]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - drivers/char/random.c
6baa828c0493d5c30da47a1c47fe1d5d988e9b27
[linux.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright (C) 2017 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All
5  * Rights Reserved.
6  *
7  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
8  *
9  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
10  * rights reserved.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
17  *    including the disclaimer of warranties.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
22  *    products derived from this software without specific prior
23  *    written permission.
24  *
25  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
26  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
27  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
28  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
29  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
32  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
33  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
34  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
35  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
36  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
37  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
38  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
39  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
40  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
41  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
42  * DAMAGE.
43  */
44
45 /*
46  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
47  *
48  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
49  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
50  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
51  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
52  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
53  * predict by an attacker.
54  *
55  * Theory of operation
56  * ===================
57  *
58  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
59  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
60  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
61  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
62  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
63  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
64  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
65  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
66  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
67  * from inside the kernel.
68  *
69  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
70  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
71  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
72  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
73  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
74  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
75  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
76  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
77  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
78  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
79  * the random number generator's internal state.
80  *
81  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
82  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
83  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
84  * be computationally infeasible to derive any useful information
85  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
86  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
87  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
88  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
89  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
90  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
91  * outputs random numbers.
92  *
93  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
94  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
95  * able to infer the future output of the generator from prior
96  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
97  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
98  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
99  * of purposes.
100  *
101  * Exported interfaces ---- output
102  * ===============================
103  *
104  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
105  * be used from within the kernel:
106  *
107  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
108  *
109  * This interface will return the requested number of random bytes,
110  * and place it in the requested buffer.
111  *
112  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
113  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
114  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
115  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
116  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
117  * contained in the entropy pool.
118  *
119  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
120  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
121  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
122  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
123  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
124  *
125  * Exported interfaces ---- input
126  * ==============================
127  *
128  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
129  * from the devices are:
130  *
131  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
132  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
133  *                                unsigned int value);
134  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
135  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
136  *
137  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
138  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
139  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
140  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
141  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
142  * that might otherwise be identical and have very little entropy
143  * available to them (particularly common in the embedded world).
144  *
145  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
146  * the event type information from the hardware.
147  *
148  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
149  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
150  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
151  *
152  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
153  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
154  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
155  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
156  * times are usually fairly consistent.
157  *
158  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
159  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
160  * first and second order deltas of the event timings.
161  *
162  * Ensuring unpredictability at system startup
163  * ============================================
164  *
165  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
166  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
167  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
168  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
169  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
170  * counteract this effect, it helps to carry information in the
171  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
172  * following lines an appropriate script which is run during the boot
173  * sequence:
174  *
175  *      echo "Initializing random number generator..."
176  *      random_seed=/var/run/random-seed
177  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
178  *      # Load and then save the whole entropy pool
179  *      if [ -f $random_seed ]; then
180  *              cat $random_seed >/dev/urandom
181  *      else
182  *              touch $random_seed
183  *      fi
184  *      chmod 600 $random_seed
185  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
186  *
187  * and the following lines in an appropriate script which is run as
188  * the system is shutdown:
189  *
190  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
191  *      # Save the whole entropy pool
192  *      echo "Saving random seed..."
193  *      random_seed=/var/run/random-seed
194  *      touch $random_seed
195  *      chmod 600 $random_seed
196  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
197  *
198  * For example, on most modern systems using the System V init
199  * scripts, such code fragments would be found in
200  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
201  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
202  *
203  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
204  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
205  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
206  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
207  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
208  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
209  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
210  * the system.
211  *
212  * Configuring the /dev/random driver under Linux
213  * ==============================================
214  *
215  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
216  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
217  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
218  * by using the commands:
219  *
220  *      mknod /dev/random c 1 8
221  *      mknod /dev/urandom c 1 9
222  *
223  * Acknowledgements:
224  * =================
225  *
226  * Ideas for constructing this random number generator were derived
227  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
228  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
229  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
230  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
231  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
232  *
233  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
234  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
235  *
236  * Further background information on this topic may be obtained from
237  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
238  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
239  */
240
241 #include <linux/utsname.h>
242 #include <linux/module.h>
243 #include <linux/kernel.h>
244 #include <linux/major.h>
245 #include <linux/string.h>
246 #include <linux/fcntl.h>
247 #include <linux/slab.h>
248 #include <linux/random.h>
249 #include <linux/poll.h>
250 #include <linux/init.h>
251 #include <linux/fs.h>
252 #include <linux/genhd.h>
253 #include <linux/interrupt.h>
254 #include <linux/mm.h>
255 #include <linux/nodemask.h>
256 #include <linux/spinlock.h>
257 #include <linux/kthread.h>
258 #include <linux/percpu.h>
259 #include <linux/cryptohash.h>
260 #include <linux/fips.h>
261 #include <linux/ptrace.h>
262 #include <linux/workqueue.h>
263 #include <linux/irq.h>
264 #include <linux/syscalls.h>
265 #include <linux/completion.h>
266 #include <linux/uuid.h>
267 #include <crypto/chacha20.h>
268
269 #include <asm/processor.h>
270 #include <linux/uaccess.h>
271 #include <asm/irq.h>
272 #include <asm/irq_regs.h>
273 #include <asm/io.h>
274
275 #define CREATE_TRACE_POINTS
276 #include <trace/events/random.h>
277
278 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
279
280 /*
281  * Configuration information
282  */
283 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
284 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
285 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
286 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
287 #define SEC_XFER_SIZE           512
288 #define EXTRACT_SIZE            10
289
290
291 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
292
293 /*
294  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
295  * denominated in units of 1/8th bits.
296  *
297  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
298  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
299  */
300 #define ENTROPY_SHIFT 3
301 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
302
303 /*
304  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
305  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
306  */
307 static int random_read_wakeup_bits = 64;
308
309 /*
310  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
311  * should wake up processes which are selecting or polling on write
312  * access to /dev/random.
313  */
314 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
315
316 /*
317  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
318  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
319  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
320  * to get the twisting happening as fast as possible.
321  *
322  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
323  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
324  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
325  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
326  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
327  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
328  * Simulation 4:254-266)
329  *
330  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
331  *
332  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
333  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
334  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
335  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
336  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
337  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
338  * attacker can construct inputs that will produce controlled
339  * alterations to the pool's state is not important because we don't
340  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
341  * property we need with respect to them is that the attacker can't
342  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
343  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
344  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
345  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
346  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
347  * decrease the uncertainty).
348  *
349  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
350  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
351  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
352  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
353  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
354  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
355  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
356  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
357  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
358  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
359  * irreducible, which we have made here.
360  */
361 static struct poolinfo {
362         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
363 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
364         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
365 } poolinfo_table[] = {
366         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
367         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
368         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
369         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
370         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
371         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
372 #if 0
373         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
374         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
375
376         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
377         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
378
379         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
380         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
381
382         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
383         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
384
385         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
386         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
387         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
388         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
389
390         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
391         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
392
393         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
394         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
395
396         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
397         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
398 #endif
399 };
400
401 /*
402  * Static global variables
403  */
404 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
405 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
406 static struct fasync_struct *fasync;
407
408 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
409 static LIST_HEAD(random_ready_list);
410
411 struct crng_state {
412         __u32           state[16];
413         unsigned long   init_time;
414         spinlock_t      lock;
415 };
416
417 struct crng_state primary_crng = {
418         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
419 };
420
421 /*
422  * crng_init =  0 --> Uninitialized
423  *              1 --> Initialized
424  *              2 --> Initialized from input_pool
425  *
426  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
427  * its value (from 0->1->2).
428  */
429 static int crng_init = 0;
430 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
431 static int crng_init_cnt = 0;
432 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
433 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
434                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS]);
435 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
436                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used);
437 static void process_random_ready_list(void);
438 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
439
440 /**********************************************************************
441  *
442  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
443  * storing entropy in an entropy pool.
444  *
445  **********************************************************************/
446
447 struct entropy_store;
448 struct entropy_store {
449         /* read-only data: */
450         const struct poolinfo *poolinfo;
451         __u32 *pool;
452         const char *name;
453         struct entropy_store *pull;
454         struct work_struct push_work;
455
456         /* read-write data: */
457         unsigned long last_pulled;
458         spinlock_t lock;
459         unsigned short add_ptr;
460         unsigned short input_rotate;
461         int entropy_count;
462         int entropy_total;
463         unsigned int initialized:1;
464         unsigned int last_data_init:1;
465         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
466 };
467
468 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
469                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
470 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
471                                 size_t nbytes, int fips);
472
473 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
474 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
475 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
476 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
477
478 static struct entropy_store input_pool = {
479         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
480         .name = "input",
481         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
482         .pool = input_pool_data
483 };
484
485 static struct entropy_store blocking_pool = {
486         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
487         .name = "blocking",
488         .pull = &input_pool,
489         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
490         .pool = blocking_pool_data,
491         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
492                                         push_to_pool),
493 };
494
495 static __u32 const twist_table[8] = {
496         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
497         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
498
499 /*
500  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
501  * update the entropy estimate.  The caller should call
502  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
503  *
504  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
505  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
506  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
507  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
508  */
509 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
510                             int nbytes)
511 {
512         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
513         int input_rotate;
514         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
515         const char *bytes = in;
516         __u32 w;
517
518         tap1 = r->poolinfo->tap1;
519         tap2 = r->poolinfo->tap2;
520         tap3 = r->poolinfo->tap3;
521         tap4 = r->poolinfo->tap4;
522         tap5 = r->poolinfo->tap5;
523
524         input_rotate = r->input_rotate;
525         i = r->add_ptr;
526
527         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
528         while (nbytes--) {
529                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
530                 i = (i - 1) & wordmask;
531
532                 /* XOR in the various taps */
533                 w ^= r->pool[i];
534                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
535                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
536                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
537                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
538                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
539
540                 /* Mix the result back in with a twist */
541                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
542
543                 /*
544                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
545                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
546                  * rotation, so that successive passes spread the
547                  * input bits across the pool evenly.
548                  */
549                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
550         }
551
552         r->input_rotate = input_rotate;
553         r->add_ptr = i;
554 }
555
556 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
557                              int nbytes)
558 {
559         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
560         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
561 }
562
563 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
564                            int nbytes)
565 {
566         unsigned long flags;
567
568         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
569         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
570         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
571         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
572 }
573
574 struct fast_pool {
575         __u32           pool[4];
576         unsigned long   last;
577         unsigned short  reg_idx;
578         unsigned char   count;
579 };
580
581 /*
582  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
583  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
584  * locks that might be needed are taken by the caller.
585  */
586 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
587 {
588         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
589         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
590
591         a += b;                 c += d;
592         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
593         d ^= a;                 b ^= c;
594
595         a += b;                 c += d;
596         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
597         d ^= a;                 b ^= c;
598
599         a += b;                 c += d;
600         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
601         d ^= a;                 b ^= c;
602
603         a += b;                 c += d;
604         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
605         d ^= a;                 b ^= c;
606
607         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
608         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
609         f->count++;
610 }
611
612 static void process_random_ready_list(void)
613 {
614         unsigned long flags;
615         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
616
617         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
618         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
619                 struct module *owner = rdy->owner;
620
621                 list_del_init(&rdy->list);
622                 rdy->func(rdy);
623                 module_put(owner);
624         }
625         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
626 }
627
628 /*
629  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
630  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
631  * or otherwise should be checked for extreme values.
632  */
633 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
634 {
635         int entropy_count, orig;
636         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
637         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
638
639         if (!nbits)
640                 return;
641
642 retry:
643         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
644         if (nfrac < 0) {
645                 /* Debit */
646                 entropy_count += nfrac;
647         } else {
648                 /*
649                  * Credit: we have to account for the possibility of
650                  * overwriting already present entropy.  Even in the
651                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
652                  * approach the full value asymptotically:
653                  *
654                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
655                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
656                  *
657                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
658                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
659                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
660                  * so we can approximate the exponential with
661                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
662                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
663                  *
664                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
665                  * prevent rounding artifacts from making the loop
666                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
667                  * turns no matter how large nbits is.
668                  */
669                 int pnfrac = nfrac;
670                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
671                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
672
673                 do {
674                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
675                         unsigned int add =
676                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
677
678                         entropy_count += add;
679                         pnfrac -= anfrac;
680                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
681         }
682
683         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
684                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
685                         r->name, entropy_count);
686                 WARN_ON(1);
687                 entropy_count = 0;
688         } else if (entropy_count > pool_size)
689                 entropy_count = pool_size;
690         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
691                 goto retry;
692
693         r->entropy_total += nbits;
694         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
695                 r->initialized = 1;
696                 r->entropy_total = 0;
697         }
698
699         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
700                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
701                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
702
703         if (r == &input_pool) {
704                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
705
706                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
707                         crng_reseed(&primary_crng, r);
708                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
709                 }
710
711                 /* should we wake readers? */
712                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits &&
713                     wq_has_sleeper(&random_read_wait)) {
714                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
715                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
716                 }
717                 /* If the input pool is getting full, send some
718                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
719                  */
720                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
721                     r->initialized &&
722                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
723                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
724
725                         if (other->entropy_count <=
726                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
727                                 schedule_work(&other->push_work);
728                                 r->entropy_total = 0;
729                         }
730                 }
731         }
732 }
733
734 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
735 {
736         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
737
738         if (nbits < 0)
739                 return -EINVAL;
740
741         /* Cap the value to avoid overflows */
742         nbits = min(nbits,  nbits_max);
743
744         credit_entropy_bits(r, nbits);
745         return 0;
746 }
747
748 /*********************************************************************
749  *
750  * CRNG using CHACHA20
751  *
752  *********************************************************************/
753
754 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
755
756 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
757
758 #ifdef CONFIG_NUMA
759 /*
760  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
761  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
762  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
763  * their brain damage.
764  */
765 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
766 #endif
767
768 static void invalidate_batched_entropy(void);
769
770 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
771 {
772         int             i;
773         unsigned long   rv;
774
775         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
776         if (crng == &primary_crng)
777                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
778                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
779         else
780                 _get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
781         for (i = 4; i < 16; i++) {
782                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
783                     !arch_get_random_long(&rv))
784                         rv = random_get_entropy();
785                 crng->state[i] ^= rv;
786         }
787         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
788 }
789
790 /*
791  * crng_fast_load() can be called by code in the interrupt service
792  * path.  So we can't afford to dilly-dally.
793  */
794 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
795 {
796         unsigned long flags;
797         char *p;
798
799         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
800                 return 0;
801         if (crng_init != 0) {
802                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
803                 return 0;
804         }
805         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
806         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
807                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
808                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
809         }
810         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
811         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
812                 invalidate_batched_entropy();
813                 crng_init = 1;
814                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
815                 pr_notice("random: fast init done\n");
816         }
817         return 1;
818 }
819
820 /*
821  * crng_slow_load() is called by add_device_randomness, which has two
822  * attributes.  (1) We can't trust the buffer passed to it is
823  * guaranteed to be unpredictable (so it might not have any entropy at
824  * all), and (2) it doesn't have the performance constraints of
825  * crng_fast_load().
826  *
827  * So we do something more comprehensive which is guaranteed to touch
828  * all of the primary_crng's state, and which uses a LFSR with a
829  * period of 255 as part of the mixing algorithm.  Finally, we do
830  * *not* advance crng_init_cnt since buffer we may get may be something
831  * like a fixed DMI table (for example), which might very well be
832  * unique to the machine, but is otherwise unvarying.
833  */
834 static int crng_slow_load(const char *cp, size_t len)
835 {
836         unsigned long           flags;
837         static unsigned char    lfsr = 1;
838         unsigned char           tmp;
839         unsigned                i, max = CHACHA20_KEY_SIZE;
840         const char *            src_buf = cp;
841         char *                  dest_buf = (char *) &primary_crng.state[4];
842
843         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
844                 return 0;
845         if (crng_init != 0) {
846                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
847                 return 0;
848         }
849         if (len > max)
850                 max = len;
851
852         for (i = 0; i < max ; i++) {
853                 tmp = lfsr;
854                 lfsr >>= 1;
855                 if (tmp & 1)
856                         lfsr ^= 0xE1;
857                 tmp = dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE];
858                 dest_buf[i % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= src_buf[i % len] ^ lfsr;
859                 lfsr += (tmp << 3) | (tmp >> 5);
860         }
861         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
862         return 1;
863 }
864
865 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
866 {
867         unsigned long   flags;
868         int             i, num;
869         union {
870                 __u32   block[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
871                 __u32   key[8];
872         } buf;
873
874         if (r) {
875                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
876                 if (num == 0)
877                         return;
878         } else {
879                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
880                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
881                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
882         }
883         spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
884         for (i = 0; i < 8; i++) {
885                 unsigned long   rv;
886                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
887                     !arch_get_random_long(&rv))
888                         rv = random_get_entropy();
889                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
890         }
891         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
892         crng->init_time = jiffies;
893         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
894         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
895                 invalidate_batched_entropy();
896                 crng_init = 2;
897                 process_random_ready_list();
898                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
899                 pr_notice("random: crng init done\n");
900         }
901 }
902
903 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
904                           __u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
905 {
906         unsigned long v, flags;
907
908         if (crng_ready() &&
909             time_after(jiffies, crng->init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
910                 crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ? &input_pool : NULL);
911         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
912         if (arch_get_random_long(&v))
913                 crng->state[14] ^= v;
914         chacha20_block(&crng->state[0], out);
915         if (crng->state[12] == 0)
916                 crng->state[13]++;
917         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
918 }
919
920 static void extract_crng(__u32 out[CHACHA20_BLOCK_WORDS])
921 {
922         struct crng_state *crng = NULL;
923
924 #ifdef CONFIG_NUMA
925         if (crng_node_pool)
926                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
927         if (crng == NULL)
928 #endif
929                 crng = &primary_crng;
930         _extract_crng(crng, out);
931 }
932
933 /*
934  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
935  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
936  */
937 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
938                                     __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
939 {
940         unsigned long   flags;
941         __u32           *s, *d;
942         int             i;
943
944         used = round_up(used, sizeof(__u32));
945         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
946                 extract_crng(tmp);
947                 used = 0;
948         }
949         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
950         s = &tmp[used / sizeof(__u32)];
951         d = &crng->state[4];
952         for (i=0; i < 8; i++)
953                 *d++ ^= *s++;
954         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
955 }
956
957 static void crng_backtrack_protect(__u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS], int used)
958 {
959         struct crng_state *crng = NULL;
960
961 #ifdef CONFIG_NUMA
962         if (crng_node_pool)
963                 crng = crng_node_pool[numa_node_id()];
964         if (crng == NULL)
965 #endif
966                 crng = &primary_crng;
967         _crng_backtrack_protect(crng, tmp, used);
968 }
969
970 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
971 {
972         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
973         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
974         int large_request = (nbytes > 256);
975
976         while (nbytes) {
977                 if (large_request && need_resched()) {
978                         if (signal_pending(current)) {
979                                 if (ret == 0)
980                                         ret = -ERESTARTSYS;
981                                 break;
982                         }
983                         schedule();
984                 }
985
986                 extract_crng(tmp);
987                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
988                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
989                         ret = -EFAULT;
990                         break;
991                 }
992
993                 nbytes -= i;
994                 buf += i;
995                 ret += i;
996         }
997         crng_backtrack_protect(tmp, i);
998
999         /* Wipe data just written to memory */
1000         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1001
1002         return ret;
1003 }
1004
1005
1006 /*********************************************************************
1007  *
1008  * Entropy input management
1009  *
1010  *********************************************************************/
1011
1012 /* There is one of these per entropy source */
1013 struct timer_rand_state {
1014         cycles_t last_time;
1015         long last_delta, last_delta2;
1016 };
1017
1018 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1019
1020 /*
1021  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1022  * initialize it.
1023  *
1024  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1025  * the entropy pool having similar initial state across largely
1026  * identical devices.
1027  */
1028 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1029 {
1030         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1031         unsigned long flags;
1032
1033         if (!crng_ready() && size)
1034                 crng_slow_load(buf, size);
1035
1036         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1037         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1038         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1039         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1040         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1041 }
1042 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1043
1044 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1045
1046 /*
1047  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1048  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1049  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1050  *
1051  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1052  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1053  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1054  *
1055  */
1056 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1057 {
1058         struct entropy_store    *r;
1059         struct {
1060                 long jiffies;
1061                 unsigned cycles;
1062                 unsigned num;
1063         } sample;
1064         long delta, delta2, delta3;
1065
1066         preempt_disable();
1067
1068         sample.jiffies = jiffies;
1069         sample.cycles = random_get_entropy();
1070         sample.num = num;
1071         r = &input_pool;
1072         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1073
1074         /*
1075          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1076          * We take into account the first, second and third-order deltas
1077          * in order to make our estimate.
1078          */
1079         delta = sample.jiffies - state->last_time;
1080         state->last_time = sample.jiffies;
1081
1082         delta2 = delta - state->last_delta;
1083         state->last_delta = delta;
1084
1085         delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1086         state->last_delta2 = delta2;
1087
1088         if (delta < 0)
1089                 delta = -delta;
1090         if (delta2 < 0)
1091                 delta2 = -delta2;
1092         if (delta3 < 0)
1093                 delta3 = -delta3;
1094         if (delta > delta2)
1095                 delta = delta2;
1096         if (delta > delta3)
1097                 delta = delta3;
1098
1099         /*
1100          * delta is now minimum absolute delta.
1101          * Round down by 1 bit on general principles,
1102          * and limit entropy entimate to 12 bits.
1103          */
1104         credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1105
1106         preempt_enable();
1107 }
1108
1109 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1110                                  unsigned int value)
1111 {
1112         static unsigned char last_value;
1113
1114         /* ignore autorepeat and the like */
1115         if (value == last_value)
1116                 return;
1117
1118         last_value = value;
1119         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1120                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1121         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1122 }
1123 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1124
1125 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1126
1127 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1128 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1129
1130 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1131 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1132
1133 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1134 {
1135         long delta = random_get_entropy() - start;
1136
1137         /* Use a weighted moving average */
1138         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1139         avg_cycles += delta;
1140         /* And average deviation */
1141         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1142         avg_deviation += delta;
1143 }
1144 #else
1145 #define add_interrupt_bench(x)
1146 #endif
1147
1148 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1149 {
1150         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1151         unsigned int idx;
1152
1153         if (regs == NULL)
1154                 return 0;
1155         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1156         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1157                 idx = 0;
1158         ptr += idx++;
1159         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1160         return *ptr;
1161 }
1162
1163 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1164 {
1165         struct entropy_store    *r;
1166         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1167         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1168         unsigned long           now = jiffies;
1169         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1170         __u32                   c_high, j_high;
1171         __u64                   ip;
1172         unsigned long           seed;
1173         int                     credit = 0;
1174
1175         if (cycles == 0)
1176                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1177         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1178         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1179         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1180         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1181         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1182         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1183         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1184                 get_reg(fast_pool, regs);
1185
1186         fast_mix(fast_pool);
1187         add_interrupt_bench(cycles);
1188
1189         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1190                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1191                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1192                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1193                         fast_pool->count = 0;
1194                         fast_pool->last = now;
1195                 }
1196                 return;
1197         }
1198
1199         if ((fast_pool->count < 64) &&
1200             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1201                 return;
1202
1203         r = &input_pool;
1204         if (!spin_trylock(&r->lock))
1205                 return;
1206
1207         fast_pool->last = now;
1208         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1209
1210         /*
1211          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1212          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1213          * architectural seed generator dominate the input from the
1214          * interrupt noise.
1215          */
1216         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1217                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1218                 credit = 1;
1219         }
1220         spin_unlock(&r->lock);
1221
1222         fast_pool->count = 0;
1223
1224         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1225         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1226 }
1227 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1228
1229 #ifdef CONFIG_BLOCK
1230 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1231 {
1232         if (!disk || !disk->random)
1233                 return;
1234         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1235         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1236         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1237 }
1238 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1239 #endif
1240
1241 /*********************************************************************
1242  *
1243  * Entropy extraction routines
1244  *
1245  *********************************************************************/
1246
1247 /*
1248  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1249  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1250  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1251  */
1252 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1253 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1254 {
1255         if (!r->pull ||
1256             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1257             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1258                 return;
1259
1260         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1261 }
1262
1263 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1264 {
1265         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1266
1267         int bytes = nbytes;
1268
1269         /* pull at least as much as a wakeup */
1270         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1271         /* but never more than the buffer size */
1272         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1273
1274         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1275                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1276         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1277                                 random_read_wakeup_bits / 8, 0);
1278         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1279         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1280 }
1281
1282 /*
1283  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1284  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1285  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1286  * of letting it go to waste.
1287  */
1288 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1289 {
1290         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1291                                               push_work);
1292         BUG_ON(!r);
1293         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1294         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1295                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1296 }
1297
1298 /*
1299  * This function decides how many bytes to actually take from the
1300  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1301  */
1302 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1303                       int reserved)
1304 {
1305         int entropy_count, orig, have_bytes;
1306         size_t ibytes, nfrac;
1307
1308         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1309
1310         /* Can we pull enough? */
1311 retry:
1312         entropy_count = orig = READ_ONCE(r->entropy_count);
1313         ibytes = nbytes;
1314         /* never pull more than available */
1315         have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1316
1317         if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1318                 have_bytes = 0;
1319         ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1320         if (ibytes < min)
1321                 ibytes = 0;
1322
1323         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1324                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1325                         r->name, entropy_count);
1326                 WARN_ON(1);
1327                 entropy_count = 0;
1328         }
1329         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1330         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1331                 entropy_count -= nfrac;
1332         else
1333                 entropy_count = 0;
1334
1335         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1336                 goto retry;
1337
1338         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1339         if (ibytes &&
1340             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1341                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1342                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1343         }
1344
1345         return ibytes;
1346 }
1347
1348 /*
1349  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1350  * extract_entropy_user.
1351  *
1352  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1353  */
1354 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1355 {
1356         int i;
1357         union {
1358                 __u32 w[5];
1359                 unsigned long l[LONGS(20)];
1360         } hash;
1361         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1362         unsigned long flags;
1363
1364         /*
1365          * If we have an architectural hardware random number
1366          * generator, use it for SHA's initial vector
1367          */
1368         sha_init(hash.w);
1369         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1370                 unsigned long v;
1371                 if (!arch_get_random_long(&v))
1372                         break;
1373                 hash.l[i] = v;
1374         }
1375
1376         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1377         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1378         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1379                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1380
1381         /*
1382          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1383          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1384          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1385          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1386          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1387          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1388          * hash.
1389          */
1390         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1391         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1392
1393         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1394
1395         /*
1396          * In case the hash function has some recognizable output
1397          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1398          * twice as much data as we output.
1399          */
1400         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1401         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1402         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1403
1404         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1405         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1406 }
1407
1408 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1409                                 size_t nbytes, int fips)
1410 {
1411         ssize_t ret = 0, i;
1412         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1413         unsigned long flags;
1414
1415         while (nbytes) {
1416                 extract_buf(r, tmp);
1417
1418                 if (fips) {
1419                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1420                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1421                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1422                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1423                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1424                 }
1425                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1426                 memcpy(buf, tmp, i);
1427                 nbytes -= i;
1428                 buf += i;
1429                 ret += i;
1430         }
1431
1432         /* Wipe data just returned from memory */
1433         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1434
1435         return ret;
1436 }
1437
1438 /*
1439  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1440  * returns it in a buffer.
1441  *
1442  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1443  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1444  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1445  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1446  */
1447 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1448                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1449 {
1450         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1451         unsigned long flags;
1452
1453         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1454         if (fips_enabled) {
1455                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1456                 if (!r->last_data_init) {
1457                         r->last_data_init = 1;
1458                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1459                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1460                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1461                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1462                         extract_buf(r, tmp);
1463                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1464                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1465                 }
1466                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1467         }
1468
1469         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1470         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1471         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1472
1473         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1474 }
1475
1476 /*
1477  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1478  * returns it in a userspace buffer.
1479  */
1480 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1481                                     size_t nbytes)
1482 {
1483         ssize_t ret = 0, i;
1484         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1485         int large_request = (nbytes > 256);
1486
1487         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1488         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1489         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1490
1491         while (nbytes) {
1492                 if (large_request && need_resched()) {
1493                         if (signal_pending(current)) {
1494                                 if (ret == 0)
1495                                         ret = -ERESTARTSYS;
1496                                 break;
1497                         }
1498                         schedule();
1499                 }
1500
1501                 extract_buf(r, tmp);
1502                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1503                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1504                         ret = -EFAULT;
1505                         break;
1506                 }
1507
1508                 nbytes -= i;
1509                 buf += i;
1510                 ret += i;
1511         }
1512
1513         /* Wipe data just returned from memory */
1514         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1515
1516         return ret;
1517 }
1518
1519 #define warn_unseeded_randomness(previous) \
1520         _warn_unseeded_randomness(__func__, (void *) _RET_IP_, (previous))
1521
1522 static void _warn_unseeded_randomness(const char *func_name, void *caller,
1523                                       void **previous)
1524 {
1525 #ifdef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1526         const bool print_once = false;
1527 #else
1528         static bool print_once __read_mostly;
1529 #endif
1530
1531         if (print_once ||
1532             crng_ready() ||
1533             (previous && (caller == READ_ONCE(*previous))))
1534                 return;
1535         WRITE_ONCE(*previous, caller);
1536 #ifndef CONFIG_WARN_ALL_UNSEEDED_RANDOM
1537         print_once = true;
1538 #endif
1539         pr_notice("random: %s called from %pS with crng_init=%d\n",
1540                   func_name, caller, crng_init);
1541 }
1542
1543 /*
1544  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1545  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1546  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1547  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1548  * (when available), use get_random_bytes_arch(). In order to ensure
1549  * that the randomness provided by this function is okay, the function
1550  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
1551  * at any point prior.
1552  */
1553 static void _get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1554 {
1555         __u32 tmp[CHACHA20_BLOCK_WORDS];
1556
1557         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1558
1559         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1560                 extract_crng(buf);
1561                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1562                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1563         }
1564
1565         if (nbytes > 0) {
1566                 extract_crng(tmp);
1567                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1568                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1569         } else
1570                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1571         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1572 }
1573
1574 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1575 {
1576         static void *previous;
1577
1578         warn_unseeded_randomness(&previous);
1579         _get_random_bytes(buf, nbytes);
1580 }
1581 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1582
1583 /*
1584  * Wait for the urandom pool to be seeded and thus guaranteed to supply
1585  * cryptographically secure random numbers. This applies to: the /dev/urandom
1586  * device, the get_random_bytes function, and the get_random_{u32,u64,int,long}
1587  * family of functions. Using any of these functions without first calling
1588  * this function forfeits the guarantee of security.
1589  *
1590  * Returns: 0 if the urandom pool has been seeded.
1591  *          -ERESTARTSYS if the function was interrupted by a signal.
1592  */
1593 int wait_for_random_bytes(void)
1594 {
1595         if (likely(crng_ready()))
1596                 return 0;
1597         return wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
1598 }
1599 EXPORT_SYMBOL(wait_for_random_bytes);
1600
1601 /*
1602  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1603  * pool is initialised.
1604  *
1605  * returns: 0 if callback is successfully added
1606  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1607  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1608  */
1609 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1610 {
1611         struct module *owner;
1612         unsigned long flags;
1613         int err = -EALREADY;
1614
1615         if (crng_ready())
1616                 return err;
1617
1618         owner = rdy->owner;
1619         if (!try_module_get(owner))
1620                 return -ENOENT;
1621
1622         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1623         if (crng_ready())
1624                 goto out;
1625
1626         owner = NULL;
1627
1628         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1629         err = 0;
1630
1631 out:
1632         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1633
1634         module_put(owner);
1635
1636         return err;
1637 }
1638 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1639
1640 /*
1641  * Delete a previously registered readiness callback function.
1642  */
1643 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1644 {
1645         unsigned long flags;
1646         struct module *owner = NULL;
1647
1648         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1649         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1650                 list_del_init(&rdy->list);
1651                 owner = rdy->owner;
1652         }
1653         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1654
1655         module_put(owner);
1656 }
1657 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1658
1659 /*
1660  * This function will use the architecture-specific hardware random
1661  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1662  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1663  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1664  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1665  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1666  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1667  * have put in a back door.
1668  */
1669 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1670 {
1671         char *p = buf;
1672
1673         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1674         while (nbytes) {
1675                 unsigned long v;
1676                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1677
1678                 if (!arch_get_random_long(&v))
1679                         break;
1680                 
1681                 memcpy(p, &v, chunk);
1682                 p += chunk;
1683                 nbytes -= chunk;
1684         }
1685
1686         if (nbytes)
1687                 get_random_bytes(p, nbytes);
1688 }
1689 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1690
1691
1692 /*
1693  * init_std_data - initialize pool with system data
1694  *
1695  * @r: pool to initialize
1696  *
1697  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1698  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1699  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1700  */
1701 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1702 {
1703         int i;
1704         ktime_t now = ktime_get_real();
1705         unsigned long rv;
1706
1707         r->last_pulled = jiffies;
1708         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1709         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1710                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1711                     !arch_get_random_long(&rv))
1712                         rv = random_get_entropy();
1713                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1714         }
1715         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1720  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1721  * with some platform dependent data very early in the boot
1722  * process. But it limits our options here. We must use
1723  * statically allocated structures that already have all
1724  * initializations complete at compile time. We should also
1725  * take care not to overwrite the precious per platform data
1726  * we were given.
1727  */
1728 static int rand_initialize(void)
1729 {
1730 #ifdef CONFIG_NUMA
1731         int i;
1732         struct crng_state *crng;
1733         struct crng_state **pool;
1734 #endif
1735
1736         init_std_data(&input_pool);
1737         init_std_data(&blocking_pool);
1738         crng_initialize(&primary_crng);
1739
1740 #ifdef CONFIG_NUMA
1741         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
1742         for_each_online_node(i) {
1743                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
1744                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
1745                 spin_lock_init(&crng->lock);
1746                 crng_initialize(crng);
1747                 pool[i] = crng;
1748         }
1749         mb();
1750         crng_node_pool = pool;
1751 #endif
1752         return 0;
1753 }
1754 early_initcall(rand_initialize);
1755
1756 #ifdef CONFIG_BLOCK
1757 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1758 {
1759         struct timer_rand_state *state;
1760
1761         /*
1762          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1763          * source.
1764          */
1765         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1766         if (state) {
1767                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1768                 disk->random = state;
1769         }
1770 }
1771 #endif
1772
1773 static ssize_t
1774 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1775 {
1776         ssize_t n;
1777
1778         if (nbytes == 0)
1779                 return 0;
1780
1781         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1782         while (1) {
1783                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1784                 if (n < 0)
1785                         return n;
1786                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1787                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1788                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1789                 if (n > 0)
1790                         return n;
1791
1792                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1793                 if (nonblock)
1794                         return -EAGAIN;
1795
1796                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1797                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1798                         random_read_wakeup_bits);
1799                 if (signal_pending(current))
1800                         return -ERESTARTSYS;
1801         }
1802 }
1803
1804 static ssize_t
1805 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1806 {
1807         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1808 }
1809
1810 static ssize_t
1811 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1812 {
1813         unsigned long flags;
1814         static int maxwarn = 10;
1815         int ret;
1816
1817         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1818                 maxwarn--;
1819                 printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized urandom read "
1820                        "(%zd bytes read)\n",
1821                        current->comm, nbytes);
1822                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1823                 crng_init_cnt = 0;
1824                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1825         }
1826         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1827         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1828         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1829         return ret;
1830 }
1831
1832 static __poll_t
1833 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1834 {
1835         __poll_t mask;
1836
1837         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1838         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1839         mask = 0;
1840         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1841                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
1842         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1843                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
1844         return mask;
1845 }
1846
1847 static int
1848 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1849 {
1850         size_t bytes;
1851         __u32 buf[16];
1852         const char __user *p = buffer;
1853
1854         while (count > 0) {
1855                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1856                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1857                         return -EFAULT;
1858
1859                 count -= bytes;
1860                 p += bytes;
1861
1862                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1863                 cond_resched();
1864         }
1865
1866         return 0;
1867 }
1868
1869 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1870                             size_t count, loff_t *ppos)
1871 {
1872         size_t ret;
1873
1874         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1875         if (ret)
1876                 return ret;
1877
1878         return (ssize_t)count;
1879 }
1880
1881 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1882 {
1883         int size, ent_count;
1884         int __user *p = (int __user *)arg;
1885         int retval;
1886
1887         switch (cmd) {
1888         case RNDGETENTCNT:
1889                 /* inherently racy, no point locking */
1890                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1891                 if (put_user(ent_count, p))
1892                         return -EFAULT;
1893                 return 0;
1894         case RNDADDTOENTCNT:
1895                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1896                         return -EPERM;
1897                 if (get_user(ent_count, p))
1898                         return -EFAULT;
1899                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1900         case RNDADDENTROPY:
1901                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1902                         return -EPERM;
1903                 if (get_user(ent_count, p++))
1904                         return -EFAULT;
1905                 if (ent_count < 0)
1906                         return -EINVAL;
1907                 if (get_user(size, p++))
1908                         return -EFAULT;
1909                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1910                                     size);
1911                 if (retval < 0)
1912                         return retval;
1913                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1914         case RNDZAPENTCNT:
1915         case RNDCLEARPOOL:
1916                 /*
1917                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1918                  * the entropy pool, as that's silly.
1919                  */
1920                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1921                         return -EPERM;
1922                 input_pool.entropy_count = 0;
1923                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1924                 return 0;
1925         default:
1926                 return -EINVAL;
1927         }
1928 }
1929
1930 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1931 {
1932         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1933 }
1934
1935 const struct file_operations random_fops = {
1936         .read  = random_read,
1937         .write = random_write,
1938         .poll  = random_poll,
1939         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1940         .fasync = random_fasync,
1941         .llseek = noop_llseek,
1942 };
1943
1944 const struct file_operations urandom_fops = {
1945         .read  = urandom_read,
1946         .write = random_write,
1947         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1948         .fasync = random_fasync,
1949         .llseek = noop_llseek,
1950 };
1951
1952 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1953                 unsigned int, flags)
1954 {
1955         int ret;
1956
1957         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1958                 return -EINVAL;
1959
1960         if (count > INT_MAX)
1961                 count = INT_MAX;
1962
1963         if (flags & GRND_RANDOM)
1964                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1965
1966         if (!crng_ready()) {
1967                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1968                         return -EAGAIN;
1969                 ret = wait_for_random_bytes();
1970                 if (unlikely(ret))
1971                         return ret;
1972         }
1973         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1974 }
1975
1976 /********************************************************************
1977  *
1978  * Sysctl interface
1979  *
1980  ********************************************************************/
1981
1982 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1983
1984 #include <linux/sysctl.h>
1985
1986 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1987 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1988 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1989 static int random_min_urandom_seed = 60;
1990 static char sysctl_bootid[16];
1991
1992 /*
1993  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1994  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1995  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1996  *
1997  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1998  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1999  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
2000  */
2001 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
2002                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2003 {
2004         struct ctl_table fake_table;
2005         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2006
2007         uuid = table->data;
2008         if (!uuid) {
2009                 uuid = tmp_uuid;
2010                 generate_random_uuid(uuid);
2011         } else {
2012                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2013
2014                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2015                 if (!uuid[8])
2016                         generate_random_uuid(uuid);
2017                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2018         }
2019
2020         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2021
2022         fake_table.data = buf;
2023         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2024
2025         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2026 }
2027
2028 /*
2029  * Return entropy available scaled to integral bits
2030  */
2031 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2032                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2033 {
2034         struct ctl_table fake_table;
2035         int entropy_count;
2036
2037         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2038
2039         fake_table.data = &entropy_count;
2040         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2041
2042         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2043 }
2044
2045 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2046 extern struct ctl_table random_table[];
2047 struct ctl_table random_table[] = {
2048         {
2049                 .procname       = "poolsize",
2050                 .data           = &sysctl_poolsize,
2051                 .maxlen         = sizeof(int),
2052                 .mode           = 0444,
2053                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2054         },
2055         {
2056                 .procname       = "entropy_avail",
2057                 .maxlen         = sizeof(int),
2058                 .mode           = 0444,
2059                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2060                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2061         },
2062         {
2063                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2064                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2065                 .maxlen         = sizeof(int),
2066                 .mode           = 0644,
2067                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2068                 .extra1         = &min_read_thresh,
2069                 .extra2         = &max_read_thresh,
2070         },
2071         {
2072                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2073                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2074                 .maxlen         = sizeof(int),
2075                 .mode           = 0644,
2076                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2077                 .extra1         = &min_write_thresh,
2078                 .extra2         = &max_write_thresh,
2079         },
2080         {
2081                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2082                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2083                 .maxlen         = sizeof(int),
2084                 .mode           = 0644,
2085                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2086         },
2087         {
2088                 .procname       = "boot_id",
2089                 .data           = &sysctl_bootid,
2090                 .maxlen         = 16,
2091                 .mode           = 0444,
2092                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2093         },
2094         {
2095                 .procname       = "uuid",
2096                 .maxlen         = 16,
2097                 .mode           = 0444,
2098                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2099         },
2100 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2101         {
2102                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2103                 .data           = &avg_cycles,
2104                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2105                 .mode           = 0444,
2106                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2107         },
2108         {
2109                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2110                 .data           = &avg_deviation,
2111                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2112                 .mode           = 0444,
2113                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2114         },
2115 #endif
2116         { }
2117 };
2118 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2119
2120 struct batched_entropy {
2121         union {
2122                 u64 entropy_u64[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u64)];
2123                 u32 entropy_u32[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(u32)];
2124         };
2125         unsigned int position;
2126 };
2127 static rwlock_t batched_entropy_reset_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(batched_entropy_reset_lock);
2128
2129 /*
2130  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2131  * number is either as good as RDRAND or as good as /dev/urandom, with the
2132  * goal of being quite fast and not depleting entropy. In order to ensure
2133  * that the randomness provided by this function is okay, the function
2134  * wait_for_random_bytes() should be called and return 0 at least once
2135  * at any point prior.
2136  */
2137 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u64);
2138 u64 get_random_u64(void)
2139 {
2140         u64 ret;
2141         bool use_lock;
2142         unsigned long flags = 0;
2143         struct batched_entropy *batch;
2144         static void *previous;
2145
2146 #if BITS_PER_LONG == 64
2147         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret))
2148                 return ret;
2149 #else
2150         if (arch_get_random_long((unsigned long *)&ret) &&
2151             arch_get_random_long((unsigned long *)&ret + 1))
2152             return ret;
2153 #endif
2154
2155         warn_unseeded_randomness(&previous);
2156
2157         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2158         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u64);
2159         if (use_lock)
2160                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2161         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u64) == 0) {
2162                 extract_crng((__u32 *)batch->entropy_u64);
2163                 batch->position = 0;
2164         }
2165         ret = batch->entropy_u64[batch->position++];
2166         if (use_lock)
2167                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2168         put_cpu_var(batched_entropy_u64);
2169         return ret;
2170 }
2171 EXPORT_SYMBOL(get_random_u64);
2172
2173 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_u32);
2174 u32 get_random_u32(void)
2175 {
2176         u32 ret;
2177         bool use_lock;
2178         unsigned long flags = 0;
2179         struct batched_entropy *batch;
2180         static void *previous;
2181
2182         if (arch_get_random_int(&ret))
2183                 return ret;
2184
2185         warn_unseeded_randomness(&previous);
2186
2187         use_lock = READ_ONCE(crng_init) < 2;
2188         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_u32);
2189         if (use_lock)
2190                 read_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2191         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_u32) == 0) {
2192                 extract_crng(batch->entropy_u32);
2193                 batch->position = 0;
2194         }
2195         ret = batch->entropy_u32[batch->position++];
2196         if (use_lock)
2197                 read_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2198         put_cpu_var(batched_entropy_u32);
2199         return ret;
2200 }
2201 EXPORT_SYMBOL(get_random_u32);
2202
2203 /* It's important to invalidate all potential batched entropy that might
2204  * be stored before the crng is initialized, which we can do lazily by
2205  * simply resetting the counter to zero so that it's re-extracted on the
2206  * next usage. */
2207 static void invalidate_batched_entropy(void)
2208 {
2209         int cpu;
2210         unsigned long flags;
2211
2212         write_lock_irqsave(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2213         for_each_possible_cpu (cpu) {
2214                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u32, cpu)->position = 0;
2215                 per_cpu_ptr(&batched_entropy_u64, cpu)->position = 0;
2216         }
2217         write_unlock_irqrestore(&batched_entropy_reset_lock, flags);
2218 }
2219
2220 /**
2221  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2222  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2223  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2224  *              random address must fall.
2225  *
2226  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2227  *
2228  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2229  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2230  *
2231  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2232  * @start is returned.
2233  */
2234 unsigned long
2235 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2236 {
2237         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2238                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2239                 start = PAGE_ALIGN(start);
2240         }
2241
2242         if (start > ULONG_MAX - range)
2243                 range = ULONG_MAX - start;
2244
2245         range >>= PAGE_SHIFT;
2246
2247         if (range == 0)
2248                 return start;
2249
2250         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2251 }
2252
2253 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2254  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2255  * when our pool is full.
2256  */
2257 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2258                                 size_t entropy)
2259 {
2260         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2261
2262         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2263                 crng_fast_load(buffer, count);
2264                 return;
2265         }
2266
2267         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2268          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2269          * or when the calling thread is about to terminate.
2270          */
2271         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2272                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2273         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2274         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2275 }
2276 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);