]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - drivers/char/random.c
random: optimize spinlock use in add_device_randomness()
[~andy/linux] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
5  *
6  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
7  * rights reserved.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
14  *    including the disclaimer of warranties.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
19  *    products derived from this software without specific prior
20  *    written permission.
21  *
22  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
23  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
24  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
25  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
26  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
27  *
28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
29  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
30  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
31  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
32  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
33  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
34  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
35  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
36  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
37  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
38  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
39  * DAMAGE.
40  */
41
42 /*
43  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
44  *
45  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
46  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
47  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
48  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
49  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
50  * predict by an attacker.
51  *
52  * Theory of operation
53  * ===================
54  *
55  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
56  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
57  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
58  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
59  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
60  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
61  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
62  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
63  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
64  * from inside the kernel.
65  *
66  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
67  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
68  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
69  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
70  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
71  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
72  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
73  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
74  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
75  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
76  * the random number generator's internal state.
77  *
78  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
79  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
80  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
81  * be computationally infeasible to derive any useful information
82  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
83  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
84  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
85  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
86  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
87  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
88  * outputs random numbers.
89  *
90  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
91  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
92  * able to infer the future output of the generator from prior
93  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
94  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
95  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
96  * of purposes.
97  *
98  * Exported interfaces ---- output
99  * ===============================
100  *
101  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
102  * be used from within the kernel:
103  *
104  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
105  *
106  * This interface will return the requested number of random bytes,
107  * and place it in the requested buffer.
108  *
109  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
110  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
111  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
112  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
113  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
114  * contained in the entropy pool.
115  *
116  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
117  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
118  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
119  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
120  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
121  *
122  * Exported interfaces ---- input
123  * ==============================
124  *
125  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
126  * from the devices are:
127  *
128  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
129  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
130  *                                unsigned int value);
131  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
132  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
133  *
134  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
135  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
136  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
137  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
138  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
139  * that might otherwise be identical and have very little entropy
140  * available to them (particularly common in the embedded world).
141  *
142  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
143  * the event type information from the hardware.
144  *
145  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
146  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
147  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
148  *
149  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
150  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
151  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
152  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
153  * times are usually fairly consistent.
154  *
155  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
156  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
157  * first and second order deltas of the event timings.
158  *
159  * Ensuring unpredictability at system startup
160  * ============================================
161  *
162  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
163  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
164  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
165  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
166  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
167  * counteract this effect, it helps to carry information in the
168  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
169  * following lines an appropriate script which is run during the boot
170  * sequence:
171  *
172  *      echo "Initializing random number generator..."
173  *      random_seed=/var/run/random-seed
174  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
175  *      # Load and then save the whole entropy pool
176  *      if [ -f $random_seed ]; then
177  *              cat $random_seed >/dev/urandom
178  *      else
179  *              touch $random_seed
180  *      fi
181  *      chmod 600 $random_seed
182  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
183  *
184  * and the following lines in an appropriate script which is run as
185  * the system is shutdown:
186  *
187  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
188  *      # Save the whole entropy pool
189  *      echo "Saving random seed..."
190  *      random_seed=/var/run/random-seed
191  *      touch $random_seed
192  *      chmod 600 $random_seed
193  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
194  *
195  * For example, on most modern systems using the System V init
196  * scripts, such code fragments would be found in
197  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
198  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
199  *
200  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
201  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
202  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
203  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
204  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
205  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
206  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
207  * the system.
208  *
209  * Configuring the /dev/random driver under Linux
210  * ==============================================
211  *
212  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
213  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
214  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
215  * by using the commands:
216  *
217  *      mknod /dev/random c 1 8
218  *      mknod /dev/urandom c 1 9
219  *
220  * Acknowledgements:
221  * =================
222  *
223  * Ideas for constructing this random number generator were derived
224  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
225  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
226  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
227  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
228  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
229  *
230  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
231  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
232  *
233  * Further background information on this topic may be obtained from
234  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
235  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
236  */
237
238 #include <linux/utsname.h>
239 #include <linux/module.h>
240 #include <linux/kernel.h>
241 #include <linux/major.h>
242 #include <linux/string.h>
243 #include <linux/fcntl.h>
244 #include <linux/slab.h>
245 #include <linux/random.h>
246 #include <linux/poll.h>
247 #include <linux/init.h>
248 #include <linux/fs.h>
249 #include <linux/genhd.h>
250 #include <linux/interrupt.h>
251 #include <linux/mm.h>
252 #include <linux/spinlock.h>
253 #include <linux/percpu.h>
254 #include <linux/cryptohash.h>
255 #include <linux/fips.h>
256 #include <linux/ptrace.h>
257 #include <linux/kmemcheck.h>
258
259 #ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS
260 # include <linux/irq.h>
261 #endif
262
263 #include <asm/processor.h>
264 #include <asm/uaccess.h>
265 #include <asm/irq.h>
266 #include <asm/irq_regs.h>
267 #include <asm/io.h>
268
269 #define CREATE_TRACE_POINTS
270 #include <trace/events/random.h>
271
272 /*
273  * Configuration information
274  */
275 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
276 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
277 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
278 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
279 #define SEC_XFER_SIZE           512
280 #define EXTRACT_SIZE            10
281
282 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
283
284 /*
285  * To allow fractional bits to be tracked, the following fields contain
286  * this many fractional bits:
287  *
288  * entropy_count, trickle_thresh
289  *
290  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
291  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
292  */
293 #define ENTROPY_SHIFT 3
294 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
295
296 /*
297  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
298  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
299  */
300 static int random_read_wakeup_thresh = 64;
301
302 /*
303  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
304  * should wake up processes which are selecting or polling on write
305  * access to /dev/random.
306  */
307 static int random_write_wakeup_thresh = 128;
308
309 /*
310  * When the input pool goes over trickle_thresh, start dropping most
311  * samples to avoid wasting CPU time and reduce lock contention.
312  */
313 static const int trickle_thresh = (INPUT_POOL_WORDS * 28) << ENTROPY_SHIFT;
314
315 static DEFINE_PER_CPU(int, trickle_count);
316
317 /*
318  * A pool of size .poolwords is stirred with a primitive polynomial
319  * of degree .poolwords over GF(2).  The taps for various sizes are
320  * defined below.  They are chosen to be evenly spaced (minimum RMS
321  * distance from evenly spaced; the numbers in the comments are a
322  * scaled squared error sum) except for the last tap, which is 1 to
323  * get the twisting happening as fast as possible.
324  */
325
326 static struct poolinfo {
327         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
328 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
329         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
330 } poolinfo_table[] = {
331         /* x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 -- 105 */
332         { S(128),       103,    76,     51,     25,     1 },
333         /* x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 -- 15 */
334         { S(32),        26,     20,     14,     7,      1 },
335 #if 0
336         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
337         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
338
339         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
340         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
341
342         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
343         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
344
345         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
346         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
347
348         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
349         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
350         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
351         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
352
353         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
354         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
355
356         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
357         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
358
359         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
360         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
361 #endif
362 };
363
364 /*
365  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
366  * well to make a twisted Generalized Feedback Shift Reigster
367  *
368  * (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR generators.  ACM
369  * Transactions on Modeling and Computer Simulation 2(3):179-194.
370  * Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted GFSR generators
371  * II.  ACM Transactions on Mdeling and Computer Simulation 4:254-266)
372  *
373  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
374  *
375  * We have not analyzed the resultant polynomial to prove it primitive;
376  * in fact it almost certainly isn't.  Nonetheless, the irreducible factors
377  * of a random large-degree polynomial over GF(2) are more than large enough
378  * that periodicity is not a concern.
379  *
380  * The input hash is much less sensitive than the output hash.  All
381  * that we want of it is that it be a good non-cryptographic hash;
382  * i.e. it not produce collisions when fed "random" data of the sort
383  * we expect to see.  As long as the pool state differs for different
384  * inputs, we have preserved the input entropy and done a good job.
385  * The fact that an intelligent attacker can construct inputs that
386  * will produce controlled alterations to the pool's state is not
387  * important because we don't consider such inputs to contribute any
388  * randomness.  The only property we need with respect to them is that
389  * the attacker can't increase his/her knowledge of the pool's state.
390  * Since all additions are reversible (knowing the final state and the
391  * input, you can reconstruct the initial state), if an attacker has
392  * any uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle
393  * that uncertainty about, but never cause any collisions (which would
394  * decrease the uncertainty).
395  *
396  * The chosen system lets the state of the pool be (essentially) the input
397  * modulo the generator polymnomial.  Now, for random primitive polynomials,
398  * this is a universal class of hash functions, meaning that the chance
399  * of a collision is limited by the attacker's knowledge of the generator
400  * polynomail, so if it is chosen at random, an attacker can never force
401  * a collision.  Here, we use a fixed polynomial, but we *can* assume that
402  * ###--> it is unknown to the processes generating the input entropy. <-###
403  * Because of this important property, this is a good, collision-resistant
404  * hash; hash collisions will occur no more often than chance.
405  */
406
407 /*
408  * Static global variables
409  */
410 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
411 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
412 static struct fasync_struct *fasync;
413
414 static bool debug;
415 module_param(debug, bool, 0644);
416 #define DEBUG_ENT(fmt, arg...) do { \
417         if (debug) \
418                 printk(KERN_DEBUG "random %04d %04d %04d: " \
419                 fmt,\
420                 input_pool.entropy_count,\
421                 blocking_pool.entropy_count,\
422                 nonblocking_pool.entropy_count,\
423                 ## arg); } while (0)
424
425 /**********************************************************************
426  *
427  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
428  * storing entropy in an entropy pool.
429  *
430  **********************************************************************/
431
432 struct entropy_store;
433 struct entropy_store {
434         /* read-only data: */
435         const struct poolinfo *poolinfo;
436         __u32 *pool;
437         const char *name;
438         struct entropy_store *pull;
439         int limit;
440
441         /* read-write data: */
442         spinlock_t lock;
443         unsigned add_ptr;
444         unsigned input_rotate;
445         int entropy_count;
446         int entropy_total;
447         unsigned int initialized:1;
448         bool last_data_init;
449         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
450 };
451
452 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS];
453 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
454 static __u32 nonblocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
455
456 static struct entropy_store input_pool = {
457         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
458         .name = "input",
459         .limit = 1,
460         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
461         .pool = input_pool_data
462 };
463
464 static struct entropy_store blocking_pool = {
465         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
466         .name = "blocking",
467         .limit = 1,
468         .pull = &input_pool,
469         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
470         .pool = blocking_pool_data
471 };
472
473 static struct entropy_store nonblocking_pool = {
474         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
475         .name = "nonblocking",
476         .pull = &input_pool,
477         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(nonblocking_pool.lock),
478         .pool = nonblocking_pool_data
479 };
480
481 static __u32 const twist_table[8] = {
482         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
483         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
484
485 /*
486  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
487  * update the entropy estimate.  The caller should call
488  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
489  *
490  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
491  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
492  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
493  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
494  */
495 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
496                             int nbytes, __u8 out[64])
497 {
498         unsigned long i, j, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
499         int input_rotate;
500         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
501         const char *bytes = in;
502         __u32 w;
503
504         tap1 = r->poolinfo->tap1;
505         tap2 = r->poolinfo->tap2;
506         tap3 = r->poolinfo->tap3;
507         tap4 = r->poolinfo->tap4;
508         tap5 = r->poolinfo->tap5;
509
510         smp_rmb();
511         input_rotate = ACCESS_ONCE(r->input_rotate);
512         i = ACCESS_ONCE(r->add_ptr);
513
514         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
515         while (nbytes--) {
516                 w = rol32(*bytes++, input_rotate & 31);
517                 i = (i - 1) & wordmask;
518
519                 /* XOR in the various taps */
520                 w ^= r->pool[i];
521                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
522                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
523                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
524                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
525                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
526
527                 /* Mix the result back in with a twist */
528                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
529
530                 /*
531                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
532                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
533                  * rotation, so that successive passes spread the
534                  * input bits across the pool evenly.
535                  */
536                 input_rotate += i ? 7 : 14;
537         }
538
539         ACCESS_ONCE(r->input_rotate) = input_rotate;
540         ACCESS_ONCE(r->add_ptr) = i;
541         smp_wmb();
542
543         if (out)
544                 for (j = 0; j < 16; j++)
545                         ((__u32 *)out)[j] = r->pool[(i - j) & wordmask];
546 }
547
548 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
549                              int nbytes, __u8 out[64])
550 {
551         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
552         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes, out);
553 }
554
555 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
556                            int nbytes, __u8 out[64])
557 {
558         unsigned long flags;
559
560         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
561         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
562         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes, out);
563         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
564 }
565
566 struct fast_pool {
567         __u32           pool[4];
568         unsigned long   last;
569         unsigned short  count;
570         unsigned char   rotate;
571         unsigned char   last_timer_intr;
572 };
573
574 /*
575  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
576  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
577  * locks that might be needed are taken by the caller.
578  */
579 static void fast_mix(struct fast_pool *f, const void *in, int nbytes)
580 {
581         const char      *bytes = in;
582         __u32           w;
583         unsigned        i = f->count;
584         unsigned        input_rotate = f->rotate;
585
586         while (nbytes--) {
587                 w = rol32(*bytes++, input_rotate & 31) ^ f->pool[i & 3] ^
588                         f->pool[(i + 1) & 3];
589                 f->pool[i & 3] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
590                 input_rotate += (i++ & 3) ? 7 : 14;
591         }
592         f->count = i;
593         f->rotate = input_rotate;
594 }
595
596 /*
597  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
598  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
599  * or otherwise should be checked for extreme values.
600  */
601 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
602 {
603         int entropy_count, orig;
604         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
605         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
606
607         if (!nbits)
608                 return;
609
610         DEBUG_ENT("added %d entropy credits to %s\n", nbits, r->name);
611 retry:
612         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
613         if (nfrac < 0) {
614                 /* Debit */
615                 entropy_count += nfrac;
616         } else {
617                 /*
618                  * Credit: we have to account for the possibility of
619                  * overwriting already present entropy.  Even in the
620                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
621                  * approach the full value asymptotically:
622                  *
623                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
624                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
625                  *
626                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
627                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
628                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
629                  * so we can approximate the exponential with
630                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
631                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
632                  *
633                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
634                  * prevent rounding artifacts from making the loop
635                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
636                  * turns no matter how large nbits is.
