GNU Linux-libre 4.19.207-gnu1
[releases.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                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE]);
437 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
438                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], 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 static void numa_crng_init(void);
782
783 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
784 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
785 {
786         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
787 }
788 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
789
790 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
791 {
792         int             i;
793         int             arch_init = 1;
794         unsigned long   rv;
795
796         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
797         if (crng == &primary_crng)
798                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
799                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
800         else
801                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
802         for (i = 4; i < 16; i++) {
803                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
804                     !arch_get_random_long(&rv)) {
805                         rv = random_get_entropy();
806                         arch_init = 0;
807                 }
808                 crng->state[i] ^= rv;
809         }
810         if (trust_cpu && arch_init && crng == &primary_crng) {
811                 invalidate_batched_entropy();
812                 numa_crng_init();
813                 crng_init = 2;
814                 pr_notice("random: crng done (trusting CPU's manufacturer)\n");
815         }
816         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
817 }
818
819 #ifdef CONFIG_NUMA
820 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
821 {
822         int i;
823         struct crng_state *crng;
824         struct crng_state **pool;
825
826         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
827         for_each_online_node(i) {
828                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
829                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
830                 spin_lock_init(&crng->lock);
831                 crng_initialize(crng);
832                 pool[i] = crng;
833         }
834         mb();
835         if (cmpxchg(&crng_node_pool, NULL, pool)) {
836                 for_each_node(i)
837                         kfree(pool[i]);
838                 kfree(pool);
839         }
840 }
841
842 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
843
844 static void numa_crng_init(void)
845 {
846         schedule_work(&numa_crng_init_work);
847 }
848 #else
849 static void numa_crng_init(void) {}
850 #endif
851
852 /*
853  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
854  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
855  */
856 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
857 {
858         unsigned long flags;
859         char *p;
860
861         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
862                 return 0;
863         if (crng_init != 0) {
864                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
865                 return 0;
866         }
867         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
868         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
869                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
870                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
871         }
872         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
873         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
874                 invalidate_batched_entropy();
875                 crng_init = 1;
876                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
877                 pr_notice("random: fast init done\n");
878         }
879         return 1;
880 }
881
882 /*
883  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
884  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
885  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
886  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
887  * crng_fast_load().
888  *
889  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
890  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
891  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
892  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
893  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
894  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
895  */
896 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
897 {
898         unsigned long           flags;
899         static unsigned char    lfsr = 1;
900         unsigned char           tmp;
901         unsigned                i, max = CHACHA20_KEY_SIZE;
902         const char *            src_buf = cp;
903         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
904
905         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
906                 return 0;
907         if (crng_init != 0) {
908                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
909                 return 0;
910         }
911         if (len > max)
912                 max = len;
913
914         for (i = 0; i < max ; i++) {
915                 tmp = lfsr;
916                 lfsr >>= 1;
917                 if (tmp & 1)
918                         lfsr ^= 0xE1;
919                 tmp = dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE];
920                 dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
921                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
922         }
923         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
924         return 1;
925 }
926
927 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
928 {
929         unsigned long   flags;
930         int             i, num;
931         union {
932                 __u8    block[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
933                 __u32   key[8];
934         } buf;
935
936         if (r) {
937                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
938                 if (num == 0)
939                         return;
940         } else {
941                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
942                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
943                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
944         }
945         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
946         for (i = 0; i < 8; i++) {
947                 unsigned long   rv;
948                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
949                     !arch_get_random_long(&rv))
950                         rv = random_get_entropy();
951                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
952         }
953         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
954         crng->init_time = jiffies;
955         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
956         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
957                 invalidate_batched_entropy();
958                 numa_crng_init();
959                 crng_init = 2;
960                 process_random_ready_list();
961                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
962                 pr_notice("random: crng init done\n");
963                 if (unseeded_warning.missed) {
964                         pr_notice("random: %d get_random_xx warning(s) missed "
