]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - drivers/char/random.c
74eeec58e7797fec50170829b4139063076f584e
[~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  * The minimum number of seconds between urandom pool resending.  We
311  * do this to limit the amount of entropy that can be drained from the
312  * input pool even if there are heavy demands on /dev/urandom.
313  */
314 static int random_min_urandom_seed = 60;
315
316 /*
317  * When the input pool goes over trickle_thresh, start dropping most
318  * samples to avoid wasting CPU time and reduce lock contention.
319  */
320 static const int trickle_thresh = (INPUT_POOL_WORDS * 28) << ENTROPY_SHIFT;
321
322 static DEFINE_PER_CPU(int, trickle_count);
323
324 /*
325  * A pool of size .poolwords is stirred with a primitive polynomial
326  * of degree .poolwords over GF(2).  The taps for various sizes are
327  * defined below.  They are chosen to be evenly spaced (minimum RMS
328  * distance from evenly spaced; the numbers in the comments are a
329  * scaled squared error sum) except for the last tap, which is 1 to
330  * get the twisting happening as fast as possible.
331  */
332
333 static struct poolinfo {
334         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
335 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
336         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
337 } poolinfo_table[] = {
338         /* x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 -- 105 */
339         { S(128),       103,    76,     51,     25,     1 },
340         /* x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 -- 15 */
341         { S(32),        26,     20,     14,     7,      1 },
342 #if 0
343         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
344         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
345
346         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
347         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
348
349         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
350         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
351
352         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
353         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
354
355         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
356         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
357         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
358         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
359
360         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
361         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
362
363         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
364         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
365
366         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
367         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
368 #endif
369 };
370
371 /*
372  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
373  * well to make a twisted Generalized Feedback Shift Reigster
374  *
375  * (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR generators.  ACM
376  * Transactions on Modeling and Computer Simulation 2(3):179-194.
377  * Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted GFSR generators
378  * II.  ACM Transactions on Mdeling and Computer Simulation 4:254-266)
379  *
380  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
381  *
382  * We have not analyzed the resultant polynomial to prove it primitive;
383  * in fact it almost certainly isn't.  Nonetheless, the irreducible factors
384  * of a random large-degree polynomial over GF(2) are more than large enough
385  * that periodicity is not a concern.
386  *
387  * The input hash is much less sensitive than the output hash.  All
388  * that we want of it is that it be a good non-cryptographic hash;
389  * i.e. it not produce collisions when fed "random" data of the sort
390  * we expect to see.  As long as the pool state differs for different
391  * inputs, we have preserved the input entropy and done a good job.
392  * The fact that an intelligent attacker can construct inputs that
393  * will produce controlled alterations to the pool's state is not
394  * important because we don't consider such inputs to contribute any
395  * randomness.  The only property we need with respect to them is that
396  * the attacker can't increase his/her knowledge of the pool's state.
397  * Since all additions are reversible (knowing the final state and the
398  * input, you can reconstruct the initial state), if an attacker has
399  * any uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle
400  * that uncertainty about, but never cause any collisions (which would
401  * decrease the uncertainty).
402  *
403  * The chosen system lets the state of the pool be (essentially) the input
404  * modulo the generator polymnomial.  Now, for random primitive polynomials,
405  * this is a universal class of hash functions, meaning that the chance
406  * of a collision is limited by the attacker's knowledge of the generator
407  * polynomail, so if it is chosen at random, an attacker can never force
408  * a collision.  Here, we use a fixed polynomial, but we *can* assume that
409  * ###--> it is unknown to the processes generating the input entropy. <-###
410  * Because of this important property, this is a good, collision-resistant
411  * hash; hash collisions will occur no more often than chance.
412  */
413
414 /*
415  * Static global variables
416  */
417 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
418 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
419 static struct fasync_struct *fasync;
420
421 static bool debug;
422 module_param(debug, bool, 0644);
423 #define DEBUG_ENT(fmt, arg...) do { \
424         if (debug) \
425                 printk(KERN_DEBUG "random %04d %04d %04d: " \
426                 fmt,\
427                 input_pool.entropy_count,\
428                 blocking_pool.entropy_count,\
429                 nonblocking_pool.entropy_count,\
430                 ## arg); } while (0)
431
432 /**********************************************************************
433  *
434  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
435  * storing entropy in an entropy pool.
436  *
437  **********************************************************************/
438
439 struct entropy_store;
440 struct entropy_store {
441         /* read-only data: */
442         const struct poolinfo *poolinfo;
443         __u32 *pool;
444         const char *name;
445         struct entropy_store *pull;
446
447         /* read-write data: */
448         unsigned long last_pulled;
449         spinlock_t lock;
450         unsigned short add_ptr;
451         unsigned short input_rotate;
452         int entropy_count;
453         int entropy_total;
454         unsigned int initialized:1;
455         unsigned int limit:1;
456         unsigned int last_data_init:1;
457         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
458 };
459
460 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS];
461 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
462 static __u32 nonblocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
463
464 static struct entropy_store input_pool = {
465         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
466         .name = "input",
467         .limit = 1,
468         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
469         .pool = input_pool_data
470 };
471
472 static struct entropy_store blocking_pool = {
473         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
474         .name = "blocking",
475         .limit = 1,
476         .pull = &input_pool,
477         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
478         .pool = blocking_pool_data
479 };
480
481 static struct entropy_store nonblocking_pool = {
482         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
483         .name = "nonblocking",
484         .pull = &input_pool,
485         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(nonblocking_pool.lock),
486         .pool = nonblocking_pool_data
487 };
488
489 static __u32 const twist_table[8] = {
490         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
491         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
492
493 /*
494  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
495  * update the entropy estimate.  The caller should call
496  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
497  *
498  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
499  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
500  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
501  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
502  */
503 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
504                             int nbytes, __u8 out[64])
505 {
506         unsigned long i, j, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
507         int input_rotate;
508         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
509         const char *bytes = in;
510         __u32 w;
511
512         tap1 = r->poolinfo->tap1;
513         tap2 = r->poolinfo->tap2;
514         tap3 = r->poolinfo->tap3;
515         tap4 = r->poolinfo->tap4;
516         tap5 = r->poolinfo->tap5;
517
518         smp_rmb();
519         input_rotate = ACCESS_ONCE(r->input_rotate);
520         i = ACCESS_ONCE(r->add_ptr);
521
522         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
523         while (nbytes--) {
524                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
525                 i = (i - 1) & wordmask;
526
527                 /* XOR in the various taps */
528                 w ^= r->pool[i];
529                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
530                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
531                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
532                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
533                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
534
535                 /* Mix the result back in with a twist */
536                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
537
538                 /*
539                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
540                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
541                  * rotation, so that successive passes spread the
542                  * input bits across the pool evenly.
543                  */
544                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
545         }
546
547         ACCESS_ONCE(r->input_rotate) = input_rotate;
548         ACCESS_ONCE(r->add_ptr) = i;
549         smp_wmb();
550
551         if (out)
552                 for (j = 0; j < 16; j++)
553                         ((__u32 *)out)[j] = r->pool[(i - j) & wordmask];
554 }
555
556 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
557                              int nbytes, __u8 out[64])
558 {
559         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
560         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes, out);
561 }
562
563 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
564                            int nbytes, __u8 out[64])
565 {
566         unsigned long flags;
567
568         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
569         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
570         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes, out);
571         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
572 }
573
574 struct fast_pool {
575         __u32           pool[4];
576         unsigned long   last;
577         unsigned short  count;
578         unsigned char   rotate;
579         unsigned char   last_timer_intr;
580 };
581
582 /*
583  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
584  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
585  * locks that might be needed are taken by the caller.
586  */
587 static void fast_mix(struct fast_pool *f, __u32 input[4])
588 {
589         __u32           w;
590         unsigned        input_rotate = f->rotate;
591
592         w = rol32(input[0], input_rotate) ^ f->pool[0] ^ f->pool[3];
593         f->pool[0] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
594         input_rotate = (input_rotate + 14) & 31;
595         w = rol32(input[1], input_rotate) ^ f->pool[1] ^ f->pool[0];
596         f->pool[1] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
597         input_rotate = (input_rotate + 7) & 31;
598         w = rol32(input[2], input_rotate) ^ f->pool[2] ^ f->pool[1];
599         f->pool[2] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
600         input_rotate = (input_rotate + 7) & 31;
601         w = rol32(input[3], input_rotate) ^ f->pool[3] ^ f->pool[2];
602         f->pool[3] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
603         input_rotate = (input_rotate + 7) & 31;
604
605         f->rotate = input_rotate;
606         f->count++;
607 }
608
609 /*
610  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
611  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
612  * or otherwise should be checked for extreme values.
613  */
614 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
615 {
616         int entropy_count, orig;
617         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
618         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
619
620         if (!nbits)
621                 return;
622
623         DEBUG_ENT("added %d entropy credits to %s\n", nbits, r->name);
624 retry:
625         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
626         if (nfrac < 0) {
627                 /* Debit */
628                 entropy_count += nfrac;
629         } else {
630                 /*
631                  * Credit: we have to account for the possibility of
632                  * overwriting already present entropy.  Even in the
633                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
634                  * approach the full value asymptotically:
635                  *
636                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
637                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
638                  *
639                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
640                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
641                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
642                  * so we can approximate the exponential with
643                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
644                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
645                  *
646                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
647                  * prevent rounding artifacts from making the loop
648                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
649                  * turns no matter how large nbits is.
650                  */
651                 int pnfrac = nfrac;
652                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
653                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
654
655                 do {
656                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
657                         unsigned int add =
658                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
659
660                         entropy_count += add;
661                         pnfrac -= anfrac;
662                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
663         }
664
665         if (entropy_count < 0) {
666                 DEBUG_ENT("negative entropy/overflow\n");
667                 entropy_count = 0;
668         } else if (entropy_count > pool_size)
669                 entropy_count = pool_size;
670         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
671                 goto retry;
672
673         if (!r->initialized && nbits > 0) {
674                 r->entropy_total += nbits;
675                 if (r->entropy_total > 128)
676                         r->initialized = 1;
677         }
678
679         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
680                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
681                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
682
683         /* should we wake readers? */
684         if (r == &input_pool &&
685             (entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) >= random_read_wakeup_thresh) {
686                 wake_up_interruptible(&random_read_wait);
687                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
688         }
689 }
690
691 static void credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
692 {
693         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
694
695         /* Cap the value to avoid overflows */
696         nbits = min(nbits,  nbits_max);
697         nbits = max(nbits, -nbits_max);
698
699         credit_entropy_bits(r, nbits);
700 }
701
702 /*********************************************************************
703  *
704  * Entropy input management
705  *
706  *********************************************************************/
707
708 /* There is one of these per entropy source */
709 struct timer_rand_state {
710         cycles_t last_time;
711         long last_delta, last_delta2;
712         unsigned dont_count_entropy:1;
713 };
714
715 /*
716  * Add device- or boot-specific data to the input and nonblocking
717  * pools to help initialize them to unique values.
718  *
719  * None of this adds any entropy, it is meant to avoid the
720  * problem of the nonblocking pool having similar initial state
721  * across largely identical devices.
722  */
723 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
724 {
725         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
726         unsigned long flags;
727
728         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
729         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
730         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size, NULL);
731         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time), NULL);
732         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
733
734         spin_lock_irqsave(&nonblocking_pool.lock, flags);
735         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, buf, size, NULL);
736         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, &time, sizeof(time), NULL);
737         spin_unlock_irqrestore(&nonblocking_pool.lock, flags);
738 }
739 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
740
741 static struct timer_rand_state input_timer_state;
742
743 /*
744  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
745  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
746  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
747  *
748  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
749  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
750  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
751  *
752  */
753 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
754 {
755         struct {
756                 long jiffies;
757                 unsigned cycles;
758                 unsigned num;
759         } sample;
760         long delta, delta2, delta3;
761
762         preempt_disable();
763         /* if over the trickle threshold, use only 1 in 4096 samples */
764         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) > trickle_thresh &&
765             ((__this_cpu_inc_return(trickle_count) - 1) & 0xfff))
766                 goto out;
767
768         sample.jiffies = jiffies;
769         sample.cycles = random_get_entropy();
770         sample.num = num;
771         mix_pool_bytes(&input_pool, &sample, sizeof(sample), NULL);
772
773         /*
774          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
775          * We take into account the first, second and third-order deltas
776          * in order to make our estimate.
777          */
778
779         if (!state->dont_count_entropy) {
780                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
781                 state->last_time = sample.jiffies;
782
783                 delta2 = delta - state->last_delta;
784                 state->last_delta = delta;
785
786                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
787                 state->last_delta2 = delta2;
788
789                 if (delta < 0)
790                         delta = -delta;
791                 if (delta2 < 0)
792                         delta2 = -delta2;
793                 if (delta3 < 0)
794                         delta3 = -delta3;
795                 if (delta > delta2)
796                         delta = delta2;
797                 if (delta > delta3)
798                         delta = delta3;
799
800                 /*
801                  * delta is now minimum absolute delta.
802                  * Round down by 1 bit on general principles,
803                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
804                  */
805                 credit_entropy_bits(&input_pool,
806                                     min_t(int, fls(delta>>1), 11));
807         }
808 out:
809         preempt_enable();
810 }
811
812 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
813                                  unsigned int value)
814 {
815         static unsigned char last_value;
816
817         /* ignore autorepeat and the like */
818         if (value == last_value)
819                 return;
820
821         DEBUG_ENT("input event\n");
822         last_value = value;
823         add_timer_randomness(&input_timer_state,
824                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
825 }
826 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
827
828 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
829
830 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
831 {
832         struct entropy_store    *r;
833         struct fast_pool        *fast_pool = &__get_cpu_var(irq_randomness);
834         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
835         unsigned long           now = jiffies;
836         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
837         __u32                   input[4], c_high, j_high;
838         __u64                   ip;
839
840         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
841         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
842         input[0] = cycles ^ j_high ^ irq;
843         input[1] = now ^ c_high;
844         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
845         input[2] = ip;
846         input[3] = ip >> 32;
847
848         fast_mix(fast_pool, input);
849
850         if ((fast_pool->count & 63) && !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
851                 return;
852
853         fast_pool->last = now;
854
855         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
856         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool), NULL);
857         /*
858          * If we don't have a valid cycle counter, and we see
859          * back-to-back timer interrupts, then skip giving credit for
860          * any entropy.
861          */
862         if (cycles == 0) {
863                 if (irq_flags & __IRQF_TIMER) {
864                         if (fast_pool->last_timer_intr)
865                                 return;
866                         fast_pool->last_timer_intr = 1;
867                 } else
868                         fast_pool->last_timer_intr = 0;
869         }
870         credit_entropy_bits(r, 1);
871 }
872
873 #ifdef CONFIG_BLOCK
874 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
875 {
876         if (!disk || !disk->random)
877                 return;
878         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
879         DEBUG_ENT("disk event %d:%d\n",
880                   MAJOR(disk_devt(disk)), MINOR(disk_devt(disk)));
881
882         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
883 }
884 #endif
885
886 /*********************************************************************
887  *
888  * Entropy extraction routines
889  *
890  *********************************************************************/
891
892 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
893                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
894
895 /*
896  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
897  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
898  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
899  */
900 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
901 {
902         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
903
904         if (r->limit == 0 && random_min_urandom_seed) {
905                 unsigned long now = jiffies;
906
907                 if (time_before(now,
908                                 r->last_pulled + random_min_urandom_seed * HZ))
909                         return;
910                 r->last_pulled = now;
911         }
912         if (r->pull &&
913             r->entropy_count < (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) &&
914             r->entropy_count < r->poolinfo->poolfracbits) {
915                 /* If we're limited, always leave two wakeup worth's BITS */
916                 int rsvd = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_thresh/4;
917                 int bytes = nbytes;
918
919                 /* pull at least as many as BYTES as wakeup BITS */
920                 bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_thresh / 8);
921                 /* but never more than the buffer size */
922                 bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
923
924                 DEBUG_ENT("going to reseed %s with %d bits "
925                           "(%zu of %d requested)\n",
926                           r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
927                           r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
928
929                 bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
930                                         random_read_wakeup_thresh / 8, rsvd);
931                 mix_pool_bytes(r, tmp, bytes, NULL);
932                 credit_entropy_bits(r, bytes*8);
933         }
934 }
935
936 /*
937  * These functions extracts randomness from the "entropy pool", and
938  * returns it in a buffer.
939  *
940  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
941  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
942  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
943  * pool after each pull to avoid starving other readers.
944  *
945  * Note: extract_entropy() assumes that .poolwords is a multiple of 16 words.
946  */
947
948 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
949                       int reserved)
950 {
951         unsigned long flags;
952         int wakeup_write = 0;
953         int have_bytes;
954         int entropy_count, orig;
955         size_t ibytes;
956
957         /* Hold lock while accounting */
958         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
959
960         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
961         DEBUG_ENT("trying to extract %zu bits from %s\n",
962                   nbytes * 8, r->name);
963
964         /* Can we pull enough? */
965 retry:
966         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
967         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
968         ibytes = nbytes;
969         if (have_bytes < min + reserved) {
970                 ibytes = 0;
971         } else {
972                 /* If limited, never pull more than available */
973                 if (r->limit && ibytes + reserved >= have_bytes)
974                         ibytes = have_bytes - reserved;
975
976                 if (have_bytes >= ibytes + reserved)
977                         entropy_count -= ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
978                 else
979                         entropy_count = reserved << (ENTROPY_SHIFT + 3);
980
981                 if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
982                         goto retry;
983
984                 if ((r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
985                     < random_write_wakeup_thresh)
986                         wakeup_write = 1;
987         }
988
989         DEBUG_ENT("debiting %zu entropy credits from %s%s\n",
990                   ibytes * 8, r->name, r->limit ? "" : " (unlimited)");
991
992         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
993
994         if (wakeup_write) {
995                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
996                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
997         }
998
999         return ibytes;
1000 }
1001
1002 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1003 {
1004         int i;
1005         union {
1006                 __u32 w[5];
1007                 unsigned long l[LONGS(20)];
1008         } hash;
1009         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1010         __u8 extract[64];
1011         unsigned long flags;
1012
1013         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1014         sha_init(hash.w);
1015         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1016         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1017                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1018
1019         /*
1020          * If we have a architectural hardware random number
1021          * generator, mix that in, too.
1022          */
1023         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1024                 unsigned long v;
1025                 if (!arch_get_random_long(&v))
1026                         break;
1027                 hash.l[i] ^= v;
1028         }
1029
1030         /*
1031          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1032          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1033          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1034          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1035          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1036          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1037          * hash.
1038          */
1039         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w), extract);
1040         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1041
1042         /*
1043          * To avoid duplicates, we atomically extract a portion of the
1044          * pool while mixing, and hash one final time.
1045          */
1046         sha_transform(hash.w, extract, workspace);
1047         memset(extract, 0, sizeof(extract));
1048         memset(workspace, 0, sizeof(workspace));
1049
1050         /*
1051          * In case the hash function has some recognizable output
1052          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1053          * twice as much data as we output.
1054          */
1055         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1056         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1057         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1058
1059         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1060         memset(&hash, 0, sizeof(hash));
1061 }
1062
1063 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1064                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1065 {
1066         ssize_t ret = 0, i;
1067         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1068         unsigned long flags;
1069
1070         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1071         if (fips_enabled) {
1072                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1073                 if (!r->last_data_init) {
1074                         r->last_data_init = 1;
1075                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1076                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1077                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1078                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1079                         extract_buf(r, tmp);
1080                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1081                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1082                 }
1083                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1084         }
1085
1086         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1087         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1088         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1089
1090         while (nbytes) {
1091                 extract_buf(r, tmp);
1092
1093                 if (fips_enabled) {
1094                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1095                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1096                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1097                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1098                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1099                 }
1100                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1101                 memcpy(buf, tmp, i);
1102                 nbytes -= i;
1103                 buf += i;
1104                 ret += i;
1105         }
1106
1107         /* Wipe data just returned from memory */
1108         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1109
1110         return ret;
1111 }
1112
1113 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1114                                     size_t nbytes)
1115 {
1116         ssize_t ret = 0, i;
1117         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1118
1119         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1120         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1121         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1122
1123         while (nbytes) {
1124                 if (need_resched()) {
1125                         if (signal_pending(current)) {
1126                                 if (ret == 0)
1127                                         ret = -ERESTARTSYS;
1128                                 break;
1129                         }
1130                         schedule();
1131                 }
1132
1133                 extract_buf(r, tmp);
1134                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1135                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1136                         ret = -EFAULT;
1137                         break;
1138                 }
1139
1140                 nbytes -= i;
1141                 buf += i;
1142                 ret += i;
1143         }
1144
1145         /* Wipe data just returned from memory */
1146         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1147
1148         return ret;
1149 }
1150
1151 /*
1152  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1153  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1154  * TCP sequence numbers, etc.  It does not use the hw random number
1155  * generator, if available; use get_random_bytes_arch() for that.
1156  */
1157 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1158 {
1159         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1160         extract_entropy(&nonblocking_pool, buf, nbytes, 0, 0);
1161 }
1162 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1163
1164 /*
1165  * This function will use the architecture-specific hardware random
1166  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1167  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1168  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1169  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1170  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1171  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1172  * have put in a back door.
1173  */
1174 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1175 {
1176         char *p = buf;
1177
1178         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1179         while (nbytes) {
1180                 unsigned long v;
1181                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1182
1183                 if (!arch_get_random_long(&v))
1184                         break;
1185                 
1186                 memcpy(p, &v, chunk);
1187                 p += chunk;
1188                 nbytes -= chunk;
1189         }
1190
1191         if (nbytes)
1192                 extract_entropy(&nonblocking_pool, p, nbytes, 0, 0);
1193 }
1194 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1195
1196
1197 /*
1198  * init_std_data - initialize pool with system data
1199  *
1200  * @r: pool to initialize
1201  *
1202  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1203  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1204  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1205  */
1206 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1207 {
1208         int i;
1209         ktime_t now = ktime_get_real();
1210         unsigned long rv;
1211
1212         r->entropy_count = 0;
1213         r->entropy_total = 0;
1214         r->last_data_init = 0;
1215         r->last_pulled = jiffies;
1216         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now), NULL);
1217         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1218                 if (!arch_get_random_long(&rv))
1219                         break;
1220                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv), NULL);
1221         }
1222         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())), NULL);
1223 }
1224
1225 /*
1226  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1227  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1228  * with some platform dependent data very early in the boot
1229  * process. But it limits our options here. We must use
1230  * statically allocated structures that already have all
1231  * initializations complete at compile time. We should also
1232  * take care not to overwrite the precious per platform data
1233  * we were given.
1234  */
1235 static int rand_initialize(void)
1236 {
1237         init_std_data(&input_pool);
1238         init_std_data(&blocking_pool);
1239         init_std_data(&nonblocking_pool);
1240         return 0;
1241 }
1242 module_init(rand_initialize);
1243
1244 #ifdef CONFIG_BLOCK
1245 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1246 {
1247         struct timer_rand_state *state;
1248
1249         /*
1250          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1251          * source.
1252          */
1253         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1254         if (state)
1255                 disk->random = state;
1256 }
1257 #endif
1258
1259 static ssize_t
1260 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1261 {
1262         ssize_t n, retval = 0, count = 0;
1263
1264         if (nbytes == 0)
1265                 return 0;
1266
1267         while (nbytes > 0) {
1268                 n = nbytes;
1269                 if (n > SEC_XFER_SIZE)
1270                         n = SEC_XFER_SIZE;
1271
1272                 DEBUG_ENT("reading %zu bits\n", n*8);
1273
1274                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, n);
1275
1276                 if (n < 0) {
1277                         retval = n;
1278                         break;
1279                 }
1280
1281                 DEBUG_ENT("read got %zd bits (%zd still needed)\n",
1282                           n*8, (nbytes-n)*8);
1283
1284                 if (n == 0) {
1285                         if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
1286                                 retval = -EAGAIN;
1287                                 break;
1288                         }
1289
1290                         DEBUG_ENT("sleeping?\n");
1291
1292                         wait_event_interruptible(random_read_wait,
1293                                 ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1294                                 random_read_wakeup_thresh);
1295
1296                         DEBUG_ENT("awake\n");
1297
1298                         if (signal_pending(current)) {
1299                                 retval = -ERESTARTSYS;
1300                                 break;
1301                         }
1302
1303                         continue;
1304                 }
1305
1306                 count += n;
1307                 buf += n;
1308                 nbytes -= n;
1309                 break;          /* This break makes the device work */
1310                                 /* like a named pipe */
1311         }
1312
1313         return (count ? count : retval);
1314 }
1315
1316 static ssize_t
1317 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1318 {
1319         return extract_entropy_user(&nonblocking_pool, buf, nbytes);
1320 }
1321
1322 static unsigned int
1323 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1324 {
1325         unsigned int mask;
1326
1327         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1328         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1329         mask = 0;
1330         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_thresh)
1331                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1332         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_thresh)
1333                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1334         return mask;
1335 }
1336
1337 static int
1338 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1339 {
1340         size_t bytes;
1341         __u32 buf[16];
1342         const char __user *p = buffer;
1343
1344         while (count > 0) {
1345                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1346                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1347                         return -EFAULT;
1348
1349                 count -= bytes;
1350                 p += bytes;
1351
1352                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes, NULL);
1353                 cond_resched();
1354         }
1355
1356         return 0;
1357 }
1358
1359 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1360                             size_t count, loff_t *ppos)
1361 {
1362         size_t ret;
1363
1364         ret = write_pool(&blocking_pool, buffer, count);
1365         if (ret)
1366                 return ret;
1367         ret = write_pool(&nonblocking_pool, buffer, count);
1368         if (ret)
1369                 return ret;
1370
1371         return (ssize_t)count;
1372 }
1373
1374 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1375 {
1376         int size, ent_count;
1377         int __user *p = (int __user *)arg;
1378         int retval;
1379
1380         switch (cmd) {
1381         case RNDGETENTCNT:
1382                 /* inherently racy, no point locking */
1383                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1384                 if (put_user(ent_count, p))
1385                         return -EFAULT;
1386                 return 0;
1387         case RNDADDTOENTCNT:
1388                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1389                         return -EPERM;
1390                 if (get_user(ent_count, p))
1391                         return -EFAULT;
1392                 credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1393                 return 0;
1394         case RNDADDENTROPY:
1395                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1396                         return -EPERM;
1397                 if (get_user(ent_count, p++))
1398                         return -EFAULT;
1399                 if (ent_count < 0)
1400                         return -EINVAL;
1401                 if (get_user(size, p++))
1402                         return -EFAULT;
1403                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1404                                     size);
1405                 if (retval < 0)
1406                         return retval;
1407                 credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1408                 return 0;
1409         case RNDZAPENTCNT:
1410         case RNDCLEARPOOL:
1411                 /* Clear the entropy pool counters. */
1412                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1413                         return -EPERM;
1414                 rand_initialize();
1415                 return 0;
1416         default:
1417                 return -EINVAL;
1418         }
1419 }
1420
1421 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1422 {
1423         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1424 }
1425
1426 const struct file_operations random_fops = {
1427         .read  = random_read,
1428         .write = random_write,
1429         .poll  = random_poll,
1430         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1431         .fasync = random_fasync,
1432         .llseek = noop_llseek,
1433 };
1434
1435 const struct file_operations urandom_fops = {
1436         .read  = urandom_read,
1437         .write = random_write,
1438         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1439         .fasync = random_fasync,
1440         .llseek = noop_llseek,
1441 };
1442
1443 /***************************************************************
1444  * Random UUID interface
1445  *
1446  * Used here for a Boot ID, but can be useful for other kernel
1447  * drivers.
1448  ***************************************************************/
1449
1450 /*
1451  * Generate random UUID
1452  */
1453 void generate_random_uuid(unsigned char uuid_out[16])
1454 {
1455         get_random_bytes(uuid_out, 16);
1456         /* Set UUID version to 4 --- truly random generation */
1457         uuid_out[6] = (uuid_out[6] & 0x0F) | 0x40;
1458         /* Set the UUID variant to DCE */
1459         uuid_out[8] = (uuid_out[8] & 0x3F) | 0x80;
1460 }
1461 EXPORT_SYMBOL(generate_random_uuid);
1462
1463 /********************************************************************
1464  *
1465  * Sysctl interface
1466  *
1467  ********************************************************************/
1468
1469 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1470
1471 #include <linux/sysctl.h>
1472
1473 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1474 static int max_read_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1475 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1476 static char sysctl_bootid[16];
1477
1478 /*
1479  * These functions is used to return both the bootid UUID, and random
1480  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1481  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1482  *
1483  * If the user accesses this via the proc interface, it will be returned
1484  * as an ASCII string in the standard UUID format.  If accesses via the
1485  * sysctl system call, it is returned as 16 bytes of binary data.
1486  */
1487 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1488                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1489 {
1490         struct ctl_table fake_table;
1491         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1492
1493         uuid = table->data;
1494         if (!uuid) {
1495                 uuid = tmp_uuid;
1496                 generate_random_uuid(uuid);
1497         } else {
1498                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1499
1500                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1501                 if (!uuid[8])
1502                         generate_random_uuid(uuid);
1503                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1504         }
1505
1506         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1507
1508         fake_table.data = buf;
1509         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1510
1511         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1512 }
1513
1514 /*
1515  * Return entropy available scaled to integral bits
1516  */
1517 static int proc_do_entropy(ctl_table *table, int write,
1518                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1519 {
1520         ctl_table fake_table;
1521         int entropy_count;
1522
1523         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1524
1525         fake_table.data = &entropy_count;
1526         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1527
1528         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1529 }
1530
1531 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1532 extern struct ctl_table random_table[];
1533 struct ctl_table random_table[] = {
1534         {
1535                 .procname       = "poolsize",
1536                 .data           = &sysctl_poolsize,
1537                 .maxlen         = sizeof(int),
1538                 .mode           = 0444,
1539                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1540         },
1541         {
1542                 .procname       = "entropy_avail",
1543                 .maxlen         = sizeof(int),
1544                 .mode           = 0444,
1545                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
1546                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1547         },
1548         {
1549                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1550                 .data           = &random_read_wakeup_thresh,
1551                 .maxlen         = sizeof(int),
1552                 .mode           = 0644,
1553                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1554                 .extra1         = &min_read_thresh,
1555                 .extra2         = &max_read_thresh,
1556         },
1557         {
1558                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1559                 .data           = &random_write_wakeup_thresh,
1560                 .maxlen         = sizeof(int),
1561                 .mode           = 0644,
1562                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1563                 .extra1         = &min_write_thresh,
1564                 .extra2         = &max_write_thresh,
1565         },
1566         {
1567                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1568                 .data           = &random_min_urandom_seed,
1569                 .maxlen         = sizeof(int),
1570                 .mode           = 0644,
1571                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1572         },
1573         {
1574                 .procname       = "boot_id",
1575                 .data           = &sysctl_bootid,
1576                 .maxlen         = 16,
1577                 .mode           = 0444,
1578                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1579         },
1580         {
1581                 .procname       = "uuid",
1582                 .maxlen         = 16,
1583                 .mode           = 0444,
1584                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1585         },
1586         { }
1587 };
1588 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
1589
1590 static u32 random_int_secret[MD5_MESSAGE_BYTES / 4] ____cacheline_aligned;
1591
1592 int random_int_secret_init(void)
1593 {
1594         get_random_bytes(random_int_secret, sizeof(random_int_secret));
1595         return 0;
1596 }
1597
1598 /*
1599  * Get a random word for internal kernel use only. Similar to urandom but
1600  * with the goal of minimal entropy pool depletion. As a result, the random
1601  * value is not cryptographically secure but for several uses the cost of
1602  * depleting entropy is too high
1603  */
1604 static DEFINE_PER_CPU(__u32 [MD5_DIGEST_WORDS], get_random_int_hash);
1605 unsigned int get_random_int(void)
1606 {
1607         __u32 *hash;
1608         unsigned int ret;
1609
1610         if (arch_get_random_int(&ret))
1611                 return ret;
1612
1613         hash = get_cpu_var(get_random_int_hash);
1614
1615         hash[0] += current->pid + jiffies + random_get_entropy();
1616         md5_transform(hash, random_int_secret);
1617         ret = hash[0];
1618         put_cpu_var(get_random_int_hash);
1619
1620         return ret;
1621 }
1622 EXPORT_SYMBOL(get_random_int);
1623
1624 /*
1625  * randomize_range() returns a start address such that
1626  *
1627  *    [...... <range> .....]
1628  *  start                  end
1629  *
1630  * a <range> with size "len" starting at the return value is inside in the
1631  * area defined by [start, end], but is otherwise randomized.
1632  */
1633 unsigned long
1634 randomize_range(unsigned long start, unsigned long end, unsigned long len)
1635 {
1636         unsigned long range = end - len - start;
1637
1638         if (end <= start + len)
1639                 return 0;
1640         return PAGE_ALIGN(get_random_int() % range + start);
1641 }