random: credit architectural init the exact amount
[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. Prior to initialization, some of that
19  * data is then "credited" as having a certain number of bits of entropy.
20  * When enough bits of entropy are available, the hash is finalized and
21  * handed as a key to a stream cipher that expands it indefinitely for
22  * various consumers. This key is periodically refreshed as the various
23  * entropy collectors, described below, add data to the input pool.
24  */
25
26 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
27
28 #include <linux/utsname.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/kernel.h>
31 #include <linux/major.h>
32 #include <linux/string.h>
33 #include <linux/fcntl.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/random.h>
36 #include <linux/poll.h>
37 #include <linux/init.h>
38 #include <linux/fs.h>
39 #include <linux/blkdev.h>
40 #include <linux/interrupt.h>
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/spinlock.h>
44 #include <linux/kthread.h>
45 #include <linux/percpu.h>
46 #include <linux/ptrace.h>
47 #include <linux/workqueue.h>
48 #include <linux/irq.h>
49 #include <linux/ratelimit.h>
50 #include <linux/syscalls.h>
51 #include <linux/completion.h>
52 #include <linux/uuid.h>
53 #include <linux/uaccess.h>
54 #include <linux/suspend.h>
55 #include <linux/siphash.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 is protected by base_crng->lock, and only increases
75  * its value (from empty->early->ready).
76  */
77 static enum {
78         CRNG_EMPTY = 0, /* Little to no entropy collected */
79         CRNG_EARLY = 1, /* At least POOL_EARLY_BITS collected */
80         CRNG_READY = 2  /* Fully initialized with POOL_READY_BITS collected */
81 } crng_init = CRNG_EMPTY;
82 #define crng_ready() (likely(crng_init >= CRNG_READY))
83 /* Various types of waiters for crng_init->CRNG_READY 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 urandom_warning =
91         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
92 static int ratelimit_disable __read_mostly =
93         IS_ENABLED(CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM);
94 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
95 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
96
97 /*
98  * Returns whether or not the input pool has been seeded and thus guaranteed
99  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
100  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
101  * ,u64,int,long} family of functions.
102  *
103  * Returns: true if the input pool has been seeded.
104  *          false if the input pool has not been seeded.
105  */
106 bool rng_is_initialized(void)
107 {
108         return crng_ready();
109 }
110 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
111
112 /* Used by wait_for_random_bytes(), and considered an entropy collector, below. */
113 static void try_to_generate_entropy(void);
114
115 /*
116  * Wait for the input pool to be seeded and thus guaranteed to supply
117  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
118  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
119  * family of functions. Using any of these functions without first calling
120  * this function forfeits the guarantee of security.
121  *
122  * Returns: 0 if the input pool has been seeded.
123  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
124  */
125 int wait_for_random_bytes(void)
126 {
127         while (!crng_ready()) {
128                 int ret;
129
130                 try_to_generate_entropy();
131                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
132                 if (ret)
133                         return ret > 0 ? 0 : ret;
134         }
135         return 0;
136 }
137 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
138
139 /*
140  * Add a callback function that will be invoked when the input
141  * pool is initialised.
142  *
143  * returns: 0 if callback is successfully added
144  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
145  */
146 int register_random_ready_notifier(struct notifier_block *nb)
147 {
148         unsigned long flags;
149         int ret = -EALREADY;
150
151         if (crng_ready())
152                 return ret;
153
154         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
155         if (!crng_ready())
156                 ret = raw_notifier_chain_register(&random_ready_chain, nb);
157         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
158         return ret;
159 }
160
161 /*
162  * Delete a previously registered readiness callback function.
163  */
164 int unregister_random_ready_notifier(struct notifier_block *nb)
165 {
166         unsigned long flags;
167         int ret;
168
169         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
170         ret = raw_notifier_chain_unregister(&random_ready_chain, nb);
171         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
172         return ret;
173 }
174
175 static void process_random_ready_list(void)
176 {
177         unsigned long flags;
178
179         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
180         raw_notifier_call_chain(&random_ready_chain, 0, NULL);
181         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
182 }
183
184 #define warn_unseeded_randomness() \
185         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *)_RET_IP_)
186
187 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller)
188 {
189         if (!IS_ENABLED(CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM) || crng_ready())
190                 return;
191         printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
192                         func_name, caller, crng_init);
193 }
194
195
196 /*********************************************************************
197  *
198  * Fast key erasure RNG, the "crng".
199  *
200  * These functions expand entropy from the entropy extractor into
201  * long streams for external consumption using the "fast key erasure"
202  * RNG described at <https://blog.cr.yp.to/20170723-random.html>.
203  *
204  * There are a few exported interfaces for use by other drivers:
205  *
206  *      void get_random_bytes(void *buf, size_t nbytes)
207  *      u32 get_random_u32()
208  *      u64 get_random_u64()
209  *      unsigned int get_random_int()
210  *      unsigned long get_random_long()
211  *
212  * These interfaces will return the requested number of random bytes
213  * into the given buffer or as a return value. This is equivalent to
214  * a read from /dev/urandom. The u32, u64, int, and long family of
215  * functions may be higher performance for one-off random integers,
216  * because they do a bit of buffering and do not invoke reseeding
217  * until the buffer is emptied.
218  *
219  *********************************************************************/
220
221 enum {
222         CRNG_RESEED_START_INTERVAL = HZ,
223         CRNG_RESEED_INTERVAL = 60 * HZ
224 };
225
226 static struct {
227         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE] __aligned(__alignof__(long));
228         unsigned long birth;
229         unsigned long generation;
230         spinlock_t lock;
231 } base_crng = {
232         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(base_crng.lock)
233 };
234
235 struct crng {
236         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
237         unsigned long generation;
238         local_lock_t lock;
239 };
240
241 static DEFINE_PER_CPU(struct crng, crngs) = {
242         .generation = ULONG_MAX,
243         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(crngs.lock),
244 };
245
246 /* Used by crng_reseed() and crng_make_state() to extract a new seed from the input pool. */
247 static void extract_entropy(void *buf, size_t nbytes);
248
249 /* This extracts a new crng key from the input pool. */
250 static void crng_reseed(void)
251 {
252         unsigned long flags;
253         unsigned long next_gen;
254         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
255
256         extract_entropy(key, sizeof(key));
257
258         /*
259          * We copy the new key into the base_crng, overwriting the old one,
260          * and update the generation counter. We avoid hitting ULONG_MAX,
261          * because the per-cpu crngs are initialized to ULONG_MAX, so this
262          * forces new CPUs that come online to always initialize.
263          */
264         spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
265         memcpy(base_crng.key, key, sizeof(base_crng.key));
266         next_gen = base_crng.generation + 1;
267         if (next_gen == ULONG_MAX)
268                 ++next_gen;
269         WRITE_ONCE(base_crng.generation, next_gen);
270         WRITE_ONCE(base_crng.birth, jiffies);
271         if (!crng_ready())
272                 crng_init = CRNG_READY;
273         spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
274         memzero_explicit(key, sizeof(key));
275 }
276
277 /*
278  * This generates a ChaCha block using the provided key, and then
279  * immediately overwites that key with half the block. It returns
280  * the resultant ChaCha state to the user, along with the second
281  * half of the block containing 32 bytes of random data that may
282  * be used; random_data_len may not be greater than 32.
283  *
284  * The returned ChaCha state contains within it a copy of the old
285  * key value, at index 4, so the state should always be zeroed out
286  * immediately after using in order to maintain forward secrecy.
287  * If the state cannot be erased in a timely manner, then it is
288  * safer to set the random_data parameter to &chacha_state[4] so
289  * that this function overwrites it before returning.
290  */
291 static void crng_fast_key_erasure(u8 key[CHACHA_KEY_SIZE],
292                                   u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
293                                   u8 *random_data, size_t random_data_len)
294 {
295         u8 first_block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
296
297         BUG_ON(random_data_len > 32);
298
299         chacha_init_consts(chacha_state);
300         memcpy(&chacha_state[4], key, CHACHA_KEY_SIZE);
301         memset(&chacha_state[12], 0, sizeof(u32) * 4);
302         chacha20_block(chacha_state, first_block);
303
304         memcpy(key, first_block, CHACHA_KEY_SIZE);
305         memcpy(random_data, first_block + CHACHA_KEY_SIZE, random_data_len);
306         memzero_explicit(first_block, sizeof(first_block));
307 }
308
309 /*
310  * Return whether the crng seed is considered to be sufficiently old
311  * that a reseeding is needed. This happens if the last reseeding
312  * was CRNG_RESEED_INTERVAL ago, or during early boot, at an interval
313  * proportional to the uptime.
314  */
315 static bool crng_has_old_seed(void)
316 {
317         static bool early_boot = true;
318         unsigned long interval = CRNG_RESEED_INTERVAL;
319
320         if (unlikely(READ_ONCE(early_boot))) {
321                 time64_t uptime = ktime_get_seconds();
322                 if (uptime >= CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ * 2)
323                         WRITE_ONCE(early_boot, false);
324                 else
325                         interval = max_t(unsigned int, CRNG_RESEED_START_INTERVAL,
326                                          (unsigned int)uptime / 2 * HZ);
327         }
328         return time_is_before_jiffies(READ_ONCE(base_crng.birth) + interval);
329 }
330
331 /*
332  * This function returns a ChaCha state that you may use for generating
333  * random data. It also returns up to 32 bytes on its own of random data
334  * that may be used; random_data_len may not be greater than 32.
335  */
336 static void crng_make_state(u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
337                             u8 *random_data, size_t random_data_len)
338 {
339         unsigned long flags;
340         struct crng *crng;
341
342         BUG_ON(random_data_len > 32);
343
344         /*
345          * For the fast path, we check whether we're ready, unlocked first, and
346          * then re-check once locked later. In the case where we're really not
347          * ready, we do fast key erasure with the base_crng directly, extracting
348          * when crng_init is CRNG_EMPTY.
349          */
350         if (!crng_ready()) {
351                 bool ready;
352
353                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
354                 ready = crng_ready();
355                 if (!ready) {
356                         if (crng_init == CRNG_EMPTY)
357                                 extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
358                         crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
359                                               random_data, random_data_len);
360                 }
361                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
362                 if (!ready)
363                         return;
364         }
365
366         /*
367          * If the base_crng is old enough, we reseed, which in turn bumps the
368          * generation counter that we check below.
369          */
370         if (unlikely(crng_has_old_seed()))
371                 crng_reseed();
372
373         local_lock_irqsave(&crngs.lock, flags);
374         crng = raw_cpu_ptr(&crngs);
375
376         /*
377          * If our per-cpu crng is older than the base_crng, then it means
378          * somebody reseeded the base_crng. In that case, we do fast key
379          * erasure on the base_crng, and use its output as the new key
380          * for our per-cpu crng. This brings us up to date with base_crng.
381          */
382         if (unlikely(crng->generation != READ_ONCE(base_crng.generation))) {
383                 spin_lock(&base_crng.lock);
384                 crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
385                                       crng->key, sizeof(crng->key));
386                 crng->generation = base_crng.generation;
387                 spin_unlock(&base_crng.lock);
388         }
389
390         /*
391          * Finally, when we've made it this far, our per-cpu crng has an up
392          * to date key, and we can do fast key erasure with it to produce
393          * some random data and a ChaCha state for the caller. All other
394          * branches of this function are "unlikely", so most of the time we
395          * should wind up here immediately.
396          */
397         crng_fast_key_erasure(crng->key, chacha_state, random_data, random_data_len);
398         local_unlock_irqrestore(&crngs.lock, flags);
399 }
400
401 static void _get_random_bytes(void *buf, size_t nbytes)
402 {
403         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
404         u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE];
405         size_t len;
406
407         if (!nbytes)
408                 return;
409
410         len = min_t(size_t, 32, nbytes);
411         crng_make_state(chacha_state, buf, len);
412         nbytes -= len;
413         buf += len;
414
415         while (nbytes) {
416                 if (nbytes < CHACHA_BLOCK_SIZE) {
417                         chacha20_block(chacha_state, tmp);
418                         memcpy(buf, tmp, nbytes);
419                         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
420                         break;
421                 }
422
423                 chacha20_block(chacha_state, buf);
424                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
425                         ++chacha_state[13];
426                 nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
427                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
428         }
429
430         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
431 }
432
433 /*
434  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
435  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
436  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
437  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
438  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
439  * that the randomness provided by this function is okay, the function
440  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
441  * at any point prior.
442  */
443 void get_random_bytes(void *buf, size_t nbytes)
444 {
445         warn_unseeded_randomness();
446         _get_random_bytes(buf, nbytes);
447 }
448 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
449
450 static ssize_t get_random_bytes_user(void __user *buf, size_t nbytes)
451 {
452         size_t len, left, ret = 0;
453         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
454         u8 output[CHACHA_BLOCK_SIZE];
455
456         if (!nbytes)
457                 return 0;
458
459         /*
460          * Immediately overwrite the ChaCha key at index 4 with random
461          * bytes, in case userspace causes copy_to_user() below to sleep
462          * forever, so that we still retain forward secrecy in that case.
