Merge remote-tracking branch 'v4.4/topic/mm-kaslr-pax_usercopy' into linux-linaro...
[firefly-linux-kernel-4.4.55.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/spinlock.h>
253 #include <linux/kthread.h>
254 #include <linux/percpu.h>
255 #include <linux/cryptohash.h>
256 #include <linux/fips.h>
257 #include <linux/ptrace.h>
258 #include <linux/kmemcheck.h>
259 #include <linux/workqueue.h>
260 #include <linux/irq.h>
261 #include <linux/syscalls.h>
262 #include <linux/completion.h>
263
264 #include <asm/processor.h>
265 #include <asm/uaccess.h>
266 #include <asm/irq.h>
267 #include <asm/irq_regs.h>
268 #include <asm/io.h>
269
270 #define CREATE_TRACE_POINTS
271 #include <trace/events/random.h>
272
273 /* #define ADD_INTERRUPT_BENCH */
274
275 /*
276  * Configuration information
277  */
278 #define INPUT_POOL_SHIFT        12
279 #define INPUT_POOL_WORDS        (1 << (INPUT_POOL_SHIFT-5))
280 #define OUTPUT_POOL_SHIFT       10
281 #define OUTPUT_POOL_WORDS       (1 << (OUTPUT_POOL_SHIFT-5))
282 #define SEC_XFER_SIZE           512
283 #define EXTRACT_SIZE            10
284
285 #define DEBUG_RANDOM_BOOT 0
286
287 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
288
289 /*
290  * To allow fractional bits to be tracked, the entropy_count field is
291  * denominated in units of 1/8th bits.
292  *
293  * 2*(ENTROPY_SHIFT + log2(poolbits)) must <= 31, or the multiply in
294  * credit_entropy_bits() needs to be 64 bits wide.
295  */
296 #define ENTROPY_SHIFT 3
297 #define ENTROPY_BITS(r) ((r)->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT)
298
299 /*
300  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
301  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
302  */
303 static int random_read_wakeup_bits = 64;
304
305 /*
306  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
307  * should wake up processes which are selecting or polling on write
308  * access to /dev/random.
309  */
310 static int random_write_wakeup_bits = 28 * OUTPUT_POOL_WORDS;
311
312 /*
313  * The minimum number of seconds between urandom pool reseeding.  We
314  * do this to limit the amount of entropy that can be drained from the
315  * input pool even if there are heavy demands on /dev/urandom.
316  */
317 static int random_min_urandom_seed = 60;
318
319 /*
320  * Originally, we used a primitive polynomial of degree .poolwords
321  * over GF(2).  The taps for various sizes are defined below.  They
322  * were chosen to be evenly spaced except for the last tap, which is 1
323  * to get the twisting happening as fast as possible.
324  *
325  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
326  * well to make a (modified) twisted Generalized Feedback Shift
327  * Register.  (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR
328  * generators.  ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation
329  * 2(3):179-194.  Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted
330  * GFSR generators II.  ACM Transactions on Modeling and Computer
331  * Simulation 4:254-266)
332  *
333  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
334  *
335  * The mixing operation is much less sensitive than the output hash,
336  * where we use SHA-1.  All that we want of mixing operation is that
337  * it be a good non-cryptographic hash; i.e. it not produce collisions
338  * when fed "random" data of the sort we expect to see.  As long as
339  * the pool state differs for different inputs, we have preserved the
340  * input entropy and done a good job.  The fact that an intelligent
341  * attacker can construct inputs that will produce controlled
342  * alterations to the pool's state is not important because we don't
343  * consider such inputs to contribute any randomness.  The only
344  * property we need with respect to them is that the attacker can't
345  * increase his/her knowledge of the pool's state.  Since all
346  * additions are reversible (knowing the final state and the input,
347  * you can reconstruct the initial state), if an attacker has any
348  * uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle that
349  * uncertainty about, but never cause any collisions (which would
350  * decrease the uncertainty).
351  *
352  * Our mixing functions were analyzed by Lacharme, Roeck, Strubel, and
353  * Videau in their paper, "The Linux Pseudorandom Number Generator
354  * Revisited" (see: http://eprint.iacr.org/2012/251.pdf).  In their
355  * paper, they point out that we are not using a true Twisted GFSR,
356  * since Matsumoto & Kurita used a trinomial feedback polynomial (that
357  * is, with only three taps, instead of the six that we are using).
358  * As a result, the resulting polynomial is neither primitive nor
359  * irreducible, and hence does not have a maximal period over
360  * GF(2**32).  They suggest a slight change to the generator
361  * polynomial which improves the resulting TGFSR polynomial to be
362  * irreducible, which we have made here.
