GNU Linux-libre 4.9.309-gnu1
[releases.git] / drivers / char / random.c
1 /*
2  * random.c -- A strong random number generator
3  *
4  * Copyright Matt Mackall <mpm@selenic.com>, 2003, 2004, 2005
5  *
6  * Copyright Theodore Ts'o, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999.  All
7  * rights reserved.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, and the entire permission notice in its entirety,
14  *    including the disclaimer of warranties.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
19  *    products derived from this software without specific prior
20  *    written permission.
21  *
22  * ALTERNATIVELY, this product may be distributed under the terms of
23  * the GNU General Public License, in which case the provisions of the GPL are
24  * required INSTEAD OF the above restrictions.  (This clause is
25  * necessary due to a potential bad interaction between the GPL and
26  * the restrictions contained in a BSD-style copyright.)
27  *
28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
29  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
30  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, ALL OF
31  * WHICH ARE HEREBY DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE
32  * LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
33  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
34  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
35  * BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
36  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
37  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
38  * USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF NOT ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
39  * DAMAGE.
40  */
41
42 /*
43  * (now, with legal B.S. out of the way.....)
44  *
45  * This routine gathers environmental noise from device drivers, etc.,
46  * and returns good random numbers, suitable for cryptographic use.
47  * Besides the obvious cryptographic uses, these numbers are also good
48  * for seeding TCP sequence numbers, and other places where it is
49  * desirable to have numbers which are not only random, but hard to
50  * predict by an attacker.
51  *
52  * Theory of operation
53  * ===================
54  *
55  * Computers are very predictable devices.  Hence it is extremely hard
56  * to produce truly random numbers on a computer --- as opposed to
57  * pseudo-random numbers, which can easily generated by using a
58  * algorithm.  Unfortunately, it is very easy for attackers to guess
59  * the sequence of pseudo-random number generators, and for some
60  * applications this is not acceptable.  So instead, we must try to
61  * gather "environmental noise" from the computer's environment, which
62  * must be hard for outside attackers to observe, and use that to
63  * generate random numbers.  In a Unix environment, this is best done
64  * from inside the kernel.
65  *
66  * Sources of randomness from the environment include inter-keyboard
67  * timings, inter-interrupt timings from some interrupts, and other
68  * events which are both (a) non-deterministic and (b) hard for an
69  * outside observer to measure.  Randomness from these sources are
70  * added to an "entropy pool", which is mixed using a CRC-like function.
71  * This is not cryptographically strong, but it is adequate assuming
72  * the randomness is not chosen maliciously, and it is fast enough that
73  * the overhead of doing it on every interrupt is very reasonable.
74  * As random bytes are mixed into the entropy pool, the routines keep
75  * an *estimate* of how many bits of randomness have been stored into
76  * the random number generator's internal state.
77  *
78  * When random bytes are desired, they are obtained by taking the SHA
79  * hash of the contents of the "entropy pool".  The SHA hash avoids
80  * exposing the internal state of the entropy pool.  It is believed to
81  * be computationally infeasible to derive any useful information
82  * about the input of SHA from its output.  Even if it is possible to
83  * analyze SHA in some clever way, as long as the amount of data
84  * returned from the generator is less than the inherent entropy in
85  * the pool, the output data is totally unpredictable.  For this
86  * reason, the routine decreases its internal estimate of how many
87  * bits of "true randomness" are contained in the entropy pool as it
88  * outputs random numbers.
89  *
90  * If this estimate goes to zero, the routine can still generate
91  * random numbers; however, an attacker may (at least in theory) be
92  * able to infer the future output of the generator from prior
93  * outputs.  This requires successful cryptanalysis of SHA, which is
94  * not believed to be feasible, but there is a remote possibility.
95  * Nonetheless, these numbers should be useful for the vast majority
96  * of purposes.
97  *
98  * Exported interfaces ---- output
99  * ===============================
100  *
101  * There are three exported interfaces; the first is one designed to
102  * be used from within the kernel:
103  *
104  *      void get_random_bytes(void *buf, int nbytes);
105  *
106  * This interface will return the requested number of random bytes,
107  * and place it in the requested buffer.
108  *
109  * The two other interfaces are two character devices /dev/random and
110  * /dev/urandom.  /dev/random is suitable for use when very high
111  * quality randomness is desired (for example, for key generation or
112  * one-time pads), as it will only return a maximum of the number of
113  * bits of randomness (as estimated by the random number generator)
114  * contained in the entropy pool.
115  *
116  * The /dev/urandom device does not have this limit, and will return
117  * as many bytes as are requested.  As more and more random bytes are
118  * requested without giving time for the entropy pool to recharge,
119  * this will result in random numbers that are merely cryptographically
120  * strong.  For many applications, however, this is acceptable.
121  *
122  * Exported interfaces ---- input
123  * ==============================
124  *
125  * The current exported interfaces for gathering environmental noise
126  * from the devices are:
127  *
128  *      void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size);
129  *      void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
130  *                                unsigned int value);
131  *      void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags);
132  *      void add_disk_randomness(struct gendisk *disk);
133  *
134  * add_device_randomness() is for adding data to the random pool that
135  * is likely to differ between two devices (or possibly even per boot).
136  * This would be things like MAC addresses or serial numbers, or the
137  * read-out of the RTC. This does *not* add any actual entropy to the
138  * pool, but it initializes the pool to different values for devices
139  * that might otherwise be identical and have very little entropy
140  * available to them (particularly common in the embedded world).
141  *
142  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
143  * the event type information from the hardware.
144  *
145  * add_interrupt_randomness() uses the interrupt timing as random
146  * inputs to the entropy pool. Using the cycle counters and the irq source
147  * as inputs, it feeds the randomness roughly once a second.
148  *
149  * add_disk_randomness() uses what amounts to the seek time of block
150  * layer request events, on a per-disk_devt basis, as input to the
151  * entropy pool. Note that high-speed solid state drives with very low
152  * seek times do not make for good sources of entropy, as their seek
153  * times are usually fairly consistent.
154  *
155  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
156  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
157  * first and second order deltas of the event timings.
158  *
159  * Ensuring unpredictability at system startup
160  * ============================================
161  *
162  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
163  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
164  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
165  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
166  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
167  * counteract this effect, it helps to carry information in the
168  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
169  * following lines an appropriate script which is run during the boot
170  * sequence:
171  *
172  *      echo "Initializing random number generator..."
173  *      random_seed=/var/run/random-seed
174  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
175  *      # Load and then save the whole entropy pool
176  *      if [ -f $random_seed ]; then
177  *              cat $random_seed >/dev/urandom
178  *      else
179  *              touch $random_seed
180  *      fi
181  *      chmod 600 $random_seed
182  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
183  *
184  * and the following lines in an appropriate script which is run as
185  * the system is shutdown:
186  *
187  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
188  *      # Save the whole entropy pool
189  *      echo "Saving random seed..."