463          */
464         crng_make_state(chacha_state, (u8 *)&chacha_state[4], CHACHA_KEY_SIZE);
465         /*
466          * However, if we're doing a read of len <= 32, we don't need to
467          * use chacha_state after, so we can simply return those bytes to
468          * the user directly.
469          */
470         if (nbytes <= CHACHA_KEY_SIZE) {
471                 ret = nbytes - copy_to_user(buf, &chacha_state[4], nbytes);
472                 goto out_zero_chacha;
473         }
474
475         for (;;) {
476                 chacha20_block(chacha_state, output);
477                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
478                         ++chacha_state[13];
479
480                 len = min_t(size_t, nbytes, CHACHA_BLOCK_SIZE);
481                 left = copy_to_user(buf, output, len);
482                 if (left) {
483                         ret += len - left;
484                         break;
485                 }
486
487                 buf += len;
488                 ret += len;
489                 nbytes -= len;
490                 if (!nbytes)
491                         break;
492
493                 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE % CHACHA_BLOCK_SIZE != 0);
494                 if (ret % PAGE_SIZE == 0) {
495                         if (signal_pending(current))
496                                 break;
497                         cond_resched();
498                 }
499         }
500
501         memzero_explicit(output, sizeof(output));
502 out_zero_chacha:
503         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
504         return ret ? ret : -EFAULT;
505 }
506
507 /*
508  * Batched entropy returns random integers. The quality of the random
509  * number is good as /dev/urandom. In order to ensure that the randomness
510  * provided by this function is okay, the function wait_for_random_bytes()
511  * should be called and return 0 at least once at any point prior.
512  */
513 struct batched_entropy {
514         union {
515                 /*
516                  * We make this 1.5x a ChaCha block, so that we get the
517                  * remaining 32 bytes from fast key erasure, plus one full
518                  * block from the detached ChaCha state. We can increase
519                  * the size of this later if needed so long as we keep the
520                  * formula of (integer_blocks + 0.5) * CHACHA_BLOCK_SIZE.
521                  */
522                 u64 entropy_u64[CHACHA_BLOCK_SIZE * 3 / (2 * sizeof(u64))];
523                 u32 entropy_u32[CHACHA_BLOCK_SIZE * 3 / (2 * sizeof(u32))];
524         };
525         local_lock_t lock;
526         unsigned long generation;
527         unsigned int position;
528 };
529
530
531 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
532         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(batched_entropy_u64.lock),
533         .position = UINT_MAX
534 };
535
536 u64 get_random_u64(void)
537 {
538         u64 ret;
539         unsigned long flags;
540         struct batched_entropy *batch;
541         unsigned long next_gen;
542
543         warn_unseeded_randomness();
544
545         if  (!crng_ready()) {
546                 _get_random_bytes(&ret, sizeof(ret));
547                 return ret;
548         }
549
550         local_lock_irqsave(&batched_entropy_u64.lock, flags);
551         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
552
553         next_gen = READ_ONCE(base_crng.generation);
554         if (batch->position >= ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) ||
555             next_gen != batch->generation) {
556                 _get_random_bytes(batch->entropy_u64, sizeof(batch->entropy_u64));
557                 batch->position = 0;
558                 batch->generation = next_gen;
559         }
560
561         ret = batch->entropy_u64[batch->position];
562         batch->entropy_u64[batch->position] = 0;
563         ++batch->position;
564         local_unlock_irqrestore(&batched_entropy_u64.lock, flags);
565         return ret;
566 }
567 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
568
569 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
570         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(batched_entropy_u32.lock),
571         .position = UINT_MAX
572 };
573
574 u32 get_random_u32(void)
575 {
576         u32 ret;
577         unsigned long flags;
578         struct batched_entropy *batch;
579         unsigned long next_gen;
580
581         warn_unseeded_randomness();
582
583         if  (!crng_ready()) {
584                 _get_random_bytes(&ret, sizeof(ret));
585                 return ret;
586         }
587
588         local_lock_irqsave(&batched_entropy_u32.lock, flags);
589         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
590
591         next_gen = READ_ONCE(base_crng.generation);
592         if (batch->position >= ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) ||
593             next_gen != batch->generation) {
594                 _get_random_bytes(batch->entropy_u32, sizeof(batch->entropy_u32));
595                 batch->position = 0;
596                 batch->generation = next_gen;
597         }
598
599         ret = batch->entropy_u32[batch->position];
600         batch->entropy_u32[batch->position] = 0;
601         ++batch->position;
602         local_unlock_irqrestore(&batched_entropy_u32.lock, flags);
603         return ret;
604 }
605 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
606
607 #ifdef CONFIG_SMP
608 /*
609  * This function is called when the CPU is coming up, with entry
610  * CPUHP_RANDOM_PREPARE, which comes before CPUHP_WORKQUEUE_PREP.
611  */
612 int random_prepare_cpu(unsigned int cpu)
613 {
614         /*
615          * When the cpu comes back online, immediately invalidate both
616          * the per-cpu crng and all batches, so that we serve fresh
617          * randomness.
618          */
619         per_cpu_ptr(&crngs, cpu)->generation = ULONG_MAX;
620         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = UINT_MAX;
621         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = UINT_MAX;
622         return 0;
623 }
624 #endif
625
626 /**
627  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
628  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
629  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
630  *              random address must fall.
631  *
632  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
633  *
634  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
635  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
636  *
637  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
638  * @start is returned.
639  */
640 unsigned long randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
641 {
642         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
643                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
644                 start = PAGE_ALIGN(start);
645         }
646
647         if (start > ULONG_MAX - range)
648                 range = ULONG_MAX - start;
649
650         range >>= PAGE_SHIFT;
651
652         if (range == 0)
653                 return start;
654
655         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
656 }
657
658 /*
659  * This function will use the architecture-specific hardware random
660  * number generator if it is available. It is not recommended for
661  * use. Use get_random_bytes() instead. It returns the number of
662  * bytes filled in.
663  */
664 size_t __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, size_t nbytes)
665 {
666         size_t left = nbytes;
667         u8 *p = buf;
668
669         while (left) {
670                 unsigned long v;
671                 size_t chunk = min_t(size_t, left, sizeof(unsigned long));
672
673                 if (!arch_get_random_long(&v))
674                         break;
675
676                 memcpy(p, &v, chunk);
677                 p += chunk;
678                 left -= chunk;
679         }
680
681         return nbytes - left;
682 }
683 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
684
685
686 /**********************************************************************
687  *
688  * Entropy accumulation and extraction routines.
689  *
690  * Callers may add entropy via:
691  *
692  *     static void mix_pool_bytes(const void *in, size_t nbytes)
693  *
694  * After which, if added entropy should be credited:
695  *
696  *     static void credit_init_bits(size_t nbits)
697  *
698  * Finally, extract entropy via:
699  *
700  *     static void extract_entropy(void *buf, size_t nbytes)
701  *
702  **********************************************************************/
703
704 enum {
705         POOL_BITS = BLAKE2S_HASH_SIZE * 8,
706         POOL_READY_BITS = POOL_BITS, /* When crng_init->CRNG_READY */
707         POOL_EARLY_BITS = POOL_READY_BITS / 2 /* When crng_init->CRNG_EARLY */
708 };
709
710 static struct {
711         struct blake2s_state hash;
712         spinlock_t lock;
713         unsigned int init_bits;
714 } input_pool = {
715         .hash.h = { BLAKE2S_IV0 ^ (0x01010000 | BLAKE2S_HASH_SIZE),
716                     BLAKE2S_IV1, BLAKE2S_IV2, BLAKE2S_IV3, BLAKE2S_IV4,
717                     BLAKE2S_IV5, BLAKE2S_IV6, BLAKE2S_IV7 },
718         .hash.outlen = BLAKE2S_HASH_SIZE,
719         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
720 };
721
722 static void _mix_pool_bytes(const void *in, size_t nbytes)
723 {
724         blake2s_update(&input_pool.hash, in, nbytes);
725 }
726
727 /*
728  * This function adds bytes into the input pool. It does not
729  * update the initialization bit counter; the caller should call
730  * credit_init_bits if this is appropriate.
731  */
732 static void mix_pool_bytes(const void *in, size_t nbytes)
733 {
734         unsigned long flags;
735
736         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
737         _mix_pool_bytes(in, nbytes);
738         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
739 }
740
741 /*
742  * This is an HKDF-like construction for using the hashed collected entropy
743  * as a PRF key, that's then expanded block-by-block.
744  */
745 static void extract_entropy(void *buf, size_t nbytes)
746 {
747         unsigned long flags;
748         u8 seed[BLAKE2S_HASH_SIZE], next_key[BLAKE2S_HASH_SIZE];
749         struct {
750                 unsigned long rdseed[32 / sizeof(long)];
751                 size_t counter;
752         } block;
753         size_t i;
754
755         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(block.rdseed); ++i) {
756                 if (!arch_get_random_seed_long(&block.rdseed[i]) &&
757                     !arch_get_random_long(&block.rdseed[i]))
758                         block.rdseed[i] = random_get_entropy();
759         }
760
761         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
762
763         /* seed = HASHPRF(last_key, entropy_input) */
764         blake2s_final(&input_pool.hash, seed);
765
766         /* next_key = HASHPRF(seed, RDSEED || 0) */
767         block.counter = 0;
768         blake2s(next_key, (u8 *)&block, seed, sizeof(next_key), sizeof(block), sizeof(seed));
769         blake2s_init_key(&input_pool.hash, BLAKE2S_HASH_SIZE, next_key, sizeof(next_key));
770
771         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
772         memzero_explicit(next_key, sizeof(next_key));
773
774         while (nbytes) {
775                 i = min_t(size_t, nbytes, BLAKE2S_HASH_SIZE);
776                 /* output = HASHPRF(seed, RDSEED || ++counter) */
777                 ++block.counter;
778                 blake2s(buf, (u8 *)&block, seed, i, sizeof(block), sizeof(seed));
779                 nbytes -= i;
780                 buf += i;
781         }
782
783         memzero_explicit(seed, sizeof(seed));
784         memzero_explicit(&block, sizeof(block));
785 }
786
787 static void credit_init_bits(size_t nbits)
788 {
789         unsigned int new, orig, add;
790         unsigned long flags;
791
792         if (crng_ready() || !nbits)
793                 return;
794
795         add = min_t(size_t, nbits, POOL_BITS);
796
797         do {
798                 orig = READ_ONCE(input_pool.init_bits);
799                 new = min_t(unsigned int, POOL_BITS, orig + add);
800         } while (cmpxchg(&input_pool.init_bits, orig, new) != orig);
801
802         if (orig < POOL_READY_BITS && new >= POOL_READY_BITS) {
803                 crng_reseed(); /* Sets crng_init to CRNG_READY under base_crng.lock. */
804                 process_random_ready_list();
805                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
806                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
807                 pr_notice("crng init done\n");
808                 if (urandom_warning.missed)
809                         pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
810                                   urandom_warning.missed);
811         } else if (orig < POOL_EARLY_BITS && new >= POOL_EARLY_BITS) {
812                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
813                 /* Check if crng_init is CRNG_EMPTY, to avoid race with crng_reseed(). */
814                 if (crng_init == CRNG_EMPTY) {
815                         extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
816                         crng_init = CRNG_EARLY;
817                 }
818                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
819         }
820 }
821
822
823 /**********************************************************************
824  *
825  * Entropy collection routines.
826  *
827  * The following exported functions are used for pushing entropy into
828  * the above entropy accumulation routines:
829  *
830  *      void add_device_randomness(const void *buf, size_t size);
831  *      void add_hwgenerator_randomness(const void *buffer, size_t count,
832  *                                      size_t entropy);
833  *      void add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t size);
834  *      void add_vmfork_randomness(const void *unique_vm_id, size_t size);
835  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
836  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
837  *                                unsigned int value);
838  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
839  *
840  * add_device_randomness() adds data to the input pool that
841  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
842  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
843  * read-out of the RTC. This does *not* credit any actual entropy to
844  * the pool, but it initializes the pool to different values for devices
845  * that might otherwise be identical and have very little entropy
846  * available to them (particularly common in the embedded world).
847  *
848  * add_hwgenerator_randomness() is for true hardware RNGs, and will credit
849  * entropy as specified by the caller. If the entropy pool is full it will
850  * block until more entropy is needed.
851  *
852  * add_bootloader_randomness() is called by bootloader drivers, such as EFI
853  * and device tree, and credits its input depending on whether or not the
854  * configuration option CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
855  *
856  * add_vmfork_randomness() adds a unique (but not necessarily secret) ID
857  * representing the current instance of a VM to the pool, without crediting,
858  * and then force-reseeds the crng so that it takes effect immediately.
859  *
860  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
861  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
862  * as inputs, it feeds the input pool roughly once a second or after 64
863  * interrupts, crediting 1 bit of entropy for whichever comes first.
864  *
865  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well
866  * as the event type information from the hardware.
867  *
868  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
869  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
870  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
871  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
872  * times are usually fairly consistent.
873  *
874  * The last two routines try to estimate how many bits of entropy
875  * to credit. They do this by keeping track of the first and second
876  * order deltas of the event timings.
877  *
878  **********************************************************************/
879
880 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
881 static bool trust_bootloader __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER);
882 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
883 {
884         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
885 }
886 static int __init parse_trust_bootloader(char *arg)
887 {
888         return kstrtobool(arg, &trust_bootloader);
889 }
890 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
891 early_param("random.trust_bootloader", parse_trust_bootloader);
892
893 static int random_pm_notification(struct notifier_block *nb, unsigned long action, void *data)
894 {
895         unsigned long flags, entropy = random_get_entropy();
896
897         /*
898          * Encode a representation of how long the system has been suspended,
899          * in a way that is distinct from prior system suspends.
900          */
901         ktime_t stamps[] = { ktime_get(), ktime_get_boottime(), ktime_get_real() };
902
903         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
904         _mix_pool_bytes(&action, sizeof(action));
905         _mix_pool_bytes(stamps, sizeof(stamps));
906         _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
907         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
908
909         if (crng_ready() && (action == PM_RESTORE_PREPARE ||
910             (action == PM_POST_SUSPEND &&
911              !IS_ENABLED(CONFIG_PM_AUTOSLEEP) && !IS_ENABLED(CONFIG_ANDROID)))) {
912                 crng_reseed();
913                 pr_notice("crng reseeded on system resumption\n");
914         }
915         return 0;
916 }
917
918 static struct notifier_block pm_notifier = { .notifier_call = random_pm_notification };
919
920 /*
921  * The first collection of entropy occurs at system boot while interrupts
922  * are still turned off. Here we push in latent entropy, RDSEED, a timestamp,
923  * utsname(), and the command line. Depending on the above configuration knob,
924  * RDSEED may be considered sufficient for initialization. Note that much
925  * earlier setup may already have pushed entropy into the input pool by the
926  * time we get here.
927  */
928 int __init random_init(const char *command_line)
929 {
930         ktime_t now = ktime_get_real();
931         unsigned int i, arch_bytes;
932         unsigned long rv;
933
934 #if defined(LATENT_ENTROPY_PLUGIN)
935         static const u8 compiletime_seed[BLAKE2S_BLOCK_SIZE] __initconst __latent_entropy;
936         _mix_pool_bytes(compiletime_seed, sizeof(compiletime_seed));
937 #endif
938
939         for (i = 0, arch_bytes = BLAKE2S_BLOCK_SIZE;
940              i < BLAKE2S_BLOCK_SIZE; i += sizeof(rv)) {
941                 if (!arch_get_random_seed_long_early(&rv) &&
942                     !arch_get_random_long_early(&rv)) {
943                         rv = random_get_entropy();
944                         arch_bytes -= sizeof(rv);
945                 }
946                 _mix_pool_bytes(&rv, sizeof(rv));
947         }
948         _mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
949         _mix_pool_bytes(utsname(), sizeof(*(utsname())));
950         _mix_pool_bytes(command_line, strlen(command_line));
951         add_latent_entropy();
952
953         if (crng_ready())
954                 crng_reseed();
955         else if (trust_cpu)
956                 credit_init_bits(arch_bytes * 8);
957
958         WARN_ON(register_pm_notifier(&pm_notifier));
959
960         WARN(!random_get_entropy(), "Missing cycle counter and fallback timer; RNG "
961                                     "entropy collection will consequently suffer.");
962         return 0;
963 }
964
965 /*
966  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
967  * initialize it.
968  *
969  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
970  * the entropy pool having similar initial state across largely
971  * identical devices.
972  */
973 void add_device_randomness(const void *buf, size_t size)
974 {
975         unsigned long entropy = random_get_entropy();
976         unsigned long flags;
977
978         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
979         _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
980         _mix_pool_bytes(buf, size);
981         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
982 }
983 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
984
985 /*
986  * Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
987  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
988  * when our pool is full.
989  */
990 void add_hwgenerator_randomness(const void *buffer, size_t count,
991                                 size_t entropy)
992 {
993         mix_pool_bytes(buffer, count);
994         credit_init_bits(entropy);
995
996         /*
997          * Throttle writing to once every CRNG_RESEED_INTERVAL, unless
998          * we're not yet initialized.
999          */
1000         if (!kthread_should_stop() && crng_ready())
1001                 schedule_timeout_interruptible(CRNG_RESEED_INTERVAL);
1002 }
1003 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
1004
1005 /*
1006  * Handle random seed passed by bootloader, and credit it if
1007  * CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
1008  */
1009 void add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t size)
1010 {
1011         mix_pool_bytes(buf, size);
1012         if (trust_bootloader)
1013                 credit_init_bits(size * 8);
1014 }
1015 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);
1016
1017 #if IS_ENABLED(CONFIG_VMGENID)
1018 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmfork_chain);
1019
1020 /*
1021  * Handle a new unique VM ID, which is unique, not secret, so we
1022  * don't credit it, but we do immediately force a reseed after so
1023  * that it's used by the crng posthaste.
1024  */
1025 void add_vmfork_randomness(const void *unique_vm_id, size_t size)
1026 {
1027         add_device_randomness(unique_vm_id, size);
1028         if (crng_ready()) {
1029                 crng_reseed();
1030                 pr_notice("crng reseeded due to virtual machine fork\n");
1031         }
1032         blocking_notifier_call_chain(&vmfork_chain, 0, NULL);
1033 }
1034 #if IS_MODULE(CONFIG_VMGENID)
1035 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_vmfork_randomness);
1036 #endif
1037
1038 int register_random_vmfork_notifier(struct notifier_block *nb)
1039 {
1040         return blocking_notifier_chain_register(&vmfork_chain, nb);
1041 }
1042 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_random_vmfork_notifier);
1043
1044 int unregister_random_vmfork_notifier(struct notifier_block *nb)
1045 {
1046         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmfork_chain, nb);
1047 }
1048 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_random_vmfork_notifier);
1049 #endif
1050
1051 struct fast_pool {
1052         struct work_struct mix;
1053         unsigned long pool[4];
1054         unsigned long last;
1055         unsigned int count;
1056 };
1057
1058 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness) = {
1059 #ifdef CONFIG_64BIT
1060 #define FASTMIX_PERM SIPHASH_PERMUTATION
1061         .pool = { SIPHASH_CONST_0, SIPHASH_CONST_1, SIPHASH_CONST_2, SIPHASH_CONST_3 }
1062 #else
1063 #define FASTMIX_PERM HSIPHASH_PERMUTATION
1064         .pool = { HSIPHASH_CONST_0, HSIPHASH_CONST_1, HSIPHASH_CONST_2, HSIPHASH_CONST_3 }
1065 #endif
1066 };
1067
1068 /*
1069  * This is [Half]SipHash-1-x, starting from an empty key. Because
1070  * the key is fixed, it assumes that its inputs are non-malicious,
1071  * and therefore this has no security on its own. s represents the
1072  * four-word SipHash state, while v represents a two-word input.
1073  */
1074 static void fast_mix(unsigned long s[4], unsigned long v1, unsigned long v2)
1075 {
1076         s[3] ^= v1;
1077         FASTMIX_PERM(s[0], s[1], s[2], s[3]);
1078         s[0] ^= v1;
1079         s[3] ^= v2;
1080         FASTMIX_PERM(s[0], s[1], s[2], s[3]);
1081         s[0] ^= v2;
1082 }
1083
1084 #ifdef CONFIG_SMP
1085 /*
1086  * This function is called when the CPU has just come online, with
1087  * entry CPUHP_AP_RANDOM_ONLINE, just after CPUHP_AP_WORKQUEUE_ONLINE.
1088  */
1089 int random_online_cpu(unsigned int cpu)
1090 {
1091         /*
1092          * During CPU shutdown and before CPU onlining, add_interrupt_
1093          * randomness() may schedule mix_interrupt_randomness(), and
1094          * set the MIX_INFLIGHT flag. However, because the worker can
1095          * be scheduled on a different CPU during this period, that
1096          * flag will never be cleared. For that reason, we zero out
1097          * the flag here, which runs just after workqueues are onlined
1098          * for the CPU again. This also has the effect of setting the
1099          * irq randomness count to zero so that new accumulated irqs
1100          * are fresh.
1101          */
1102         per_cpu_ptr(&irq_randomness, cpu)->count = 0;
1103         return 0;
1104 }
1105 #endif
1106
1107 static void mix_interrupt_randomness(struct work_struct *work)
1108 {
1109         struct fast_pool *fast_pool = container_of(work, struct fast_pool, mix);
1110         /*
1111          * The size of the copied stack pool is explicitly 2 longs so that we
1112          * only ever ingest half of the siphash output each time, retaining
1113          * the other half as the next "key" that carries over. The entropy is
1114          * supposed to be sufficiently dispersed between bits so on average
1115          * we don't wind up "losing" some.
1116          */
1117         unsigned long pool[2];
1118         unsigned int count;
1119
1120         /* Check to see if we're running on the wrong CPU due to hotplug. */
1121         local_irq_disable();
1122         if (fast_pool != this_cpu_ptr(&irq_randomness)) {
1123                 local_irq_enable();
1124                 return;
1125         }
1126
1127         /*
1128          * Copy the pool to the stack so that the mixer always has a
1129          * consistent view, before we reenable irqs again.
1130          */
1131         memcpy(pool, fast_pool->pool, sizeof(pool));
1132         count = fast_pool->count;
1133         fast_pool->count = 0;
1134         fast_pool->last = jiffies;
1135         local_irq_enable();
1136
1137         mix_pool_bytes(pool, sizeof(pool));
1138         credit_init_bits(max(1u, (count & U16_MAX) / 64));
1139
1140         memzero_explicit(pool, sizeof(pool));
1141 }
1142
1143 void add_interrupt_randomness(int irq)
1144 {
1145         enum { MIX_INFLIGHT = 1U << 31 };
1146         unsigned long entropy = random_get_entropy();
1147         struct fast_pool *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1148         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1149         unsigned int new_count;
1150
1151         fast_mix(fast_pool->pool, entropy,
1152                  (regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_) ^ swab(irq));
1153         new_count = ++fast_pool->count;
1154
1155         if (new_count & MIX_INFLIGHT)
1156                 return;
1157
1158         if (new_count < 64 && !time_is_before_jiffies(fast_pool->last + HZ))
1159                 return;
1160
1161         if (unlikely(!fast_pool->mix.func))
1162                 INIT_WORK(&fast_pool->mix, mix_interrupt_randomness);
1163         fast_pool->count |= MIX_INFLIGHT;
1164         queue_work_on(raw_smp_processor_id(), system_highpri_wq, &fast_pool->mix);
1165 }
1166 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1167
1168 /* There is one of these per entropy source */
1169 struct timer_rand_state {
1170         unsigned long last_time;
1171         long last_delta, last_delta2;
1172 };
1173
1174 /*
1175  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1176  * delays. It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1177  * of how many bits of entropy this call has added to the pool. The
1178  * value "num" is also added to the pool; it should somehow describe
1179  * the type of event that just happened.
1180  */
1181 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned int num)
1182 {
1183         unsigned long entropy = random_get_entropy(), now = jiffies, flags;
1184         long delta, delta2, delta3;
1185         unsigned int bits;
1186
1187         /*
1188          * If we're in a hard IRQ, add_interrupt_randomness() will be called
1189          * sometime after, so mix into the fast pool.
1190          */
1191         if (in_hardirq()) {
1192                 fast_mix(this_cpu_ptr(&irq_randomness)->pool, entropy, num);
1193         } else {
1194                 spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1195                 _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
1196                 _mix_pool_bytes(&num, sizeof(num));
1197                 spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1198         }
1199
1200         if (crng_ready())
1201                 return;
1202
1203         /*
1204          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1205          * We take into account the first, second and third-order deltas
1206          * in order to make our estimate.
1207          */
1208         delta = now - READ_ONCE(state->last_time);
1209         WRITE_ONCE(state->last_time, now);
1210
1211         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1212         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1213
1214         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1215         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1216
1217         if (delta < 0)
1218                 delta = -delta;
1219         if (delta2 < 0)
1220                 delta2 = -delta2;
1221         if (delta3 < 0)
1222                 delta3 = -delta3;
1223         if (delta > delta2)
1224                 delta = delta2;
1225         if (delta > delta3)
1226                 delta = delta3;
1227
1228         /*
1229          * delta is now minimum absolute delta. Round down by 1 bit
1230          * on general principles, and limit entropy estimate to 11 bits.
1231          */
1232         bits = min(fls(delta >> 1), 11);
1233
1234         /*
1235          * As mentioned above, if we're in a hard IRQ, add_interrupt_randomness()
1236          * will run after this, which uses a different crediting scheme of 1 bit
1237          * per every 64 interrupts. In order to let that function do accounting
1238          * close to the one in this function, we credit a full 64/64 bit per bit,
1239          * and then subtract one to account for the extra one added.
1240          */
1241         if (in_hardirq())
1242                 this_cpu_ptr(&irq_randomness)->count += max(1u, bits * 64) - 1;
1243         else
1244                 credit_init_bits(bits);
1245 }
1246
1247 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1248                           unsigned int value)
1249 {
1250         static unsigned char last_value;
1251         static struct timer_rand_state input_timer_state = { INITIAL_JIFFIES };
1252
1253         /* Ignore autorepeat and the like. */
1254         if (value == last_value)
1255                 return;
1256
1257         last_value = value;
1258         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1259                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1260 }
1261 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1262
1263 #ifdef CONFIG_BLOCK
1264 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1265 {
1266         if (!disk || !disk->random)
1267                 return;
1268         /* First major is 1, so we get >= 0x200 here. */
1269         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1270 }
1271 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1272
1273 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1274 {
1275         struct timer_rand_state *state;
1276
1277         /*
1278          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1279          * source.
1280          */
1281         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1282         if (state) {
1283                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1284                 disk->random = state;
1285         }
1286 }
1287 #endif
1288
1289 struct entropy_timer_state {
1290         unsigned long entropy;
1291         struct timer_list timer;
1292         unsigned int samples, samples_per_bit;
1293 };
1294
1295 /*
1296  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1297  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1298  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1299  * generating entropy..
1300  *
1301  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1302  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1303  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1304  * entropy loop is running.
1305  *
1306  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1307  */
1308 static void entropy_timer(struct timer_list *timer)
1309 {
1310         struct entropy_timer_state *state = container_of(timer, struct entropy_timer_state, timer);
1311
1312         if (++state->samples == state->samples_per_bit) {
1313                 credit_init_bits(1);
1314                 state->samples = 0;
1315         }
1316 }
1317
1318 /*
1319  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1320  * generate enough entropy with timing noise
1321  */
1322 static void try_to_generate_entropy(void)
1323 {
1324         enum { NUM_TRIAL_SAMPLES = 8192, MAX_SAMPLES_PER_BIT = 32 };
1325         struct entropy_timer_state stack;
1326         unsigned int i, num_different = 0;
1327         unsigned long last = random_get_entropy();
1328
1329         for (i = 0; i < NUM_TRIAL_SAMPLES - 1; ++i) {
1330                 stack.entropy = random_get_entropy();
1331                 if (stack.entropy != last)
1332                         ++num_different;
1333                 last = stack.entropy;
1334         }
1335         stack.samples_per_bit = DIV_ROUND_UP(NUM_TRIAL_SAMPLES, num_different + 1);
1336         if (stack.samples_per_bit > MAX_SAMPLES_PER_BIT)
1337                 return;
1338
1339         stack.samples = 0;
1340         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1341         while (!crng_ready() && !signal_pending(current)) {
1342                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1343                         mod_timer(&stack.timer, jiffies + 1);
1344                 mix_pool_bytes(&stack.entropy, sizeof(stack.entropy));
1345                 schedule();
1346                 stack.entropy = random_get_entropy();
1347         }
1348
1349         del_timer_sync(&stack.timer);
1350         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1351         mix_pool_bytes(&stack.entropy, sizeof(stack.entropy));
1352 }
1353
1354
1355 /**********************************************************************
1356  *
1357  * Userspace reader/writer interfaces.
1358  *
1359  * getrandom(2) is the primary modern interface into the RNG and should
1360  * be used in preference to anything else.
1361  *
1362  * Reading from /dev/random has the same functionality as calling
1363  * getrandom(2) with flags=0. In earlier versions, however, it had
1364  * vastly different semantics and should therefore be avoided, to
1365  * prevent backwards compatibility issues.
1366  *
1367  * Reading from /dev/urandom has the same functionality as calling
1368  * getrandom(2) with flags=GRND_INSECURE. Because it does not block
1369  * waiting for the RNG to be ready, it should not be used.
1370  *
1371  * Writing to either /dev/random or /dev/urandom adds entropy to
1372  * the input pool but does not credit it.
1373  *
1374  * Polling on /dev/random indicates when the RNG is initialized, on
1375  * the read side, and when it wants new entropy, on the write side.
1376  *
1377  * Both /dev/random and /dev/urandom have the same set of ioctls for
1378  * adding entropy, getting the entropy count, zeroing the count, and
1379  * reseeding the crng.
1380  *
1381  **********************************************************************/
1382
1383 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count, unsigned int,
1384                 flags)
1385 {
1386         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK | GRND_RANDOM | GRND_INSECURE))
1387                 return -EINVAL;
1388
1389         /*
1390          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
1391          * no sense.
1392          */
1393         if ((flags & (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM))
1394                 return -EINVAL;
1395
1396         if (count > INT_MAX)
1397                 count = INT_MAX;
1398
1399         if (!(flags & GRND_INSECURE) && !crng_ready()) {
1400                 int ret;
1401
1402                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1403                         return -EAGAIN;
1404                 ret = wait_for_random_bytes();
1405                 if (unlikely(ret))
1406                         return ret;
1407         }
1408         return get_random_bytes_user(buf, count);
1409 }
1410
1411 static __poll_t random_poll(struct file *file, poll_table *wait)
1412 {
1413         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1414         return crng_ready() ? EPOLLIN | EPOLLRDNORM : EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1415 }
1416
1417 static int write_pool(const char __user *ubuf, size_t count)
1418 {
1419         size_t len;
1420         int ret = 0;
1421         u8 block[BLAKE2S_BLOCK_SIZE];
1422
1423         while (count) {
1424                 len = min(count, sizeof(block));
1425                 if (copy_from_user(block, ubuf, len)) {
1426                         ret = -EFAULT;
1427                         goto out;
1428                 }
1429                 count -= len;
1430                 ubuf += len;
1431                 mix_pool_bytes(block, len);
1432                 cond_resched();
1433         }
1434
1435 out:
1436         memzero_explicit(block, sizeof(block));
1437         return ret;
1438 }
1439
1440 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1441                             size_t count, loff_t *ppos)
1442 {
1443         int ret;
1444
1445         ret = write_pool(buffer, count);
1446         if (ret)
1447                 return ret;
1448
1449         return (ssize_t)count;
1450 }
1451
1452 static ssize_t urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1453                             loff_t *ppos)
1454 {
1455         static int maxwarn = 10;
1456
1457         /*
1458          * Opportunistically attempt to initialize the RNG on platforms that
1459          * have fast cycle counters, but don't (for now) require it to succeed.
1460          */
1461         if (!crng_ready())
1462                 try_to_generate_entropy();
1463
1464         if (!crng_ready()) {
1465                 if (!ratelimit_disable && maxwarn <= 0)
1466                         ++urandom_warning.missed;
1467                 else if (ratelimit_disable || __ratelimit(&urandom_warning)) {
1468                         --maxwarn;
1469                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zd bytes read)\n",
1470                                   current->comm, nbytes);
1471                 }
1472         }
1473
1474         return get_random_bytes_user(buf, nbytes);
1475 }
1476
1477 static ssize_t random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1478                            loff_t *ppos)
1479 {
1480         int ret;
1481
1482         ret = wait_for_random_bytes();
1483         if (ret != 0)
1484                 return ret;
1485         return get_random_bytes_user(buf, nbytes);
1486 }
1487
1488 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1489 {
1490         int size, ent_count;
1491         int __user *p = (int __user *)arg;
1492         int retval;
1493
1494         switch (cmd) {
1495         case RNDGETENTCNT:
1496                 /* Inherently racy, no point locking. */
1497                 if (put_user(input_pool.init_bits, p))
1498                         return -EFAULT;
1499                 return 0;
1500         case RNDADDTOENTCNT:
1501                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1502                         return -EPERM;
1503                 if (get_user(ent_count, p))
1504                         return -EFAULT;
1505                 if (ent_count < 0)
1506                         return -EINVAL;
1507                 credit_init_bits(ent_count);
1508                 return 0;
1509         case RNDADDENTROPY:
1510                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1511                         return -EPERM;
1512                 if (get_user(ent_count, p++))
1513                         return -EFAULT;
1514                 if (ent_count < 0)
1515                         return -EINVAL;
1516                 if (get_user(size, p++))
1517                         return -EFAULT;
1518                 retval = write_pool((const char __user *)p, size);
1519                 if (retval < 0)
1520                         return retval;
1521                 credit_init_bits(ent_count);
1522                 return 0;
1523         case RNDZAPENTCNT:
1524         case RNDCLEARPOOL:
1525                 /* No longer has any effect. */
1526                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1527                         return -EPERM;
1528                 return 0;
1529         case RNDRESEEDCRNG:
1530                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1531                         return -EPERM;
1532                 if (!crng_ready())
1533                         return -ENODATA;
1534                 crng_reseed();
1535                 return 0;
1536         default:
1537                 return -EINVAL;
1538         }
1539 }
1540
1541 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1542 {
1543         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1544 }
1545
1546 const struct file_operations random_fops = {
1547         .read = random_read,
1548         .write = random_write,
1549         .poll = random_poll,
1550         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1551         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1552         .fasync = random_fasync,
1553         .llseek = noop_llseek,
1554 };
1555
1556 const struct file_operations urandom_fops = {
1557         .read = urandom_read,
1558         .write = random_write,
1559         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1560         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1561         .fasync = random_fasync,
1562         .llseek = noop_llseek,
1563 };
1564
1565
1566 /********************************************************************
1567  *
1568  * Sysctl interface.
1569  *
1570  * These are partly unused legacy knobs with dummy values to not break
1571  * userspace and partly still useful things. They are usually accessible
1572  * in /proc/sys/kernel/random/ and are as follows:
1573  *
1574  * - boot_id - a UUID representing the current boot.
1575  *
1576  * - uuid - a random UUID, different each time the file is read.
1577  *
1578  * - poolsize - the number of bits of entropy that the input pool can
1579  *   hold, tied to the POOL_BITS constant.
1580  *
1581  * - entropy_avail - the number of bits of entropy currently in the
1582  *   input pool. Always <= poolsize.
1583  *
1584  * - write_wakeup_threshold - the amount of entropy in the input pool
1585  *   below which write polls to /dev/random will unblock, requesting
1586  *   more entropy, tied to the POOL_READY_BITS constant. It is writable
1587  *   to avoid breaking old userspaces, but writing to it does not
1588  *   change any behavior of the RNG.
1589  *
1590  * - urandom_min_reseed_secs - fixed to the value CRNG_RESEED_INTERVAL.
1591  *   It is writable to avoid breaking old userspaces, but writing
1592  *   to it does not change any behavior of the RNG.
1593  *
1594  ********************************************************************/
1595
1596 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1597
1598 #include <linux/sysctl.h>
1599
1600 static int sysctl_random_min_urandom_seed = CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ;
1601 static int sysctl_random_write_wakeup_bits = POOL_READY_BITS;
1602 static int sysctl_poolsize = POOL_BITS;
1603 static u8 sysctl_bootid[UUID_SIZE];
1604
1605 /*
1606  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1607  * UUID. The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1608  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1609  */
1610 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
1611                         size_t *lenp, loff_t *ppos)
1612 {
1613         u8 tmp_uuid[UUID_SIZE], *uuid;
1614         char uuid_string[UUID_STRING_LEN + 1];
1615         struct ctl_table fake_table = {
1616                 .data = uuid_string,
1617                 .maxlen = UUID_STRING_LEN
1618         };
1619
1620         if (write)
1621                 return -EPERM;
1622
1623         uuid = table->data;
1624         if (!uuid) {
1625                 uuid = tmp_uuid;
1626                 generate_random_uuid(uuid);
1627         } else {
1628                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1629
1630                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1631                 if (!uuid[8])
1632                         generate_random_uuid(uuid);
1633                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1634         }
1635
1636         snprintf(uuid_string, sizeof(uuid_string), "%pU", uuid);
1637         return proc_dostring(&fake_table, 0, buffer, lenp, ppos);
1638 }
1639
1640 /* The same as proc_dointvec, but writes don't change anything. */
1641 static int proc_do_rointvec(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
1642                             size_t *lenp, loff_t *ppos)
1643 {
1644         return write ? 0 : proc_dointvec(table, 0, buffer, lenp, ppos);
1645 }
1646
1647 static struct ctl_table random_table[] = {
1648         {
1649                 .procname       = "poolsize",
1650                 .data           = &sysctl_poolsize,
1651                 .maxlen         = sizeof(int),
1652                 .mode           = 0444,
1653                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1654         },
1655         {
1656                 .procname       = "entropy_avail",
1657                 .data           = &input_pool.init_bits,
1658                 .maxlen         = sizeof(int),
1659                 .mode           = 0444,
1660                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1661         },
1662         {
1663                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1664                 .data           = &sysctl_random_write_wakeup_bits,
1665                 .maxlen         = sizeof(int),
1666                 .mode           = 0644,
1667                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1668         },
1669         {
1670                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1671                 .data           = &sysctl_random_min_urandom_seed,
1672                 .maxlen         = sizeof(int),
1673                 .mode           = 0644,
1674                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1675         },
1676         {
1677                 .procname       = "boot_id",
1678                 .data           = &sysctl_bootid,
1679                 .mode           = 0444,
1680                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1681         },
1682         {
1683                 .procname       = "uuid",
1684                 .mode           = 0444,
1685                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1686         },
1687         { }
1688 };
1689
1690 /*
1691  * random_init() is called before sysctl_init(),
1692  * so we cannot call register_sysctl_init() in random_init()
1693  */
1694 static int __init random_sysctls_init(void)
1695 {
1696         register_sysctl_init("kernel/random", random_table);
1697         return 0;
1698 }
1699 device_initcall(random_sysctls_init);
1700 #endif