
1531                 return ret;
1532
1533         return (ssize_t)count;
1534 }
1535
1536 static ssize_t urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1537                             loff_t *ppos)
1538 {
1539         static int maxwarn = 10;
1540
1541         /*
1542          * Opportunistically attempt to initialize the RNG on platforms that
1543          * have fast cycle counters, but don't (for now) require it to succeed.
1544          */
1545         if (!crng_ready())
1546                 try_to_generate_entropy();
1547
1548         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1549                 maxwarn--;
1550                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1551                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zd bytes read)\n",
1552                                   current->comm, nbytes);
1553         }
1554
1555         return get_random_bytes_user(buf, nbytes);
1556 }
1557
1558 static ssize_t random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1559                            loff_t *ppos)
1560 {
1561         int ret;
1562
1563         ret = wait_for_random_bytes();
1564         if (ret != 0)
1565                 return ret;
1566         return get_random_bytes_user(buf, nbytes);
1567 }
1568
1569 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1570 {
1571         int size, ent_count;
1572         int __user *p = (int __user *)arg;
1573         int retval;
1574
1575         switch (cmd) {
1576         case RNDGETENTCNT:
1577                 /* Inherently racy, no point locking. */
1578                 if (put_user(input_pool.entropy_count, p))
1579                         return -EFAULT;
1580                 return 0;
1581         case RNDADDTOENTCNT:
1582                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1583                         return -EPERM;
1584                 if (get_user(ent_count, p))
1585                         return -EFAULT;
1586                 if (ent_count < 0)
1587                         return -EINVAL;
1588                 credit_entropy_bits(ent_count);
1589                 return 0;
1590         case RNDADDENTROPY:
1591                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1592                         return -EPERM;
1593                 if (get_user(ent_count, p++))
1594                         return -EFAULT;
1595                 if (ent_count < 0)
1596                         return -EINVAL;
1597                 if (get_user(size, p++))
1598                         return -EFAULT;
1599                 retval = write_pool((const char __user *)p, size);
1600                 if (retval < 0)
1601                         return retval;
1602                 credit_entropy_bits(ent_count);
1603                 return 0;
1604         case RNDZAPENTCNT:
1605         case RNDCLEARPOOL:
1606                 /*
1607                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1608                  * the entropy pool, as that's silly.
1609                  */
1610                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1611                         return -EPERM;
1612                 if (xchg(&input_pool.entropy_count, 0) >= POOL_MIN_BITS) {
1613                         wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1614                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1615                 }
1616                 return 0;
1617         case RNDRESEEDCRNG:
1618                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1619                         return -EPERM;
1620                 if (!crng_ready())
1621                         return -ENODATA;
1622                 crng_reseed(false);
1623                 return 0;
1624         default:
1625                 return -EINVAL;
1626         }
1627 }
1628
1629 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1630 {
1631         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1632 }
1633
1634 const struct file_operations random_fops = {
1635         .read = random_read,
1636         .write = random_write,
1637         .poll = random_poll,
1638         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1639         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1640         .fasync = random_fasync,
1641         .llseek = noop_llseek,
1642 };
1643
1644 const struct file_operations urandom_fops = {
1645         .read = urandom_read,
1646         .write = random_write,
1647         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1648         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1649         .fasync = random_fasync,
1650         .llseek = noop_llseek,
1651 };
1652
1653
1654 /********************************************************************
1655  *
1656  * Sysctl interface.
1657  *
1658  * These are partly unused legacy knobs with dummy values to not break
1659  * userspace and partly still useful things. They are usually accessible
1660  * in /proc/sys/kernel/random/ and are as follows:
1661  *
1662  * - boot_id - a UUID representing the current boot.
1663  *
1664  * - uuid - a random UUID, different each time the file is read.
1665  *
1666  * - poolsize - the number of bits of entropy that the input pool can
1667  *   hold, tied to the POOL_BITS constant.
1668  *
1669  * - entropy_avail - the number of bits of entropy currently in the
1670  *   input pool. Always <= poolsize.
1671  *
1672  * - write_wakeup_threshold - the amount of entropy in the input pool
1673  *   below which write polls to /dev/random will unblock, requesting
1674  *   more entropy, tied to the POOL_MIN_BITS constant. It is writable
1675  *   to avoid breaking old userspaces, but writing to it does not
1676  *   change any behavior of the RNG.
1677  *
1678  * - urandom_min_reseed_secs - fixed to the value CRNG_RESEED_INTERVAL.
1679  *   It is writable to avoid breaking old userspaces, but writing
1680  *   to it does not change any behavior of the RNG.
1681  *
1682  ********************************************************************/
1683
1684 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1685
1686 #include <linux/sysctl.h>
1687
1688 static int sysctl_random_min_urandom_seed = CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ;
1689 static int sysctl_random_write_wakeup_bits = POOL_MIN_BITS;
1690 static int sysctl_poolsize = POOL_BITS;
1691 static u8 sysctl_bootid[UUID_SIZE];
1692
1693 /*
1694  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1695  * UUID. The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1696  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1697  */
1698 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
1699                         size_t *lenp, loff_t *ppos)
1700 {
1701         u8 tmp_uuid[UUID_SIZE], *uuid;
1702         char uuid_string[UUID_STRING_LEN + 1];
1703         struct ctl_table fake_table = {
1704                 .data = uuid_string,
1705                 .maxlen = UUID_STRING_LEN
1706         };
1707
1708         if (write)
1709                 return -EPERM;
1710
1711         uuid = table->data;
1712         if (!uuid) {
1713                 uuid = tmp_uuid;
1714                 generate_random_uuid(uuid);
1715         } else {
1716                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1717
1718                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1719                 if (!uuid[8])
1720                         generate_random_uuid(uuid);
1721                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1722         }
1723
1724         snprintf(uuid_string, sizeof(uuid_string), "%pU", uuid);
1725         return proc_dostring(&fake_table, 0, buffer, lenp, ppos);
1726 }
1727
1728 /* The same as proc_dointvec, but writes don't change anything. */
1729 static int proc_do_rointvec(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
1730                             size_t *lenp, loff_t *ppos)
1731 {
1732         return write ? 0 : proc_dointvec(table, 0, buffer, lenp, ppos);
1733 }
1734
1735 static struct ctl_table random_table[] = {
1736         {
1737                 .procname       = "poolsize",
1738                 .data           = &sysctl_poolsize,
1739                 .maxlen         = sizeof(int),
1740                 .mode           = 0444,
1741                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1742         },
1743         {
1744                 .procname       = "entropy_avail",
1745                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1746                 .maxlen         = sizeof(int),
1747                 .mode           = 0444,
1748                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1749         },
1750         {
1751                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1752                 .data           = &sysctl_random_write_wakeup_bits,
1753                 .maxlen         = sizeof(int),
1754                 .mode           = 0644,
1755                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1756         },
1757         {
1758                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1759                 .data           = &sysctl_random_min_urandom_seed,
1760                 .maxlen         = sizeof(int),
1761                 .mode           = 0644,
1762                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1763         },
1764         {
1765                 .procname       = "boot_id",
1766                 .data           = &sysctl_bootid,
1767                 .mode           = 0444,
1768                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1769         },
1770         {
1771                 .procname       = "uuid",
1772                 .mode           = 0444,
1773                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1774         },
1775         { }
1776 };
1777
1778 /*
1779  * rand_initialize() is called before sysctl_init(),
1780  * so we cannot call register_sysctl_init() in rand_initialize()
1781  */
1782 static int __init random_sysctls_init(void)
1783 {
1784         register_sysctl_init("kernel/random", random_table);
1785         return 0;
1786 }
1787 device_initcall(random_sysctls_init);
1788 #endif