random: early initialization of ChaCha constants
[platform/kernel/linux-starfive.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017-2022 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
5  *
6  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
7  *
8  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
9  * rights reserved.
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
16  *    including the disclaimer of warranties.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
21  *    products derived from this software without specific prior
22  *    written permission.
23  *
24  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
25  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
26  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
27  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
28  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
29  *
30  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
31  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
32  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
33  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
34  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
35  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
36  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
37  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
38  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
39  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
40  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
41  * DAMAGE.
42  */
43
44 /*
45  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
46  *
47  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
48  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
49  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
50  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
51  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
52  * predict by an attacker.
53  *
54  * Theory of operation
55  * ===================
56  *
57  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
58  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
59  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
60  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
61  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
62  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
63  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
64  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
65  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
66  * from inside the kernel.
67  *
68  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
69  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
70  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
71  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
72  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
73  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
74  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
75  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
76  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
77  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
78  * the random number generator's internal state.
79  *
80  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the BLAKE2s
81  * hash of the contents of the "entropy pool".  The BLAKE2s hash avoids
82  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
83  * be computationally infeasible to derive any useful information
84  * about the input of BLAKE2s from its output.  Even if it is possible to
85  * analyze BLAKE2s in some clever way, as long as the amount of data
86  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
87  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
88  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
89  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
90  * outputs random numbers.
91  *
92  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
93  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
94  * able to infer the future output of the generator from prior
95  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of BLAKE2s, which is
96  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
97  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
98  * of purposes.
99  *
100  * Exported interfaces ---- output
101  * ===============================
102  *
103  * There are four exported interfaces; two for use within the kernel,
104  * and two or use from userspace.
105  *
106  * Exported interfaces ---- userspace output
107  * -----------------------------------------
108  *
109  * The userspace 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 ---- kernel output
123  * --------------------------------------
124  *
125  * The primary kernel interface is
126  *
127  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
128  *
129  * This interface will return the requested number of random bytes,
130  * and place it in the requested buffer.  This is equivalent to a
131  * read from /dev/urandom.
132  *
133  * For less critical applications, there are the functions:
134  *
135  *      u32 get_random_u32()
136  *      u64 get_random_u64()
137  *      unsigned int get_random_int()
138  *      unsigned long get_random_long()
139  *
140  * These are produced by a cryptographic RNG seeded from get_random_bytes,
141  * and so do not deplete the entropy pool as much.  These are recommended
142  * for most in-kernel operations *if the result is going to be stored in
143  * the kernel*.
144  *
145  * Specifically, the get_random_int() family do not attempt to do
146  * "anti-backtracking".  If you capture the state of the kernel (e.g.
147  * by snapshotting the VM), you can figure out previous get_random_int()
148  * return values.  But if the value is stored in the kernel anyway,
149  * this is not a problem.
150  *
151  * It *is* safe to expose get_random_int() output to attackers (e.g. as
152  * network cookies); given outputs 1..n, it's not feasible to predict
153  * outputs 0 or n+1.  The only concern is an attacker who breaks into
154  * the kernel later; the get_random_int() engine is not reseeded as
155  * often as the get_random_bytes() one.
156  *
157  * get_random_bytes() is needed for keys that need to stay secret after
158  * they are erased from the kernel.  For example, any key that will
159  * be wrapped and stored encrypted.  And session encryption keys: we'd
160  * like to know that after the session is closed and the keys erased,
161  * the plaintext is unrecoverable to someone who recorded the ciphertext.
162  *
163  * But for network ports/cookies, stack canaries, PRNG seeds, address
164  * space layout randomization, session *authentication* keys, or other
165  * applications where the sensitive data is stored in the kernel in
166  * plaintext for as long as it's sensitive, the get_random_int() family
167  * is just fine.
168  *
169  * Consider ASLR.  We want to keep the address space secret from an
170  * outside attacker while the process is running, but once the address
171  * space is torn down, it's of no use to an attacker any more.  And it's
172  * stored in kernel data structures as long as it's alive, so worrying
173  * about an attacker's ability to extrapolate it from the get_random_int()
174  * CRNG is silly.
175  *
176  * Even some cryptographic keys are safe to generate with get_random_int().
177  * In particular, keys for SipHash are generally fine.  Here, knowledge
178  * of the key authorizes you to do something to a kernel object (inject
179  * packets to a network connection, or flood a hash table), and the
180  * key is stored with the object being protected.  Once it goes away,
181  * we no longer care if anyone knows the key.
182  *
183  * prandom_u32()
184  * -------------
185  *
186  * For even weaker applications, see the pseudorandom generator
187  * prandom_u32(), prandom_max(), and prandom_bytes().  If the random
188  * numbers aren't security-critical at all, these are *far* cheaper.
189  * Useful for self-tests, random error simulation, randomized backoffs,
190  * and any other application where you trust that nobody is trying to
191  * maliciously mess with you by guessing the "random" numbers.
192  *
193  * Exported interfaces ---- input
194  * ==============================
195  *
196  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
197  * from the devices are:
198  *
199  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
200  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
201  *                                unsigned int value);
202  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
203  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
204  *      void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
205  *                                      size_t entropy);
206  *      void add_bootloader_randomness(const void *buf, unsigned int size);
207  *
208  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
209  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
210  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
211  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
212  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
213  * that might otherwise be identical and have very little entropy
214  * available to them (particularly common in the embedded world).
215  *
216  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
217  * the event type information from the hardware.
218  *
219  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
220  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
221  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
222  *
223  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
224  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
225  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
226  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
227  * times are usually fairly consistent.
228  *
229  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
230  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
231  * first and second order deltas of the event timings.
232  *
233  * add_hwgenerator_randomness() is for true hardware RNGs, and will credit
234  * entropy as specified by the caller. If the entropy pool is full it will
235  * block until more entropy is needed.
236  *
237  * add_bootloader_randomness() is the same as add_hwgenerator_randomness() or
238  * add_device_randomness(), depending on whether or not the configuration
239  * option CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER is set.
240  *
241  * Ensuring unpredictability at system startup
242  * ============================================
243  *
244  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
245  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
246  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
247  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
248  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
249  * counteract this effect, it helps to carry information in the
250  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
251  * following lines an appropriate script which is run during the boot
252  * sequence:
253  *
254  *      echo "Initializing random number generator..."
255  *      random_seed=/var/run/random-seed
256  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
257  *      # Load and then save the whole entropy pool
258  *      if [ -f $random_seed ]; then
259  *              cat $random_seed >/dev/urandom
260  *      else
261  *              touch $random_seed
262  *      fi
263  *      chmod 600 $random_seed
264  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
265  *
266  * and the following lines in an appropriate script which is run as
267  * the system is shutdown:
268  *
269  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
270  *      # Save the whole entropy pool
271  *      echo "Saving random seed..."
272  *      random_seed=/var/run/random-seed
273  *      touch $random_seed
274  *      chmod 600 $random_seed
275  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
276  *
277  * For example, on most modern systems using the System V init
278  * scripts, such code fragments would be found in
279  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
280  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
281  *
282  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
283  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
284  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
285  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
286  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
287  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
288  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
289  * the system.
290  *
291  * Configuring the /dev/random driver under Linux
292  * ==============================================
293  *
294  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
295  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
296  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
297  * by using the commands:
298  *
299  *      mknod /dev/random c 1 8
300  *      mknod /dev/urandom c 1 9
301  *
302  * Acknowledgements:
303  * =================
304  *
305  * Ideas for constructing this random number generator were derived
306  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
307  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
308  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
309  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
310  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
311  *
312  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
313  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
314  *
315  * Further background information on this topic may be obtained from
316  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
317  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
318  */
319
320 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
321
322 #include <linux/utsname.h>
323 #include <linux/module.h>
324 #include <linux/kernel.h>
325 #include <linux/major.h>
326 #include <linux/string.h>
327 #include <linux/fcntl.h>
328 #include <linux/slab.h>
329 #include <linux/random.h>
330 #include <linux/poll.h>
331 #include <linux/init.h>
332 #include <linux/fs.h>
333 #include <linux/genhd.h>
334 #include <linux/interrupt.h>
335 #include <linux/mm.h>
336 #include <linux/nodemask.h>
337 #include <linux/spinlock.h>
338 #include <linux/kthread.h>
339 #include <linux/percpu.h>
340 #include <linux/fips.h>
341 #include <linux/ptrace.h>
342 #include <linux/workqueue.h>
343 #include <linux/irq.h>
344 #include <linux/ratelimit.h>
345 #include <linux/syscalls.h>
346 #include <linux/completion.h>
347 #include <linux/uuid.h>
348 #include <crypto/chacha.h>
349 #include <crypto/blake2s.h>
350
351 #include <asm/processor.h>
352 #include <linux/uaccess.h>
353 #include <asm/irq.h>
354 #include <asm/irq_regs.h>
355 #include <asm/io.h>
356
357 #define CREATE_TRACE_POINTS
358 #include <trace/events/random.h>
359
360 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
361
362 /*
363  * Configuration information
364  */
365 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
366 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
367 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
368 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
369 #define EXTRACT_SIZE            (BLAKE2S_HASH_SIZE / 2)
370
371 /*
372  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
373  * denominated in units of 1/8th bits.
374  *
375  * 2*(ENTROPY_SHIFT + poolbitshift) must <= 31, or the multiply in
376  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
377  */
378 #define ENTROPY_SHIFT 3
379 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
380
381 /*
382  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
383  * should wake up processes which are selecting or polling on write
384  * access to /dev/random.
385  */
386 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
387
388 /*
389  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
390  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
391  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
392  * to get the twisting happening as fast as possible.
393  *
394  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
395  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
396  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
397  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
398  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
399  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
400  * Simulation 4:254-266)
401  *
402  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
403  *
404  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
405  * where we use BLAKE2s.  All that we want of mixing operation is that
406  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
407  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
408  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
409  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
410  * attacker can construct inputs that will produce controlled
411  * alterations to the pool's state is not important because we don't
412  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
413  * property we need with respect to them is that the attacker can't
414  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
415  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
416  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
417  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
418  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
419  * decrease the uncertainty).
420  *
421  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
422  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
423  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
424  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
425  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
426  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
427  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
428  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
429  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
430  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
431  * irreducible, which we have made here.
432  */
433 static const struct poolinfo {
434         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolfracbits;
435 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
436         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
437 } poolinfo_table[] = {
438         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
439         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
440         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
441 };
442
443 /*
444  * Static global variables
445  */
446 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
447 static struct fasync_struct *fasync;
448
449 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
450 static LIST_HEAD(random_ready_list);
451
452 struct crng_state {
453         __u32           state[16];
454         unsigned long   init_time;
455         spinlock_t      lock;
456 };
457
458 static struct crng_state primary_crng = {
459         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
460         .state[0] = CHACHA_CONSTANT_EXPA,
461         .state[1] = CHACHA_CONSTANT_ND_3,
462         .state[2] = CHACHA_CONSTANT_2_BY,
463         .state[3] = CHACHA_CONSTANT_TE_K,
464 };
465
466 /*
467  * crng_init =  0 --> Uninitialized
468  *              1 --> Initialized
469  *              2 --> Initialized from input_pool
470  *
471  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
472  * its value (from 0->1->2).
473  */
474 static int crng_init = 0;
475 static bool crng_need_final_init = false;
476 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
477 static int crng_init_cnt = 0;
478 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
479 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA_KEY_SIZE)
480 static void _extract_crng(struct crng_state *crng, __u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE]);
481 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
482                                     __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used);
483 static void process_random_ready_list(void);
484 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
485
486 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
487         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
488 static struct ratelimit_state urandom_warning =
489         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
490
491 static int ratelimit_disable __read_mostly;
492
493 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
494 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
495
496 /**********************************************************************
497  *
498  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
499  * storing entropy in an entropy pool.
500  *
501  **********************************************************************/
502
503 struct entropy_store;
504 struct entropy_store {
505         /* read-only data: */
506         const struct poolinfo *poolinfo;
507         __u32 *pool;
508         const char *name;
509
510         /* read-write data: */
511         spinlock_t lock;
512         unsigned short add_ptr;
513         unsigned short input_rotate;
514         int entropy_count;
515         unsigned int last_data_init:1;
516         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
517 };
518
519 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
520                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
521 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
522                                 size_t nbytes, int fips);
523
524 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
525 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
526
527 static struct entropy_store input_pool = {
528         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
529         .name = "input",
530         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
531         .pool = input_pool_data
532 };
533
534 static __u32 const twist_table[8] = {
535         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
536         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
537
538 /*
539  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
540  * update the entropy estimate.  The caller should call
541  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
542  *
543  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
544  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
545  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
546  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
547  */
548 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
549                             int nbytes)
550 {
551         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
552         int input_rotate;
553         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
554         const unsigned char *bytes = in;
555         __u32 w;
556
557         tap1 = r->poolinfo->tap1;
558         tap2 = r->poolinfo->tap2;
559         tap3 = r->poolinfo->tap3;
560         tap4 = r->poolinfo->tap4;
561         tap5 = r->poolinfo->tap5;
562
563         input_rotate = r->input_rotate;
564         i = r->add_ptr;
565
566         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
567         while (nbytes--) {
568                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
569                 i = (i - 1) & wordmask;
570
571                 /* XOR in the various taps */
572                 w ^= r->pool[i];
573                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
574                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
575                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
576                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
577                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
578
579                 /* Mix the result back in with a twist */
580                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
581
582                 /*
583                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
584                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
585                  * rotation, so that successive passes spread the
586                  * input bits across the pool evenly.
587                  */
588                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
589         }
590
591         r->input_rotate = input_rotate;
592         r->add_ptr = i;
593 }
594
595 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
596                              int nbytes)
597 {
598         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
599         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
600 }
601
602 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
603                            int nbytes)
604 {
605         unsigned long flags;
606
607         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
608         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
609         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
610         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
611 }
612
613 struct fast_pool {
614         __u32           pool[4];
615         unsigned long   last;
616         unsigned short  reg_idx;
617         unsigned char   count;
618 };
619
620 /*
621  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
622  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
623  * locks that might be needed are taken by the caller.
624  */
625 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
626 {
627         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
628         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
629
630         a += b;                 c += d;
631         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
632         d ^= a;                 b ^= c;
633
634         a += b;                 c += d;
635         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
636         d ^= a;                 b ^= c;
637
638         a += b;                 c += d;
639         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
640         d ^= a;                 b ^= c;
641
642         a += b;                 c += d;
643         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
644         d ^= a;                 b ^= c;
645
646         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
647         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
648         f->count++;
649 }
650
651 static void process_random_ready_list(void)
652 {
653         unsigned long flags;
654         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
655
656         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
657         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
658                 struct module *owner = rdy->owner;
659
660                 list_del_init(&rdy->list);
661                 rdy->func(rdy);
662                 module_put(owner);
663         }
664         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
665 }
666
667 /*
668  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
669  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
670  * or otherwise should be checked for extreme values.
671  */
672 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
673 {
674         int entropy_count, orig;
675         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
676         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
677
678         if (!nbits)
679                 return;
680
681 retry:
682         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
683         if (nfrac < 0) {
684                 /* Debit */
685                 entropy_count += nfrac;
686         } else {
687                 /*
688                  * Credit: we have to account for the possibility of
689                  * overwriting already present entropy.  Even in the
690                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
691                  * approach the full value asymptotically:
692                  *
693                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
694                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
695                  *
696                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
697                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
698                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
699                  * so we can approximate the exponential with
700                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
701                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
702                  *
703                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
704                  * prevent rounding artifacts from making the loop
705                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
706                  * turns no matter how large nbits is.
707                  */
708                 int pnfrac = nfrac;
709                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
710                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
711
712                 do {
713                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
714                         unsigned int add =
715                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
716
717                         entropy_count += add;
718                         pnfrac -= anfrac;
719                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
720         }
721
722         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
723                 pr_warn("negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
724                         r->name, entropy_count);
725                 entropy_count = 0;
726         } else if (entropy_count > pool_size)
727                 entropy_count = pool_size;
728         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
729                 goto retry;
730
731         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
732                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT, _RET_IP_);
733
734         if (r == &input_pool) {
735                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
736
737                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128)
738                         crng_reseed(&primary_crng, r);
739         }
740 }
741
742 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
743 {
744         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
745
746         if (nbits < 0)
747                 return -EINVAL;
748
749         /* Cap the value to avoid overflows */
750         nbits = min(nbits,  nbits_max);
751
752         credit_entropy_bits(r, nbits);
753         return 0;
754 }
755
756 /*********************************************************************
757  *
758  * CRNG using CHACHA20
759  *
760  *********************************************************************/
761
762 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
763
764 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
765
766 /*
767  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
768  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
769  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
770  * their brain damage.
771  */
772 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
773
774 static void invalidate_batched_entropy(void);
775 static void numa_crng_init(void);
776
777 static bool trust_cpu __ro_after_init = IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU);
778 static int __init parse_trust_cpu(char *arg)
779 {
780         return kstrtobool(arg, &trust_cpu);
781 }
782 early_param("random.trust_cpu", parse_trust_cpu);
783
784 static bool crng_init_try_arch(struct crng_state *crng)
785 {
786         int             i;
787         bool            arch_init = true;
788         unsigned long   rv;
789
790         for (i = 4; i < 16; i++) {
791                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
792                     !arch_get_random_long(&rv)) {
793                         rv = random_get_entropy();
794                         arch_init = false;
795                 }
796                 crng->state[i] ^= rv;
797         }
798
799         return arch_init;
800 }
801
802 static bool __init crng_init_try_arch_early(struct crng_state *crng)
803 {
804         int             i;
805         bool            arch_init = true;
806         unsigned long   rv;
807
808         for (i = 4; i < 16; i++) {
809                 if (!arch_get_random_seed_long_early(&rv) &&
810                     !arch_get_random_long_early(&rv)) {
811                         rv = random_get_entropy();
812                         arch_init = false;
813                 }
814                 crng->state[i] ^= rv;
815         }
816
817         return arch_init;
818 }
819
820 static void crng_initialize_secondary(struct crng_state *crng)
821 {
822         chacha_init_consts(crng->state);
823         _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
824         crng_init_try_arch(crng);
825         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
826 }
827
828 static void __init crng_initialize_primary(struct crng_state *crng)
829 {
830         _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4], sizeof(__u32) * 12, 0);
831         if (crng_init_try_arch_early(crng) && trust_cpu && crng_init < 2) {
832                 invalidate_batched_entropy();
833                 numa_crng_init();
834                 crng_init = 2;
835                 pr_notice("crng init done (trusting CPU's manufacturer)\n");
836         }
837         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
838 }
839
840 static void crng_finalize_init(struct crng_state *crng)
841 {
842         if (crng != &primary_crng || crng_init >= 2)
843                 return;
844         if (!system_wq) {
845                 /* We can't call numa_crng_init until we have workqueues,
846                  * so mark this for processing later. */
847                 crng_need_final_init = true;
848                 return;
849         }
850
851         invalidate_batched_entropy();
852         numa_crng_init();
853         crng_init = 2;
854         process_random_ready_list();
855         wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
856         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
857         pr_notice("crng init done\n");
858         if (unseeded_warning.missed) {
859                 pr_notice("%d get_random_xx warning(s) missed due to ratelimiting\n",
860                           unseeded_warning.missed);
861                 unseeded_warning.missed = 0;
862         }
863         if (urandom_warning.missed) {
864                 pr_notice("%d urandom warning(s) missed due to ratelimiting\n",
865                           urandom_warning.missed);
866                 urandom_warning.missed = 0;
867         }
868 }
869
870 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
871 {
872         int i;
873         struct crng_state *crng;
874         struct crng_state **pool;
875
876         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
877         for_each_online_node(i) {
878                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
879                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
880                 spin_lock_init(&crng->lock);
881                 crng_initialize_secondary(crng);
882                 pool[i] = crng;
883         }
884         /* pairs with READ_ONCE() in select_crng() */
885         if (cmpxchg_release(&crng_node_pool, NULL, pool) != NULL) {
886                 for_each_node(i)
887                         kfree(pool[i]);
888                 kfree(pool);
889         }
890 }
891
892 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
893
894 static void numa_crng_init(void)
895 {
896         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
897                 schedule_work(&numa_crng_init_work);
898 }
899
900 static struct crng_state *select_crng(void)
901 {
902         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
903                 struct crng_state **pool;
904                 int nid = numa_node_id();
905
906                 /* pairs with cmpxchg_release() in do_numa_crng_init() */
907                 pool = READ_ONCE(crng_node_pool);
908                 if (pool && pool[nid])
909                         return pool[nid];
910         }
911
912         return &primary_crng;
913 }
914
915 /*
916  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
917  * path.  So we can't afford to dilly-dally. Returns the number of
918  * bytes processed from cp.
919  */
920 static size_t crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
921 {
922         unsigned long flags;
923         char *p;
924         size_t ret = 0;
925
926         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
927                 return 0;
928         if (crng_init != 0) {
929                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
930                 return 0;
931         }
932         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
933         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
934                 p[crng_init_cnt % CHACHA_KEY_SIZE] ^= *cp;
935                 cp++; crng_init_cnt++; len--; ret++;
936         }
937         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
938         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
939                 invalidate_batched_entropy();
940                 crng_init = 1;
941                 pr_notice("fast init done\n");
942         }
943         return ret;
944 }
945
946 /*
947  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
948  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
949  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
950  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
951  * crng_fast_load().
952  *
953  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
954  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
955  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
956  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
957  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
958  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
959  */
960 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
961 {
962         unsigned long           flags;
963         static unsigned char    lfsr = 1;
964         unsigned char           tmp;
965         unsigned                i, max = CHACHA_KEY_SIZE;
966         const char *            src_buf = cp;
967         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
968
969         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
970                 return 0;
971         if (crng_init != 0) {
972                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
973                 return 0;
974         }
975         if (len > max)
976                 max = len;
977
978         for (i = 0; i < max ; i++) {
979                 tmp = lfsr;
980                 lfsr >>= 1;
981                 if (tmp & 1)
982                         lfsr ^= 0xE1;
983                 tmp = dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE];
984                 dest_buf[i % CHACHA_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
985                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
986         }
987         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
988         return 1;
989 }
990
991 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
992 {
993         unsigned long   flags;
994         int             i, num;
995         union {
996                 __u8    block[CHACHA_BLOCK_SIZE];
997                 __u32   key[8];
998         } buf;
999
1000         if (r) {
1001                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
1002                 if (num == 0)
1003                         return;
1004         } else {
1005                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
1006                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
1007                                         CHACHA_KEY_SIZE);
1008         }
1009         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1010         for (i = 0; i < 8; i++) {
1011                 unsigned long   rv;
1012                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1013                     !arch_get_random_long(&rv))
1014                         rv = random_get_entropy();
1015                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
1016         }
1017         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
1018         WRITE_ONCE(crng->init_time, jiffies);
1019         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1020         crng_finalize_init(crng);
1021 }
1022
1023 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
1024                           __u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
1025 {
1026         unsigned long v, flags, init_time;
1027
1028         if (crng_ready()) {
1029                 init_time = READ_ONCE(crng->init_time);
1030                 if (time_after(READ_ONCE(crng_global_init_time), init_time) ||
1031                     time_after(jiffies, init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
1032                         crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ?
1033                                     &input_pool : NULL);
1034         }
1035         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1036         if (arch_get_random_long(&v))
1037                 crng->state[14] ^= v;
1038         chacha20_block(&crng->state[0], out);
1039         if (crng->state[12] == 0)
1040                 crng->state[13]++;
1041         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1042 }
1043
1044 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA_BLOCK_SIZE])
1045 {
1046         _extract_crng(select_crng(), out);
1047 }
1048
1049 /*
1050  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
1051  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
1052  */
1053 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
1054                                     __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1055 {
1056         unsigned long   flags;
1057         __u32           *s, *d;
1058         int             i;
1059
1060         used = round_up(used, sizeof(__u32));
1061         if (used + CHACHA_KEY_SIZE > CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1062                 extract_crng(tmp);
1063                 used = 0;
1064         }
1065         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
1066         s = (__u32 *) &tmp[used];
1067         d = &crng->state[4];
1068         for (i=0; i < 8; i++)
1069                 *d++ ^= *s++;
1070         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
1071 }
1072
1073 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE], int used)
1074 {
1075         _crng_backtrack_protect(select_crng(), tmp, used);
1076 }
1077
1078 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1079 {
1080         ssize_t ret = 0, i = CHACHA_BLOCK_SIZE;
1081         __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1082         int large_request = (nbytes > 256);
1083
1084         while (nbytes) {
1085                 if (large_request && need_resched()) {
1086                         if (signal_pending(current)) {
1087                                 if (ret == 0)
1088                                         ret = -ERESTARTSYS;
1089                                 break;
1090                         }
1091                         schedule();
1092                 }
1093
1094                 extract_crng(tmp);
1095                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1096                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1097                         ret = -EFAULT;
1098                         break;
1099                 }
1100
1101                 nbytes -= i;
1102                 buf += i;
1103                 ret += i;
1104         }
1105         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1106
1107         /* Wipe data just written to memory */
1108         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1109
1110         return ret;
1111 }
1112
1113
1114 /*********************************************************************
1115  *
1116  * Entropy input management
1117  *
1118  *********************************************************************/
1119
1120 /* There is one of these per entropy source */
1121 struct timer_rand_state {
1122         cycles_t last_time;
1123         long last_delta, last_delta2;
1124 };
1125
1126 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1127
1128 /*
1129  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1130  * initialize it.
1131  *
1132  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1133  * the entropy pool having similar initial state across largely
1134  * identical devices.
1135  */
1136 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1137 {
1138         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1139         unsigned long flags;
1140
1141         if (!crng_ready() && size)
1142                 crng_slow_load(buf, size);
1143
1144         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1145         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1146         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1147         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1148         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1149 }
1150 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1151
1152 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1153
1154 /*
1155  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1156  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1157  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1158  *
1159  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1160  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1161  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1162  *
1163  */
1164 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1165 {
1166         struct entropy_store    *r;
1167         struct {
1168                 long jiffies;
1169                 unsigned cycles;
1170                 unsigned num;
1171         } sample;
1172         long delta, delta2, delta3;
1173
1174         sample.jiffies = jiffies;
1175         sample.cycles = random_get_entropy();
1176         sample.num = num;
1177         r = &input_pool;
1178         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1179
1180         /*
1181          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1182          * We take into account the first, second and third-order deltas
1183          * in order to make our estimate.
1184          */
1185         delta = sample.jiffies - READ_ONCE(state->last_time);
1186         WRITE_ONCE(state->last_time, sample.jiffies);
1187
1188         delta2 = delta - READ_ONCE(state->last_delta);
1189         WRITE_ONCE(state->last_delta, delta);
1190
1191         delta3 = delta2 - READ_ONCE(state->last_delta2);
1192         WRITE_ONCE(state->last_delta2, delta2);
1193
1194         if (delta < 0)
1195                 delta = -delta;
1196         if (delta2 < 0)
1197                 delta2 = -delta2;
1198         if (delta3 < 0)
1199                 delta3 = -delta3;
1200         if (delta > delta2)
1201                 delta = delta2;
1202         if (delta > delta3)
1203                 delta = delta3;
1204
1205         /*
1206          * delta is now minimum absolute delta.
1207          * Round down by 1 bit on general principles,
1208          * and limit entropy estimate to 12 bits.
1209          */
1210         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1211 }
1212
1213 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1214                                  unsigned int value)
1215 {
1216         static unsigned char last_value;
1217
1218         /* ignore autorepeat and the like */
1219         if (value == last_value)
1220                 return;
1221
1222         last_value = value;
1223         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1224                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1225         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1226 }
1227 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1228
1229 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1230
1231 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1232 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1233
1234 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1235 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1236
1237 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1238 {
1239         long delta = random_get_entropy() - start;
1240
1241         /* Use a weighted moving average */
1242         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1243         avg_cycles += delta;
1244         /* And average deviation */
1245         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1246         avg_deviation += delta;
1247 }
1248 #else
1249 #define add_interrupt_bench(x)
1250 #endif
1251
1252 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1253 {
1254         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1255         unsigned int idx;
1256
1257         if (regs == NULL)
1258                 return 0;
1259         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1260         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1261                 idx = 0;
1262         ptr += idx++;
1263         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1264         return *ptr;
1265 }
1266
1267 void add_interrupt_randomness(int irq)
1268 {
1269         struct entropy_store    *r;
1270         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1271         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1272         unsigned long           now = jiffies;
1273         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1274         __u32                   c_high, j_high;
1275         __u64                   ip;
1276
1277         if (cycles == 0)
1278                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1279         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1280         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1281         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1282         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1283         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1284         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1285         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1286                 get_reg(fast_pool, regs);
1287
1288         fast_mix(fast_pool);
1289         add_interrupt_bench(cycles);
1290
1291         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1292                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1293                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1294                                    sizeof(fast_pool->pool)) > 0) {
1295                         fast_pool->count = 0;
1296                         fast_pool->last = now;
1297                 }
1298                 return;
1299         }
1300
1301         if ((fast_pool->count < 64) &&
1302             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1303                 return;
1304
1305         r = &input_pool;
1306         if (!spin_trylock(&r->lock))
1307                 return;
1308
1309         fast_pool->last = now;
1310         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1311         spin_unlock(&r->lock);
1312
1313         fast_pool->count = 0;
1314
1315         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1316         credit_entropy_bits(r, 1);
1317 }
1318 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1319
1320 #ifdef CONFIG_BLOCK
1321 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1322 {
1323         if (!disk || !disk->random)
1324                 return;
1325         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1326         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1327         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1328 }
1329 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1330 #endif
1331
1332 /*********************************************************************
1333  *
1334  * Entropy extraction routines
1335  *
1336  *********************************************************************/
1337
1338 /*
1339  * This function decides how many bytes to actually take from the
1340  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1341  */
1342 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1343                       int reserved)
1344 {
1345         int entropy_count, orig, have_bytes;
1346         size_t ibytes, nfrac;
1347
1348         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1349
1350         /* Can we pull enough? */
1351 retry:
1352         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1353         ibytes = nbytes;
1354         /* never pull more than available */
1355         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1356
1357         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1358                 have_bytes = 0;
1359         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1360         if (ibytes < min)
1361                 ibytes = 0;
1362
1363         if (WARN_ON(entropy_count < 0)) {
1364                 pr_warn("negative entropy count: pool %s count %d\n",
1365                         r->name, entropy_count);
1366                 entropy_count = 0;
1367         }
1368         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1369         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1370                 entropy_count -= nfrac;
1371         else
1372                 entropy_count = 0;
1373
1374         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1375                 goto retry;
1376
1377         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1378         if (ibytes && ENTROPY_BITS(r) < random_write_wakeup_bits) {
1379                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1380                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1381         }
1382
1383         return ibytes;
1384 }
1385
1386 /*
1387  * This function does the actual extraction for extract_entropy.
1388  *
1389  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1390  */
1391 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1392 {
1393         struct blake2s_state state __aligned(__alignof__(unsigned long));
1394         u8 hash[BLAKE2S_HASH_SIZE];
1395         unsigned long *salt;
1396         unsigned long flags;
1397
1398         blake2s_init(&state, sizeof(hash));
1399
1400         /*
1401          * If we have an architectural hardware random number
1402          * generator, use it for BLAKE2's salt & personal fields.
1403          */
1404         for (salt = (unsigned long *)&state.h[4];
1405              salt < (unsigned long *)&state.h[8]; ++salt) {
1406                 unsigned long v;
1407                 if (!arch_get_random_long(&v))
1408                         break;
1409                 *salt ^= v;
1410         }
1411
1412         /* Generate a hash across the pool */
1413         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1414         blake2s_update(&state, (const u8 *)r->pool,
1415                        r->poolinfo->poolwords * sizeof(*r->pool));
1416         blake2s_final(&state, hash); /* final zeros out state */
1417
1418         /*
1419          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1420          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1421          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1422          * outputs), unless the hash function can be inverted. By
1423          * mixing at least a hash worth of hash data back, we make
1424          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1425          * hash.
1426          */
1427         __mix_pool_bytes(r, hash, sizeof(hash));
1428         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1429
1430         /* Note that EXTRACT_SIZE is half of hash size here, because above
1431          * we've dumped the full length back into mixer. By reducing the
1432          * amount that we emit, we retain a level of forward secrecy.
1433          */
1434         memcpy(out, hash, EXTRACT_SIZE);
1435         memzero_explicit(hash, sizeof(hash));
1436 }
1437
1438 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1439                                 size_t nbytes, int fips)
1440 {
1441         ssize_t ret = 0, i;
1442         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1443         unsigned long flags;
1444
1445         while (nbytes) {
1446                 extract_buf(r, tmp);
1447
1448                 if (fips) {
1449                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1450                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1451                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1452                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1453                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1454                 }
1455                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1456                 memcpy(buf, tmp, i);
1457                 nbytes -= i;
1458                 buf += i;
1459                 ret += i;
1460         }
1461
1462         /* Wipe data just returned from memory */
1463         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1464
1465         return ret;
1466 }
1467
1468 /*
1469  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1470  * returns it in a buffer.
1471  *
1472  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1473  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1474  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1475  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1476  */
1477 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1478                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1479 {
1480         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1481         unsigned long flags;
1482
1483         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1484         if (fips_enabled) {
1485                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1486                 if (!r->last_data_init) {
1487                         r->last_data_init = 1;
1488                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1489                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1490                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1491                         extract_buf(r, tmp);
1492                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1493                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1494                 }
1495                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1496         }
1497
1498         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1499         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1500
1501         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1502 }
1503
1504 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1505         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1506
1507 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1508                                       void **previous)
1509 {
1510 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1511         const bool print_once = false;
1512 #else
1513         static bool print_once __read_mostly;
1514 #endif
1515
1516         if (print_once ||
1517             crng_ready() ||
1518             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1519                 return;
1520         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1521 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1522         print_once = true;
1523 #endif
1524         if (__ratelimit(&unseeded_warning))
1525                 printk_deferred(KERN_NOTICE "random: %s called from %pS "
1526                                 "with crng_init=%d\n", func_name, caller,
1527                                 crng_init);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1532  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1533  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1534  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1535  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1536  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1537  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1538  * at any point prior.
1539  */
1540 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1541 {
1542         __u8 tmp[CHACHA_BLOCK_SIZE] __aligned(4);
1543
1544         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1545
1546         while (nbytes >= CHACHA_BLOCK_SIZE) {
1547                 extract_crng(buf);
1548                 buf += CHACHA_BLOCK_SIZE;
1549                 nbytes -= CHACHA_BLOCK_SIZE;
1550         }
1551
1552         if (nbytes > 0) {
1553                 extract_crng(tmp);
1554                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1555                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1556         } else
1557                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA_BLOCK_SIZE);
1558         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1559 }
1560
1561 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1562 {
1563         static void *previous;
1564
1565         warn_unseeded_randomness(&previous);
1566         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1567 }
1568 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1569
1570
1571 /*
1572  * Each time the timer fires, we expect that we got an unpredictable
1573  * jump in the cycle counter. Even if the timer is running on another
1574  * CPU, the timer activity will be touching the stack of the CPU that is
1575  * generating entropy..
1576  *
1577  * Note that we don't re-arm the timer in the timer itself - we are
1578  * happy to be scheduled away, since that just makes the load more
1579  * complex, but we do not want the timer to keep ticking unless the
1580  * entropy loop is running.
1581  *
1582  * So the re-arming always happens in the entropy loop itself.
1583  */
1584 static void entropy_timer(struct timer_list *t)
1585 {
1586         credit_entropy_bits(&input_pool, 1);
1587 }
1588
1589 /*
1590  * If we have an actual cycle counter, see if we can
1591  * generate enough entropy with timing noise
1592  */
1593 static void try_to_generate_entropy(void)
1594 {
1595         struct {
1596                 unsigned long now;
1597                 struct timer_list timer;
1598         } stack;
1599
1600         stack.now = random_get_entropy();
1601
1602         /* Slow counter - or none. Don't even bother */
1603         if (stack.now == random_get_entropy())
1604                 return;
1605
1606         timer_setup_on_stack(&stack.timer, entropy_timer, 0);
1607         while (!crng_ready()) {
1608                 if (!timer_pending(&stack.timer))
1609                         mod_timer(&stack.timer, jiffies+1);
1610                 mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1611                 schedule();
1612                 stack.now = random_get_entropy();
1613         }
1614
1615         del_timer_sync(&stack.timer);
1616         destroy_timer_on_stack(&stack.timer);
1617         mix_pool_bytes(&input_pool, &stack.now, sizeof(stack.now));
1618 }
1619
1620 /*
1621  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1622  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1623  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1624  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1625  * this function forfeits the guarantee of security.
1626  *
1627  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1628  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1629  */
1630 int wait_for_random_bytes(void)
1631 {
1632         if (likely(crng_ready()))
1633                 return 0;
1634
1635         do {
1636                 int ret;
1637                 ret = wait_event_interruptible_timeout(crng_init_wait, crng_ready(), HZ);
1638                 if (ret)
1639                         return ret > 0 ? 0 : ret;
1640
1641                 try_to_generate_entropy();
1642         } while (!crng_ready());
1643
1644         return 0;
1645 }
1646 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1647
1648 /*
1649  * Returns whether or not the urandom pool has been seeded and thus guaranteed
1650  * to supply cryptographically secure random numbers. This applies to: the
1651  * /dev/urandom device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,
1652  * ,u64,int,long} family of functions.
1653  *
1654  * Returns: true if the urandom pool has been seeded.
1655  *          false if the urandom pool has not been seeded.
1656  */
1657 bool rng_is_initialized(void)
1658 {
1659         return crng_ready();
1660 }
1661 EXPORT_SYMBOL(rng_is_initialized);
1662
1663 /*
1664  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1665  * pool is initialised.
1666  *
1667  * returns: 0 if callback is successfully added
1668  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1669  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1670  */
1671 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1672 {
1673         struct module *owner;
1674         unsigned long flags;
1675         int err = -EALREADY;
1676
1677         if (crng_ready())
1678                 return err;
1679
1680         owner = rdy->owner;
1681         if (!try_module_get(owner))
1682                 return -ENOENT;
1683
1684         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1685         if (crng_ready())
1686                 goto out;
1687
1688         owner = NULL;
1689
1690         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1691         err = 0;
1692
1693 out:
1694         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1695
1696         module_put(owner);
1697
1698         return err;
1699 }
1700 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1701
1702 /*
1703  * Delete a previously registered readiness callback function.
1704  */
1705 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1706 {
1707         unsigned long flags;
1708         struct module *owner = NULL;
1709
1710         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1711         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1712                 list_del_init(&rdy->list);
1713                 owner = rdy->owner;
1714         }
1715         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1716
1717         module_put(owner);
1718 }
1719 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1720
1721 /*
1722  * This function will use the architecture-specific hardware random
1723  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1724  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1725  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1726  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1727  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1728  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1729  * have put in a back door.
1730  *
1731  * Return number of bytes filled in.
1732  */
1733 int __must_check get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1734 {
1735         int left = nbytes;
1736         char *p = buf;
1737
1738         trace_get_random_bytes_arch(left, _RET_IP_);
1739         while (left) {
1740                 unsigned long v;
1741                 int chunk = min_t(int, left, sizeof(unsigned long));
1742
1743                 if (!arch_get_random_long(&v))
1744                         break;
1745
1746                 memcpy(p, &v, chunk);
1747                 p += chunk;
1748                 left -= chunk;
1749         }
1750
1751         return nbytes - left;
1752 }
1753 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1754
1755 /*
1756  * init_std_data - initialize pool with system data
1757  *
1758  * @r: pool to initialize
1759  *
1760  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1761  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1762  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1763  */
1764 static void __init init_std_data(struct entropy_store *r)
1765 {
1766         int i;
1767         ktime_t now = ktime_get_real();
1768         unsigned long rv;
1769
1770         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1771         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1772                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1773                     !arch_get_random_long(&rv))
1774                         rv = random_get_entropy();
1775                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1776         }
1777         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1778 }
1779
1780 /*
1781  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1782  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1783  * with some platform dependent data very early in the boot
1784  * process. But it limits our options here. We must use
1785  * statically allocated structures that already have all
1786  * initializations complete at compile time. We should also
1787  * take care not to overwrite the precious per platform data
1788  * we were given.
1789  */
1790 int __init rand_initialize(void)
1791 {
1792         init_std_data(&input_pool);
1793         if (crng_need_final_init)
1794                 crng_finalize_init(&primary_crng);
1795         crng_initialize_primary(&primary_crng);
1796         crng_global_init_time = jiffies;
1797         if (ratelimit_disable) {
1798                 urandom_warning.interval = 0;
1799                 unseeded_warning.interval = 0;
1800         }
1801         return 0;
1802 }
1803
1804 #ifdef CONFIG_BLOCK
1805 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1806 {
1807         struct timer_rand_state *state;
1808
1809         /*
1810          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1811          * source.
1812          */
1813         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1814         if (state) {
1815                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1816                 disk->random = state;
1817         }
1818 }
1819 #endif
1820
1821 static ssize_t
1822 urandom_read_nowarn(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes,
1823                     loff_t *ppos)
1824 {
1825         int ret;
1826
1827         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1828         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1829         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1830         return ret;
1831 }
1832
1833 static ssize_t
1834 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1835 {
1836         unsigned long flags;
1837         static int maxwarn = 10;
1838
1839         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1840                 maxwarn--;
1841                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1842                         pr_notice("%s: uninitialized urandom read (%zd bytes read)\n",
1843                                   current->comm, nbytes);
1844                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1845                 crng_init_cnt = 0;
1846                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1847         }
1848
1849         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1850 }
1851
1852 static ssize_t
1853 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1854 {
1855         int ret;
1856
1857         ret = wait_for_random_bytes();
1858         if (ret != 0)
1859                 return ret;
1860         return urandom_read_nowarn(file, buf, nbytes, ppos);
1861 }
1862
1863 static __poll_t
1864 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1865 {
1866         __poll_t mask;
1867
1868         poll_wait(file, &crng_init_wait, wait);
1869         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1870         mask = 0;
1871         if (crng_ready())
1872                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1873         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1874                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1875         return mask;
1876 }
1877
1878 static int
1879 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1880 {
1881         size_t bytes;
1882         __u32 t, buf[16];
1883         const char __user *p = buffer;
1884
1885         while (count > 0) {
1886                 int b, i = 0;
1887
1888                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1889                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1890                         return -EFAULT;
1891
1892                 for (b = bytes ; b > 0 ; b -= sizeof(__u32), i++) {
1893                         if (!arch_get_random_int(&t))
1894                                 break;
1895                         buf[i] ^= t;
1896                 }
1897
1898                 count -= bytes;
1899                 p += bytes;
1900
1901                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1902                 cond_resched();
1903         }
1904
1905         return 0;
1906 }
1907
1908 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1909                             size_t count, loff_t *ppos)
1910 {
1911         size_t ret;
1912
1913         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1914         if (ret)
1915                 return ret;
1916
1917         return (ssize_t)count;
1918 }
1919
1920 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1921 {
1922         int size, ent_count;
1923         int __user *p = (int __user *)arg;
1924         int retval;
1925
1926         switch (cmd) {
1927         case RNDGETENTCNT:
1928                 /* inherently racy, no point locking */
1929                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1930                 if (put_user(ent_count, p))
1931                         return -EFAULT;
1932                 return 0;
1933         case RNDADDTOENTCNT:
1934                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1935                         return -EPERM;
1936                 if (get_user(ent_count, p))
1937                         return -EFAULT;
1938                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1939         case RNDADDENTROPY:
1940                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1941                         return -EPERM;
1942                 if (get_user(ent_count, p++))
1943                         return -EFAULT;
1944                 if (ent_count < 0)
1945                         return -EINVAL;
1946                 if (get_user(size, p++))
1947                         return -EFAULT;
1948                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1949                                     size);
1950                 if (retval < 0)
1951                         return retval;
1952                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1953         case RNDZAPENTCNT:
1954         case RNDCLEARPOOL:
1955                 /*
1956                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1957                  * the entropy pool, as that's silly.
1958                  */
1959                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1960                         return -EPERM;
1961                 input_pool.entropy_count = 0;
1962                 return 0;
1963         case RNDRESEEDCRNG:
1964                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1965                         return -EPERM;
1966                 if (crng_init < 2)
1967                         return -ENODATA;
1968                 crng_reseed(&primary_crng, &input_pool);
1969                 WRITE_ONCE(crng_global_init_time, jiffies - 1);
1970                 return 0;
1971         default:
1972                 return -EINVAL;
1973         }
1974 }
1975
1976 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1977 {
1978         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1979 }
1980
1981 const struct file_operations random_fops = {
1982         .read  = random_read,
1983         .write = random_write,
1984         .poll  = random_poll,
1985         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1986         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1987         .fasync = random_fasync,
1988         .llseek = noop_llseek,
1989 };
1990
1991 const struct file_operations urandom_fops = {
1992         .read  = urandom_read,
1993         .write = random_write,
1994         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1995         .compat_ioctl = compat_ptr_ioctl,
1996         .fasync = random_fasync,
1997         .llseek = noop_llseek,
1998 };
1999
2000 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
2001                 unsigned int, flags)
2002 {
2003         int ret;
2004
2005         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM|GRND_INSECURE))
2006                 return -EINVAL;
2007
2008         /*
2009          * Requesting insecure and blocking randomness at the same time makes
2010          * no sense.
2011          */
2012         if ((flags & (GRND_INSECURE|GRND_RANDOM)) == (GRND_INSECURE|GRND_RANDOM))
2013                 return -EINVAL;
2014
2015         if (count > INT_MAX)
2016                 count = INT_MAX;
2017
2018         if (!(flags & GRND_INSECURE) && !crng_ready()) {
2019                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
2020                         return -EAGAIN;
2021                 ret = wait_for_random_bytes();
2022                 if (unlikely(ret))
2023                         return ret;
2024         }
2025         return urandom_read_nowarn(NULL, buf, count, NULL);
2026 }
2027
2028 /********************************************************************
2029  *
2030  * Sysctl interface
2031  *
2032  ********************************************************************/
2033
2034 #ifdef CONFIG_SYSCTL
2035
2036 #include <linux/sysctl.h>
2037
2038 static int min_write_thresh;
2039 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2040 static int random_min_urandom_seed = 60;
2041 static char sysctl_bootid[16];
2042
2043 /*
2044  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
2045  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
2046  * then a new UUID is generated and returned to the user.
2047  *
2048  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
2049  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
2050  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2051  */
2052 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2053                         void *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2054 {
2055         struct ctl_table fake_table;
2056         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2057
2058         uuid = table->data;
2059         if (!uuid) {
2060                 uuid = tmp_uuid;
2061                 generate_random_uuid(uuid);
2062         } else {
2063                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2064
2065                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2066                 if (!uuid[8])
2067                         generate_random_uuid(uuid);
2068                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2069         }
2070
2071         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2072
2073         fake_table.data = buf;
2074         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2075
2076         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2077 }
2078
2079 /*
2080  * Return entropy available scaled to integral bits
2081  */
2082 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2083                            void *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2084 {
2085         struct ctl_table fake_table;
2086         int entropy_count;
2087
2088         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2089
2090         fake_table.data = &entropy_count;
2091         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2092
2093         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2094 }
2095
2096 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2097 extern struct ctl_table random_table[];
2098 struct ctl_table random_table[] = {
2099         {
2100                 .procname       = "poolsize",
2101                 .data           = &sysctl_poolsize,
2102                 .maxlen         = sizeof(int),
2103                 .mode           = 0444,
2104                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2105         },
2106         {
2107                 .procname       = "entropy_avail",
2108                 .maxlen         = sizeof(int),
2109                 .mode           = 0444,
2110                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2111                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2112         },
2113         {
2114                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2115                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2116                 .maxlen         = sizeof(int),
2117                 .mode           = 0644,
2118                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2119                 .extra1         = &min_write_thresh,
2120                 .extra2         = &max_write_thresh,
2121         },
2122         {
2123                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2124                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2125                 .maxlen         = sizeof(int),
2126                 .mode           = 0644,
2127                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2128         },
2129         {
2130                 .procname       = "boot_id",
2131                 .data           = &sysctl_bootid,
2132                 .maxlen         = 16,
2133                 .mode           = 0444,
2134                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2135         },
2136         {
2137                 .procname       = "uuid",
2138                 .maxlen         = 16,
2139                 .mode           = 0444,
2140                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2141         },
2142 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2143         {
2144                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2145                 .data           = &avg_cycles,
2146                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2147                 .mode           = 0444,
2148                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2149         },
2150         {
2151                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2152                 .data           = &avg_deviation,
2153                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2154                 .mode           = 0444,
2155                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2156         },
2157 #endif
2158         { }
2159 };
2160 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2161
2162 struct batched_entropy {
2163         union {
2164                 u64 entropy_u64[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2165                 u32 entropy_u32[CHACHA_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2166         };
2167         unsigned int position;
2168         spinlock_t batch_lock;
2169 };
2170
2171 /*
2172  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2173  * number is good as /dev/urandom, but there is no backtrack protection, with
2174  * the goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2175  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2176  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once at any
2177  * point prior.
2178  */
2179 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64) = {
2180         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u64.lock),
2181 };
2182
2183 u64 get_random_u64(void)
2184 {
2185         u64 ret;
2186         unsigned long flags;
2187         struct batched_entropy *batch;
2188         static void *previous;
2189
2190         warn_unseeded_randomness(&previous);
2191
2192         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u64);
2193         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2194         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2195                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u64);
2196                 batch->position = 0;
2197         }
2198         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2199         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2200         return ret;
2201 }
2202 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2203
2204 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32) = {
2205         .batch_lock     = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_u32.lock),
2206 };
2207 u32 get_random_u32(void)
2208 {
2209         u32 ret;
2210         unsigned long flags;
2211         struct batched_entropy *batch;
2212         static void *previous;
2213
2214         warn_unseeded_randomness(&previous);
2215
2216         batch = raw_cpu_ptr(&batched_entropy_u32);
2217         spin_lock_irqsave(&batch->batch_lock, flags);
2218         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2219                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_u32);
2220                 batch->position = 0;
2221         }
2222         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2223         spin_unlock_irqrestore(&batch->batch_lock, flags);
2224         return ret;
2225 }
2226 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2227
2228 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2229  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2230  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2231  * next usage. */
2232 static void invalidate_batched_entropy(void)
2233 {
2234         int cpu;
2235         unsigned long flags;
2236
2237         for_each_possible_cpu (cpu) {
2238                 struct batched_entropy *batched_entropy;
2239
2240                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu);
2241                 spin_lock_irqsave(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2242                 batched_entropy->position = 0;
2243                 spin_unlock(&batched_entropy->batch_lock);
2244
2245                 batched_entropy = per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu);
2246                 spin_lock(&batched_entropy->batch_lock);
2247                 batched_entropy->position = 0;
2248                 spin_unlock_irqrestore(&batched_entropy->batch_lock, flags);
2249         }
2250 }
2251
2252 /**
2253  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2254  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2255  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2256  *              random address must fall.
2257  *
2258  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2259  *
2260  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2261  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2262  *
2263  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2264  * @start is returned.
2265  */
2266 unsigned long
2267 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2268 {
2269         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2270                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2271                 start = PAGE_ALIGN(start);
2272         }
2273
2274         if (start > ULONG_MAX - range)
2275                 range = ULONG_MAX - start;
2276
2277         range >>= PAGE_SHIFT;
2278
2279         if (range == 0)
2280                 return start;
2281
2282         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2283 }
2284
2285 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2286  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2287  * when our pool is full.
2288  */
2289 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2290                                 size_t entropy)
2291 {
2292         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2293
2294         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2295                 size_t ret = crng_fast_load(buffer, count);
2296                 mix_pool_bytes(poolp, buffer, ret);
2297                 count -= ret;
2298                 buffer += ret;
2299                 if (!count || crng_init == 0)
2300                         return;
2301         }
2302
2303         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2304          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2305          * or when the calling thread is about to terminate.
2306          */
2307         wait_event_interruptible(random_write_wait,
2308                         !system_wq || kthread_should_stop() ||
2309                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2310         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2311         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2312 }
2313 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);
2314
2315 /* Handle random seed passed by bootloader.
2316  * If the seed is trustworthy, it would be regarded as hardware RNGs. Otherwise
2317  * it would be regarded as device data.
2318  * The decision is controlled by CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER.
2319  */
2320 void add_bootloader_randomness(const void *buf, unsigned int size)
2321 {
2322         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOM_TRUST_BOOTLOADER))
2323                 add_hwgenerator_randomness(buf, size, size * 8);
2324         else
2325                 add_device_randomness(buf, size);
2326 }
2327 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_bootloader_randomness);