965                                   "due to ratelimiting\n",
966                                   unseeded_warning.missed);
967                         unseeded_warning.missed = 0;
968                 }
969                 if (urandom_warning.missed) {
970                         pr_notice("random: %d urandom warning(s) missed "
971                                   "due to ratelimiting\n",
972                                   urandom_warning.missed);
973                         urandom_warning.missed = 0;
974                 }
975         }
976 }
977
978 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
979                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
980 {
981         unsigned long v, flags;
982
983         if (crng_ready() &&
984             (time_after(crng_global_init_time, crng->init_time) ||
985              time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL)))
986                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
987         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
988         if (arch_get_random_long(&v))
989                 crng->state[14] ^= v;
990         chacha20_block(&crng->state[0], out);
991         if (crng->state[12] == 0)
992                 crng->state[13]++;
993         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
994 }
995
996 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
997 {
998         struct crng_state *crng = NULL;
999
1000 #ifdef CONFIG_NUMA
1001         if (crng_node_pool)
1002                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1003         if (crng == NULL)
1004 #endif
1005                 crng = &primary_crng;
1006         _extract_crng(crng, out);
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
1011  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
1012  */
1013 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
1014                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
1015 {
1016         unsigned long   flags;
1017         __u32           *s, *d;
1018         int             i;
1019
1020         used = round_up(used, sizeof(__u32));
1021         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1022                 extract_crng(tmp);
1023                 used = 0;
1024         }
1025         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1026         s = (__u32 *) &tmp[used];
1027         d = &crng->state[4];
1028         for (i=0; i < 8; i++)
1029                 *d++ ^= *s++;
1030         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1031 }
1032
1033 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
1034 {
1035         struct crng_state *crng = NULL;
1036
1037 #ifdef CONFIG_NUMA
1038         if (crng_node_pool)
1039                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
1040         if (crng == NULL)
1041 #endif
1042                 crng = &primary_crng;
1043         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
1044 }
1045
1046 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1047 {
1048         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1049         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1050         int large_request = (nbytes > 256);
1051
1052         while (nbytes) {
1053                 if (large_request && need_resched()) {
1054                         if (signal_pending(current)) {
1055                                 if (ret == 0)
1056                                         ret = -ERESTARTSYS;
1057                                 break;
1058                         }
1059                         schedule();
1060                 }
1061
1062                 extract_crng(tmp);
1063                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1064                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1065                         ret = -EFAULT;
1066                         break;
1067                 }
1068
1069                 nbytes -= i;
1070                 buf += i;
1071                 ret += i;
1072         }
1073         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1074
1075         /* Wipe data just written to memory */
1076         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1077
1078         return ret;
1079 }
1080
1081
1082 /*********************************************************************
1083  *
1084  * Entropy input management
1085  *
1086  *********************************************************************/
1087
1088 /* There is one of these per entropy source */
1089 struct timer_rand_state {
1090         cycles_t last_time;
1091         long last_delta, last_delta2;
1092 };
1093
1094 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1095
1096 /*
1097  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1098  * initialize it.
1099  *
1100  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1101  * the entropy pool having similar initial state across largely
1102  * identical devices.
1103  */
1104 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1105 {
1106         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1107         unsigned long flags;
1108
1109         if (!crng_ready() && size)
1110                 crng_slow_load(buf, size);
1111
1112         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1113         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1114         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1115         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1116         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1117 }
1118 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1119
1120 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1121
1122 /*
1123  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1124  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1125  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1126  *
1127  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1128  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1129  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1130  *
1131  */
1132 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1133 {
1134         struct entropy_store    *r;
1135         struct {
1136                 long jiffies;
1137                 unsigned cycles;
1138                 unsigned num;
1139         } sample;
1140         long delta, delta2, delta3;
1141
1142         sample.jiffies = jiffies;
1143         sample.cycles = random_get_entropy();
1144         sample.num = num;
1145         r = &input_pool;
1146         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1147
1148         /*
1149          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1150          * We take into account the first, second and third-order deltas
1151          * in order to make our estimate.
1152          */
1153         delta = sample.jiffies - READ_ONCE(state->last_time);
1154         WRITE_ONCE(state->last_time, sample.jiffies);
1155
1156         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1157         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1158
1159         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1160         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1161
1162         if (delta < 0)
1163                 delta = -delta;
1164         if (delta2 < 0)
1165                 delta2 = -delta2;
1166         if (delta3 < 0)
1167                 delta3 = -delta3;
1168         if (delta > delta2)
1169                 delta = delta2;
1170         if (delta > delta3)
1171                 delta = delta3;
1172
1173         /*
1174          * delta is now minimum absolute delta.
1175          * Round down by 1 bit on general principles,
1176          * and limit entropy entimate to 12 bits.
1177          */
1178         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1179 }
1180
1181 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1182                                  unsigned int value)
1183 {
1184         static unsigned char last_value;
1185
1186         /* ignore autorepeat and the like */
1187         if (value == last_value)
1188                 return;
1189
1190         last_value = value;
1191         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1192                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1193         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1194 }
1195 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1196
1197 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1198
1199 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1200 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1201
1202 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1203 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1204
1205 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1206 {
1207         long delta = random_get_entropy() - start;
1208
1209         /* Use a weighted moving average */
1210         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1211         avg_cycles += delta;
1212         /* And average deviation */
1213         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1214         avg_deviation += delta;
1215 }
1216 #else
1217 #define add_interrupt_bench(x)
1218 #endif
1219
1220 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1221 {
1222         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1223         unsigned int idx;
1224
1225         if (regs == NULL)
1226                 return 0;
1227         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1228         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1229                 idx = 0;
1230         ptr += idx++;
1231         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1232         return *ptr;
1233 }
1234
1235 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1236 {
1237         struct entropy_store    *r;
1238         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1239         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1240         unsigned long           now = jiffies;
1241         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1242         __u32                   c_high, j_high;
1243         __u64                   ip;
1244         unsigned long           seed;
1245         int                     credit = 0;
1246
1247         if (cycles == 0)
1248                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1249         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1250         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1251         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1252         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1253         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1254         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1255         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1256                 get_reg(fast_pool, regs);
1257
1258         fast_mix(fast_pool);
1259         add_interrupt_bench(cycles);
1260
1261         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1262                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1263                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1264                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1265                         fast_pool->count = 0;
1266                         fast_pool->last = now;
1267                 }
1268                 return;
1269         }
1270
1271         if ((fast_pool->count < 64) &&
1272             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1273                 return;
1274
1275         r = &input_pool;
1276         if (!spin_trylock(&r->lock))
1277                 return;
1278
1279         fast_pool->last = now;
1280         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1281
1282         /*
1283          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1284          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1285          * architectural seed generator dominate the input from the
1286          * interrupt noise.
1287          */
1288         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1289                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1290                 credit = 1;
1291         }
1292         spin_unlock(&r->lock);
1293
1294         fast_pool->count = 0;
1295
1296         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1297         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1298 }
1299 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1300
1301 #ifdef CONFIG_BLOCK
1302 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1303 {
1304         if (!disk || !disk->random)
1305                 return;
1306         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1307         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1308         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1309 }
1310 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1311 #endif
1312
1313 /*********************************************************************
1314  *
1315  * Entropy extraction routines
1316  *
1317  *********************************************************************/
1318
1319 /*
1320  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1321  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1322  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1323  */
1324 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1325 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1326 {
1327         if (!r->pull ||
1328             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1329             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1330                 return;
1331
1332         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1333 }
1334
1335 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1336 {
1337         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1338
1339         int bytes = nbytes;
1340
1341         /* pull at least as much as a wakeup */
1342         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1343         /* but never more than the buffer size */
1344         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1345
1346         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1347                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1348         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1349                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1350         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1351         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1352 }
1353
1354 /*
1355  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1356  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1357  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1358  * of letting it go to waste.
1359  */
1360 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1361 {
1362         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1363                                               push_work);
1364         BUG_ON(!r);
1365         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1366         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1367                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1368 }
1369
1370 /*
1371  * This function decides how many bytes to actually take from the
1372  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1373  */
1374 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1375                       int reserved)
1376 {
1377         int entropy_count, orig, have_bytes;
1378         size_t ibytes, nfrac;
1379
1380         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1381
1382         /* Can we pull enough? */
1383 retry:
1384         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1385         ibytes = nbytes;
1386         /* never pull more than available */
1387         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1388
1389         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1390                 have_bytes = 0;
1391         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1392         if (ibytes < min)
1393                 ibytes = 0;
1394
1395         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1396                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1397                         r->name, entropy_count);
1398                 WARN_ON(1);
1399                 entropy_count = 0;
1400         }
1401         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1402         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1403                 entropy_count -= nfrac;
1404         else
1405                 entropy_count = 0;
1406
1407         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1408                 goto retry;
1409
1410         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1411         if (ibytes &&
1412             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1413                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1414                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1415         }
1416
1417         return ibytes;
1418 }
1419
1420 /*
1421  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1422  * extract_entropy_user.
1423  *
1424  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1425  */
1426 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1427 {
1428         int i;
1429         union {
1430                 __u32 w[5];
1431                 unsigned long l[LONGS(20)];
1432         } hash;
1433         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1434         unsigned long flags;
1435
1436         /*
1437          * If we have an architectural hardware random number
1438          * generator, use it for SHA's initial vector
1439          */
1440         sha_init(hash.w);
1441         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1442                 unsigned long v;
1443                 if (!arch_get_random_long(&v))
1444                         break;
1445                 hash.l[i] = v;
1446         }
1447
1448         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1449         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1450         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1451                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1452
1453         /*
1454          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1455          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1456          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1457          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1458          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1459          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1460          * hash.
1461          */
1462         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1463         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1464
1465         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1466
1467         /*
1468          * In case the hash function has some recognizable output
1469          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1470          * twice as much data as we output.
1471          */
1472         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1473         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1474         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1475
1476         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1477         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1478 }
1479
1480 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1481                                 size_t nbytes, int fips)
1482 {
1483         ssize_t ret = 0, i;
1484         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1485         unsigned long flags;
1486
1487         while (nbytes) {
1488                 extract_buf(r, tmp);
1489
1490                 if (fips) {
1491                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1492                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1493                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1494                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1495                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1496                 }
1497                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1498                 memcpy(buf, tmp, i);
1499                 nbytes -= i;
1500                 buf += i;
1501                 ret += i;
1502         }
1503
1504         /* Wipe data just returned from memory */
1505         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1506
1507         return ret;
1508 }
1509
1510 /*
1511  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1512  * returns it in a buffer.
1513  *
1514  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1515  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1516  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1517  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1518  */
1519 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1520                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1521 {
1522         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1523         unsigned long flags;
1524
1525         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1526         if (fips_enabled) {
1527                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1528                 if (!r->last_data_init) {
1529                         r->last_data_init = 1;
1530                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1531                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1532                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1533                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1534                         extract_buf(r, tmp);
1535                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1536                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1537                 }
1538                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1539         }
1540
1541         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1542         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1543         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1544
1545         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1546 }
1547
1548 /*
1549  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1550  * returns it in a userspace buffer.
1551  */
1552 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1553                                     size_t nbytes)
1554 {
1555         ssize_t ret = 0, i;
1556         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1557         int large_request = (nbytes > 256);
1558
1559         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1560         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1561         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1562
1563         while (nbytes) {
1564                 if (large_request && need_resched()) {
1565                         if (signal_pending(current)) {
1566                                 if (ret == 0)
1567                                         ret = -ERESTARTSYS;
1568                                 break;
1569                         }
1570                         schedule();
1571                 }
1572
1573                 extract_buf(r, tmp);
1574                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1575                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1576                         ret = -EFAULT;
1577                         break;
1578                 }
1579
1580                 nbytes -= i;
1581                 buf += i;
1582                 ret += i;
1583         }
1584
1585         /* Wipe data just returned from memory */
1586         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1587
1588         return ret;
1589 }
1590
1591 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1592         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1593
1594 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1595                                       void **previous)
1596 {
1597 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1598         const bool print_once = false;
1599 #else
1600         static bool print_once __read_mostly;
1601 #endif
1602
1603         if (print_once ||
1604             crng_ready() ||
1605             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1606                 return;
1607         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1608 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1609         print_once = true;
1610 #endif
1611         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1612                 pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1613                           func_name, caller, crng_init);
1614 }
1615
1616 /*
1617  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1618  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1619  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1620  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1621  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1622  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1623  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1624  * at any point prior.