190  *      random_seed=/var/run/random-seed
191  *      touch $random_seed
192  *      chmod 600 $random_seed
193  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
194  *
195  * For example, on most modern systems using the System V init
196  * scripts, such code fragments would be found in
197  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
198  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
199  *
200  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
201  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
202  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
203  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
204  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
205  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
206  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
207  * the system.
208  *
209  * Configuring the /dev/random driver under Linux
210  * ==============================================
211  *
212  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
213  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
214  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
215  * by using the commands:
216  *
217  *      mknod /dev/random c 1 8
218  *      mknod /dev/urandom c 1 9
219  *
220  * Acknowledgements:
221  * =================
222  *
223  * Ideas for constructing this random number generator were derived
224  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
225  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
226  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
227  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
228  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
229  *
230  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
231  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
232  *
233  * Further background information on this topic may be obtained from
234  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
235  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
236  */
237
238 #include <linux/utsname.h>
239 #include <linux/module.h>
240 #include <linux/kernel.h>
241 #include <linux/major.h>
242 #include <linux/string.h>
243 #include <linux/fcntl.h>
244 #include <linux/slab.h>
245 #include <linux/random.h>
246 #include <linux/poll.h>
247 #include <linux/init.h>
248 #include <linux/fs.h>
249 #include <linux/genhd.h>
250 #include <linux/interrupt.h>
251 #include <linux/mm.h>
252 #include <linux/nodemask.h>
253 #include <linux/spinlock.h>
254 #include <linux/kthread.h>
255 #include <linux/percpu.h>
256 #include <linux/cryptohash.h>
257 #include <linux/fips.h>
258 #include <linux/ptrace.h>
259 #include <linux/kmemcheck.h>
260 #include <linux/workqueue.h>
261 #include <linux/irq.h>
262 #include <linux/ratelimit.h>
263 #include <linux/syscalls.h>
264 #include <linux/completion.h>
265 #include <linux/uuid.h>
266 #include <crypto/chacha20.h>
267
268 #include <asm/processor.h>
269 #include <asm/uaccess.h>
270 #include <asm/irq.h>
271 #include <asm/irq_regs.h>
272 #include <asm/io.h>
273
274 #define CREATE_TRACE_POINTS
275 #include <trace/events/random.h>
276
277 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
278
279 /*
280  * Configuration information
281  */
282 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
283 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
284 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
285 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
286 #define SEC_XFER_SIZE           512
287 #define EXTRACT_SIZE            10
288
289 #define DEBUG_RANDOM_BOOT 0
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  * The minimum number of seconds between urandom pool reseeding.  We
318  * do this to limit the amount of entropy that can be drained from the
319  * input pool even if there are heavy demands on /dev/urandom.
320  */
321 static int random_min_urandom_seed = 60;
322
323 /*
324  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
325  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
326  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
327  * to get the twisting happening as fast as possible.
328  *
329  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
330  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
331  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
332  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
333  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
334  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
335  * Simulation 4:254-266)
336  *
337  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
338  *
339  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
340  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
341  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
342  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
343  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
344  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
345  * attacker can construct inputs that will produce controlled
346  * alterations to the pool's state is not important because we don't
347  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
348  * property we need with respect to them is that the attacker can't
349  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
350  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
351  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
352  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
353  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
354  * decrease the uncertainty).
355  *
356  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
357  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
358  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
359  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
360  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
361  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
362  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
363  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
364  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
365  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
366  * irreducible, which we have made here.
367  */
368 static struct poolinfo {
369         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
370 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
371         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
372 } poolinfo_table[] = {
373         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
374         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
375         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
376         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
377         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
378         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
379 #if 0
380         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
381         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
382
383         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
384         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
385
386         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
387         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
388
389         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
390         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
391
392         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
393         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
394         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
395         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
396
397         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
398         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
399
400         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
401         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
402
403         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
404         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
405 #endif
406 };
407
408 /*
409  * Static global variables
410  */
411 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
412 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
413 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(urandom_init_wait);
414 static struct fasync_struct *fasync;
415
416 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
417 static LIST_HEAD(random_ready_list);
418
419 struct crng_state {
420         __u32           state[16];
421         unsigned long   init_time;
422         spinlock_t      lock;
423 };
424
425 struct crng_state primary_crng = {
426         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(primary_crng.lock),
427 };
428
429 /*
430  * crng_init =  0 --> Uninitialized
431  *              1 --> Initialized
432  *              2 --> Initialized from input_pool
433  *
434  * crng_init is protected by primary_crng->lock, and only increases
435  * its value (from 0->1->2).
436  */
437 static int crng_init = 0;
438 #define crng_ready() (likely(crng_init > 1))
439 static int crng_init_cnt = 0;
440 static unsigned long crng_global_init_time = 0;
441 #define CRNG_INIT_CNT_THRESH (2*CHACHA20_KEY_SIZE)
442 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
443                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE]);
444 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
445                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used);
446 static void process_random_ready_list(void);
447
448 static struct ratelimit_state unseeded_warning =
449         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_unseeded_randomness", HZ, 3);
450 static struct ratelimit_state urandom_warning =
451         RATELIMIT_STATE_INIT("warn_urandom_randomness", HZ, 3);
452
453 static int ratelimit_disable __read_mostly;
454
455 module_param_named(ratelimit_disable, ratelimit_disable, int, 0644);
456 MODULE_PARM_DESC(ratelimit_disable, "Disable random ratelimit suppression");
457
458 /**********************************************************************
459  *
460  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
461  * storing entropy in an entropy pool.
462  *
463  **********************************************************************/
464
465 struct entropy_store;
466 struct entropy_store {
467         /* read-only data: */
468         const struct poolinfo *poolinfo;
469         __u32 *pool;
470         const char *name;
471         struct entropy_store *pull;
472         struct work_struct push_work;
473
474         /* read-write data: */
475         unsigned long last_pulled;
476         spinlock_t lock;
477         unsigned short add_ptr;
478         unsigned short input_rotate;
479         int entropy_count;
480         int entropy_total;
481         unsigned int initialized:1;
482         unsigned int limit:1;
483         unsigned int last_data_init:1;
484         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
485 };
486
487 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
488                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
489 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
490                                 size_t nbytes, int fips);
491
492 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r);
493 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
494 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
495 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS] __latent_entropy;
496
497 static struct entropy_store input_pool = {
498         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
499         .name = "input",
500         .limit = 1,
501         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
502         .pool = input_pool_data
503 };
504
505 static struct entropy_store blocking_pool = {
506         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
507         .name = "blocking",
508         .limit = 1,
509         .pull = &input_pool,
510         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
511         .pool = blocking_pool_data,
512         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
513                                         push_to_pool),
514 };
515
516 static __u32 const twist_table[8] = {
517         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
518         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
519
520 /*
521  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
522  * update the entropy estimate.  The caller should call
523  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
524  *
525  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
526  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
527  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
528  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
529  */
530 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
531                             int nbytes)
532 {
533         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
534         int input_rotate;
535         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
536         const char *bytes = in;
537         __u32 w;
538
539         tap1 = r->poolinfo->tap1;
540         tap2 = r->poolinfo->tap2;
541         tap3 = r->poolinfo->tap3;
542         tap4 = r->poolinfo->tap4;
543         tap5 = r->poolinfo->tap5;
544
545         input_rotate = r->input_rotate;
546         i = r->add_ptr;
547
548         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
549         while (nbytes--) {
550                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
551                 i = (i - 1) & wordmask;
552
553                 /* XOR in the various taps */
554                 w ^= r->pool[i];
555                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
556                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
557                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
558                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
559                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
560
561                 /* Mix the result back in with a twist */
562                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
563
564                 /*
565                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
566                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
567                  * rotation, so that successive passes spread the
568                  * input bits across the pool evenly.
569                  */
570                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
571         }
572
573         r->input_rotate = input_rotate;
574         r->add_ptr = i;
575 }
576
577 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
578                              int nbytes)
579 {
580         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
581         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
582 }
583
584 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
585                            int nbytes)
586 {
587         unsigned long flags;
588
589         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
590         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
591         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
592         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
593 }
594
595 struct fast_pool {
596         __u32           pool[4];
597         unsigned long   last;
598         unsigned short  reg_idx;
599         unsigned char   count;
600 };
601
602 /*
603  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
604  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
605  * locks that might be needed are taken by the caller.
606  */
607 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
608 {
609         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
610         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
611
612         a += b;                 c += d;
613         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
614         d ^= a;                 b ^= c;
615
616         a += b;                 c += d;
617         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
618         d ^= a;                 b ^= c;
619
620         a += b;                 c += d;
621         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
622         d ^= a;                 b ^= c;
623
624         a += b;                 c += d;
625         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
626         d ^= a;                 b ^= c;
627
628         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
629         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
630         f->count++;
631 }
632
633 static void process_random_ready_list(void)
634 {
635         unsigned long flags;
636         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
637
638         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
639         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
640                 struct module *owner = rdy->owner;
641
642                 list_del_init(&rdy->list);
643                 rdy->func(rdy);
644                 module_put(owner);
645         }
646         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
647 }
648
649 /*
650  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
651  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
652  * or otherwise should be checked for extreme values.
653  */
654 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
655 {
656         int entropy_count, orig;
657         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
658         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
659
660         if (!nbits)
661                 return;
662
663 retry:
664         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
665         if (nfrac < 0) {
666                 /* Debit */
667                 entropy_count += nfrac;
668         } else {
669                 /*
670                  * Credit: we have to account for the possibility of
671                  * overwriting already present entropy.  Even in the
672                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
673                  * approach the full value asymptotically:
674                  *
675                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
676                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
677                  *
678                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
679                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
680                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
681                  * so we can approximate the exponential with
682                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
683                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
684                  *
685                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
686                  * prevent rounding artifacts from making the loop
687                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
688                  * turns no matter how large nbits is.
689                  */
690                 int pnfrac = nfrac;
691                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
692                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
693
694                 do {
695                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
696                         unsigned int add =
697                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
698
699                         entropy_count += add;
700                         pnfrac -= anfrac;
701                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
702         }
703
704         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
705                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
706                         r->name, entropy_count);
707                 WARN_ON(1);
708                 entropy_count = 0;
709         } else if (entropy_count > pool_size)
710                 entropy_count = pool_size;
711         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
712                 goto retry;
713
714         r->entropy_total += nbits;
715         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
716                 r->initialized = 1;
717                 r->entropy_total = 0;
718         }
719
720         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
721                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
722                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
723
724         if (r == &input_pool) {
725                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
726
727                 if (crng_init < 2 && entropy_bits >= 128) {
728                         crng_reseed(&primary_crng, r);
729                         entropy_bits = r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
730                 }
731
732                 /* should we wake readers? */
733                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
734                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
735                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
736                 }
737                 /* If the input pool is getting full, send some
738                  * entropy to the blocking pool until it is 75% full.
739                  */
740                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
741                     r->initialized &&
742                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
743                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
744
745                         if (other->entropy_count <=
746                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4) {
747                                 schedule_work(&other->push_work);
748                                 r->entropy_total = 0;
749                         }
750                 }
751         }
752 }
753
754 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
755 {
756         const int nbits_max = r->poolinfo->poolwords * 32;
757
758         if (nbits < 0)
759                 return -EINVAL;
760
761         /* Cap the value to avoid overflows */
762         nbits = min(nbits,  nbits_max);
763
764         credit_entropy_bits(r, nbits);
765         return 0;
766 }
767
768 /*********************************************************************
769  *
770  * CRNG using CHACHA20
771  *
772  *********************************************************************/
773
774 #define CRNG_RESEED_INTERVAL (300*HZ)
775
776 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(crng_init_wait);
777
778 #ifdef CONFIG_NUMA
779 /*
780  * Hack to deal with crazy userspace progams when they are all trying
781  * to access /dev/urandom in parallel.  The programs are almost
782  * certainly doing something terribly wrong, but we'll work around
783  * their brain damage.
784  */
785 static struct crng_state **crng_node_pool __read_mostly;
786 #endif
787
788 static void crng_initialize(struct crng_state *crng)
789 {
790         int             i;
791         unsigned long   rv;
792
793         memcpy(&crng->state[0], "expand 32-byte k", 16);
794         if (crng == &primary_crng)
795                 _extract_entropy(&input_pool, &crng->state[4],
796                                  sizeof(__u32) * 12, 0);
797         else
798                 get_random_bytes(&crng->state[4], sizeof(__u32) * 12);
799         for (i = 4; i < 16; i++) {
800                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
801                     !arch_get_random_long(&rv))
802                         rv = random_get_entropy();
803                 crng->state[i] ^= rv;
804         }
805         crng->init_time = jiffies - CRNG_RESEED_INTERVAL - 1;
806 }
807
808 static int crng_fast_load(const char *cp, size_t len)
809 {
810         unsigned long flags;
811         char *p;
812
813         if (!spin_trylock_irqsave(&primary_crng.lock, flags))
814                 return 0;
815         if (crng_init != 0) {
816                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
817                 return 0;
818         }
819         p = (unsigned char *) &primary_crng.state[4];
820         while (len > 0 && crng_init_cnt < CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
821                 p[crng_init_cnt % CHACHA20_KEY_SIZE] ^= *cp;
822                 cp++; crng_init_cnt++; len--;
823         }
824         if (crng_init_cnt >= CRNG_INIT_CNT_THRESH) {
825                 crng_init = 1;
826                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
827                 pr_notice("random: fast init done\n");
828         }
829         spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
830         return 1;
831 }
832
833 #ifdef CONFIG_NUMA
834 static void do_numa_crng_init(struct work_struct *work)
835 {
836         int i;
837         struct crng_state *crng;
838         struct crng_state **pool;
839
840         pool = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(*pool), GFP_KERNEL|__GFP_NOFAIL);
841         for_each_online_node(i) {
842                 crng = kmalloc_node(sizeof(struct crng_state),
843                                     GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL, i);
844                 spin_lock_init(&crng->lock);
845                 crng_initialize(crng);
846                 pool[i] = crng;
847         }
848         /* pairs with READ_ONCE() in select_crng() */
849         if (cmpxchg_release(&crng_node_pool, NULL, pool) != NULL) {
850                 for_each_node(i)
851                         kfree(pool[i]);
852                 kfree(pool);
853         }
854 }
855
856 static DECLARE_WORK(numa_crng_init_work, do_numa_crng_init);
857
858 static void numa_crng_init(void)
859 {
860         schedule_work(&numa_crng_init_work);
861 }
862
863 static struct crng_state *select_crng(void)
864 {
865         struct crng_state **pool;
866         int nid = numa_node_id();
867
868         /* pairs with cmpxchg_release() in do_numa_crng_init() */
869         pool = READ_ONCE(crng_node_pool);
870         if (pool && pool[nid])
871                 return pool[nid];
872
873         return &primary_crng;
874 }
875 #else
876 static void numa_crng_init(void) {}
877
878 static struct crng_state *select_crng(void)
879 {
880         return &primary_crng;
881 }
882 #endif
883
884 static void crng_reseed(struct crng_state *crng, struct entropy_store *r)
885 {
886         unsigned long   flags;
887         int             i, num;
888         union {
889                 __u8    block[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
890                 __u32   key[8];
891         } buf;
892
893         if (r) {
894                 num = extract_entropy(r, &buf, 32, 16, 0);
895                 if (num == 0)
896                         return;
897         } else {
898                 _extract_crng(&primary_crng, buf.block);
899                 _crng_backtrack_protect(&primary_crng, buf.block,
900                                         CHACHA20_KEY_SIZE);
901         }
902         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
903         for (i = 0; i < 8; i++) {
904                 unsigned long   rv;
905                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
906                     !arch_get_random_long(&rv))
907                         rv = random_get_entropy();
908                 crng->state[i+4] ^= buf.key[i] ^ rv;
909         }
910         memzero_explicit(&buf, sizeof(buf));
911         WRITE_ONCE(crng->init_time, jiffies);
912         if (crng == &primary_crng && crng_init < 2) {
913                 numa_crng_init();
914                 crng_init = 2;
915                 process_random_ready_list();
916                 wake_up_interruptible(&crng_init_wait);
917                 pr_notice("random: crng init done\n");
918                 if (unseeded_warning.missed) {
919                         pr_notice("random: %d get_random_xx warning(s) missed "
920                                   "due to ratelimiting\n",
921                                   unseeded_warning.missed);
922                         unseeded_warning.missed = 0;
923                 }
924                 if (urandom_warning.missed) {
925                         pr_notice("random: %d urandom warning(s) missed "
926                                   "due to ratelimiting\n",
927                                   urandom_warning.missed);
928                         urandom_warning.missed = 0;
929                 }
930         }
931         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
932 }
933
934 static inline void maybe_reseed_primary_crng(void)
935 {
936         if (crng_init > 2 &&
937             time_after(jiffies, primary_crng.init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
938                 crng_reseed(&primary_crng, &input_pool);
939 }
940
941 static inline void crng_wait_ready(void)
942 {
943         wait_event_interruptible(crng_init_wait, crng_ready());
944 }
945
946 static void _extract_crng(struct crng_state *crng,
947                           __u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
948 {
949         unsigned long v, flags, init_time;
950
951         if (crng_ready()) {
952                 init_time = READ_ONCE(crng->init_time);
953                 if (time_after(READ_ONCE(crng_global_init_time), init_time) ||
954                     time_after(jiffies, init_time + CRNG_RESEED_INTERVAL))
955                         crng_reseed(crng, crng == &primary_crng ?
956                                     &input_pool : NULL);
957         }
958         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
959         if (arch_get_random_long(&v))
960                 crng->state[14] ^= v;
961         chacha20_block(&crng->state[0], out);
962         if (crng->state[12] == 0)
963                 crng->state[13]++;
964         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
965 }
966
967 static void extract_crng(__u8 out[CHACHA20_BLOCK_SIZE])
968 {
969         _extract_crng(select_crng(), out);
970 }
971
972 /*
973  * Use the leftover bytes from the CRNG block output (if there is
974  * enough) to mutate the CRNG key to provide backtracking protection.
975  */
976 static void _crng_backtrack_protect(struct crng_state *crng,
977                                     __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
978 {
979         unsigned long   flags;
980         __u32           *s, *d;
981         int             i;
982
983         used = round_up(used, sizeof(__u32));
984         if (used + CHACHA20_KEY_SIZE > CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
985                 extract_crng(tmp);
986                 used = 0;
987         }
988         spin_lock_irqsave(&crng->lock, flags);
989         s = (__u32 *) &tmp[used];
990         d = &crng->state[4];
991         for (i=0; i < 8; i++)
992                 *d++ ^= *s++;
993         spin_unlock_irqrestore(&crng->lock, flags);
994 }
995
996 static void crng_backtrack_protect(__u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE], int used)
997 {
998         _crng_backtrack_protect(select_crng(), tmp, used);
999 }
1000
1001 static ssize_t extract_crng_user(void __user *buf, size_t nbytes)
1002 {
1003         ssize_t ret = 0, i = CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1004         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
1005         int large_request = (nbytes > 256);
1006
1007         while (nbytes) {
1008                 if (large_request && need_resched()) {
1009                         if (signal_pending(current)) {
1010                                 if (ret == 0)
1011                                         ret = -ERESTARTSYS;
1012                                 break;
1013                         }
1014                         schedule();
1015                 }
1016
1017                 extract_crng(tmp);
1018                 i = min_t(int, nbytes, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1019                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1020                         ret = -EFAULT;
1021                         break;
1022                 }
1023
1024                 nbytes -= i;
1025                 buf += i;
1026                 ret += i;
1027         }
1028         crng_backtrack_protect(tmp, i);
1029
1030         /* Wipe data just written to memory */
1031         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1032
1033         return ret;
1034 }
1035
1036
1037 /*********************************************************************
1038  *
1039  * Entropy input management
1040  *
1041  *********************************************************************/
1042
1043 /* There is one of these per entropy source */
1044 struct timer_rand_state {
1045         cycles_t last_time;
1046         long last_delta, last_delta2;
1047         unsigned dont_count_entropy:1;
1048 };
1049
1050 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
1051
1052 /*
1053  * Add device- or boot-specific data to the input pool to help
1054  * initialize it.
1055  *
1056  * None of this adds any entropy; it is meant to avoid the problem of
1057  * the entropy pool having similar initial state across largely
1058  * identical devices.
1059  */
1060 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
1061 {
1062         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
1063         unsigned long flags;
1064
1065         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
1066         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
1067         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
1068         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
1069         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
1070 }
1071 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
1072
1073 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
1074
1075 /*
1076  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
1077  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
1078  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
1079  *
1080  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
1081  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
1082  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
1083  *
1084  */
1085 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
1086 {
1087         struct entropy_store    *r;
1088         struct {
1089                 long jiffies;
1090                 unsigned cycles;
1091                 unsigned num;
1092         } sample;
1093         long delta, delta2, delta3;
1094
1095         preempt_disable();
1096
1097         sample.jiffies = jiffies;
1098         sample.cycles = random_get_entropy();
1099         sample.num = num;
1100         r = &input_pool;
1101         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
1102
1103         /*
1104          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
1105          * We take into account the first, second and third-order deltas
1106          * in order to make our estimate.
1107          */
1108
1109         if (!state->dont_count_entropy) {
1110                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
1111                 state->last_time = sample.jiffies;
1112
1113                 delta2 = delta - state->last_delta;
1114                 state->last_delta = delta;
1115
1116                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
1117                 state->last_delta2 = delta2;
1118
1119                 if (delta < 0)
1120                         delta = -delta;
1121                 if (delta2 < 0)
1122                         delta2 = -delta2;
1123                 if (delta3 < 0)
1124                         delta3 = -delta3;
1125                 if (delta > delta2)
1126                         delta = delta2;
1127                 if (delta > delta3)
1128                         delta = delta3;
1129
1130                 /*
1131                  * delta is now minimum absolute delta.
1132                  * Round down by 1 bit on general principles,
1133                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
1134                  */
1135                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
1136         }
1137         preempt_enable();
1138 }
1139
1140 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
1141                                  unsigned int value)
1142 {
1143         static unsigned char last_value;
1144
1145         /* ignore autorepeat and the like */
1146         if (value == last_value)
1147                 return;
1148
1149         last_value = value;
1150         add_timer_randomness(&input_timer_state,
1151                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
1152         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
1153 }
1154 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
1155
1156 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
1157
1158 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1159 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
1160
1161 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
1162 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
1163
1164 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
1165 {
1166         long delta = random_get_entropy() - start;
1167
1168         /* Use a weighted moving average */
1169         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1170         avg_cycles += delta;
1171         /* And average deviation */
1172         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
1173         avg_deviation += delta;
1174 }
1175 #else
1176 #define add_interrupt_bench(x)
1177 #endif
1178
1179 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
1180 {
1181         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
1182         unsigned int idx;
1183
1184         if (regs == NULL)
1185                 return 0;
1186         idx = READ_ONCE(f->reg_idx);
1187         if (idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
1188                 idx = 0;
1189         ptr += idx++;
1190         WRITE_ONCE(f->reg_idx, idx);
1191         return *ptr;
1192 }
1193
1194 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
1195 {
1196         struct entropy_store    *r;
1197         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
1198         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
1199         unsigned long           now = jiffies;
1200         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
1201         __u32                   c_high, j_high;
1202         __u64                   ip;
1203         unsigned long           seed;
1204         int                     credit = 0;
1205
1206         if (cycles == 0)
1207                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
1208         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
1209         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
1210         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
1211         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
1212         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
1213         fast_pool->pool[2] ^= ip;
1214         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
1215                 get_reg(fast_pool, regs);
1216
1217         fast_mix(fast_pool);
1218         add_interrupt_bench(cycles);
1219
1220         if (unlikely(crng_init == 0)) {
1221                 if ((fast_pool->count >= 64) &&
1222                     crng_fast_load((char *) fast_pool->pool,
1223                                    sizeof(fast_pool->pool))) {
1224                         fast_pool->count = 0;
1225                         fast_pool->last = now;
1226                 }
1227                 return;
1228         }
1229
1230         if ((fast_pool->count < 64) &&
1231             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
1232                 return;
1233
1234         r = &input_pool;
1235         if (!spin_trylock(&r->lock))
1236                 return;
1237
1238         fast_pool->last = now;
1239         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
1240
1241         /*
1242          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
1243          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
1244          * architectural seed generator dominate the input from the
1245          * interrupt noise.
1246          */
1247         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
1248                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
1249                 credit = 1;
1250         }
1251         spin_unlock(&r->lock);
1252
1253         fast_pool->count = 0;
1254
1255         /* award one bit for the contents of the fast pool */
1256         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
1257 }
1258 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_interrupt_randomness);
1259
1260 #ifdef CONFIG_BLOCK
1261 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
1262 {
1263         if (!disk || !disk->random)
1264                 return;
1265         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
1266         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
1267         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
1268 }
1269 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
1270 #endif
1271
1272 /*********************************************************************
1273  *
1274  * Entropy extraction routines
1275  *
1276  *********************************************************************/
1277
1278 /*
1279  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
1280  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
1281  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
1282  */
1283 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
1284 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1285 {
1286         if (!r->pull ||
1287             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
1288             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
1289                 return;
1290
1291         if (r->limit == 0 && random_min_urandom_seed) {
1292                 unsigned long now = jiffies;
1293
1294                 if (time_before(now,
1295                                 r->last_pulled + random_min_urandom_seed * HZ))
1296                         return;
1297                 r->last_pulled = now;
1298         }
1299
1300         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1301 }
1302
1303 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
1304 {
1305         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1306
1307         /* For /dev/random's pool, always leave two wakeups' worth */
1308         int rsvd_bytes = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_bits / 4;
1309         int bytes = nbytes;
1310
1311         /* pull at least as much as a wakeup */
1312         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1313         /* but never more than the buffer size */
1314         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1315
1316         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1317                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1318         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1319                                 random_read_wakeup_bits / 8, rsvd_bytes);
1320         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1321         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1322 }
1323
1324 /*
1325  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1326  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1327  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1328  * of letting it go to waste.
1329  */
1330 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1331 {
1332         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1333                                               push_work);
1334         BUG_ON(!r);
1335         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1336         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1337                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1338 }
1339
1340 /*
1341  * This function decides how many bytes to actually take from the
1342  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1343  */
1344 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1345                       int reserved)
1346 {
1347         int entropy_count, orig;
1348         size_t ibytes, nfrac;
1349
1350         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1351
1352         /* Can we pull enough? */
1353 retry:
1354         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
1355         ibytes = nbytes;
1356         /* If limited, never pull more than available */
1357         if (r->limit) {
1358                 int have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1359
1360                 if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1361                         have_bytes = 0;
1362                 ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1363         }
1364         if (ibytes < min)
1365                 ibytes = 0;
1366
1367         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1368                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1369                         r->name, entropy_count);
1370                 WARN_ON(1);
1371                 entropy_count = 0;
1372         }
1373         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1374         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1375                 entropy_count -= nfrac;
1376         else
1377                 entropy_count = 0;
1378
1379         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1380                 goto retry;
1381
1382         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1383         if (ibytes &&
1384             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1385                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1386                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1387         }
1388
1389         return ibytes;
1390 }
1391
1392 /*
1393  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1394  * extract_entropy_user.
1395  *
1396  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1397  */
1398 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1399 {
1400         int i;
1401         union {
1402                 __u32 w[5];
1403                 unsigned long l[LONGS(20)];
1404         } hash;
1405         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1406         unsigned long flags;
1407
1408         /*
1409          * If we have an architectural hardware random number
1410          * generator, use it for SHA's initial vector
1411          */
1412         sha_init(hash.w);
1413         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1414                 unsigned long v;
1415                 if (!arch_get_random_long(&v))
1416                         break;
1417                 hash.l[i] = v;
1418         }
1419
1420         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1421         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1422         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1423                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1424
1425         /*
1426          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1427          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1428          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1429          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1430          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1431          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1432          * hash.
1433          */
1434         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1435         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1436
1437         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1438
1439         /*
1440          * In case the hash function has some recognizable output
1441          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1442          * twice as much data as we output.
1443          */
1444         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1445         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1446         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1447
1448         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1449         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1450 }
1451
1452 static ssize_t _extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1453                                 size_t nbytes, int fips)
1454 {
1455         ssize_t ret = 0, i;
1456         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1457         unsigned long flags;
1458
1459         while (nbytes) {
1460                 extract_buf(r, tmp);
1461
1462                 if (fips) {
1463                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1464                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1465                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1466                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1467                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1468                 }
1469                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1470                 memcpy(buf, tmp, i);
1471                 nbytes -= i;
1472                 buf += i;
1473                 ret += i;
1474         }
1475
1476         /* Wipe data just returned from memory */
1477         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1478
1479         return ret;
1480 }
1481
1482 /*
1483  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1484  * returns it in a buffer.
1485  *
1486  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1487  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1488  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1489  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1490  */
1491 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1492                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1493 {
1494         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1495         unsigned long flags;
1496
1497         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1498         if (fips_enabled) {
1499                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1500                 if (!r->last_data_init) {
1501                         r->last_data_init = 1;
1502                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1503                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1504                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1505                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1506                         extract_buf(r, tmp);
1507                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1508                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1509                 }
1510                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1511         }
1512
1513         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1514         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1515         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1516
1517         return _extract_entropy(r, buf, nbytes, fips_enabled);
1518 }
1519
1520 /*
1521  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1522  * returns it in a userspace buffer.
1523  */
1524 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1525                                     size_t nbytes)
1526 {
1527         ssize_t ret = 0, i;
1528         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1529         int large_request = (nbytes > 256);
1530
1531         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1532         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1533         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1534
1535         while (nbytes) {
1536                 if (large_request && need_resched()) {
1537                         if (signal_pending(current)) {
1538                                 if (ret == 0)
1539                                         ret = -ERESTARTSYS;
1540                                 break;
1541                         }
1542                         schedule();
1543                 }
1544
1545                 extract_buf(r, tmp);
1546                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1547                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1548                         ret = -EFAULT;
1549                         break;
1550                 }
1551
1552                 nbytes -= i;
1553                 buf += i;
1554                 ret += i;
1555         }
1556
1557         /* Wipe data just returned from memory */
1558         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1559
1560         return ret;
1561 }
1562
1563 /*
1564  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1565  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1566  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1567  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1568  * (when available), use get_random_bytes_arch().
1569  */
1570 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1571 {
1572         __u8 tmp[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
1573
1574 #if DEBUG_RANDOM_BOOT > 0
1575         if (!crng_ready())
1576                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_bytes called "
1577                        "with crng_init = %d\n", (void *) _RET_IP_, crng_init);
1578 #endif
1579         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1580
1581         while (nbytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
1582                 extract_crng(buf);
1583                 buf += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1584                 nbytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
1585         }
1586
1587         if (nbytes > 0) {
1588                 extract_crng(tmp);
1589                 memcpy(buf, tmp, nbytes);
1590                 crng_backtrack_protect(tmp, nbytes);
1591         } else
1592                 crng_backtrack_protect(tmp, CHACHA20_BLOCK_SIZE);
1593         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1594 }
1595 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1596
1597 /*
1598  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1599  * pool is initialised.
1600  *
1601  * returns: 0 if callback is successfully added
1602  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1603  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1604  */
1605 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1606 {
1607         struct module *owner;
1608         unsigned long flags;
1609         int err = -EALREADY;
1610
1611         if (crng_ready())
1612                 return err;
1613
1614         owner = rdy->owner;
1615         if (!try_module_get(owner))
1616                 return -ENOENT;
1617
1618         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1619         if (crng_ready())
1620                 goto out;
1621
1622         owner = NULL;
1623
1624         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1625         err = 0;
1626
1627 out:
1628         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1629
1630         module_put(owner);
1631
1632         return err;
1633 }
1634 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1635
1636 /*
1637  * Delete a previously registered readiness callback function.
1638  */
1639 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1640 {
1641         unsigned long flags;
1642         struct module *owner = NULL;
1643
1644         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1645         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1646                 list_del_init(&rdy->list);
1647                 owner = rdy->owner;
1648         }
1649         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1650
1651         module_put(owner);
1652 }
1653 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1654
1655 /*
1656  * This function will use the architecture-specific hardware random
1657  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1658  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1659  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1660  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1661  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1662  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1663  * have put in a back door.
1664  */
1665 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1666 {
1667         char *p = buf;
1668
1669         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1670         while (nbytes) {
1671                 unsigned long v;
1672                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1673
1674                 if (!arch_get_random_long(&v))
1675                         break;
1676                 
1677                 memcpy(p, &v, chunk);
1678                 p += chunk;
1679                 nbytes -= chunk;
1680         }
1681
1682         if (nbytes)
1683                 get_random_bytes(p, nbytes);
1684 }
1685 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1686
1687
1688 /*
1689  * init_std_data - initialize pool with system data
1690  *
1691  * @r: pool to initialize
1692  *
1693  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1694  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1695  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1696  */
1697 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1698 {
1699         int i;
1700         ktime_t now = ktime_get_real();
1701         unsigned long rv;
1702
1703         r->last_pulled = jiffies;
1704         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1705         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1706                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1707                     !arch_get_random_long(&rv))
1708                         rv = random_get_entropy();
1709                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1710         }
1711         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1712 }
1713
1714 /*
1715  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1716  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1717  * with some platform dependent data very early in the boot
1718  * process. But it limits our options here. We must use
1719  * statically allocated structures that already have all
1720  * initializations complete at compile time. We should also
1721  * take care not to overwrite the precious per platform data
1722  * we were given.
1723  */
1724 static int rand_initialize(void)
1725 {
1726         init_std_data(&input_pool);
1727         init_std_data(&blocking_pool);
1728         crng_initialize(&primary_crng);
1729         crng_global_init_time = jiffies;
1730         if (ratelimit_disable) {
1731                 urandom_warning.interval = 0;
1732                 unseeded_warning.interval = 0;
1733         }
1734         return 0;
1735 }
1736 early_initcall(rand_initialize);
1737
1738 #ifdef CONFIG_BLOCK
1739 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1740 {
1741         struct timer_rand_state *state;
1742
1743         /*
1744          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1745          * source.
1746          */
1747         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1748         if (state) {
1749                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1750                 disk->random = state;
1751         }
1752 }
1753 #endif
1754
1755 static ssize_t
1756 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1757 {
1758         ssize_t n;
1759
1760         if (nbytes == 0)
1761                 return 0;
1762
1763         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1764         while (1) {
1765                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1766                 if (n < 0)
1767                         return n;
1768                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1769                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1770                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1771                 if (n > 0)
1772                         return n;
1773
1774                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1775                 if (nonblock)
1776                         return -EAGAIN;
1777
1778                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1779                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1780                         random_read_wakeup_bits);
1781                 if (signal_pending(current))
1782                         return -ERESTARTSYS;
1783         }
1784 }
1785
1786 static ssize_t
1787 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1788 {
1789         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1790 }
1791
1792 static ssize_t
1793 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1794 {
1795         unsigned long flags;
1796         static int maxwarn = 10;
1797         int ret;
1798
1799         if (!crng_ready() && maxwarn > 0) {
1800                 maxwarn--;
1801                 if (__ratelimit(&urandom_warning))
1802                         printk(KERN_NOTICE "random: %s: uninitialized "
1803                                "urandom read (%zd bytes read)\n",
1804                                current->comm, nbytes);
1805                 spin_lock_irqsave(&primary_crng.lock, flags);
1806                 crng_init_cnt = 0;
1807                 spin_unlock_irqrestore(&primary_crng.lock, flags);
1808         }
1809         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1810         ret = extract_crng_user(buf, nbytes);
1811         trace_urandom_read(8 * nbytes, 0, ENTROPY_BITS(&input_pool));
1812         return ret;
1813 }
1814
1815 static unsigned int
1816 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1817 {
1818         unsigned int mask;
1819
1820         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1821         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1822         mask = 0;
1823         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1824                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1825         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1826                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1827         return mask;
1828 }
1829
1830 static int
1831 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1832 {
1833         size_t bytes;
1834         __u32 t, buf[16];
1835         const char __user *p = buffer;
1836
1837         while (count > 0) {
1838                 int b, i = 0;
1839
1840                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1841                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1842                         return -EFAULT;
1843
1844                 for (b = bytes ; b > 0 ; b -= sizeof(__u32), i++) {
1845                         if (!arch_get_random_int(&t))
1846                                 break;
1847                         buf[i] ^= t;
1848                 }
1849
1850                 count -= bytes;
1851                 p += bytes;
1852
1853                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1854                 cond_resched();
1855         }
1856
1857         return 0;
1858 }
1859
1860 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1861                             size_t count, loff_t *ppos)
1862 {
1863         size_t ret;
1864
1865         ret = write_pool(&input_pool, buffer, count);
1866         if (ret)
1867                 return ret;
1868
1869         return (ssize_t)count;
1870 }
1871
1872 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1873 {
1874         int size, ent_count;
1875         int __user *p = (int __user *)arg;
1876         int retval;
1877
1878         switch (cmd) {
1879         case RNDGETENTCNT:
1880                 /* inherently racy, no point locking */
1881                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1882                 if (put_user(ent_count, p))
1883                         return -EFAULT;
1884                 return 0;
1885         case RNDADDTOENTCNT:
1886                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1887                         return -EPERM;
1888                 if (get_user(ent_count, p))
1889                         return -EFAULT;
1890                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1891         case RNDADDENTROPY:
1892                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1893                         return -EPERM;
1894                 if (get_user(ent_count, p++))
1895                         return -EFAULT;
1896                 if (ent_count < 0)
1897                         return -EINVAL;
1898                 if (get_user(size, p++))
1899                         return -EFAULT;
1900                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1901                                     size);
1902                 if (retval < 0)
1903                         return retval;
1904                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1905         case RNDZAPENTCNT:
1906         case RNDCLEARPOOL:
1907                 /*
1908                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1909                  * the entropy pool, as that's silly.
1910                  */
1911                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1912                         return -EPERM;
1913                 input_pool.entropy_count = 0;
1914                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1915                 return 0;
1916         case RNDRESEEDCRNG:
1917                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1918                         return -EPERM;
1919                 if (crng_init < 2)
1920                         return -ENODATA;
1921                 crng_reseed(&primary_crng, &input_pool);
1922                 WRITE_ONCE(crng_global_init_time, jiffies - 1);
1923                 return 0;
1924         default:
1925                 return -EINVAL;
1926         }
1927 }
1928
1929 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1930 {
1931         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1932 }
1933
1934 const struct file_operations random_fops = {
1935         .read  = random_read,
1936         .write = random_write,
1937         .poll  = random_poll,
1938         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1939         .fasync = random_fasync,
1940         .llseek = noop_llseek,
1941 };
1942
1943 const struct file_operations urandom_fops = {
1944         .read  = urandom_read,
1945         .write = random_write,
1946         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1947         .fasync = random_fasync,
1948         .llseek = noop_llseek,
1949 };
1950
1951 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1952                 unsigned int, flags)
1953 {
1954         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1955                 return -EINVAL;
1956
1957         if (count > INT_MAX)
1958                 count = INT_MAX;
1959
1960         if (flags & GRND_RANDOM)
1961                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1962
1963         if (!crng_ready()) {
1964                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1965                         return -EAGAIN;
1966                 crng_wait_ready();
1967                 if (signal_pending(current))
1968                         return -ERESTARTSYS;
1969         }
1970         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1971 }
1972
1973 /********************************************************************
1974  *
1975  * Sysctl interface
1976  *
1977  ********************************************************************/
1978
1979 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1980
1981 #include <linux/sysctl.h>
1982
1983 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1984 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1985 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1986 static char sysctl_bootid[16];
1987
1988 /*
1989  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1990  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1991  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1992  *
1993  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1994  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1995  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1996  */
1997 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1998                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1999 {
2000         struct ctl_table fake_table;
2001         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
2002
2003         uuid = table->data;
2004         if (!uuid) {
2005                 uuid = tmp_uuid;
2006                 generate_random_uuid(uuid);
2007         } else {
2008                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
2009
2010                 spin_lock(&bootid_spinlock);
2011                 if (!uuid[8])
2012                         generate_random_uuid(uuid);
2013                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
2014         }
2015
2016         sprintf(buf, "%pU", uuid);
2017
2018         fake_table.data = buf;
2019         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
2020
2021         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2022 }
2023
2024 /*
2025  * Return entropy available scaled to integral bits
2026  */
2027 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
2028                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
2029 {
2030         struct ctl_table fake_table;
2031         int entropy_count;
2032
2033         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
2034
2035         fake_table.data = &entropy_count;
2036         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
2037
2038         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
2039 }
2040
2041 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
2042 extern struct ctl_table random_table[];
2043 struct ctl_table random_table[] = {
2044         {
2045                 .procname       = "poolsize",
2046                 .data           = &sysctl_poolsize,
2047                 .maxlen         = sizeof(int),
2048                 .mode           = 0444,
2049                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2050         },
2051         {
2052                 .procname       = "entropy_avail",
2053                 .maxlen         = sizeof(int),
2054                 .mode           = 0444,
2055                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
2056                 .data           = &input_pool.entropy_count,
2057         },
2058         {
2059                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
2060                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
2061                 .maxlen         = sizeof(int),
2062                 .mode           = 0644,
2063                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2064                 .extra1         = &min_read_thresh,
2065                 .extra2         = &max_read_thresh,
2066         },
2067         {
2068                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
2069                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
2070                 .maxlen         = sizeof(int),
2071                 .mode           = 0644,
2072                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
2073                 .extra1         = &min_write_thresh,
2074                 .extra2         = &max_write_thresh,
2075         },
2076         {
2077                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
2078                 .data           = &random_min_urandom_seed,
2079                 .maxlen         = sizeof(int),
2080                 .mode           = 0644,
2081                 .proc_handler   = proc_dointvec,
2082         },
2083         {
2084                 .procname       = "boot_id",
2085                 .data           = &sysctl_bootid,
2086                 .maxlen         = 16,
2087                 .mode           = 0444,
2088                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2089         },
2090         {
2091                 .procname       = "uuid",
2092                 .maxlen         = 16,
2093                 .mode           = 0444,
2094                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
2095         },
2096 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
2097         {
2098                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
2099                 .data           = &avg_cycles,
2100                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
2101                 .mode           = 0444,
2102                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2103         },
2104         {
2105                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
2106                 .data           = &avg_deviation,
2107                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
2108                 .mode           = 0444,
2109                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
2110         },
2111 #endif
2112         { }
2113 };
2114 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
2115
2116 struct batched_entropy {
2117         union {
2118                 unsigned long entropy_long[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(unsigned long)];
2119                 unsigned int entropy_int[CHACHA20_BLOCK_SIZE / sizeof(unsigned int)];
2120         };
2121         unsigned int position;
2122 };
2123
2124 /*
2125  * Get a random word for internal kernel use only. The quality of the random
2126  * number is good as /dev/urandom, but there is no backtrack protection, with
2127  * the goal of being quite fast and not depleting entropy.
2128  */
2129 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_long);
2130 unsigned long get_random_long(void)
2131 {
2132         unsigned long ret;
2133         struct batched_entropy *batch;
2134
2135         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_long);
2136         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_long) == 0) {
2137                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_long);
2138                 batch->position = 0;
2139         }
2140         ret = batch->entropy_long[batch->position++];
2141         put_cpu_var(batched_entropy_long);
2142         return ret;
2143 }
2144 EXPORT_SYMBOL(get_random_long);
2145
2146 #if BITS_PER_LONG == 32
2147 unsigned int get_random_int(void)
2148 {
2149         return get_random_long();
2150 }
2151 #else
2152 static DEFINE_PER_CPU(struct batched_entropy, batched_entropy_int);
2153 unsigned int get_random_int(void)
2154 {
2155         unsigned int ret;
2156         struct batched_entropy *batch;
2157
2158         batch = &get_cpu_var(batched_entropy_int);
2159         if (batch->position % ARRAY_SIZE(batch->entropy_int) == 0) {
2160                 extract_crng((u8 *)batch->entropy_int);
2161                 batch->position = 0;
2162         }
2163         ret = batch->entropy_int[batch->position++];
2164         put_cpu_var(batched_entropy_int);
2165         return ret;
2166 }
2167 #endif
2168 EXPORT_SYMBOL(get_random_int);
2169
2170 /**
2171  * randomize_page - Generate a random, page aligned address
2172  * @start:      The smallest acceptable address the caller will take.
2173  * @range:      The size of the area, starting at @start, within which the
2174  *              random address must fall.
2175  *
2176  * If @start + @range would overflow, @range is capped.
2177  *
2178  * NOTE: Historical use of randomize_range, which this replaces, presumed that
2179  * @start was already page aligned.  We now align it regardless.
2180  *
2181  * Return: A page aligned address within [start, start + range).  On error,
2182  * @start is returned.
2183  */
2184 unsigned long
2185 randomize_page(unsigned long start, unsigned long range)
2186 {
2187         if (!PAGE_ALIGNED(start)) {
2188                 range -= PAGE_ALIGN(start) - start;
2189                 start = PAGE_ALIGN(start);
2190         }
2191
2192         if (start > ULONG_MAX - range)
2193                 range = ULONG_MAX - start;
2194
2195         range >>= PAGE_SHIFT;
2196
2197         if (range == 0)
2198                 return start;
2199
2200         return start + (get_random_long() % range << PAGE_SHIFT);
2201 }
2202
2203 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
2204  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
2205  * when our pool is full.
2206  */
2207 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
2208                                 size_t entropy)
2209 {
2210         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
2211
2212         if (unlikely(crng_init == 0)) {
2213                 crng_fast_load(buffer, count);
2214                 return;
2215         }
2216
2217         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
2218          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
2219          * or when the calling thread is about to terminate.
2220          */
2221         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
2222                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
2223         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
2224         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
2225 }
2226 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);