crypto: drbg - make reseeding from get_random_bytes() synchronous
[platform/kernel/linux-rpi.git] / drivers / char / random.c
1 // SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0 OR BSD-3-Clause)
2 /*
3  * Copyright (C) 2017-2022 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
4  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
5  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999. All rights reserved.
6  *
7  * This driver produces cryptographically secure pseudorandom data. It is divided
8  * into roughly six sections, each with a section header:
9  *
10  *   - Initialization and readiness waiting.
11  *   - Fast key erasure RNG, the "crng".
12  *   - Entropy accumulation and extraction routines.
13  *   - Entropy collection routines.
14  *   - Userspace reader/writer interfaces.
15  *   - Sysctl interface.
16  *
17  * The high level overview is that there is one input pool, into which
18  * various pieces of data are hashed. Prior to initialization, some of that
19  * data is then "credited" as having a certain number of bits of entropy.
20  * When enough bits of entropy are available, the hash is finalized and
21  * handed as a key to a stream cipher that expands it indefinitely for
22  * various consumers. This key is periodically refreshed as the various
23  * entropy collectors, described below, add data to the input pool.
24  */
25
26 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
27
28 #include <linux/utsname.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/kernel.h>
31 #include <linux/major.h>
32 #include <linux/string.h>
33 #include <linux/fcntl.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/random.h>
36 #include <linux/poll.h>
37 #include <linux/init.h>
38 #include <linux/fs.h>
39 #include <linux/genhd.h>
40 #include <linux/interrupt.h>
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/spinlock.h>
44 #include <linux/kthread.h>
45 #include <linux/percpu.h>
46 #include <linux/ptrace.h>
47 #include <linux/workqueue.h>
48 #include <linux/irq.h>
49 #include <linux/ratelimit.h>
50 #include <linux/syscalls.h>
51 #include <linux/completion.h>
52 #include <linux/uuid.h>
53 #include <linux/uaccess.h>
54 #include <linux/siphash.h>
55 #include <linux/uio.h>
56 #include <crypto/chacha.h>
57 #include <crypto/blake2s.h>
58 #include <asm/processor.h>
59 #include <asm/irq.h>
60 #include <asm/irq_regs.h>
61 #include <asm/io.h>
62
63 /*********************************************************************
64  *
65  * Initialization and readiness waiting.
66  *
67  * Much of the RNG infrastructure is devoted to various dependencies
68  * being able to wait until the RNG has collected enough entropy and
69  * is ready for safe consumption.
70  *
71  *********************************************************************/
72
73 /*
74  * crng_init is protected by base_crng->lock, and only increases
75  * its value (from empty->early->ready).
76  */
77 static enum {
78         CRNG_EMPTY = 0, /* Little to no entropy collected */
79         CRNG_EARLY = 1, /* At least POOL_EARLY_BITS collected */
80         CRNG_READY = 2  /* Fully initialized with POOL_READY_BITS collected */
81 } crng_init __read_mostly = CRNG_EMPTY;
82 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(crng_is_ready);
83 #define crng_ready() (static_branch_likely(&crng_is_ready) || crng_init >= CRNG_READY)
84 /* Various types of waiters for crng_init->CRNG_READY transition. */
85 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
86 static struct fasync_struct *fasync;
87 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_chain_lock);
88 static RAW_NOTIFIER_HEAD(random_ready_chain);
89
90 /* Control how we warn userspace. */
91 static struct ratelimit_state urandom_warning =
92         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
93 static int ratelimit_disable __read_mostly =
94         IS_ENABLED(CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM);
95 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
96 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
97
98 /*
99  * Returns whether or not the input pool has been seeded and thus guaranteed
100  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
101  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
102  * ,u64,int,long} family of functions.
103  *
104  * Returns: true if the input pool has been seeded.
105  *          false if the input pool has not been seeded.
106  */
107 bool rng_is_initialized(void)
108 {
109         return crng_ready();
110 }
111 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
112
113 static void __cold crng_set_ready(struct work_struct *work)
114 {
115         static_branch_enable(&crng_is_ready);
116 }
117
118 /* Used by wait_for_random_bytes(), and considered an entropy collector, below. */
119 static void try_to_generate_entropy(void);
120
121 /*
122  * Wait for the input pool to be seeded and thus guaranteed to supply
123  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
124  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
125  * family of functions. Using any of these functions without first calling
126  * this function forfeits the guarantee of security.
127  *
128  * Returns: 0 if the input pool has been seeded.
129  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
130  */
131 int wait_for_random_bytes(void)
132 {
133         while (!crng_ready()) {
134                 int ret;
135
136                 try_to_generate_entropy();
137                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
138                 if (ret)
139                         return ret > 0 ? 0 : ret;
140         }
141         return 0;
142 }
143 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
144
145 /*
146  * Add a callback function that will be invoked when the input
147  * pool is initialised.
148  *
149  * returns: 0 if callback is successfully added
150  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
151  */
152 int __cold register_random_ready_notifier(struct notifier_block *nb)
153 {
154         unsigned long flags;
155         int ret = -EALREADY;
156
157         if (crng_ready())
158                 return ret;
159
160         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
161         if (!crng_ready())
162                 ret = raw_notifier_chain_register(&random_ready_chain, nb);
163         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
164         return ret;
165 }
166
167 /*
168  * Delete a previously registered readiness callback function.
169  */
170 int __cold unregister_random_ready_notifier(struct notifier_block *nb)
171 {
172         unsigned long flags;
173         int ret;
174
175         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
176         ret = raw_notifier_chain_unregister(&random_ready_chain, nb);
177         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
178         return ret;
179 }
180
181 static void __cold process_random_ready_list(void)
182 {
183         unsigned long flags;
184
185         spin_lock_irqsave(&random_ready_chain_lock, flags);
186         raw_notifier_call_chain(&random_ready_chain, 0, NULL);
187         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_chain_lock, flags);
188 }
189
190 #define warn_unseeded_randomness() \
191         if (IS_ENABLED(CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM) && !crng_ready()) \
192                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS with crng_init=%d\n", \
193                                 __func__, (void *)_RET_IP_, crng_init)
194
195
196 /*********************************************************************
197  *
198  * Fast key erasure RNG, the "crng".
199  *
200  * These functions expand entropy from the entropy extractor into
201  * long streams for external consumption using the "fast key erasure"
202  * RNG described at <https://blog.cr.yp.to/20170723-random.html>.