1625  */
1626 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1627 {
1628         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1629
1630         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1631
1632         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1633                 extract_crng(buf);
1634                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1635                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1636         }
1637
1638         if (nbytes > 0) {
1639                 extract_crng(tmp);
1640                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1641                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1642         } else
1643                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1644         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1645 }
1646
1647 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1648 {
1649         static void *previous;
1650
1651         warn_unseeded_randomness(&previous);
1652         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1653 }
1654 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1655
1656
1657 /*
1658  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1659  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1660  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1661  * generating entropy..
1662  *
1663  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1664  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1665  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1666  * entropy loop is running.
1667  *
1668  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1669  */
1670 static void entropy_timer(struct timer_list *t)
1671 {
1672         credit_entropy_bits(&input_pool, 1);
1673 }
1674
1675 /*
1676  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1677  * generate enough entropy with timing noise
1678  */
1679 static void try_to_generate_entropy(void)
1680 {
1681         struct {
1682                 unsigned long now;
1683                 struct timer_list timer;
1684         } stack;
1685
1686         stack.now = random_get_entropy();
1687
1688         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1689         if (stack.now == random_get_entropy())
1690                 return;
1691
1692         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1693         while (!crng_ready()) {
1694                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1695                         mod_timer(&stack.timer, jiffies+1);
1696                 mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1697                 schedule();
1698                 stack.now = random_get_entropy();
1699         }
1700
1701         del_timer_sync(&stack.timer);
1702         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1703         mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1708  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1709  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1710  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1711  * this function forfeits the guarantee of security.
1712  *
1713  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1714  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1715  */
1716 int wait_for_random_bytes(void)
1717 {
1718         if (likely(crng_ready()))
1719                 return 0;
1720
1721         do {
1722                 int ret;
1723                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
1724                 if (ret)
1725                         return ret > 0 ? 0 : ret;
1726
1727                 try_to_generate_entropy();
1728         } while (!crng_ready());
1729
1730         return 0;
1731 }
1732 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1733
1734 /*
1735  * Returns whether or not the urandom pool has been seeded and thus guaranteed
1736  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
1737  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
1738  * ,u64,int,long} family of functions.
1739  *
1740  * Returns: true if the urandom pool has been seeded.
1741  *          false if the urandom pool has not been seeded.
1742  */
1743 bool rng_is_initialized(void)
1744 {
1745         return crng_ready();
1746 }
1747 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
1748
1749 /*
1750  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1751  * pool is initialised.
1752  *
1753  * returns: 0 if callback is successfully added
1754  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1755  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1756  */
1757 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1758 {
1759         struct module *owner;
1760         unsigned long flags;
1761         int err = -EALREADY;
1762
1763         if (crng_ready())
1764                 return err;
1765
1766         owner = rdy->owner;
1767         if (!try_module_get(owner))
1768                 return -ENOENT;
1769
1770         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1771         if (crng_ready())
1772                 goto out;
1773
1774         owner = NULL;
1775
1776         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1777         err = 0;
1778
1779 out:
1780         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1781
1782         module_put(owner);
1783
1784         return err;
1785 }
1786 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1787
1788 /*
1789  * Delete a previously registered readiness callback function.
1790  */
1791 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1792 {
1793         unsigned long flags;
1794         struct module *owner = NULL;
1795
1796         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1797         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1798                 list_del_init(&rdy->list);
1799                 owner = rdy->owner;
1800         }
1801         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1802
1803         module_put(owner);
1804 }
1805 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1806
1807 /*
1808  * This function will use the architecture-specific hardware random
1809  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1810  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1811  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1812  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1813  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1814  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1815  * have put in a back door.
1816  *
1817  * Return number of bytes filled in.
1818  */
1819 int __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1820 {
1821         int left = nbytes;
1822         char *p = buf;
1823
1824         trace_get_random_bytes_arch(left, _RET_IP_);
1825         while (left) {
1826                 unsigned long v;
1827                 int chunk = min_t(int, left, sizeof(unsigned long));
1828
1829                 if (!arch_get_random_long(&v))
1830                         break;
1831
1832                 memcpy(p, &v, chunk);
1833                 p += chunk;
1834                 left -= chunk;
1835         }
1836
1837         return nbytes - left;
1838 }
1839 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1840
1841 /*
1842  * init_std_data - initialize pool with system data
1843  *
1844  * @r: pool to initialize
1845  *
1846  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1847  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1848  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1849  */
1850 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1851 {
1852         int i;
1853         ktime_t now = ktime_get_real();
1854         unsigned long rv;
1855
1856         r->last_pulled = jiffies;
1857         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1858         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1859                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1860                     !arch_get_random_long(&rv))
1861                         rv = random_get_entropy();
1862                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1863         }
1864         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1865 }
1866
1867 /*
1868  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1869  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1870  * with some platform dependent data very early in the boot
1871  * process. But it limits our options here. We must use
1872  * statically allocated structures that already have all
1873  * initializations complete at compile time. We should also
1874  * take care not to overwrite the precious per platform data
1875  * we were given.
1876  */
1877 static int rand_initialize(void)
1878 {
1879         init_std_data(&input_pool);
1880         init_std_data(&blocking_pool);
1881         crng_initialize(&primary_crng);
1882         crng_global_init_time = jiffies;
1883         if (ratelimit_disable) {
1884                 urandom_warning.interval = 0;
1885                 unseeded_warning.interval = 0;
1886         }
1887         return 0;
1888 }
1889 early_initcall(rand_initialize);
1890
1891 #ifdef CONFIG_BLOCK
1892 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1893 {
1894         struct timer_rand_state *state;
1895
1896         /*
1897          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1898          * source.
1899          */
1900         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1901         if (state) {
1902                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1903                 disk->random = state;
1904         }
1905 }
1906 #endif
1907
1908 static ssize_t
1909 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1910 {
1911         ssize_t n;
1912
1913         if (nbytes == 0)
1914                 return 0;
1915
1916         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1917         while (1) {
1918                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1919                 if (n < 0)
1920                         return n;
1921                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1922                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1923                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1924                 if (n > 0)
1925                         return n;
1926
1927                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1928                 if (nonblock)
1929                         return -EAGAIN;
1930
1931                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1932                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1933                         random_read_wakeup_bits);
1934                 if (signal_pending(current))
1935                         return -ERESTARTSYS;
1936         }
1937 }
1938
1939 static ssize_t
1940 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1941 {
1942         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1943 }
1944
1945 static ssize_t
1946 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1947 {
1948         unsigned long flags;
1949         static int maxwarn = 10;
1950         int ret;
1951
1952         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1953                 maxwarn--;
1954                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1955                         printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized "
1956                                "urandom read (%zd bytes read)\n",
1957                                current->comm, nbytes);
1958                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1959                 crng_init_cnt = 0;
1960                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1961         }
1962         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1963         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1964         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1965         return ret;
1966 }
1967
1968 static __poll_t
1969 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1970 {
1971         __poll_t mask;
1972
1973         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1974         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1975         mask = 0;
1976         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1977                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1978         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1979                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1980         return mask;
1981 }
1982
1983 static int
1984 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1985 {
1986         size_t bytes;
1987         __u32 t, buf[16];
1988         const char __user *p = buffer;
1989
1990         while (count > 0) {
1991                 int b, i = 0;
1992
1993                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1994                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1995                         return -EFAULT;
1996
1997                 for (b = bytes ; b > 0 ; b -= sizeof(__u32), i++) {
1998                         if (!arch_get_random_int(&t))
1999                                 break;
2000                         buf[i] ^= t;
2001                 }
2002
2003                 count -= bytes;
2004                 p += bytes;
2005
2006                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
2007                 cond_resched();
2008         }
2009
2010         return 0;
2011 }
2012
2013 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
2014                             size_t count, loff_t *ppos)
2015 {
2016         size_t ret;
2017
2018         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
2019         if (ret)
2020                 return ret;
2021
2022         return (ssize_t)count;
2023 }
2024
2025 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
2026 {
2027         int size, ent_count;
2028         int __user *p = (int __user *)arg;
2029         int retval;
2030
2031         switch (cmd) {
2032         case RNDGETENTCNT:
2033                 /* inherently racy, no point locking */
2034                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
2035                 if (put_user(ent_count, p))
2036                         return -EFAULT;
2037                 return 0;
2038         case RNDADDTOENTCNT:
2039                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
2040                         return -EPERM;
2041                 if (get_user(ent_count, p))
2042                         return -EFAULT;
2043                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
2044         case RNDADDENTROPY:
2045                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
2046                         return -EPERM;
2047                 if (get_user(ent_count, p++))
2048                         return -EFAULT;
2049                 if (ent_count < 0)
2050                         return -EINVAL;
2051                 if (get_user(size, p++))
2052                         return -EFAULT;
2053                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
2054                                     size);
2055                 if (retval < 0)
2056                         return retval;
2057                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
2058         case RNDZAPENTCNT:
2059         case RNDCLEARPOOL:
2060                 /*
2061                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
2062                  * the entropy pool, as that's silly.