363  */
364 static struct poolinfo {
365         int poolbitshift, poolwords, poolbytes, poolbits, poolfracbits;
366 #define S(x) ilog2(x)+5, (x), (x)*4, (x)*32, (x) << (ENTROPY_SHIFT+5)
367         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
368 } poolinfo_table[] = {
369         /* was: x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
370         /* x^128 + x^104 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 */
371         { S(128),       104,    76,     51,     25,     1 },
372         /* was: x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 */
373         /* x^32 + x^26 + x^19 + x^14 + x^7 + x + 1 */
374         { S(32),        26,     19,     14,     7,      1 },
375 #if 0
376         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
377         { S(2048),      1638,   1231,   819,    411,    1 },
378
379         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
380         { S(1024),      817,    615,    412,    204,    1 },
381
382         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
383         { S(1024),      819,    616,    410,    207,    2 },
384
385         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
386         { S(512),       411,    308,    208,    104,    1 },
387
388         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
389         { S(512),       409,    307,    206,    102,    2 },
390         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
391         { S(512),       409,    309,    205,    103,    2 },
392
393         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
394         { S(256),       205,    155,    101,    52,     1 },
395
396         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
397         { S(128),       103,    78,     51,     27,     2 },
398
399         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
400         { S(64),        52,     39,     26,     14,     1 },
401 #endif
402 };
403
404 /*
405  * Static global variables
406  */
407 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
408 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
409 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(urandom_init_wait);
410 static struct fasync_struct *fasync;
411
412 static DEFINE_SPINLOCK(random_ready_list_lock);
413 static LIST_HEAD(random_ready_list);
414
415 /**********************************************************************
416  *
417  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
418  * storing entropy in an entropy pool.
419  *
420  **********************************************************************/
421
422 struct entropy_store;
423 struct entropy_store {
424         /* read-only data: */
425         const struct poolinfo *poolinfo;
426         __u32 *pool;
427         const char *name;
428         struct entropy_store *pull;
429         struct work_struct push_work;
430
431         /* read-write data: */
432         unsigned long last_pulled;
433         spinlock_t lock;
434         unsigned short add_ptr;
435         unsigned short input_rotate;
436         int entropy_count;
437         int entropy_total;
438         unsigned int initialized:1;
439         unsigned int limit:1;
440         unsigned int last_data_init:1;
441         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
442 };
443
444 static void push_to_pool(struct work_struct *work);
445 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS];
446 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
447 static __u32 nonblocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
448
449 static struct entropy_store input_pool = {
450         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
451         .name = "input",
452         .limit = 1,
453         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(input_pool.lock),
454         .pool = input_pool_data
455 };
456
457 static struct entropy_store blocking_pool = {
458         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
459         .name = "blocking",
460         .limit = 1,
461         .pull = &input_pool,
462         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(blocking_pool.lock),
463         .pool = blocking_pool_data,
464         .push_work = __WORK_INITIALIZER(blocking_pool.push_work,
465                                         push_to_pool),
466 };
467
468 static struct entropy_store nonblocking_pool = {
469         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
470         .name = "nonblocking",
471         .pull = &input_pool,
472         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(nonblocking_pool.lock),
473         .pool = nonblocking_pool_data,
474         .push_work = __WORK_INITIALIZER(nonblocking_pool.push_work,
475                                         push_to_pool),
476 };
477
478 static __u32 const twist_table[8] = {
479         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
480         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
481
482 /*
483  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
484  * update the entropy estimate.  The caller should call
485  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
486  *
487  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
488  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
489  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
490  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
491  */
492 static void _mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
493                             int nbytes)
494 {
495         unsigned long i, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
496         int input_rotate;
497         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
498         const char *bytes = in;
499         __u32 w;
500
501         tap1 = r->poolinfo->tap1;
502         tap2 = r->poolinfo->tap2;
503         tap3 = r->poolinfo->tap3;
504         tap4 = r->poolinfo->tap4;
505         tap5 = r->poolinfo->tap5;
506
507         input_rotate = r->input_rotate;
508         i = r->add_ptr;
509
510         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
511         while (nbytes--) {
512                 w = rol32(*bytes++, input_rotate);
513                 i = (i - 1) & wordmask;
514
515                 /* XOR in the various taps */
516                 w ^= r->pool[i];
517                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
518                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
519                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
520                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
521                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
522
523                 /* Mix the result back in with a twist */
524                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
525
526                 /*
527                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
528                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
529                  * rotation, so that successive passes spread the
530                  * input bits across the pool evenly.
531                  */
532                 input_rotate = (input_rotate + (i ? 7 : 14)) & 31;
533         }
534
535         r->input_rotate = input_rotate;
536         r->add_ptr = i;
537 }
538
539 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
540                              int nbytes)
541 {
542         trace_mix_pool_bytes_nolock(r->name, nbytes, _RET_IP_);
543         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
544 }
545
546 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
547                            int nbytes)
548 {
549         unsigned long flags;
550
551         trace_mix_pool_bytes(r->name, nbytes, _RET_IP_);
552         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
553         _mix_pool_bytes(r, in, nbytes);
554         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
555 }
556
557 struct fast_pool {
558         __u32           pool[4];
559         unsigned long   last;
560         unsigned short  reg_idx;
561         unsigned char   count;
562 };
563
564 /*
565  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
566  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
567  * locks that might be needed are taken by the caller.
568  */
569 static void fast_mix(struct fast_pool *f)
570 {
571         __u32 a = f->pool[0],   b = f->pool[1];
572         __u32 c = f->pool[2],   d = f->pool[3];
573
574         a += b;                 c += d;
575         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
576         d ^= a;                 b ^= c;
577
578         a += b;                 c += d;
579         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
580         d ^= a;                 b ^= c;
581
582         a += b;                 c += d;
583         b = rol32(b, 6);        d = rol32(d, 27);
584         d ^= a;                 b ^= c;
585
586         a += b;                 c += d;
587         b = rol32(b, 16);       d = rol32(d, 14);
588         d ^= a;                 b ^= c;
589
590         f->pool[0] = a;  f->pool[1] = b;
591         f->pool[2] = c;  f->pool[3] = d;
592         f->count++;
593 }
594
595 static void process_random_ready_list(void)
596 {
597         unsigned long flags;
598         struct random_ready_callback *rdy, *tmp;
599
600         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
601         list_for_each_entry_safe(rdy, tmp, &random_ready_list, list) {
602                 struct module *owner = rdy->owner;
603
604                 list_del_init(&rdy->list);
605                 rdy->func(rdy);
606                 module_put(owner);
607         }
608         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
609 }
610
611 /*
612  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy.
613  * Use credit_entropy_bits_safe() if the value comes from userspace
614  * or otherwise should be checked for extreme values.
615  */
616 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
617 {
618         int entropy_count, orig;
619         const int pool_size = r->poolinfo->poolfracbits;
620         int nfrac = nbits << ENTROPY_SHIFT;
621
622         if (!nbits)
623                 return;
624
625 retry:
626         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
627         if (nfrac < 0) {
628                 /* Debit */
629                 entropy_count += nfrac;
630         } else {
631                 /*
632                  * Credit: we have to account for the possibility of
633                  * overwriting already present entropy.  Even in the
634                  * ideal case of pure Shannon entropy, new contributions
635                  * approach the full value asymptotically:
636                  *
637                  * entropy <- entropy + (pool_size - entropy) *
638                  *      (1 - exp(-add_entropy/pool_size))
639                  *
640                  * For add_entropy <= pool_size/2 then
641                  * (1 - exp(-add_entropy/pool_size)) >=
642                  *    (add_entropy/pool_size)*0.7869...
643                  * so we can approximate the exponential with
644                  * 3/4*add_entropy/pool_size and still be on the
645                  * safe side by adding at most pool_size/2 at a time.
646                  *
647                  * The use of pool_size-2 in the while statement is to
648                  * prevent rounding artifacts from making the loop
649                  * arbitrarily long; this limits the loop to log2(pool_size)*2
650                  * turns no matter how large nbits is.
651                  */
652                 int pnfrac = nfrac;
653                 const int s = r->poolinfo->poolbitshift + ENTROPY_SHIFT + 2;
654                 /* The +2 corresponds to the /4 in the denominator */
655
656                 do {
657                         unsigned int anfrac = min(pnfrac, pool_size/2);
658                         unsigned int add =
659                                 ((pool_size - entropy_count)*anfrac*3) >> s;
660
661                         entropy_count += add;
662                         pnfrac -= anfrac;
663                 } while (unlikely(entropy_count < pool_size-2 && pnfrac));
664         }
665
666         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
667                 pr_warn("random: negative entropy/overflow: pool %s count %d\n",
668                         r->name, entropy_count);
669                 WARN_ON(1);
670                 entropy_count = 0;
671         } else if (entropy_count > pool_size)
672                 entropy_count = pool_size;
673         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
674                 goto retry;
675
676         r->entropy_total += nbits;
677         if (!r->initialized && r->entropy_total > 128) {
678                 r->initialized = 1;
679                 r->entropy_total = 0;
680                 if (r == &nonblocking_pool) {
681                         prandom_reseed_late();
682                         process_random_ready_list();
683                         wake_up_all(&urandom_init_wait);
684                         pr_notice("random: %s pool is initialized\n", r->name);
685                 }
686         }
687
688         trace_credit_entropy_bits(r->name, nbits,
689                                   entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
690                                   r->entropy_total, _RET_IP_);
691
692         if (r == &input_pool) {
693                 int entropy_bits = entropy_count >> ENTROPY_SHIFT;
694
695                 /* should we wake readers? */
696                 if (entropy_bits >= random_read_wakeup_bits) {
697                         wake_up_interruptible(&random_read_wait);
698                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
699                 }
700                 /* If the input pool is getting full, send some
701                  * entropy to the two output pools, flipping back and
702                  * forth between them, until the output pools are 75%
703                  * full.
704                  */
705                 if (entropy_bits > random_write_wakeup_bits &&
706                     r->initialized &&
707                     r->entropy_total >= 2*random_read_wakeup_bits) {
708                         static struct entropy_store *last = &blocking_pool;
709                         struct entropy_store *other = &blocking_pool;
710
711                         if (last == &blocking_pool)
712                                 other = &nonblocking_pool;
713                         if (other->entropy_count <=
714                             3 * other->poolinfo->poolfracbits / 4)
715                                 last = other;
716                         if (last->entropy_count <=
717                             3 * last->poolinfo->poolfracbits / 4) {
718                                 schedule_work(&last->push_work);
719                                 r->entropy_total = 0;
720                         }
721                 }
722         }
723 }
724
725 static int credit_entropy_bits_safe(struct entropy_store *r, int nbits)
726 {
727         const int nbits_max = (int)(~0U >> (ENTROPY_SHIFT + 1));
728
729         if (nbits < 0)
730                 return -EINVAL;
731
732         /* Cap the value to avoid overflows */
733         nbits = min(nbits,  nbits_max);
734
735         credit_entropy_bits(r, nbits);
736         return 0;
737 }
738
739 /*********************************************************************
740  *
741  * Entropy input management
742  *
743  *********************************************************************/
744
745 /* There is one of these per entropy source */
746 struct timer_rand_state {
747         cycles_t last_time;
748         long last_delta, last_delta2;
749         unsigned dont_count_entropy:1;
750 };
751
752 #define INIT_TIMER_RAND_STATE { INITIAL_JIFFIES, };
753
754 /*
755  * Add device- or boot-specific data to the input and nonblocking
756  * pools to help initialize them to unique values.
757  *
758  * None of this adds any entropy, it is meant to avoid the
759  * problem of the nonblocking pool having similar initial state
760  * across largely identical devices.
761  */
762 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
763 {
764         unsigned long time = random_get_entropy() ^ jiffies;
765         unsigned long flags;
766
767         trace_add_device_randomness(size, _RET_IP_);
768         spin_lock_irqsave(&input_pool.lock, flags);
769         _mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size);
770         _mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time));
771         spin_unlock_irqrestore(&input_pool.lock, flags);
772
773         spin_lock_irqsave(&nonblocking_pool.lock, flags);
774         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, buf, size);
775         _mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, &time, sizeof(time));
776         spin_unlock_irqrestore(&nonblocking_pool.lock, flags);
777 }
778 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
779
780 static struct timer_rand_state input_timer_state = INIT_TIMER_RAND_STATE;
781
782 /*
783  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
784  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
785  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
786  *
787  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
788  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
789  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
790  *
791  */
792 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
793 {
794         struct entropy_store    *r;
795         struct {
796                 long jiffies;
797                 unsigned cycles;
798                 unsigned num;
799         } sample;
800         long delta, delta2, delta3;
801
802         preempt_disable();
803
804         sample.jiffies = jiffies;
805         sample.cycles = random_get_entropy();
806         sample.num = num;
807         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
808         mix_pool_bytes(r, &sample, sizeof(sample));
809
810         /*
811          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
812          * We take into account the first, second and third-order deltas
813          * in order to make our estimate.
814          */
815
816         if (!state->dont_count_entropy) {
817                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
818                 state->last_time = sample.jiffies;
819
820                 delta2 = delta - state->last_delta;
821                 state->last_delta = delta;
822
823                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
824                 state->last_delta2 = delta2;
825
826                 if (delta < 0)
827                         delta = -delta;
828                 if (delta2 < 0)
829                         delta2 = -delta2;
830                 if (delta3 < 0)
831                         delta3 = -delta3;
832                 if (delta > delta2)
833                         delta = delta2;
834                 if (delta > delta3)
835                         delta = delta3;
836
837                 /*
838                  * delta is now minimum absolute delta.
839                  * Round down by 1 bit on general principles,
840                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
841                  */
842                 credit_entropy_bits(r, min_t(int, fls(delta>>1), 11));
843         }
844         preempt_enable();
845 }
846
847 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
848                                  unsigned int value)
849 {
850         static unsigned char last_value;
851
852         /* ignore autorepeat and the like */
853         if (value == last_value)
854                 return;
855
856         last_value = value;
857         add_timer_randomness(&input_timer_state,
858                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
859         trace_add_input_randomness(ENTROPY_BITS(&input_pool));
860 }
861 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
862
863 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
864
865 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
866 static unsigned long avg_cycles, avg_deviation;
867
868 #define AVG_SHIFT 8     /* