net/mlx5e: Don't allow aRFS for encapsulated packets
[sfrench/cifs-2.6.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All
5  * Rights Reserved.
6  *
7  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
8  *
9  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
10  * rights reserved.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
17  *    including the disclaimer of warranties.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
22  *    products derived from this software without specific prior
23  *    written permission.
24  *
25  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
26  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
27  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
28  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
29  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
32  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
33  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
34  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
35  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
36  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
37  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
38  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
39  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
40  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
41  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
42  * DAMAGE.
43  */
44
45 /*
46  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
47  *
48  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
49  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
50  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
51  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
52  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
53  * predict by an attacker.
54  *
55  * Theory of operation
56  * ===================
57  *
58  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
59  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
60  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
61  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
62  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
63  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
64  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
65  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
66  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
67  * from inside the kernel.
68  *
69  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
70  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
71  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
72  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
73  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
74  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
75  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
76  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
77  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
78  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
79  * the random number generator's internal state.
80  *
81  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
82  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
83  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
84  * be computationally infeasible to derive any useful information
85  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
86  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
87  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
88  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
89  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
90  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
91  * outputs random numbers.
92  *
93  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
94  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
95  * able to infer the future output of the generator from prior
96  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
97  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
98  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
99  * of purposes.
100  *
101  * Exported interfaces ---- output
102  * ===============================
103  *
104  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
105  * be used from within the kernel:
106  *
107  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
108  *
109  * This interface will return the requested number of random bytes,
110  * and place it in the requested buffer.
111  *
112  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
113  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
114  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
115  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
116  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
117  * contained in the entropy pool.
118  *
119  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
120  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
121  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
122  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
123  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
124  *
125  * Exported interfaces ---- input
126  * ==============================
127  *
128  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
129  * from the devices are:
130  *
131  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
132  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
133  *                                unsigned int value);
134  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
135  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
136  *
137  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
138  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
139  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
140  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
141  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
142  * that might otherwise be identical and have very little entropy
143  * available to them (particularly common in the embedded world).
144  *
145  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
146  * the event type information from the hardware.
147  *
148  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
149  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
150  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
151  *
152  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
153  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
154  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
155  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
156  * times are usually fairly consistent.
157  *
158  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
159  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
160  * first and second order deltas of the event timings.
161  *
162  * Ensuring unpredictability at system startup
163  * ============================================
164  *
165  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
166  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
167  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
168  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
169  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
170  * counteract this effect, it helps to carry information in the
171  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
172  * following lines an appropriate script which is run during the boot
173  * sequence:
174  *
175  *      echo "Initializing random number generator..."
176  *      random_seed=/var/run/random-seed
177  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
178  *      # Load and then save the whole entropy pool
179  *      if [ -f $random_seed ]; then
180  *              cat $random_seed >/dev/urandom
181  *      else
182  *              touch $random_seed
183  *      fi
184  *      chmod 600 $random_seed
185  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
186  *
187  * and the following lines in an appropriate script which is run as
188  * the system is shutdown:
189  *
190  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
191  *      # Save the whole entropy pool
192  *      echo "Saving random seed..."
193  *      random_seed=/var/run/random-seed
194  *      touch $random_seed
195  *      chmod 600 $random_seed
196  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
197  *
198  * For example, on most modern systems using the System V init
199  * scripts, such code fragments would be found in
200  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
201  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
202  *
203  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
204  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
205  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
206  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
207  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
208  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
209  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
210  * the system.
211  *
212  * Configuring the /dev/random driver under Linux
213  * ==============================================
214  *
215  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
216  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
217  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
218  * by using the commands:
219  *
220  *      mknod /dev/random c 1 8
221  *      mknod /dev/urandom c 1 9
222  *
223  * Acknowledgements:
224  * =================
225  *
226  * Ideas for constructing this random number generator were derived
227  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
228  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
229  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
230  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
231  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
232  *
233  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
234  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
235  *
236  * Further background information on this topic may be obtained from
237  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
238  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
239  */
240
241 #include <linux/utsname.h>
242 #include <linux/module.h>
243 #include <linux/kernel.h>
244 #include <linux/major.h>
245 #include <linux/string.h>
246 #include <linux/fcntl.h>
247 #include <linux/slab.h>
248 #include <linux/random.h>
249 #include <linux/poll.h>
250 #include <linux/init.h>
251 #include <linux/fs.h>
252 #include <linux/genhd.h>
253 #include <linux/interrupt.h>
254 #include <linux/mm.h>
255 #include <linux/nodemask.h>
256 #include <linux/spinlock.h>
257 #include <linux/kthread.h>
258 #include <linux/percpu.h>
259 #include <linux/cryptohash.h>
260 #include <linux/fips.h>
261 #include <linux/ptrace.h>
262 #include <linux/workqueue.h>
263 #include <linux/irq.h>
264 #include <linux/ratelimit.h>
265 #include <linux/syscalls.h>
266 #include <linux/completion.h>
267 #include <linux/uuid.h>
268 #include <crypto/chacha20.h>
269
270 #include <asm/processor.h>
271 #include <linux/uaccess.h>
272 #include <asm/irq.h>
273 #include <asm/irq_regs.h>
274 #include <asm/io.h>
275
276 #define CREATE_TRACE_POINTS
277 #include <trace/events/random.h>
278
279 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
280
281 /*
282  * Configuration information
283  */
284 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
285 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
286 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
287 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
288 #define SEC_XFER_SIZE           512
289 #define EXTRACT_SIZE            10
290
291
292 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
293
294 /*
295  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
296  * denominated in units of 1/8th bits.
297  *
298  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
299  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
300  */
301 #define ENTROPY_SHIFT 3
302 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
303
304 /*
305  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
306  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
307  */
308 static int random_read_wakeup_bits = 64;
309
310 /*
311  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
312  * should wake up processes which are selecting or polling on write
313  * access to /dev/random.
314  */
315 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
316
317 /*
318  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
319  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
320  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
321  * to get the twisting happening as fast as possible.
322  *
323  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
324  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
325  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
326  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
327  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
328  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
329  * Simulation 4:254-266)
330  *
331  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
332  *
333  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
334  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
335  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
336  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
337  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
338  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
339  * attacker can construct inputs that will produce controlled
340  * alterations to the pool's state is not important because we don't
341  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
342  * property we need with respect to them is that the attacker can't
343  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
344  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
345  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
346  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
347  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
348  * decrease the uncertainty).
349  *
350  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
351  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
352  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
353  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
354  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
355  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
356  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
357  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
358  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
359  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
360  * irreducible, which we have made here.
361  */
362 static struct poolinfo {
363         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
364 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
365         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
366 } poolinfo_table[] = {
367         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
369         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
370         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
372         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
373 #if 0
374         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
375         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
376
377         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
378         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
379
380         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
381         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
382
383         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
384         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
385
386         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
387         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
388         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
389         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
390
391         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
392         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
393
394         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
395         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
396
397         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
398         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
399 #endif
400 };
401
402 /*
403  * Static global variables
404  */
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
406 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
407 static struct fasync_struct *fasync;
408
409 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
410 static LIST_HEAD(random_ready_list);
411
412 struct crng_state {
413         __u32           state[16];
414         unsigned long   init_time;
415         spinlock_t      lock;
416 };
417
418 struct crng_state primary_crng = {
419         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
420 };
421
422 /*
423  * crng_init =  0 --> Uninitialized
424  *              1 --> Initialized
425  *              2 --> Initialized from input_pool
426  *
427  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
428  * its value (from 0->1->2).
429  */
430 static int crng_init = 0;
431 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
432 static int crng_init_cnt = 0;
433 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
434 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
435 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
436                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS]);
437 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
438                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used);
439 static void process_random_ready_list(void);
440 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
441
442 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
443         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
444 static struct ratelimit_state urandom_warning =
445         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
446
447 static int ratelimit_disable __read_mostly;
448
449 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
450 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
451
452 /**********************************************************************
453  *
454  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
455  * storing entropy in an entropy pool.
456  *
457  **********************************************************************/
458
459 struct entropy_store;
460 struct entropy_store {
461         /* read-only data: */
462         const struct poolinfo *poolinfo;
463         __u32 *pool;
464         const char *name;
465         struct entropy_store *pull;
466         struct work_struct push_work;
467
468         /* read-write data: */
469         unsigned long last_pulled;
470         spinlock_t lock;
471         unsigned short add_ptr;
472         unsigned short input_rotate;
473         int entropy_count;
474         int entropy_total;
475         unsigned int initialized:1;
476         unsigned int last_data_init:1;
477         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
478 };
479
480 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
481                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
482 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
483                                 size_t nbytes, int fips);
484
485 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
486 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
487 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
488 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
489
490 static struct entropy_store input_pool = {
491         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
492         .name = "input",
493         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
494         .pool = input_pool_data
495 };
496
497 static struct entropy_store blocking_pool = {
498         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
499         .name = "blocking",
500         .pull = &input_pool,
501         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
502         .pool = blocking_pool_data,
503         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
504                                         push_to_pool),
505 };
506
507 static __u32 const twist_table[8] = {
508         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
509         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
510
511 /*
512  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
513  * update the entropy estimate.  The caller should call
514  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
515  *
516  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
517  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
518  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
519  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
520  */
521 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
522                             int nbytes)
523 {
524         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
525         int input_rotate;
526         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
527         const char *bytes = in;
528         __u32 w;
529
530         tap1 = r->poolinfo->tap1;
531         tap2 = r->poolinfo->tap2;
532         tap3 = r->poolinfo->tap3;
533         tap4 = r->poolinfo->tap4;
534         tap5 = r->poolinfo->tap5;
535
536         input_rotate = r->input_rotate;
537         i = r->add_ptr;
538
539         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
540         while (nbytes--) {
541                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
542                 i = (i - 1) & wordmask;
543
544                 /* XOR in the various taps */
545                 w ^= r->pool[i];
546                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
547                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
548                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
549                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
550                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
551
552                 /* Mix the result back in with a twist */
553                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
554
555                 /*
556                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
557                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
558                  * rotation, so that successive passes spread the
559                  * input bits across the pool evenly.
560                  */
561                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
562         }
563
564         r->input_rotate = input_rotate;
565         r->add_ptr = i;
566 }
567
568 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
569                              int nbytes)
570 {
571         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
572         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
573 }
574
575 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
576                            int nbytes)
577 {
578         unsigned long flags;
579
580         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
581         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
582         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
583         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
584 }
585
586 struct fast_pool {
587         __u32           pool[4];
588         unsigned long   last;
589         unsigned short  reg_idx;
590         unsigned char   count;
591 };
592
593 /*
594  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
595  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
596  * locks that might be needed are taken by the caller.
597  */
598 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
599 {
600         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
601         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
602
603         a += b;                 c += d;
604         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
605         d ^= a;                 b ^= c;
606
607         a += b;                 c += d;
608         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
609         d ^= a;                 b ^= c;
610
611         a += b;                 c += d;
612         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
613         d ^= a;                 b ^= c;
614
615         a += b;                 c += d;
616         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
617         d ^= a;                 b ^= c;
618
619         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
620         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
621         f->count++;
622 }
623
624 static void process_random_ready_list(void)
625 {
626         unsigned long flags;
627         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
628
629         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
630         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
631                 struct module *owner = rdy->owner;
632
633                 list_del_init(&rdy->list);
634                 rdy->func(rdy);
635                 module_put(owner);
636         }
637         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
638 }
639
640 /*
641  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
642  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
643  * or otherwise should be checked for extreme values.
644  */
645 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
646 {
647         int entropy_count, orig;
648         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
649         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
650
651         if (!nbits)
652                 return;
653
654 retry:
655         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
656         if (nfrac < 0) {
657                 /* Debit */
658                 entropy_count += nfrac;
659         } else {
660                 /*
661                  * Credit: we have to account for the possibility of
662                  * overwriting already present entropy.  Even in the
663                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
664                  * approach the full value asymptotically:
665                  *
666                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
667                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
668                  *
669                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
670                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
671                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
672                  * so we can approximate the exponential with
673                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
674                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
675                  *
676                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
677                  * prevent rounding artifacts from making the loop
678                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
679                  * turns no matter how large nbits is.
680                  */
681                 int pnfrac = nfrac;
682                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
683                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
684
685                 do {
686                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
687                         unsigned int add =
688                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
689
690                         entropy_count += add;
691                         pnfrac -= anfrac;
692                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
693         }
694
695         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
696                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
697                         r->name, entropy_count);
698                 WARN_ON(1);
699                 entropy_count = 0;
700         } else if (entropy_count > pool_size)
701                 entropy_count = pool_size;
702         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
703                 goto retry;
704
705         r->entropy_total += nbits;
706         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
707                 r->initialized = 1;
708                 r->entropy_total = 0;
709         }
710
711         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
712                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
713                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
714
715         if (r == &input_pool) {
716                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
717
718                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
719                         crng_reseed(&primary_crng, r);
720                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
721                 }
722
723                 /* should we wake readers? */
724                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits &&
725                     wq_has_sleeper(&random_read_wait)) {
726                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
727                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
728                 }
729                 /* If the input pool is getting full, send some
730                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
731                  */
732                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
733                     r->initialized &&
734                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
735                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
736
737                         if (other->entropy_count <=
738                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
739                                 schedule_work(&other->push_work);
740                                 r->entropy_total = 0;
741                         }
742                 }
743         }
744 }
745
746 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
747 {
748         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
749
750         if (nbits < 0)
751                 return -EINVAL;
752
753         /* Cap the value to avoid overflows */
754         nbits = min(nbits,  nbits_max);
755
756         credit_entropy_bits(r, nbits);
757         return 0;
758 }
759
760 /*********************************************************************
761  *
762  * CRNG using CHACHA20
763  *
764  *********************************************************************/
765
766 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
767
768 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
769
770 #ifdef CONFIG_NUMA
771 /*
772  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
773  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
774  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
775  * their brain damage.
776  */
777 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
778 #endif
779
780 static void invalidate_batched_entropy(void);
781
782 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
783 {
784         int             i;
785         unsigned long   rv;
786
787         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
788         if (crng == &primary_crng)
789                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
790                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
791         else
792                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
793         for (i = 4; i < 16; i++) {
794                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
795                     !arch_get_random_long(&rv))
796                         rv = random_get_entropy();
797                 crng->state[i] ^= rv;
798         }
799         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
800 }
801
802 #ifdef CONFIG_NUMA
803 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
804 {
805         int i;
806         struct crng_state *crng;
807         struct crng_state **pool;
808
809         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
810         for_each_online_node(i) {
811                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
812                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
813                 spin_lock_init(&crng->lock);
814                 crng_initialize(crng);
815                 pool[i] = crng;
816         }
817         mb();
818         if (cmpxchg(&crng_node_pool, NULL, pool)) {
819                 for_each_node(i)
820                         kfree(pool[i]);
821                 kfree(pool);
822         }
823 }
824
825 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
826
827 static void numa_crng_init(void)
828 {
829         schedule_work(&numa_crng_init_work);
830 }
831 #else
832 static void numa_crng_init(void) {}
833 #endif
834
835 /*
836  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
837  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
838  */
839 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
840 {
841         unsigned long flags;
842         char *p;
843
844         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
845                 return 0;
846         if (crng_init != 0) {
847                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
848                 return 0;
849         }
850         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
851         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
852                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
853                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
854         }
855         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
856         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
857                 invalidate_batched_entropy();
858                 crng_init = 1;
859                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
860                 pr_notice("random: fast init done\n");
861         }
862         return 1;
863 }
864
865 /*
866  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
867  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
868  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
869  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
870  * crng_fast_load().
871  *
872  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
873  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
874  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
875  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
876  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
877  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
878  */
879 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
880 {
881         unsigned long           flags;
882         static unsigned char    lfsr = 1;
883         unsigned char           tmp;
884         unsigned                i, max = CHACHA20_KEY_SIZE;
885         const char *            src_buf = cp;
886         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
887
888         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
889                 return 0;
890         if (crng_init != 0) {
891                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
892                 return 0;
893         }
894         if (len > max)
895                 max = len;
896
897         for (i = 0; i < max ; i++) {
898                 tmp = lfsr;
899                 lfsr >>= 1;
900                 if (tmp & 1)
901                         lfsr ^= 0xE1;
902                 tmp = dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE];
903                 dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
904                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
905         }
906         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
907         return 1;
908 }
909
910 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
911 {
912         unsigned long   flags;
913         int             i, num;
914         union {
915                 __u32   block[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
916                 __u32   key[8];
917         } buf;
918
919         if (r) {
920                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
921                 if (num == 0)
922                         return;
923         } else {
924                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
925                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
926                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
927         }
928         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
929         for (i = 0; i < 8; i++) {
930                 unsigned long   rv;
931                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
932                     !arch_get_random_long(&rv))
933                         rv = random_get_entropy();
934                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
935         }
936         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
937         crng->init_time = jiffies;
938         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
939         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
940                 invalidate_batched_entropy();
941                 numa_crng_init();
942                 crng_init = 2;
943                 process_random_ready_list();
944                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
945                 pr_notice("random: crng init done\n");
946                 if (unseeded_warning.missed) {
947                         pr_notice("random: %d get_random_xx warning(s) missed "
948                                   "due to ratelimiting\n",
949                                   unseeded_warning.missed);
950                         unseeded_warning.missed = 0;
951                 }
952                 if (urandom_warning.missed) {
953                         pr_notice("random: %d urandom warning(s) missed "
954                                   "due to ratelimiting\n",
955                                   urandom_warning.missed);
956                         urandom_warning.missed = 0;
957                 }
958         }
959 }
960
961 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
962                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
963 {
964         unsigned long v, flags;
965
966         if (crng_ready() &&
967             (time_after(crng_global_init_time, crng->init_time) ||
968              time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL)))
969                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
970         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
971         if (arch_get_random_long(&v))
972                 crng->state[14] ^= v;
973         chacha20_block(&crng->state[0], out);
974         if (crng->state[12] == 0)
975                 crng->state[13]++;
976         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
977 }
978
979 static void extract_crng(__u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
980 {
981         struct crng_state *crng = NULL;
982
983 #ifdef CONFIG_NUMA
984         if (crng_node_pool)
985                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
986         if (crng == NULL)
987 #endif
988                 crng = &primary_crng;
989         _extract_crng(crng, out);
990 }
991
992 /*
993  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
994  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
995  */
996 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
997                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
998 {
999         unsigned long   flags;
1000         __u32           *s, *d;
1001         int             i;
1002
1003         used = round_up(used, sizeof(__u32));
1004         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1005                 extract_crng(tmp);
1006                 used = 0;
1007         }
1008         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1009         s = &tmp[used / sizeof(__u32)];
1010         d = &crng->state[4];
1011         for (i=0; i < 8; i++)
1012                 *d++ ^= *s++;
1013         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1014 }
1015
1016 static void crng_backtrack_protect(__u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
1017 {
1018         struct crng_state *crng = NULL;
1019
1020 #ifdef CONFIG_NUMA
1021         if (crng_node_pool)
1022                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1023         if (crng == NULL)
1024 #endif
1025                 crng = &primary_crng;
1026         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
1027 }
1028
1029 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1030 {
1031         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1032         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1033         int large_request = (nbytes > 256);
1034
1035         while (nbytes) {
1036                 if (large_request && need_resched()) {
1037                         if (signal_pending(current)) {
1038                                 if (ret == 0)
1039                                         ret = -ERESTARTSYS;
1040                                 break;
1041                         }
1042                         schedule();
1043                 }
1044
1045                 extract_crng(tmp);
1046                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1047                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1048                         ret = -EFAULT;
1049                         break;
1050                 }
1051
1052                 nbytes -= i;
1053                 buf += i;
1054                 ret += i;
1055         }
1056         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1057
1058         /* Wipe data just written to memory */
1059         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1060
1061         return ret;
1062 }
1063
1064
1065 /*********************************************************************
1066  *
1067  * Entropy input management
1068  *
1069  *********************************************************************/
1070
1071 /* There is one of these per entropy source */
1072 struct timer_rand_state {
1073         cycles_t last_time;
1074         long last_delta, last_delta2;
1075 };
1076
1077 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1078
1079 /*
1080  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1081  * initialize it.
1082  *
1083  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1084  * the entropy pool having similar initial state across largely
1085  * identical devices.
1086  */
1087 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1088 {
1089         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1090         unsigned long flags;
1091
1092         if (!crng_ready() && size)
1093                 crng_slow_load(buf, size);
1094
1095         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1096         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1097         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1098         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1099         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1100 }
1101 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1102
1103 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1104
1105 /*
1106  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1107  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1108  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1109  *
1110  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1111  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1112  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1113  *
1114  */
1115 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1116 {
1117         struct entropy_store    *r;
1118         struct {
1119                 long jiffies;
1120                 unsigned cycles;
1121                 unsigned num;
1122         } sample;
1123         long delta, delta2, delta3;
1124
1125         preempt_disable();
1126
1127         sample.jiffies = jiffies;
1128         sample.cycles = random_get_entropy();
1129         sample.num = num;
1130         r = &input_pool;
1131         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1132
1133         /*
1134          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1135          * We take into account the first, second and third-order deltas
1136          * in order to make our estimate.
1137          */
1138         delta = sample.jiffies - state->last_time;
1139         state->last_time = sample.jiffies;
1140
1141         delta2 = delta - state->last_delta;
1142         state->last_delta = delta;
1143
1144         delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1145         state->last_delta2 = delta2;
1146
1147         if (delta < 0)
1148                 delta = -delta;
1149         if (delta2 < 0)
1150                 delta2 = -delta2;
1151         if (delta3 < 0)
1152                 delta3 = -delta3;
1153         if (delta > delta2)
1154                 delta = delta2;
1155         if (delta > delta3)
1156                 delta = delta3;
1157
1158         /*
1159          * delta is now minimum absolute delta.
1160          * Round down by 1 bit on general principles,
1161          * and limit entropy entimate to 12 bits.
1162          */
1163         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1164
1165         preempt_enable();
1166 }
1167
1168 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1169                                  unsigned int value)
1170 {
1171         static unsigned char last_value;
1172
1173         /* ignore autorepeat and the like */
1174         if (value == last_value)
1175                 return;
1176
1177         last_value = value;
1178         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1179                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1180         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1181 }
1182 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1183
1184 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1185
1186 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1187 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1188
1189 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1190 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1191
1192 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1193 {
1194         long delta = random_get_entropy() - start;
1195
1196         /* Use a weighted moving average */
1197         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1198         avg_cycles += delta;
1199         /* And average deviation */
1200         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1201         avg_deviation += delta;
1202 }
1203 #else
1204 #define add_interrupt_bench(x)
1205 #endif
1206
1207 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1208 {
1209         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1210         unsigned int idx;
1211
1212         if (regs == NULL)
1213                 return 0;
1214         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1215         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1216                 idx = 0;
1217         ptr += idx++;
1218         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1219         return *ptr;
1220 }
1221
1222 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1223 {
1224         struct entropy_store    *r;
1225         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1226         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1227         unsigned long           now = jiffies;
1228         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1229         __u32                   c_high, j_high;
1230         __u64                   ip;
1231         unsigned long           seed;
1232         int                     credit = 0;
1233
1234         if (cycles == 0)
1235                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1236         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1237         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1238         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1239         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1240         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1241         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1242         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1243                 get_reg(fast_pool, regs);
1244
1245         fast_mix(fast_pool);
1246         add_interrupt_bench(cycles);
1247
1248         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1249                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1250                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1251                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1252                         fast_pool->count = 0;
1253                         fast_pool->last = now;
1254                 }
1255                 return;
1256         }
1257
1258         if ((fast_pool->count < 64) &&
1259             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1260                 return;
1261
1262         r = &input_pool;
1263         if (!spin_trylock(&r->lock))
1264                 return;
1265
1266         fast_pool->last = now;
1267         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1268
1269         /*
1270          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1271          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1272          * architectural seed generator dominate the input from the
1273          * interrupt noise.
1274          */
1275         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1276                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1277                 credit = 1;
1278         }
1279         spin_unlock(&r->lock);
1280
1281         fast_pool->count = 0;
1282
1283         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1284         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1285 }
1286 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1287
1288 #ifdef CONFIG_BLOCK
1289 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1290 {
1291         if (!disk || !disk->random)
1292                 return;
1293         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1294         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1295         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1296 }
1297 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1298 #endif
1299
1300 /*********************************************************************
1301  *
1302  * Entropy extraction routines
1303  *
1304  *********************************************************************/
1305
1306 /*
1307  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1308  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1309  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1310  */
1311 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1312 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1313 {
1314         if (!r->pull ||
1315             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1316             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1317                 return;
1318
1319         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1320 }
1321
1322 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1323 {
1324         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1325
1326         int bytes = nbytes;
1327
1328         /* pull at least as much as a wakeup */
1329         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1330         /* but never more than the buffer size */
1331         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1332
1333         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1334                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1335         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1336                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1337         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1338         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1343  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1344  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1345  * of letting it go to waste.
1346  */
1347 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1348 {
1349         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1350                                               push_work);
1351         BUG_ON(!r);
1352         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1353         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1354                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1355 }
1356
1357 /*
1358  * This function decides how many bytes to actually take from the
1359  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1360  */
1361 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1362                       int reserved)
1363 {
1364         int entropy_count, orig, have_bytes;
1365         size_t ibytes, nfrac;
1366
1367         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1368
1369         /* Can we pull enough? */
1370 retry:
1371         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1372         ibytes = nbytes;
1373         /* never pull more than available */
1374         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1375
1376         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1377                 have_bytes = 0;
1378         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1379         if (ibytes < min)
1380                 ibytes = 0;
1381
1382         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1383                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1384                         r->name, entropy_count);
1385                 WARN_ON(1);
1386                 entropy_count = 0;
1387         }
1388         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1389         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1390                 entropy_count -= nfrac;
1391         else
1392                 entropy_count = 0;
1393
1394         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1395                 goto retry;
1396
1397         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1398         if (ibytes &&
1399             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1400                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1401                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1402         }
1403
1404         return ibytes;
1405 }
1406
1407 /*
1408  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1409  * extract_entropy_user.
1410  *
1411  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1412  */
1413 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1414 {
1415         int i;
1416         union {
1417                 __u32 w[5];
1418                 unsigned long l[LONGS(20)];
1419         } hash;
1420         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1421         unsigned long flags;
1422
1423         /*
1424          * If we have an architectural hardware random number
1425          * generator, use it for SHA's initial vector
1426          */
1427         sha_init(hash.w);
1428         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1429                 unsigned long v;
1430                 if (!arch_get_random_long(&v))
1431                         break;
1432                 hash.l[i] = v;
1433         }
1434
1435         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1436         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1437         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1438                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1439
1440         /*
1441          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1442          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1443          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1444          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1445          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1446          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1447          * hash.
1448          */
1449         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1450         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1451
1452         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1453
1454         /*
1455          * In case the hash function has some recognizable output
1456          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1457          * twice as much data as we output.
1458          */
1459         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1460         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1461         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1462
1463         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1464         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1465 }
1466
1467 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1468                                 size_t nbytes, int fips)
1469 {
1470         ssize_t ret = 0, i;
1471         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1472         unsigned long flags;
1473
1474         while (nbytes) {
1475                 extract_buf(r, tmp);
1476
1477                 if (fips) {
1478                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1479                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1480                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1481                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1482                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1483                 }
1484                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1485                 memcpy(buf, tmp, i);
1486                 nbytes -= i;
1487                 buf += i;
1488                 ret += i;
1489         }
1490
1491         /* Wipe data just returned from memory */
1492         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1493
1494         return ret;
1495 }
1496
1497 /*
1498  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1499  * returns it in a buffer.
1500  *
1501  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1502  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1503  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1504  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1505  */
1506 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1507                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1508 {
1509         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1510         unsigned long flags;
1511
1512         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1513         if (fips_enabled) {
1514                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1515                 if (!r->last_data_init) {
1516                         r->last_data_init = 1;
1517                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1518                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1519                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1520                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1521                         extract_buf(r, tmp);
1522                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1523                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1524                 }
1525                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1526         }
1527
1528         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1529         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1530         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1531
1532         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1533 }
1534
1535 /*
1536  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1537  * returns it in a userspace buffer.
1538  */
1539 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1540                                     size_t nbytes)
1541 {
1542         ssize_t ret = 0, i;
1543         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1544         int large_request = (nbytes > 256);
1545
1546         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1547         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1548         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1549
1550         while (nbytes) {
1551                 if (large_request && need_resched()) {
1552                         if (signal_pending(current)) {
1553                                 if (ret == 0)
1554                                         ret = -ERESTARTSYS;
1555                                 break;
1556                         }
1557                         schedule();
1558                 }
1559
1560                 extract_buf(r, tmp);
1561                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1562                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1563                         ret = -EFAULT;
1564                         break;
1565                 }
1566
1567                 nbytes -= i;
1568                 buf += i;
1569                 ret += i;
1570         }
1571
1572         /* Wipe data just returned from memory */
1573         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1574
1575         return ret;
1576 }
1577
1578 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1579         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1580
1581 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1582                                       void **previous)
1583 {
1584 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1585         const bool print_once = false;
1586 #else
1587         static bool print_once __read_mostly;
1588 #endif
1589
1590         if (print_once ||
1591             crng_ready() ||
1592             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1593                 return;
1594         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1595 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1596         print_once = true;
1597 #endif
1598         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1599                 pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1600                           func_name, caller, crng_init);
1601 }
1602
1603 /*
1604  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1605  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1606  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1607  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1608  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1609  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1610  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1611  * at any point prior.
1612  */
1613 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1614 {
1615         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1616
1617         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1618
1619         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1620                 extract_crng(buf);
1621                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1622                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1623         }
1624
1625         if (nbytes > 0) {
1626                 extract_crng(tmp);
1627                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1628                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1629         } else
1630                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1631         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1632 }
1633
1634 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1635 {
1636         static void *previous;
1637
1638         warn_unseeded_randomness(&previous);
1639         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1640 }
1641 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1642
1643 /*
1644  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1645  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1646  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1647  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1648  * this function forfeits the guarantee of security.
1649  *
1650  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1651  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1652  */
1653 int wait_for_random_bytes(void)
1654 {
1655         if (likely(crng_ready()))
1656                 return 0;
1657         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1658 }
1659 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1660
1661 /*
1662  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1663  * pool is initialised.
1664  *
1665  * returns: 0 if callback is successfully added
1666  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1667  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1668  */
1669 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1670 {
1671         struct module *owner;
1672         unsigned long flags;
1673         int err = -EALREADY;
1674
1675         if (crng_ready())
1676                 return err;
1677
1678         owner = rdy->owner;
1679         if (!try_module_get(owner))
1680                 return -ENOENT;
1681
1682         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1683         if (crng_ready())
1684                 goto out;
1685
1686         owner = NULL;
1687
1688         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1689         err = 0;
1690
1691 out:
1692         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1693
1694         module_put(owner);
1695
1696         return err;
1697 }
1698 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1699
1700 /*
1701  * Delete a previously registered readiness callback function.
1702  */
1703 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1704 {
1705         unsigned long flags;
1706         struct module *owner = NULL;
1707
1708         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1709         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1710                 list_del_init(&rdy->list);
1711                 owner = rdy->owner;
1712         }
1713         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1714
1715         module_put(owner);
1716 }
1717 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1718
1719 /*
1720  * This function will use the architecture-specific hardware random
1721  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1722  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1723  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1724  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1725  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1726  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1727  * have put in a back door.
1728  */
1729 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1730 {
1731         char *p = buf;
1732
1733         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1734         while (nbytes) {
1735                 unsigned long v;
1736                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1737
1738                 if (!arch_get_random_long(&v))
1739                         break;
1740                 
1741                 memcpy(p, &v, chunk);
1742                 p += chunk;
1743                 nbytes -= chunk;
1744         }
1745
1746         if (nbytes)
1747                 get_random_bytes(p, nbytes);
1748 }
1749 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1750
1751
1752 /*
1753  * init_std_data - initialize pool with system data
1754  *
1755  * @r: pool to initialize
1756  *
1757  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1758  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1759  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1760  */
1761 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1762 {
1763         int i;
1764         ktime_t now = ktime_get_real();
1765         unsigned long rv;
1766
1767         r->last_pulled = jiffies;
1768         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1769         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1770                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1771                     !arch_get_random_long(&rv))
1772                         rv = random_get_entropy();
1773                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1774         }
1775         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1776 }
1777
1778 /*
1779  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1780  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1781  * with some platform dependent data very early in the boot
1782  * process. But it limits our options here. We must use
1783  * statically allocated structures that already have all
1784  * initializations complete at compile time. We should also
1785  * take care not to overwrite the precious per platform data
1786  * we were given.
1787  */
1788 static int rand_initialize(void)
1789 {
1790         init_std_data(&input_pool);
1791         init_std_data(&blocking_pool);
1792         crng_initialize(&primary_crng);
1793         crng_global_init_time = jiffies;
1794         if (ratelimit_disable) {
1795                 urandom_warning.interval = 0;
1796                 unseeded_warning.interval = 0;
1797         }
1798         return 0;
1799 }
1800 early_initcall(rand_initialize);
1801
1802 #ifdef CONFIG_BLOCK
1803 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1804 {
1805         struct timer_rand_state *state;
1806
1807         /*
1808          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1809          * source.
1810          */
1811         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1812         if (state) {
1813                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1814                 disk->random = state;
1815         }
1816 }
1817 #endif
1818
1819 static ssize_t
1820 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1821 {
1822         ssize_t n;
1823
1824         if (nbytes == 0)
1825                 return 0;
1826
1827         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1828         while (1) {
1829                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1830                 if (n < 0)
1831                         return n;
1832                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1833                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1834                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1835                 if (n > 0)
1836                         return n;
1837
1838                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1839                 if (nonblock)
1840                         return -EAGAIN;
1841
1842                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1843                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1844                         random_read_wakeup_bits);
1845                 if (signal_pending(current))
1846                         return -ERESTARTSYS;
1847         }
1848 }
1849
1850 static ssize_t
1851 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1852 {
1853         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1854 }
1855
1856 static ssize_t
1857 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1858 {
1859         unsigned long flags;
1860         static int maxwarn = 10;
1861         int ret;
1862
1863         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1864                 maxwarn--;
1865                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1866                         printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized "
1867                                "urandom read (%zd bytes read)\n",
1868                                current->comm, nbytes);
1869                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1870                 crng_init_cnt = 0;
1871                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1872         }
1873         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1874         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1875         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1876         return ret;
1877 }
1878
1879 static __poll_t
1880 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1881 {
1882         __poll_t mask;
1883
1884         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1885         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1886         mask = 0;
1887         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1888                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1889         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1890                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1891         return mask;
1892 }
1893
1894 static int
1895 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1896 {
1897         size_t bytes;
1898         __u32 buf[16];
1899         const char __user *p = buffer;
1900
1901         while (count > 0) {
1902                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1903                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1904                         return -EFAULT;
1905
1906                 count -= bytes;
1907                 p += bytes;
1908
1909                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1910                 cond_resched();
1911         }
1912
1913         return 0;
1914 }
1915
1916 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1917                             size_t count, loff_t *ppos)
1918 {
1919         size_t ret;
1920
1921         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1922         if (ret)
1923                 return ret;
1924
1925         return (ssize_t)count;
1926 }
1927
1928 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1929 {
1930         int size, ent_count;
1931         int __user *p = (int __user *)arg;
1932         int retval;
1933
1934         switch (cmd) {
1935         case RNDGETENTCNT:
1936                 /* inherently racy, no point locking */
1937                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1938                 if (put_user(ent_count, p))
1939                         return -EFAULT;
1940                 return 0;
1941         case RNDADDTOENTCNT:
1942                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1943                         return -EPERM;
1944                 if (get_user(ent_count, p))
1945                         return -EFAULT;
1946                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1947         case RNDADDENTROPY:
1948                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1949                         return -EPERM;
1950                 if (get_user(ent_count, p++))
1951                         return -EFAULT;
1952                 if (ent_count < 0)
1953                         return -EINVAL;
1954                 if (get_user(size, p++))
1955                         return -EFAULT;
1956                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1957                                     size);
1958                 if (retval < 0)
1959                         return retval;
1960                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1961         case RNDZAPENTCNT:
1962         case RNDCLEARPOOL:
1963                 /*
1964                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1965                  * the entropy pool, as that's silly.
1966                  */
1967                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1968                         return -EPERM;
1969                 input_pool.entropy_count = 0;
1970                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1971                 return 0;
1972         case RNDRESEEDCRNG:
1973                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1974                         return -EPERM;
1975                 if (crng_init < 2)
1976                         return -ENODATA;
1977                 crng_reseed(&primary_crng, NULL);
1978                 crng_global_init_time = jiffies - 1;
1979                 return 0;
1980         default:
1981                 return -EINVAL;
1982         }
1983 }
1984
1985 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1986 {
1987         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1988 }
1989
1990 const struct file_operations random_fops = {
1991         .read  = random_read,
1992         .write = random_write,
1993         .poll  = random_poll,
1994         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1995         .fasync = random_fasync,
1996         .llseek = noop_llseek,
1997 };
1998
1999 const struct file_operations urandom_fops = {
2000         .read  = urandom_read,
2001         .write = random_write,
2002         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
2003         .fasync = random_fasync,
2004         .llseek = noop_llseek,
2005 };
2006
2007 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
2008                 unsigned int, flags)
2009 {
2010         int ret;
2011
2012         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
2013                 return -EINVAL;
2014
2015         if (count > INT_MAX)
2016                 count = INT_MAX;
2017
2018         if (flags & GRND_RANDOM)
2019                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
2020
2021         if (!crng_ready()) {
2022                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
2023                         return -EAGAIN;
2024                 ret = wait_for_random_bytes();
2025                 if (unlikely(ret))
2026                         return ret;
2027         }
2028         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
2029 }
2030
2031 /********************************************************************
2032  *
2033  * Sysctl interface
2034  *
2035  ********************************************************************/
2036
2037 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2038
2039 #include <linux/sysctl.h>
2040
2041 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
2042 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
2043 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2044 static int random_min_urandom_seed = 60;
2045 static char sysctl_bootid[16];
2046
2047 /*
2048  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2049  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2050  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2051  *
2052  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2053  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2054  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2055  */
2056 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2057                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2058 {
2059         struct ctl_table fake_table;
2060         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2061
2062         uuid = table->data;
2063         if (!uuid) {
2064                 uuid = tmp_uuid;
2065                 generate_random_uuid(uuid);
2066         } else {
2067                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2068
2069                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2070                 if (!uuid[8])
2071                         generate_random_uuid(uuid);
2072                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2073         }
2074
2075         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2076
2077         fake_table.data = buf;
2078         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2079
2080         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2081 }
2082
2083 /*
2084  * Return entropy available scaled to integral bits
2085  */
2086 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2087                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2088 {
2089         struct ctl_table fake_table;
2090         int entropy_count;
2091
2092         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2093
2094         fake_table.data = &entropy_count;
2095         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2096
2097         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2098 }
2099
2100 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2101 extern struct ctl_table random_table[];
2102 struct ctl_table random_table[] = {
2103         {
2104                 .procname       = "poolsize",
2105                 .data           = &sysctl_poolsize,
2106                 .maxlen         = sizeof(int),
2107                 .mode           = 0444,
2108                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2109         },
2110         {
2111                 .procname       = "entropy_avail",
2112                 .maxlen         = sizeof(int),
2113                 .mode           = 0444,
2114                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2115                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2116         },
2117         {
2118                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2119                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2120                 .maxlen         = sizeof(int),
2121                 .mode           = 0644,
2122                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2123                 .extra1         = &min_read_thresh,
2124                 .extra2         = &max_read_thresh,
2125         },
2126         {
2127                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2128                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2129                 .maxlen         = sizeof(int),
2130                 .mode           = 0644,
2131                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2132                 .extra1         = &min_write_thresh,
2133                 .extra2         = &max_write_thresh,
2134         },
2135         {
2136                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2137                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2138                 .maxlen         = sizeof(int),
2139                 .mode           = 0644,
2140                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2141         },
2142         {
2143                 .procname       = "boot_id",
2144                 .data           = &sysctl_bootid,
2145                 .maxlen         = 16,
2146                 .mode           = 0444,
2147                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2148         },
2149         {
2150                 .procname       = "uuid",
2151                 .maxlen         = 16,
2152                 .mode           = 0444,
2153                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2154         },
2155 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2156         {
2157                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2158                 .data           = &avg_cycles,
2159                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2160                 .mode           = 0444,
2161                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2162         },
2163         {
2164                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2165                 .data           = &avg_deviation,
2166                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2167                 .mode           = 0444,
2168                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2169         },
2170 #endif
2171         { }
2172 };
2173 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2174
2175 struct batched_entropy {
2176         union {
2177                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2178                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2179         };
2180         unsigned int position;
2181 };
2182 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2183
2184 /*
2185  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2186  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2187  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2188  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2189  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2190  * at any point prior.
2191  */
2192 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2193 u64 get_random_u64(void)
2194 {
2195         u64 ret;
2196         bool use_lock;
2197         unsigned long flags = 0;
2198         struct batched_entropy *batch;
2199         static void *previous;
2200
2201 #if BITS_PER_LONG == 64
2202         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2203                 return ret;
2204 #else
2205         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2206             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2207             return ret;
2208 #endif
2209
2210         warn_unseeded_randomness(&previous);
2211
2212         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2213         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2214         if (use_lock)
2215                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2216         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2217                 extract_crng((__u32 *)batch->entropy_u64);
2218                 batch->position = 0;
2219         }
2220         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2221         if (use_lock)
2222                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2223         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2224         return ret;
2225 }
2226 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2227
2228 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2229 u32 get_random_u32(void)
2230 {
2231         u32 ret;
2232         bool use_lock;
2233         unsigned long flags = 0;
2234         struct batched_entropy *batch;
2235         static void *previous;
2236
2237         if (arch_get_random_int(&ret))
2238                 return ret;
2239
2240         warn_unseeded_randomness(&previous);
2241
2242         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2243         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2244         if (use_lock)
2245                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2246         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2247                 extract_crng(batch->entropy_u32);
2248                 batch->position = 0;
2249         }
2250         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2251         if (use_lock)
2252                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2253         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2254         return ret;
2255 }
2256 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2257
2258 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2259  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2260  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2261  * next usage. */
2262 static void invalidate_batched_entropy(void)
2263 {
2264         int cpu;
2265         unsigned long flags;
2266
2267         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2268         for_each_possible_cpu (cpu) {
2269                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2270                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2271         }
2272         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2273 }
2274
2275 /**
2276  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2277  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2278  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2279  *              random address must fall.
2280  *
2281  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2282  *
2283  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2284  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2285  *
2286  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2287  * @start is returned.
2288  */
2289 unsigned long
2290 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2291 {
2292         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2293                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2294                 start = PAGE_ALIGN(start);
2295         }
2296
2297         if (start > ULONG_MAX - range)
2298                 range = ULONG_MAX - start;
2299
2300         range >>= PAGE_SHIFT;
2301
2302         if (range == 0)
2303                 return start;
2304
2305         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2306 }
2307
2308 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2309  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2310  * when our pool is full.
2311  */
2312 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2313                                 size_t entropy)
2314 {
2315         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2316
2317         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2318                 crng_fast_load(buffer, count);
2319                 return;
2320         }
2321
2322         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2323          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2324          * or when the calling thread is about to terminate.
2325          */
2326         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2327                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2328         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2329         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2330 }
2331 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);