637                  */
638                 int pnfrac = nfrac;
639                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
640                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
641
642                 do {
643                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
644                         unsigned int add =
645                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
646
647                         entropy_count += add;
648                         pnfrac -= anfrac;
649                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
650         }
651
652         if (entropy_count < 0) {
653                 DEBUG_ENT("negative entropy/overflow\n");
654                 entropy_count = 0;
655         } else if (entropy_count > pool_size)
656                 entropy_count = pool_size;
657         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
658                 goto retry;
659
660         if (!r->initialized && nbits > 0) {
661                 r->entropy_total += nbits;
662                 if (r->entropy_total > 128)
663                         r->initialized = 1;
664         }
665
666         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
667                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
668                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
669
670         /* should we wake readers? */
671         if (r == &input_pool &&
672             (entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) >= random_read_wakeup_thresh) {
673                 wake_up_interruptible(&random_read_wait);
674                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
675         }
676 }
677
678 static void credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
679 {
680         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
681
682         /* Cap the value to avoid overflows */
683         nbits = min(nbits,  nbits_max);
684         nbits = max(nbits, -nbits_max);
685
686         credit_entropy_bits(r, nbits);
687 }
688
689 /*********************************************************************
690  *
691  * Entropy input management
692  *
693  *********************************************************************/
694
695 /* There is one of these per entropy source */
696 struct timer_rand_state {
697         cycles_t last_time;
698         long last_delta, last_delta2;
699         unsigned dont_count_entropy:1;
700 };
701
702 /*
703  * Add device- or boot-specific data to the input and nonblocking
704  * pools to help initialize them to unique values.
705  *
706  * None of this adds any entropy, it is meant to avoid the
707  * problem of the nonblocking pool having similar initial state
708  * across largely identical devices.
709  */
710 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
711 {
712         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
713         unsigned long flags;
714
715         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
716         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
717         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size, NULL);
718         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time), NULL);
719         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
720
721         spin_lock_irqsave(&nonblocking_pool.lock, flags);
722         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, buf, size, NULL);
723         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, &time, sizeof(time), NULL);
724         spin_unlock_irqrestore(&nonblocking_pool.lock, flags);
725 }
726 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
727
728 static struct timer_rand_state input_timer_state;
729
730 /*
731  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
732  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
733  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
734  *
735  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
736  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
737  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
738  *
739  */
740 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
741 {
742         struct {
743                 long jiffies;
744                 unsigned cycles;
745                 unsigned num;
746         } sample;
747         long delta, delta2, delta3;
748
749         preempt_disable();
750         /* if over the trickle threshold, use only 1 in 4096 samples */
751         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) > trickle_thresh &&
752             ((__this_cpu_inc_return(trickle_count) - 1) & 0xfff))
753                 goto out;
754
755         sample.jiffies = jiffies;
756         sample.cycles = random_get_entropy();
757         sample.num = num;
758         mix_pool_bytes(&input_pool, &sample, sizeof(sample), NULL);
759
760         /*
761          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
762          * We take into account the first, second and third-order deltas
763          * in order to make our estimate.
764          */
765
766         if (!state->dont_count_entropy) {
767                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
768                 state->last_time = sample.jiffies;
769
770                 delta2 = delta - state->last_delta;
771                 state->last_delta = delta;
772
773                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
774                 state->last_delta2 = delta2;
775
776                 if (delta < 0)
777                         delta = -delta;
778                 if (delta2 < 0)
779                         delta2 = -delta2;
780                 if (delta3 < 0)
781                         delta3 = -delta3;
782                 if (delta > delta2)
783                         delta = delta2;
784                 if (delta > delta3)
785                         delta = delta3;
786
787                 /*
788                  * delta is now minimum absolute delta.
789                  * Round down by 1 bit on general principles,
790                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
791                  */
792                 credit_entropy_bits(&input_pool,
793                                     min_t(int, fls(delta>>1), 11));
794         }
795 out:
796         preempt_enable();
797 }
798
799 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
800                                  unsigned int value)
801 {
802         static unsigned char last_value;
803
804         /* ignore autorepeat and the like */
805         if (value == last_value)
806                 return;
807
808         DEBUG_ENT("input event\n");
809         last_value = value;
810         add_timer_randomness(&input_timer_state,
811                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
812 }
813 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
814
815 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
816
817 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
818 {
819         struct entropy_store    *r;
820         struct fast_pool        *fast_pool = &__get_cpu_var(irq_randomness);
821         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
822         unsigned long           now = jiffies;
823         __u32                   input[4], cycles = random_get_entropy();
824
825         input[0] = cycles ^ jiffies;
826         input[1] = irq;
827         if (regs) {
828                 __u64 ip = instruction_pointer(regs);
829                 input[2] = ip;
830                 input[3] = ip >> 32;
831         }
832
833         fast_mix(fast_pool, input, sizeof(input));
834
835         if ((fast_pool->count & 1023) &&
836             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
837                 return;
838
839         fast_pool->last = now;
840
841         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
842         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool), NULL);
843         /*
844          * If we don't have a valid cycle counter, and we see
845          * back-to-back timer interrupts, then skip giving credit for
846          * any entropy.
847          */
848         if (cycles == 0) {
849                 if (irq_flags & __IRQF_TIMER) {
850                         if (fast_pool->last_timer_intr)
851                                 return;
852                         fast_pool->last_timer_intr = 1;
853                 } else
854                         fast_pool->last_timer_intr = 0;
855         }
856         credit_entropy_bits(r, 1);
857 }
858
859 #ifdef CONFIG_BLOCK
860 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
861 {
862         if (!disk || !disk->random)
863                 return;
864         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
865         DEBUG_ENT("disk event %d:%d\n",
866                   MAJOR(disk_devt(disk)), MINOR(disk_devt(disk)));
867
868         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
869 }
870 #endif
871
872 /*********************************************************************
873  *
874  * Entropy extraction routines
875  *
876  *********************************************************************/
877
878 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
879                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
880
881 /*
882  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
883  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
884  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
885  */
886 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
887 {
888         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
889
890         if (r->pull &&
891             r->entropy_count < (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) &&
892             r->entropy_count < r->poolinfo->poolfracbits) {
893                 /* If we're limited, always leave two wakeup worth's BITS */
894                 int rsvd = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_thresh/4;
895                 int bytes = nbytes;
896
897                 /* pull at least as many as BYTES as wakeup BITS */
898                 bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_thresh / 8);
899                 /* but never more than the buffer size */
900                 bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
901
902                 DEBUG_ENT("going to reseed %s with %d bits "
903                           "(%zu of %d requested)\n",
904                           r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
905                           r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
906
907                 bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
908                                         random_read_wakeup_thresh / 8, rsvd);
909                 mix_pool_bytes(r, tmp, bytes, NULL);
910                 credit_entropy_bits(r, bytes*8);
911         }
912 }
913
914 /*
915  * These functions extracts randomness from the "entropy pool", and
916  * returns it in a buffer.
917  *
918  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
919  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
920  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
921  * pool after each pull to avoid starving other readers.
922  *
923  * Note: extract_entropy() assumes that .poolwords is a multiple of 16 words.
924  */
925
926 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
927                       int reserved)
928 {
929         unsigned long flags;
930         int wakeup_write = 0;
931         int have_bytes;
932         int entropy_count, orig;
933         size_t ibytes;
934
935         /* Hold lock while accounting */
936         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
937
938         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
939         DEBUG_ENT("trying to extract %zu bits from %s\n",
940                   nbytes * 8, r->name);
941
942         /* Can we pull enough? */
943 retry:
944         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
945         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
946         ibytes = nbytes;
947         if (have_bytes < min + reserved) {
948                 ibytes = 0;
949         } else {
950                 /* If limited, never pull more than available */
951                 if (r->limit && ibytes + reserved >= have_bytes)
952                         ibytes = have_bytes - reserved;
953
954                 if (have_bytes >= ibytes + reserved)
955                         entropy_count -= ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
956                 else
957                         entropy_count = reserved << (ENTROPY_SHIFT + 3);
958
959                 if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
960                         goto retry;
961
962                 if ((r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
963                     < random_write_wakeup_thresh)
964                         wakeup_write = 1;
965         }
966
967         DEBUG_ENT("debiting %zu entropy credits from %s%s\n",
968                   ibytes * 8, r->name, r->limit ? "" : " (unlimited)");
969
970         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
971
972         if (wakeup_write) {
973                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
974                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
975         }
976
977         return ibytes;
978 }
979
980 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
981 {
982         int i;
983         union {
984                 __u32 w[5];
985                 unsigned long l[LONGS(20)];
986         } hash;
987         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
988         __u8 extract[64];
989         unsigned long flags;
990
991         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
992         sha_init(hash.w);
993         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
994         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
995                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
996
997         /*
998          * If we have a architectural hardware random number
999          * generator, mix that in, too.
1000          */
1001         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1002                 unsigned long v;
1003                 if (!arch_get_random_long(&v))
1004                         break;
1005                 hash.l[i] ^= v;
1006         }
1007
1008         /*
1009          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1010          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1011          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1012          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1013          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1014          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1015          * hash.
1016          */
1017         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w), extract);
1018         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1019
1020         /*
1021          * To avoid duplicates, we atomically extract a portion of the
1022          * pool while mixing, and hash one final time.
1023          */
1024         sha_transform(hash.w, extract, workspace);
1025         memset(extract, 0, sizeof(extract));
1026         memset(workspace, 0, sizeof(workspace));
1027
1028         /*
1029          * In case the hash function has some recognizable output
1030          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1031          * twice as much data as we output.
1032          */
1033         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1034         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1035         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1036
1037         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1038         memset(&hash, 0, sizeof(hash));
1039 }
1040
1041 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1042                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1043 {
1044         ssize_t ret = 0, i;
1045         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1046         unsigned long flags;
1047
1048         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1049         if (fips_enabled) {
1050                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1051                 if (!r->last_data_init) {
1052                         r->last_data_init = true;
1053                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1054                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1055                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1056                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1057                         extract_buf(r, tmp);
1058                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1059                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1060                 }
1061                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1062         }
1063
1064         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1065         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1066         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1067
1068         while (nbytes) {
1069                 extract_buf(r, tmp);
1070
1071                 if (fips_enabled) {
1072                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1073                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1074                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1075                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1076                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1077                 }
1078                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1079                 memcpy(buf, tmp, i);
1080                 nbytes -= i;
1081                 buf += i;
1082                 ret += i;
1083         }
1084
1085         /* Wipe data just returned from memory */
1086         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1087
1088         return ret;
1089 }
1090
1091 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1092                                     size_t nbytes)
1093 {
1094         ssize_t ret = 0, i;
1095         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1096
1097         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1098         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1099         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1100
1101         while (nbytes) {
1102                 if (need_resched()) {
1103                         if (signal_pending(current)) {
1104                                 if (ret == 0)
1105                                         ret = -ERESTARTSYS;
1106                                 break;
1107                         }
1108                         schedule();
1109                 }
1110
1111                 extract_buf(r, tmp);
1112                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1113                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1114                         ret = -EFAULT;
1115                         break;
1116                 }
1117
1118                 nbytes -= i;
1119                 buf += i;
1120                 ret += i;
1121         }
1122
1123         /* Wipe data just returned from memory */
1124         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1125
1126         return ret;
1127 }
1128
1129 /*
1130  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1131  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1132  * TCP sequence numbers, etc.  It does not use the hw random number
1133  * generator, if available; use get_random_bytes_arch() for that.
1134  */
1135 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1136 {
1137         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1138         extract_entropy(&nonblocking_pool, buf, nbytes, 0, 0);
1139 }
1140 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1141
1142 /*
1143  * This function will use the architecture-specific hardware random
1144  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1145  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1146  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1147  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1148  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1149  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1150  * have put in a back door.
1151  */
1152 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1153 {
1154         char *p = buf;
1155
1156         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1157         while (nbytes) {
1158                 unsigned long v;
1159                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1160
1161                 if (!arch_get_random_long(&v))
1162                         break;
1163                 
1164                 memcpy(p, &v, chunk);
1165                 p += chunk;
1166                 nbytes -= chunk;
1167         }
1168
1169         if (nbytes)
1170                 extract_entropy(&nonblocking_pool, p, nbytes, 0, 0);
1171 }
1172 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1173
1174
1175 /*
1176  * init_std_data - initialize pool with system data
1177  *
1178  * @r: pool to initialize
1179  *
1180  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1181  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1182  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1183  */
1184 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1185 {
1186         int i;
1187         ktime_t now = ktime_get_real();
1188         unsigned long rv;
1189
1190         r->entropy_count = 0;
1191         r->entropy_total = 0;
1192         r->last_data_init = false;
1193         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now), NULL);
1194         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1195                 if (!arch_get_random_long(&rv))
1196                         break;
1197                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv), NULL);
1198         }
1199         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())), NULL);
1200 }
1201
1202 /*
1203  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1204  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1205  * with some platform dependent data very early in the boot
1206  * process. But it limits our options here. We must use
1207  * statically allocated structures that already have all
1208  * initializations complete at compile time. We should also
1209  * take care not to overwrite the precious per platform data
1210  * we were given.
1211  */
1212 static int rand_initialize(void)
1213 {
1214         init_std_data(&input_pool);
1215         init_std_data(&blocking_pool);
1216         init_std_data(&nonblocking_pool);
1217         return 0;
1218 }
1219 module_init(rand_initialize);
1220
1221 #ifdef CONFIG_BLOCK
1222 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1223 {
1224         struct timer_rand_state *state;
1225
1226         /*
1227          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1228          * source.
1229          */
1230         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1231         if (state)
1232                 disk->random = state;
1233 }
1234 #endif
1235
1236 static ssize_t
1237 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1238 {
1239         ssize_t n, retval = 0, count = 0;
1240
1241         if (nbytes == 0)
1242                 return 0;
1243
1244         while (nbytes > 0) {
1245                 n = nbytes;
1246                 if (n > SEC_XFER_SIZE)
1247                         n = SEC_XFER_SIZE;
1248
1249                 DEBUG_ENT("reading %zu bits\n", n*8);
1250
1251                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, n);
1252
1253                 if (n < 0) {
1254                         retval = n;
1255                         break;
1256                 }
1257
1258                 DEBUG_ENT("read got %zd bits (%zd still needed)\n",
1259                           n*8, (nbytes-n)*8);
1260
1261                 if (n == 0) {
1262                         if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
1263                                 retval = -EAGAIN;
1264                                 break;
1265                         }
1266
1267                         DEBUG_ENT("sleeping?\n");
1268
1269                         wait_event_interruptible(random_read_wait,
1270                                 ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1271                                 random_read_wakeup_thresh);
1272
1273                         DEBUG_ENT("awake\n");
1274
1275                         if (signal_pending(current)) {
1276                                 retval = -ERESTARTSYS;
1277                                 break;
1278                         }
1279
1280                         continue;
1281                 }
1282
1283                 count += n;
1284                 buf += n;
1285                 nbytes -= n;
1286                 break;          /* This break makes the device work */
1287                                 /* like a named pipe */
1288         }
1289
1290         return (count ? count : retval);
1291 }
1292
1293 static ssize_t
1294 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1295 {
1296         return extract_entropy_user(&nonblocking_pool, buf, nbytes);
1297 }
1298
1299 static unsigned int
1300 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1301 {
1302         unsigned int mask;
1303
1304         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1305         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1306         mask = 0;
1307         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_thresh)
1308                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1309         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_thresh)
1310                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1311         return mask;
1312 }
1313
1314 static int
1315 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1316 {
1317         size_t bytes;
1318         __u32 buf[16];
1319         const char __user *p = buffer;
1320
1321         while (count > 0) {
1322                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1323                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1324                         return -EFAULT;
1325
1326                 count -= bytes;
1327                 p += bytes;
1328
1329                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes, NULL);
1330                 cond_resched();
1331         }
1332
1333         return 0;
1334 }
1335
1336 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1337                             size_t count, loff_t *ppos)
1338 {
1339         size_t ret;
1340
1341         ret = write_pool(&blocking_pool, buffer, count);
1342         if (ret)
1343                 return ret;
1344         ret = write_pool(&nonblocking_pool, buffer, count);
1345         if (ret)
1346                 return ret;
1347
1348         return (ssize_t)count;
1349 }
1350
1351 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1352 {
1353         int size, ent_count;
1354         int __user *p = (int __user *)arg;
1355         int retval;
1356
1357         switch (cmd) {
1358         case RNDGETENTCNT:
1359                 /* inherently racy, no point locking */
1360                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1361                 if (put_user(ent_count, p))
1362                         return -EFAULT;
1363                 return 0;
1364         case RNDADDTOENTCNT:
1365                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1366                         return -EPERM;
1367                 if (get_user(ent_count, p))
1368                         return -EFAULT;
1369                 credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1370                 return 0;
1371         case RNDADDENTROPY:
1372                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1373                         return -EPERM;
1374                 if (get_user(ent_count, p++))
1375                         return -EFAULT;
1376                 if (ent_count < 0)
1377                         return -EINVAL;
1378                 if (get_user(size, p++))
1379                         return -EFAULT;
1380                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1381                                     size);
1382                 if (retval < 0)
1383                         return retval;
1384                 credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1385                 return 0;
1386         case RNDZAPENTCNT:
1387         case RNDCLEARPOOL:
1388                 /* Clear the entropy pool counters. */
1389                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1390                         return -EPERM;
1391                 rand_initialize();
1392                 return 0;
1393         default:
1394                 return -EINVAL;
1395         }
1396 }
1397
1398 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1399 {
1400         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1401 }
1402
1403 const struct file_operations random_fops = {
1404         .read  = random_read,
1405         .write = random_write,
1406         .poll  = random_poll,
1407         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1408         .fasync = random_fasync,
1409         .llseek = noop_llseek,
1410 };
1411
1412 const struct file_operations urandom_fops = {
1413         .read  = urandom_read,
1414         .write = random_write,
1415         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1416         .fasync = random_fasync,
1417         .llseek = noop_llseek,
1418 };
1419
1420 /***************************************************************
1421  * Random UUID interface
1422  *
1423  * Used here for a Boot ID, but can be useful for other kernel
1424  * drivers.
1425  ***************************************************************/
1426
1427 /*
1428  * Generate random UUID
1429  */
1430 void generate_random_uuid(unsigned char uuid_out[16])
1431 {
1432         get_random_bytes(uuid_out, 16);
1433         /* Set UUID version to 4 --- truly random generation */
1434         uuid_out[6] = (uuid_out[6] & 0x0F) | 0x40;
1435         /* Set the UUID variant to DCE */
1436         uuid_out[8] = (uuid_out[8] & 0x3F) | 0x80;
1437 }
1438 EXPORT_SYMBOL(generate_random_uuid);
1439
1440 /********************************************************************
1441  *
1442  * Sysctl interface
1443  *
1444  ********************************************************************/
1445
1446 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1447
1448 #include <linux/sysctl.h>
1449
1450 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1451 static int max_read_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1452 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1453 static char sysctl_bootid[16];
1454
1455 /*
1456  * These functions is used to return both the bootid UUID, and random
1457  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1458  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1459  *
1460  * If the user accesses this via the proc interface, it will be returned
1461  * as an ASCII string in the standard UUID format.  If accesses via the
1462  * sysctl system call, it is returned as 16 bytes of binary data.
1463  */
1464 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1465                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1466 {
1467         struct ctl_table fake_table;
1468         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1469
1470         uuid = table->data;
1471         if (!uuid) {
1472                 uuid = tmp_uuid;
1473                 generate_random_uuid(uuid);
1474         } else {
1475                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1476
1477                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1478                 if (!uuid[8])
1479                         generate_random_uuid(uuid);
1480                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1481         }
1482
1483         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1484
1485         fake_table.data = buf;
1486         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1487
1488         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1489 }
1490
1491 /*
1492  * Return entropy available scaled to integral bits
1493  */
1494 static int proc_do_entropy(ctl_table *table, int write,
1495                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1496 {
1497         ctl_table fake_table;
1498         int entropy_count;
1499
1500         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1501
1502         fake_table.data = &entropy_count;
1503         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1504
1505         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1506 }
1507
1508 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1509 extern struct ctl_table random_table[];
1510 struct ctl_table random_table[] = {
1511         {
1512                 .procname       = "poolsize",
1513                 .data           = &sysctl_poolsize,
1514                 .maxlen         = sizeof(int),
1515                 .mode           = 0444,
1516                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1517         },
1518         {
1519                 .procname       = "entropy_avail",
1520                 .maxlen         = sizeof(int),
1521                 .mode           = 0444,
1522                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
1523                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1524         },
1525         {
1526                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1527                 .data           = &random_read_wakeup_thresh,
1528                 .maxlen         = sizeof(int),
1529                 .mode           = 0644,
1530                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1531                 .extra1         = &min_read_thresh,
1532                 .extra2         = &max_read_thresh,
1533         },
1534         {
1535                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1536                 .data           = &random_write_wakeup_thresh,
1537                 .maxlen         = sizeof(int),
1538                 .mode           = 0644,
1539                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1540                 .extra1         = &min_write_thresh,
1541                 .extra2         = &max_write_thresh,
1542         },
1543         {
1544                 .procname       = "boot_id",
1545                 .data           = &sysctl_bootid,
1546                 .maxlen         = 16,
1547                 .mode           = 0444,
1548                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1549         },
1550         {
1551                 .procname       = "uuid",
1552                 .maxlen         = 16,
1553                 .mode           = 0444,
1554                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1555         },
1556         { }
1557 };
1558 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
1559
1560 static u32 random_int_secret[MD5_MESSAGE_BYTES / 4] ____cacheline_aligned;
1561
1562 int random_int_secret_init(void)
1563 {
1564         get_random_bytes(random_int_secret, sizeof(random_int_secret));
1565         return 0;
1566 }
1567
1568 /*
1569  * Get a random word for internal kernel use only. Similar to urandom but
1570  * with the goal of minimal entropy pool depletion. As a result, the random
1571  * value is not cryptographically secure but for several uses the cost of
1572  * depleting entropy is too high
1573  */
1574 static DEFINE_PER_CPU(__u32 [MD5_DIGEST_WORDS], get_random_int_hash);
1575 unsigned int get_random_int(void)
1576 {
1577         __u32 *hash;
1578         unsigned int ret;
1579
1580         if (arch_get_random_int(&ret))
1581                 return ret;
1582
1583         hash = get_cpu_var(get_random_int_hash);
1584
1585         hash[0] += current->pid + jiffies + random_get_entropy();
1586         md5_transform(hash, random_int_secret);
1587         ret = hash[0];
1588         put_cpu_var(get_random_int_hash);
1589
1590         return ret;
1591 }
1592 EXPORT_SYMBOL(get_random_int);
1593
1594 /*
1595  * randomize_range() returns a start address such that
1596  *
1597  *    [...... <range> .....]
1598  *  start                  end
1599  *
1600  * a <range> with size "len" starting at the return value is inside in the
1601  * area defined by [start, end], but is otherwise randomized.
1602  */
1603 unsigned long
1604 randomize_range(unsigned long start, unsigned long end, unsigned long len)
1605 {
1606         unsigned long range = end - len - start;
1607
1608         if (end <= start + len)
1609                 return 0;
1610         return PAGE_ALIGN(get_random_int() % range + start);
1611 }