2063                  */
2064                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
2065                         return -EPERM;
2066                 input_pool.entropy_count = 0;
2067                 blocking_pool.entropy_count = 0;
2068                 return 0;
2069         case RNDRESEEDCRNG:
2070                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
2071                         return -EPERM;
2072                 if (crng_init < 2)
2073                         return -ENODATA;
2074                 crng_reseed(&primary_crng, &input_pool);
2075                 crng_global_init_time = jiffies - 1;
2076                 return 0;
2077         default:
2078                 return -EINVAL;
2079         }
2080 }
2081
2082 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
2083 {
2084         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
2085 }
2086
2087 const struct file_operations random_fops = {
2088         .read  = random_read,
2089         .write = random_write,
2090         .poll  = random_poll,
2091         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
2092         .fasync = random_fasync,
2093         .llseek = noop_llseek,
2094 };
2095
2096 const struct file_operations urandom_fops = {
2097         .read  = urandom_read,
2098         .write = random_write,
2099         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
2100         .fasync = random_fasync,
2101         .llseek = noop_llseek,
2102 };
2103
2104 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
2105                 unsigned int, flags)
2106 {
2107         int ret;
2108
2109         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
2110                 return -EINVAL;
2111
2112         if (count > INT_MAX)
2113                 count = INT_MAX;
2114
2115         if (flags & GRND_RANDOM)
2116                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
2117
2118         if (!crng_ready()) {
2119                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
2120                         return -EAGAIN;
2121                 ret = wait_for_random_bytes();
2122                 if (unlikely(ret))
2123                         return ret;
2124         }
2125         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
2126 }
2127
2128 /********************************************************************
2129  *
2130  * Sysctl interface
2131  *
2132  ********************************************************************/
2133
2134 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2135
2136 #include <linux/sysctl.h>
2137
2138 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
2139 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
2140 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2141 static int random_min_urandom_seed = 60;
2142 static char sysctl_bootid[16];
2143
2144 /*
2145  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2146  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2147  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2148  *
2149  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2150  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2151  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2152  */
2153 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2154                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2155 {
2156         struct ctl_table fake_table;
2157         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2158
2159         uuid = table->data;
2160         if (!uuid) {
2161                 uuid = tmp_uuid;
2162                 generate_random_uuid(uuid);
2163         } else {
2164                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2165
2166                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2167                 if (!uuid[8])
2168                         generate_random_uuid(uuid);
2169                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2170         }
2171
2172         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2173
2174         fake_table.data = buf;
2175         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2176
2177         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2178 }
2179
2180 /*
2181  * Return entropy available scaled to integral bits
2182  */
2183 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2184                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2185 {
2186         struct ctl_table fake_table;
2187         int entropy_count;
2188
2189         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2190
2191         fake_table.data = &entropy_count;
2192         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2193
2194         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2195 }
2196
2197 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2198 extern struct ctl_table random_table[];
2199 struct ctl_table random_table[] = {
2200         {
2201                 .procname       = "poolsize",
2202                 .data           = &sysctl_poolsize,
2203                 .maxlen         = sizeof(int),
2204                 .mode           = 0444,
2205                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2206         },
2207         {
2208                 .procname       = "entropy_avail",
2209                 .maxlen         = sizeof(int),
2210                 .mode           = 0444,
2211                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2212                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2213         },
2214         {
2215                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2216                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2217                 .maxlen         = sizeof(int),
2218                 .mode           = 0644,
2219                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2220                 .extra1         = &min_read_thresh,
2221                 .extra2         = &max_read_thresh,
2222         },
2223         {
2224                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2225                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2226                 .maxlen         = sizeof(int),
2227                 .mode           = 0644,
2228                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2229                 .extra1         = &min_write_thresh,
2230                 .extra2         = &max_write_thresh,
2231         },
2232         {
2233                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2234                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2235                 .maxlen         = sizeof(int),
2236                 .mode           = 0644,
2237                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2238         },
2239         {
2240                 .procname       = "boot_id",
2241                 .data           = &sysctl_bootid,
2242                 .maxlen         = 16,
2243                 .mode           = 0444,
2244                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2245         },
2246         {
2247                 .procname       = "uuid",
2248                 .maxlen         = 16,
2249                 .mode           = 0444,
2250                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2251         },
2252 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2253         {
2254                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2255                 .data           = &avg_cycles,
2256                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2257                 .mode           = 0444,
2258                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2259         },
2260         {
2261                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2262                 .data           = &avg_deviation,
2263                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2264                 .mode           = 0444,
2265                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2266         },
2267 #endif
2268         { }
2269 };
2270 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2271
2272 struct batched_entropy {
2273         union {
2274                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2275                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2276         };
2277         unsigned int position;
2278         spinlock_t batch_lock;
2279 };
2280
2281 /*
2282  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2283  * number is good as /dev/urandom, but there is no backtrack protection, with
2284  * the goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2285  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2286  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once at any
2287  * point prior.
2288  */
2289 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
2290         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u64.lock),
2291 };
2292
2293 u64 get_random_u64(void)
2294 {
2295         u64 ret;
2296         unsigned long flags;
2297         struct batched_entropy *batch;
2298         static void *previous;
2299
2300         warn_unseeded_randomness(&previous);
2301
2302         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
2303         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2304         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2305                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2306                 batch->position = 0;
2307         }
2308         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2309         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2310         return ret;
2311 }
2312 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2313
2314 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
2315         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u32.lock),
2316 };
2317 u32 get_random_u32(void)
2318 {
2319         u32 ret;
2320         unsigned long flags;
2321         struct batched_entropy *batch;
2322         static void *previous;
2323
2324         warn_unseeded_randomness(&previous);
2325
2326         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
2327         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2328         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2329                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2330                 batch->position = 0;
2331         }
2332         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2333         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2334         return ret;
2335 }
2336 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2337
2338 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2339  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2340  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2341  * next usage. */
2342 static void invalidate_batched_entropy(void)
2343 {
2344         int cpu;
2345         unsigned long flags;
2346
2347         for_each_possible_cpu (cpu) {
2348                 struct batched_entropy *batched_entropy;
2349
2350                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu);
2351                 spin_lock_irqsave(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2352                 batched_entropy->position = 0;
2353                 spin_unlock(&batched_entropy->batch_lock);
2354
2355                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu);
2356                 spin_lock(&batched_entropy->batch_lock);
2357                 batched_entropy->position = 0;
2358                 spin_unlock_irqrestore(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2359         }
2360 }
2361
2362 /**
2363  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2364  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2365  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2366  *              random address must fall.
2367  *
2368  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2369  *
2370  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2371  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2372  *
2373  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2374  * @start is returned.
2375  */
2376 unsigned long
2377 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2378 {
2379         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2380                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2381                 start = PAGE_ALIGN(start);
2382         }
2383
2384         if (start > ULONG_MAX - range)
2385                 range = ULONG_MAX - start;
2386
2387         range >>= PAGE_SHIFT;
2388
2389         if (range == 0)
2390                 return start;
2391
2392         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2393 }
2394
2395 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2396  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2397  * when our pool is full.
2398  */
2399 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2400                                 size_t entropy)
2401 {
2402         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2403
2404         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2405                 crng_fast_load(buffer, count);
2406                 return;
2407         }
2408
2409         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2410          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2411          * or when the calling thread is about to terminate.
2412          */
2413         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2414                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2415         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2416         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2417 }
2418 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);