203  *
204  * There are a few exported interfaces for use by other drivers:
205  *
206  *      void get_random_bytes(void *buf, size_t len)
207  *      u32 get_random_u32()
208  *      u64 get_random_u64()
209  *      unsigned int get_random_int()
210  *      unsigned long get_random_long()
211  *
212  * These interfaces will return the requested number of random bytes
213  * into the given buffer or as a return value. This is equivalent to
214  * a read from /dev/urandom. The u32, u64, int, and long family of
215  * functions may be higher performance for one-off random integers,
216  * because they do a bit of buffering and do not invoke reseeding
217  * until the buffer is emptied.
218  *
219  *********************************************************************/
220
221 enum {
222         CRNG_RESEED_START_INTERVAL = HZ,
223         CRNG_RESEED_INTERVAL = 60 * HZ
224 };
225
226 static struct {
227         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE] __aligned(__alignof__(long));
228         unsigned long birth;
229         unsigned long generation;
230         spinlock_t lock;
231 } base_crng = {
232         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(base_crng.lock)
233 };
234
235 struct crng {
236         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
237         unsigned long generation;
238         local_lock_t lock;
239 };
240
241 static DEFINE_PER_CPU(struct crng, crngs) = {
242         .generation = ULONG_MAX,
243         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(crngs.lock),
244 };
245
246 /* Used by crng_reseed() and crng_make_state() to extract a new seed from the input pool. */
247 static void extract_entropy(void *buf, size_t len);
248
249 /* This extracts a new crng key from the input pool. */
250 static void crng_reseed(void)
251 {
252         unsigned long flags;
253         unsigned long next_gen;
254         u8 key[CHACHA_KEY_SIZE];
255
256         extract_entropy(key, sizeof(key));
257
258         /*
259          * We copy the new key into the base_crng, overwriting the old one,
260          * and update the generation counter. We avoid hitting ULONG_MAX,
261          * because the per-cpu crngs are initialized to ULONG_MAX, so this
262          * forces new CPUs that come online to always initialize.
263          */
264         spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
265         memcpy(base_crng.key, key, sizeof(base_crng.key));
266         next_gen = base_crng.generation + 1;
267         if (next_gen == ULONG_MAX)
268                 ++next_gen;
269         WRITE_ONCE(base_crng.generation, next_gen);
270         WRITE_ONCE(base_crng.birth, jiffies);
271         if (!static_branch_likely(&crng_is_ready))
272                 crng_init = CRNG_READY;
273         spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
274         memzero_explicit(key, sizeof(key));
275 }
276
277 /*
278  * This generates a ChaCha block using the provided key, and then
279  * immediately overwites that key with half the block. It returns
280  * the resultant ChaCha state to the user, along with the second
281  * half of the block containing 32 bytes of random data that may
282  * be used; random_data_len may not be greater than 32.
283  *
284  * The returned ChaCha state contains within it a copy of the old
285  * key value, at index 4, so the state should always be zeroed out
286  * immediately after using in order to maintain forward secrecy.
287  * If the state cannot be erased in a timely manner, then it is
288  * safer to set the random_data parameter to &chacha_state[4] so
289  * that this function overwrites it before returning.
290  */
291 static void crng_fast_key_erasure(u8 key[CHACHA_KEY_SIZE],
292                                   u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
293                                   u8 *random_data, size_t random_data_len)
294 {
295         u8 first_block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
296
297         BUG_ON(random_data_len > 32);
298
299         chacha_init_consts(chacha_state);
300         memcpy(&chacha_state[4], key, CHACHA_KEY_SIZE);
301         memset(&chacha_state[12], 0, sizeof(u32) * 4);
302         chacha20_block(chacha_state, first_block);
303
304         memcpy(key, first_block, CHACHA_KEY_SIZE);
305         memcpy(random_data, first_block + CHACHA_KEY_SIZE, random_data_len);
306         memzero_explicit(first_block, sizeof(first_block));
307 }
308
309 /*
310  * Return whether the crng seed is considered to be sufficiently old
311  * that a reseeding is needed. This happens if the last reseeding
312  * was CRNG_RESEED_INTERVAL ago, or during early boot, at an interval
313  * proportional to the uptime.
314  */
315 static bool crng_has_old_seed(void)
316 {
317         static bool early_boot = true;
318         unsigned long interval = CRNG_RESEED_INTERVAL;
319
320         if (unlikely(READ_ONCE(early_boot))) {
321                 time64_t uptime = ktime_get_seconds();
322                 if (uptime >= CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ * 2)
323                         WRITE_ONCE(early_boot, false);
324                 else
325                         interval = max_t(unsigned int, CRNG_RESEED_START_INTERVAL,
326                                          (unsigned int)uptime / 2 * HZ);
327         }
328         return time_is_before_jiffies(READ_ONCE(base_crng.birth) + interval);
329 }
330
331 /*
332  * This function returns a ChaCha state that you may use for generating
333  * random data. It also returns up to 32 bytes on its own of random data
334  * that may be used; random_data_len may not be greater than 32.
335  */
336 static void crng_make_state(u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS],
337                             u8 *random_data, size_t random_data_len)
338 {
339         unsigned long flags;
340         struct crng *crng;
341
342         BUG_ON(random_data_len > 32);
343
344         /*
345          * For the fast path, we check whether we're ready, unlocked first, and
346          * then re-check once locked later. In the case where we're really not
347          * ready, we do fast key erasure with the base_crng directly, extracting
348          * when crng_init is CRNG_EMPTY.
349          */
350         if (!crng_ready()) {
351                 bool ready;
352
353                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
354                 ready = crng_ready();
355                 if (!ready) {
356                         if (crng_init == CRNG_EMPTY)
357                                 extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
358                         crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
359                                               random_data, random_data_len);
360                 }
361                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
362                 if (!ready)
363                         return;
364         }
365
366         /*
367          * If the base_crng is old enough, we reseed, which in turn bumps the
368          * generation counter that we check below.
369          */
370         if (unlikely(crng_has_old_seed()))
371                 crng_reseed();
372
373         local_lock_irqsave(&crngs.lock, flags);
374         crng = raw_cpu_ptr(&crngs);
375
376         /*
377          * If our per-cpu crng is older than the base_crng, then it means
378          * somebody reseeded the base_crng. In that case, we do fast key
379          * erasure on the base_crng, and use its output as the new key
380          * for our per-cpu crng. This brings us up to date with base_crng.
381          */
382         if (unlikely(crng->generation != READ_ONCE(base_crng.generation))) {
383                 spin_lock(&base_crng.lock);
384                 crng_fast_key_erasure(base_crng.key, chacha_state,
385                                       crng->key, sizeof(crng->key));
386                 crng->generation = base_crng.generation;
387                 spin_unlock(&base_crng.lock);
388         }
389
390         /*
391          * Finally, when we've made it this far, our per-cpu crng has an up
392          * to date key, and we can do fast key erasure with it to produce
393          * some random data and a ChaCha state for the caller. All other
394          * branches of this function are "unlikely", so most of the time we
395          * should wind up here immediately.
396          */
397         crng_fast_key_erasure(crng->key, chacha_state, random_data, random_data_len);
398         local_unlock_irqrestore(&crngs.lock, flags);
399 }
400
401 static void _get_random_bytes(void *buf, size_t len)
402 {
403         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
404         u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE];
405         size_t first_block_len;
406
407         if (!len)
408                 return;
409
410         first_block_len = min_t(size_t, 32, len);
411         crng_make_state(chacha_state, buf, first_block_len);
412         len -= first_block_len;
413         buf += first_block_len;
414
415         while (len) {
416                 if (len < CHACHA_BLOCK_SIZE) {
417                         chacha20_block(chacha_state, tmp);
418                         memcpy(buf, tmp, len);
419                         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
420                         break;
421                 }
422
423                 chacha20_block(chacha_state, buf);
424                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
425                         ++chacha_state[13];
426                 len -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
427                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
428         }
429
430         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
431 }
432
433 /*
434  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
435  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
436  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
437  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
438  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
439  * that the randomness provided by this function is okay, the function
440  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
441  * at any point prior.
442  */
443 void get_random_bytes(void *buf, size_t len)
444 {
445         warn_unseeded_randomness();
446         _get_random_bytes(buf, len);
447 }
448 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
449
450 static ssize_t get_random_bytes_user(struct iov_iter *iter)
451 {
452         u32 chacha_state[CHACHA_STATE_WORDS];
453         u8 block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
454         size_t ret = 0, copied;
455
456         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
457                 return 0;
458
459         /*
460          * Immediately overwrite the ChaCha key at index 4 with random
461          * bytes, in case userspace causes copy_to_user() below to sleep
462          * forever, so that we still retain forward secrecy in that case.
463          */
464         crng_make_state(chacha_state, (u8 *)&chacha_state[4], CHACHA_KEY_SIZE);
465         /*
466          * However, if we're doing a read of len <= 32, we don't need to
467          * use chacha_state after, so we can simply return those bytes to
468          * the user directly.
469          */
470         if (iov_iter_count(iter) <= CHACHA_KEY_SIZE) {
471                 ret = copy_to_iter(&chacha_state[4], CHACHA_KEY_SIZE, iter);
472                 goto out_zero_chacha;
473         }
474
475         for (;;) {
476                 chacha20_block(chacha_state, block);
477                 if (unlikely(chacha_state[12] == 0))
478                         ++chacha_state[13];
479
480                 copied = copy_to_iter(block, sizeof(block), iter);
481                 ret += copied;
482                 if (!iov_iter_count(iter) || copied != sizeof(block))
483                         break;
484
485                 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE % sizeof(block) != 0);
486                 if (ret % PAGE_SIZE == 0) {
487                         if (signal_pending(current))
488                                 break;
489                         cond_resched();
490                 }
491         }
492
493         memzero_explicit(block, sizeof(block));
494 out_zero_chacha:
495         memzero_explicit(chacha_state, sizeof(chacha_state));
496         return ret ? ret : -EFAULT;
497 }
498
499 /*
500  * Batched entropy returns random integers. The quality of the random
501  * number is good as /dev/urandom. In order to ensure that the randomness
502  * provided by this function is okay, the function wait_for_random_bytes()
503  * should be called and return 0 at least once at any point prior.
504  */
505
506 #define DEFINE_BATCHED_ENTROPY(type)                                            \
507 struct batch_ ##type {                                                          \
508         /*                                                                      \
509          * We make this 1.5x a ChaCha block, so that we get the                 \
510          * remaining 32 bytes from fast key erasure, plus one full              \
511          * block from the detached ChaCha state. We can increase                \
512          * the size of this later if needed so long as we keep the              \
513          * formula of (integer_blocks + 0.5) * CHACHA_BLOCK_SIZE.               \
514          */                                                                     \
515         type entropy[CHACHA_BLOCK_SIZE * 3 / (2 * sizeof(type))];               \
516         local_lock_t lock;                                                      \
517         unsigned long generation;                                               \
518         unsigned int position;                                                  \
519 };                                                                              \
520                                                                                 \
521 static DEFINE_PER_CPU(struct batch_ ##type, batched_entropy_ ##type) = {        \
522         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(batched_entropy_ ##type.lock),                  \
523         .position = UINT_MAX                                                    \
524 };                                                                              \
525                                                                                 \
526 type get_random_ ##type(void)                                                   \
527 {                                                                               \
528         type ret;                                                               \
529         unsigned long flags;                                                    \
530         struct batch_ ##type *batch;                                            \
531         unsigned long next_gen;                                                 \
532                                                                                 \
533         warn_unseeded_randomness();                                             \
534                                                                                 \
535         if  (!crng_ready()) {                                                   \
536                 _get_random_bytes(&ret, sizeof(ret));                           \
537                 return ret;                                                     \
538         }                                                                       \
539                                                                                 \
540         local_lock_irqsave(&batched_entropy_ ##type.lock, flags);               \
541         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_##type);                           \
542                                                                                 \
543         next_gen = READ_ONCE(base_crng.generation);                             \
544         if (batch->position >= ARRAY_SIZE(batch->entropy) ||                    \
545             next_gen != batch->generation) {                                    \
546                 _get_random_bytes(batch->entropy, sizeof(batch->entropy));      \
547                 batch->position = 0;                                            \
548                 batch->generation = next_gen;                                   \
549         }                                                                       \
550                                                                                 \
551         ret = batch->entropy[batch->position];                                  \
552         batch->entropy[batch->position] = 0;                                    \
553         ++batch->position;                                                      \
554         local_unlock_irqrestore(&batched_entropy_ ##type.lock, flags);          \
555         return ret;                                                             \
556 }                                                                               \
557 EXPORT_SYMBOL(get_random_ ##type);
558
559 DEFINE_BATCHED_ENTROPY(u64)
560 DEFINE_BATCHED_ENTROPY(u32)
561
562 #ifdef CONFIG_SMP
563 /*
564  * This function is called when the CPU is coming up, with entry
565  * CPUHP_RANDOM_PREPARE, which comes before CPUHP_WORKQUEUE_PREP.
566  */
567 int __cold random_prepare_cpu(unsigned int cpu)
568 {
569         /*
570          * When the cpu comes back online, immediately invalidate both
571          * the per-cpu crng and all batches, so that we serve fresh
572          * randomness.
573          */
574         per_cpu_ptr(&crngs, cpu)->generation = ULONG_MAX;
575         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = UINT_MAX;
576         per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = UINT_MAX;
577         return 0;
578 }
579 #endif
580
581 /*
582  * This function will use the architecture-specific hardware random
583  * number generator if it is available. It is not recommended for
584  * use. Use get_random_bytes() instead. It returns the number of
585  * bytes filled in.
586  */
587 size_t __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, size_t len)
588 {
589         size_t left = len;
590         u8 *p = buf;
591
592         while (left) {
593                 unsigned long v;
594                 size_t block_len = min_t(size_t, left, sizeof(unsigned long));
595
596                 if (!arch_get_random_long(&v))
597                         break;
598
599                 memcpy(p, &v, block_len);
600                 p += block_len;
601                 left -= block_len;
602         }
603
604         return len - left;
605 }
606 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
607
608
609 /**********************************************************************
610  *
611  * Entropy accumulation and extraction routines.
612  *
613  * Callers may add entropy via:
614  *
615  *     static void mix_pool_bytes(const void *buf, size_t len)
616  *
617  * After which, if added entropy should be credited:
618  *
619  *     static void credit_init_bits(size_t bits)
620  *
621  * Finally, extract entropy via:
622  *
623  *     static void extract_entropy(void *buf, size_t len)
624  *
625  **********************************************************************/
626
627 enum {
628         POOL_BITS = BLAKE2S_HASH_SIZE * 8,
629         POOL_READY_BITS = POOL_BITS, /* When crng_init->CRNG_READY */
630         POOL_EARLY_BITS = POOL_READY_BITS / 2 /* When crng_init->CRNG_EARLY */
631 };
632
633 static struct {
634         struct blake2s_state hash;
635         spinlock_t lock;
636         unsigned int init_bits;
637 } input_pool = {
638         .hash.h = { BLAKE2S_IV0 ^ (0x01010000 | BLAKE2S_HASH_SIZE),
639                     BLAKE2S_IV1, BLAKE2S_IV2, BLAKE2S_IV3, BLAKE2S_IV4,
640                     BLAKE2S_IV5, BLAKE2S_IV6, BLAKE2S_IV7 },
641         .hash.outlen = BLAKE2S_HASH_SIZE,
642         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
643 };
644
645 static void _mix_pool_bytes(const void *buf, size_t len)
646 {
647         blake2s_update(&input_pool.hash, buf, len);
648 }
649
650 /*
651  * This function adds bytes into the input pool. It does not
652  * update the initialization bit counter; the caller should call
653  * credit_init_bits if this is appropriate.
654  */
655 static void mix_pool_bytes(const void *buf, size_t len)
656 {
657         unsigned long flags;
658
659         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
660         _mix_pool_bytes(buf, len);
661         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
662 }
663
664 /*
665  * This is an HKDF-like construction for using the hashed collected entropy
666  * as a PRF key, that's then expanded block-by-block.
667  */
668 static void extract_entropy(void *buf, size_t len)
669 {
670         unsigned long flags;
671         u8 seed[BLAKE2S_HASH_SIZE], next_key[BLAKE2S_HASH_SIZE];
672         struct {
673                 unsigned long rdseed[32 / sizeof(long)];
674                 size_t counter;
675         } block;
676         size_t i;
677
678         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(block.rdseed); ++i) {
679                 if (!arch_get_random_seed_long(&block.rdseed[i]) &&
680                     !arch_get_random_long(&block.rdseed[i]))
681                         block.rdseed[i] = random_get_entropy();
682         }
683
684         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
685
686         /* seed = HASHPRF(last_key, entropy_input) */
687         blake2s_final(&input_pool.hash, seed);
688
689         /* next_key = HASHPRF(seed, RDSEED || 0) */
690         block.counter = 0;
691         blake2s(next_key, (u8 *)&block, seed, sizeof(next_key), sizeof(block), sizeof(seed));
692         blake2s_init_key(&input_pool.hash, BLAKE2S_HASH_SIZE, next_key, sizeof(next_key));
693
694         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
695         memzero_explicit(next_key, sizeof(next_key));
696
697         while (len) {
698                 i = min_t(size_t, len, BLAKE2S_HASH_SIZE);
699                 /* output = HASHPRF(seed, RDSEED || ++counter) */
700                 ++block.counter;
701                 blake2s(buf, (u8 *)&block, seed, i, sizeof(block), sizeof(seed));
702                 len -= i;
703                 buf += i;
704         }
705
706         memzero_explicit(seed, sizeof(seed));
707         memzero_explicit(&block, sizeof(block));
708 }
709
710 #define credit_init_bits(bits) if (!crng_ready()) _credit_init_bits(bits)
711
712 static void __cold _credit_init_bits(size_t bits)
713 {
714         static struct execute_work set_ready;
715         unsigned int new, orig, add;
716         unsigned long flags;
717
718         if (!bits)
719                 return;
720
721         add = min_t(size_t, bits, POOL_BITS);
722
723         do {
724                 orig = READ_ONCE(input_pool.init_bits);
725                 new = min_t(unsigned int, POOL_BITS, orig + add);
726         } while (cmpxchg(&input_pool.init_bits, orig, new) != orig);
727
728         if (orig < POOL_READY_BITS && new >= POOL_READY_BITS) {
729                 crng_reseed(); /* Sets crng_init to CRNG_READY under base_crng.lock. */
730                 execute_in_process_context(crng_set_ready, &set_ready);
731                 process_random_ready_list();
732                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
733                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
734                 pr_notice("crng init done\n");
735                 if (urandom_warning.missed)
736                         pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
737                                   urandom_warning.missed);
738         } else if (orig < POOL_EARLY_BITS && new >= POOL_EARLY_BITS) {
739                 spin_lock_irqsave(&base_crng.lock, flags);
740                 /* Check if crng_init is CRNG_EMPTY, to avoid race with crng_reseed(). */
741                 if (crng_init == CRNG_EMPTY) {
742                         extract_entropy(base_crng.key, sizeof(base_crng.key));
743                         crng_init = CRNG_EARLY;
744                 }
745                 spin_unlock_irqrestore(&base_crng.lock, flags);
746         }
747 }
748
749
750 /**********************************************************************
751  *
752  * Entropy collection routines.
753  *
754  * The following exported functions are used for pushing entropy into
755  * the above entropy accumulation routines:
756  *
757  *      void add_device_randomness(const void *buf, size_t len);
758  *      void add_hwgenerator_randomness(const void *buf, size_t len, size_t entropy);
759  *      void add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t len);
760  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
761  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code, unsigned int value);
762  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
763  *
764  * add_device_randomness() adds data to the input pool that
765  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
766  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
767  * read-out of the RTC. This does *not* credit any actual entropy to
768  * the pool, but it initializes the pool to different values for devices
769  * that might otherwise be identical and have very little entropy
770  * available to them (particularly common in the embedded world).
771  *
772  * add_hwgenerator_randomness() is for true hardware RNGs, and will credit
773  * entropy as specified by the caller. If the entropy pool is full it will
774  * block until more entropy is needed.
775  *
776  * add_bootloader_randomness() is called by bootloader drivers, such as EFI
777  * and device tree, and credits its input depending on whether or not the
778  * configuration option CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
779  *
780  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
781  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
782  * as inputs, it feeds the input pool roughly once a second or after 64
783  * interrupts, crediting 1 bit of entropy for whichever comes first.
784  *
785  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well
786  * as the event type information from the hardware.
787  *
788  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
789  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
790  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
791  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
792  * times are usually fairly consistent.
793  *
794  * The last two routines try to estimate how many bits of entropy
795  * to credit. They do this by keeping track of the first and second
796  * order deltas of the event timings.
797  *
798  **********************************************************************/
799
800 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
801 static bool trust_bootloader __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER);
802 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
803 {
804         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
805 }
806 static int __init parse_trust_bootloader(char *arg)
807 {
808         return kstrtobool(arg, &trust_bootloader);
809 }
810 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
811 early_param("random.trust_bootloader", parse_trust_bootloader);
812
813 /*
814  * The first collection of entropy occurs at system boot while interrupts
815  * are still turned off. Here we push in latent entropy, RDSEED, a timestamp,
816  * utsname(), and the command line. Depending on the above configuration knob,
817  * RDSEED may be considered sufficient for initialization. Note that much
818  * earlier setup may already have pushed entropy into the input pool by the
819  * time we get here.
820  */
821 int __init random_init(const char *command_line)
822 {
823         ktime_t now = ktime_get_real();
824         unsigned int i, arch_bytes;
825         unsigned long entropy;
826
827 #if defined(LATENT_ENTROPY_PLUGIN)
828         static const u8 compiletime_seed[BLAKE2S_BLOCK_SIZE] __initconst __latent_entropy;
829         _mix_pool_bytes(compiletime_seed, sizeof(compiletime_seed));
830 #endif
831
832         for (i = 0, arch_bytes = BLAKE2S_BLOCK_SIZE;
833              i < BLAKE2S_BLOCK_SIZE; i += sizeof(entropy)) {
834                 if (!arch_get_random_seed_long_early(&entropy) &&
835                     !arch_get_random_long_early(&entropy)) {
836                         entropy = random_get_entropy();
837                         arch_bytes -= sizeof(entropy);
838                 }
839                 _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
840         }
841         _mix_pool_bytes(&now, sizeof(now));
842         _mix_pool_bytes(utsname(), sizeof(*(utsname())));
843         _mix_pool_bytes(command_line, strlen(command_line));
844         add_latent_entropy();
845
846         if (crng_ready())
847                 crng_reseed();
848         else if (trust_cpu)
849                 credit_init_bits(arch_bytes * 8);
850
851         return 0;
852 }
853
854 /*
855  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
856  * initialize it.
857  *
858  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
859  * the entropy pool having similar initial state across largely
860  * identical devices.
861  */
862 void add_device_randomness(const void *buf, size_t len)
863 {
864         unsigned long entropy = random_get_entropy();
865         unsigned long flags;
866
867         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
868         _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
869         _mix_pool_bytes(buf, len);
870         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
871 }
872 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
873
874 /*
875  * Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
876  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
877  * when our pool is full.
878  */
879 void add_hwgenerator_randomness(const void *buf, size_t len, size_t entropy)
880 {
881         mix_pool_bytes(buf, len);
882         credit_init_bits(entropy);
883
884         /*
885          * Throttle writing to once every CRNG_RESEED_INTERVAL, unless
886          * we're not yet initialized.
887          */
888         if (!kthread_should_stop() && crng_ready())
889                 schedule_timeout_interruptible(CRNG_RESEED_INTERVAL);
890 }
891 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
892
893 /*
894  * Handle random seed passed by bootloader, and credit it if
895  * CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
896  */
897 void __cold add_bootloader_randomness(const void *buf, size_t len)
898 {
899         mix_pool_bytes(buf, len);
900         if (trust_bootloader)
901                 credit_init_bits(len * 8);
902 }
903 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);
904
905 struct fast_pool {
906         struct work_struct mix;
907         unsigned long pool[4];
908         unsigned long last;
909         unsigned int count;
910 };
911
912 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness) = {
913 #ifdef CONFIG_64BIT
914 #define FASTMIX_PERM SIPHASH_PERMUTATION
915         .pool = { SIPHASH_CONST_0, SIPHASH_CONST_1, SIPHASH_CONST_2, SIPHASH_CONST_3 }
916 #else
917 #define FASTMIX_PERM HSIPHASH_PERMUTATION
918         .pool = { HSIPHASH_CONST_0, HSIPHASH_CONST_1, HSIPHASH_CONST_2, HSIPHASH_CONST_3 }
919 #endif
920 };
921
922 /*
923  * This is [Half]SipHash-1-x, starting from an empty key. Because
924  * the key is fixed, it assumes that its inputs are non-malicious,
925  * and therefore this has no security on its own. s represents the
926  * four-word SipHash state, while v represents a two-word input.
927  */
928 static void fast_mix(unsigned long s[4], unsigned long v1, unsigned long v2)
929 {
930         s[3] ^= v1;
931         FASTMIX_PERM(s[0], s[1], s[2], s[3]);
932         s[0] ^= v1;
933         s[3] ^= v2;
934         FASTMIX_PERM(s[0], s[1], s[2], s[3]);
935         s[0] ^= v2;
936 }
937
938 #ifdef CONFIG_SMP
939 /*
940  * This function is called when the CPU has just come online, with
941  * entry CPUHP_AP_RANDOM_ONLINE, just after CPUHP_AP_WORKQUEUE_ONLINE.
942  */
943 int __cold random_online_cpu(unsigned int cpu)
944 {
945         /*
946          * During CPU shutdown and before CPU onlining, add_interrupt_
947          * randomness() may schedule mix_interrupt_randomness(), and
948          * set the MIX_INFLIGHT flag. However, because the worker can
949          * be scheduled on a different CPU during this period, that
950          * flag will never be cleared. For that reason, we zero out
951          * the flag here, which runs just after workqueues are onlined
952          * for the CPU again. This also has the effect of setting the
953          * irq randomness count to zero so that new accumulated irqs
954          * are fresh.
955          */
956         per_cpu_ptr(&irq_randomness, cpu)->count = 0;
957         return 0;
958 }
959 #endif
960
961 static void mix_interrupt_randomness(struct work_struct *work)
962 {
963         struct fast_pool *fast_pool = container_of(work, struct fast_pool, mix);
964         /*
965          * The size of the copied stack pool is explicitly 2 longs so that we
966          * only ever ingest half of the siphash output each time, retaining
967          * the other half as the next "key" that carries over. The entropy is
968          * supposed to be sufficiently dispersed between bits so on average
969          * we don't wind up "losing" some.
970          */
971         unsigned long pool[2];
972         unsigned int count;
973
974         /* Check to see if we're running on the wrong CPU due to hotplug. */
975         local_irq_disable();
976         if (fast_pool != this_cpu_ptr(&irq_randomness)) {
977                 local_irq_enable();
978                 return;
979         }
980
981         /*
982          * Copy the pool to the stack so that the mixer always has a
983          * consistent view, before we reenable irqs again.
984          */
985         memcpy(pool, fast_pool->pool, sizeof(pool));
986         count = fast_pool->count;
987         fast_pool->count = 0;
988         fast_pool->last = jiffies;
989         local_irq_enable();
990
991         mix_pool_bytes(pool, sizeof(pool));
992         credit_init_bits(max(1u, (count & U16_MAX) / 64));
993
994         memzero_explicit(pool, sizeof(pool));
995 }
996
997 void add_interrupt_randomness(int irq)
998 {
999         enum { MIX_INFLIGHT = 1U << 31 };
1000         unsigned long entropy = random_get_entropy();
1001         struct fast_pool *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1002         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1003         unsigned int new_count;
1004
1005         fast_mix(fast_pool->pool, entropy,
1006                  (regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_) ^ swab(irq));
1007         new_count = ++fast_pool->count;
1008
1009         if (new_count & MIX_INFLIGHT)
1010                 return;
1011
1012         if (new_count < 64 && !time_is_before_jiffies(fast_pool->last + HZ))
1013                 return;
1014
1015         if (unlikely(!fast_pool->mix.func))
1016                 INIT_WORK(&fast_pool->mix, mix_interrupt_randomness);
1017         fast_pool->count |= MIX_INFLIGHT;
1018         queue_work_on(raw_smp_processor_id(), system_highpri_wq, &fast_pool->mix);
1019 }
1020 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1021
1022 /* There is one of these per entropy source */
1023 struct timer_rand_state {
1024         unsigned long last_time;
1025         long last_delta, last_delta2;
1026 };
1027
1028 /*
1029  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1030  * delays. It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1031  * of how many bits of entropy this call has added to the pool. The
1032  * value "num" is also added to the pool; it should somehow describe
1033  * the type of event that just happened.
1034  */
1035 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned int num)
1036 {
1037         unsigned long entropy = random_get_entropy(), now = jiffies, flags;
1038         long delta, delta2, delta3;
1039         unsigned int bits;
1040
1041         /*
1042          * If we're in a hard IRQ, add_interrupt_randomness() will be called
1043          * sometime after, so mix into the fast pool.
1044          */
1045         if (in_hardirq()) {
1046                 fast_mix(this_cpu_ptr(&irq_randomness)->pool, entropy, num);
1047         } else {
1048                 spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1049                 _mix_pool_bytes(&entropy, sizeof(entropy));
1050                 _mix_pool_bytes(&num, sizeof(num));
1051                 spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1052         }
1053
1054         if (crng_ready())
1055                 return;
1056
1057         /*
1058          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1059          * We take into account the first, second and third-order deltas
1060          * in order to make our estimate.
1061          */
1062         delta = now - READ_ONCE(state->last_time);
1063         WRITE_ONCE(state->last_time, now);
1064
1065         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1066         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1067
1068         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1069         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1070
1071         if (delta < 0)
1072                 delta = -delta;
1073         if (delta2 < 0)
1074                 delta2 = -delta2;
1075         if (delta3 < 0)
1076                 delta3 = -delta3;
1077         if (delta > delta2)
1078                 delta = delta2;
1079         if (delta > delta3)
1080                 delta = delta3;
1081
1082         /*
1083          * delta is now minimum absolute delta. Round down by 1 bit
1084          * on general principles, and limit entropy estimate to 11 bits.
1085          */
1086         bits = min(fls(delta >> 1), 11);
1087
1088         /*
1089          * As mentioned above, if we're in a hard IRQ, add_interrupt_randomness()
1090          * will run after this, which uses a different crediting scheme of 1 bit
1091          * per every 64 interrupts. In order to let that function do accounting
1092          * close to the one in this function, we credit a full 64/64 bit per bit,
1093          * and then subtract one to account for the extra one added.
1094          */
1095         if (in_hardirq())
1096                 this_cpu_ptr(&irq_randomness)->count += max(1u, bits * 64) - 1;
1097         else
1098                 _credit_init_bits(bits);
1099 }
1100
1101 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code, unsigned int value)
1102 {
1103         static unsigned char last_value;
1104         static struct timer_rand_state input_timer_state = { INITIAL_JIFFIES };
1105
1106         /* Ignore autorepeat and the like. */
1107         if (value == last_value)
1108                 return;
1109
1110         last_value = value;
1111         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1112                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1113 }
1114 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1115
1116 #ifdef CONFIG_BLOCK
1117 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1118 {
1119         if (!disk || !disk->random)
1120                 return;
1121         /* First major is 1, so we get >= 0x200 here. */
1122         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1123 }
1124 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1125
1126 void __cold rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1127 {
1128         struct timer_rand_state *state;
1129
1130         /*
1131          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1132          * source.
1133          */
1134         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1135         if (state) {
1136                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1137                 disk->random = state;
1138         }
1139 }
1140 #endif
1141
1142 /*
1143  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1144  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1145  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1146  * generating entropy..
1147  *
1148  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1149  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1150  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1151  * entropy loop is running.
1152  *
1153  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1154  */
1155 static void __cold entropy_timer(struct timer_list *t)
1156 {
1157         credit_init_bits(1);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1162  * generate enough entropy with timing noise
1163  */
1164 static void __cold try_to_generate_entropy(void)
1165 {
1166         struct {
1167                 unsigned long entropy;
1168                 struct timer_list timer;
1169         } stack;
1170
1171         stack.entropy = random_get_entropy();
1172
1173         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1174         if (stack.entropy == random_get_entropy())
1175                 return;
1176
1177         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1178         while (!crng_ready() && !signal_pending(current)) {
1179                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1180                         mod_timer(&stack.timer, jiffies + 1);
1181                 mix_pool_bytes(&stack.entropy, sizeof(stack.entropy));
1182                 schedule();
1183                 stack.entropy = random_get_entropy();
1184         }
1185
1186         del_timer_sync(&stack.timer);
1187         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1188         mix_pool_bytes(&stack.entropy, sizeof(stack.entropy));
1189 }
1190
1191
1192 /**********************************************************************
1193  *
1194  * Userspace reader/writer interfaces.
1195  *
1196  * getrandom(2) is the primary modern interface into the RNG and should
1197  * be used in preference to anything else.
1198  *
1199  * Reading from /dev/random has the same functionality as calling
1200  * getrandom(2) with flags=0. In earlier versions, however, it had
1201  * vastly different semantics and should therefore be avoided, to
1202  * prevent backwards compatibility issues.
1203  *
1204  * Reading from /dev/urandom has the same functionality as calling
1205  * getrandom(2) with flags=GRND_INSECURE. Because it does not block
1206  * waiting for the RNG to be ready, it should not be used.
1207  *
1208  * Writing to either /dev/random or /dev/urandom adds entropy to
1209  * the input pool but does not credit it.
1210  *
1211  * Polling on /dev/random indicates when the RNG is initialized, on
1212  * the read side, and when it wants new entropy, on the write side.
1213  *
1214  * Both /dev/random and /dev/urandom have the same set of ioctls for
1215  * adding entropy, getting the entropy count, zeroing the count, and
1216  * reseeding the crng.
1217  *
1218  **********************************************************************/
1219
1220 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, ubuf, size_t, len, unsigned int, flags)
1221 {
1222         struct iov_iter iter;
1223         struct iovec iov;
1224         int ret;
1225
1226         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK | GRND_RANDOM | GRND_INSECURE))
1227                 return -EINVAL;
1228
1229         /*
1230          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
1231          * no sense.
1232          */
1233         if ((flags & (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE | GRND_RANDOM))
1234                 return -EINVAL;
1235
1236         if (!crng_ready() && !(flags & GRND_INSECURE)) {
1237                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1238                         return -EAGAIN;
1239                 ret = wait_for_random_bytes();
1240                 if (unlikely(ret))
1241                         return ret;
1242         }
1243
1244         ret = import_single_range(READ, ubuf, len, &iov, &iter);
1245         if (unlikely(ret))
1246                 return ret;
1247         return get_random_bytes_user(&iter);
1248 }
1249
1250 static __poll_t random_poll(struct file *file, poll_table *wait)
1251 {
1252         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1253         return crng_ready() ? EPOLLIN | EPOLLRDNORM : EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1254 }
1255
1256 static ssize_t write_pool_user(struct iov_iter *iter)
1257 {
1258         u8 block[BLAKE2S_BLOCK_SIZE];
1259         ssize_t ret = 0;
1260         size_t copied;
1261
1262         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
1263                 return 0;
1264
1265         for (;;) {
1266                 copied = copy_from_iter(block, sizeof(block), iter);
1267                 ret += copied;
1268                 mix_pool_bytes(block, copied);
1269                 if (!iov_iter_count(iter) || copied != sizeof(block))
1270                         break;
1271
1272                 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE % sizeof(block) != 0);
1273                 if (ret % PAGE_SIZE == 0) {
1274                         if (signal_pending(current))
1275                                 break;
1276                         cond_resched();
1277                 }
1278         }
1279
1280         memzero_explicit(block, sizeof(block));
1281         return ret ? ret : -EFAULT;
1282 }
1283
1284 static ssize_t random_write_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *iter)
1285 {
1286         return write_pool_user(iter);
1287 }
1288
1289 static ssize_t urandom_read_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *iter)
1290 {
1291         static int maxwarn = 10;
1292
1293         if (!crng_ready()) {
1294                 if (!ratelimit_disable && maxwarn <= 0)
1295                         ++urandom_warning.missed;
1296                 else if (ratelimit_disable || __ratelimit(&urandom_warning)) {
1297                         --maxwarn;
1298                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zu bytes read)\n",
1299                                   current->comm, iov_iter_count(iter));
1300                 }
1301         }
1302
1303         return get_random_bytes_user(iter);
1304 }
1305
1306 static ssize_t random_read_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *iter)
1307 {
1308         int ret;
1309
1310         ret = wait_for_random_bytes();
1311         if (ret != 0)
1312                 return ret;
1313         return get_random_bytes_user(iter);
1314 }
1315
1316 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1317 {
1318         int __user *p = (int __user *)arg;
1319         int ent_count;
1320
1321         switch (cmd) {
1322         case RNDGETENTCNT:
1323                 /* Inherently racy, no point locking. */
1324                 if (put_user(input_pool.init_bits, p))
1325                         return -EFAULT;
1326                 return 0;
1327         case RNDADDTOENTCNT:
1328                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1329                         return -EPERM;
1330                 if (get_user(ent_count, p))
1331                         return -EFAULT;
1332                 if (ent_count < 0)
1333                         return -EINVAL;
1334                 credit_init_bits(ent_count);
1335                 return 0;
1336         case RNDADDENTROPY: {
1337                 struct iov_iter iter;
1338                 struct iovec iov;
1339                 ssize_t ret;
1340                 int len;
1341
1342                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1343                         return -EPERM;
1344                 if (get_user(ent_count, p++))
1345                         return -EFAULT;
1346                 if (ent_count < 0)
1347                         return -EINVAL;
1348                 if (get_user(len, p++))
1349                         return -EFAULT;
1350                 ret = import_single_range(WRITE, p, len, &iov, &iter);
1351                 if (unlikely(ret))
1352                         return ret;
1353                 ret = write_pool_user(&iter);
1354                 if (unlikely(ret < 0))
1355                         return ret;
1356                 /* Since we're crediting, enforce that it was all written into the pool. */
1357                 if (unlikely(ret != len))
1358                         return -EFAULT;
1359                 credit_init_bits(ent_count);
1360                 return 0;
1361         }
1362         case RNDZAPENTCNT:
1363         case RNDCLEARPOOL:
1364                 /* No longer has any effect. */
1365                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1366                         return -EPERM;
1367                 return 0;
1368         case RNDRESEEDCRNG:
1369                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1370                         return -EPERM;
1371                 if (!crng_ready())
1372                         return -ENODATA;
1373                 crng_reseed();
1374                 return 0;
1375         default:
1376                 return -EINVAL;
1377         }
1378 }
1379
1380 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1381 {
1382         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1383 }
1384
1385 const struct file_operations random_fops = {
1386         .read_iter = random_read_iter,
1387         .write_iter = random_write_iter,
1388         .poll = random_poll,
1389         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1390         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1391         .fasync = random_fasync,
1392         .llseek = noop_llseek,
1393         .splice_read = generic_file_splice_read,
1394         .splice_write = iter_file_splice_write,
1395 };
1396
1397 const struct file_operations urandom_fops = {
1398         .read_iter = urandom_read_iter,
1399         .write_iter = random_write_iter,
1400         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1401         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1402         .fasync = random_fasync,
1403         .llseek = noop_llseek,
1404         .splice_read = generic_file_splice_read,
1405         .splice_write = iter_file_splice_write,
1406 };
1407
1408
1409 /********************************************************************
1410  *
1411  * Sysctl interface.
1412  *
1413  * These are partly unused legacy knobs with dummy values to not break
1414  * userspace and partly still useful things. They are usually accessible
1415  * in /proc/sys/kernel/random/ and are as follows:
1416  *
1417  * - boot_id - a UUID representing the current boot.
1418  *
1419  * - uuid - a random UUID, different each time the file is read.
1420  *
1421  * - poolsize - the number of bits of entropy that the input pool can
1422  *   hold, tied to the POOL_BITS constant.
1423  *
1424  * - entropy_avail - the number of bits of entropy currently in the
1425  *   input pool. Always <= poolsize.
1426  *
1427  * - write_wakeup_threshold - the amount of entropy in the input pool
1428  *   below which write polls to /dev/random will unblock, requesting
1429  *   more entropy, tied to the POOL_READY_BITS constant. It is writable
1430  *   to avoid breaking old userspaces, but writing to it does not
1431  *   change any behavior of the RNG.
1432  *
1433  * - urandom_min_reseed_secs - fixed to the value CRNG_RESEED_INTERVAL.
1434  *   It is writable to avoid breaking old userspaces, but writing
1435  *   to it does not change any behavior of the RNG.
1436  *
1437  ********************************************************************/
1438
1439 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1440
1441 #include <linux/sysctl.h>
1442
1443 static int sysctl_random_min_urandom_seed = CRNG_RESEED_INTERVAL / HZ;
1444 static int sysctl_random_write_wakeup_bits = POOL_READY_BITS;
1445 static int sysctl_poolsize = POOL_BITS;
1446 static u8 sysctl_bootid[UUID_SIZE];
1447
1448 /*
1449  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1450  * UUID. The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1451  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1452  */
1453 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write, void *buf,
1454                         size_t *lenp, loff_t *ppos)
1455 {
1456         u8 tmp_uuid[UUID_SIZE], *uuid;
1457         char uuid_string[UUID_STRING_LEN + 1];
1458         struct ctl_table fake_table = {
1459                 .data = uuid_string,
1460                 .maxlen = UUID_STRING_LEN
1461         };
1462
1463         if (write)
1464                 return -EPERM;
1465
1466         uuid = table->data;
1467         if (!uuid) {
1468                 uuid = tmp_uuid;
1469                 generate_random_uuid(uuid);
1470         } else {
1471                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1472
1473                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1474                 if (!uuid[8])
1475                         generate_random_uuid(uuid);
1476                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1477         }
1478
1479         snprintf(uuid_string, sizeof(uuid_string), "%pU", uuid);
1480         return proc_dostring(&fake_table, 0, buf, lenp, ppos);
1481 }
1482
1483 /* The same as proc_dointvec, but writes don't change anything. */
1484 static int proc_do_rointvec(struct ctl_table *table, int write, void *buf,
1485                             size_t *lenp, loff_t *ppos)
1486 {
1487         return write ? 0 : proc_dointvec(table, 0, buf, lenp, ppos);
1488 }
1489
1490 extern struct ctl_table random_table[];
1491 struct ctl_table random_table[] = {
1492         {
1493                 .procname       = "poolsize",
1494                 .data           = &sysctl_poolsize,
1495                 .maxlen         = sizeof(int),
1496                 .mode           = 0444,
1497                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1498         },
1499         {
1500                 .procname       = "entropy_avail",
1501                 .data           = &input_pool.init_bits,
1502                 .maxlen         = sizeof(int),
1503                 .mode           = 0444,
1504                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1505         },
1506         {
1507                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1508                 .data           = &sysctl_random_write_wakeup_bits,
1509                 .maxlen         = sizeof(int),
1510                 .mode           = 0644,
1511                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1512         },
1513         {
1514                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1515                 .data           = &sysctl_random_min_urandom_seed,
1516                 .maxlen         = sizeof(int),
1517                 .mode           = 0644,
1518                 .proc_handler   = proc_do_rointvec,
1519         },
1520         {
1521                 .procname       = "boot_id",
1522                 .data           = &sysctl_bootid,
1523                 .mode           = 0444,
1524                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1525         },
1526         {
1527                 .procname       = "uuid",
1528                 .mode           = 0444,
1529                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1530         },
1531         { }
1532 };
1533 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */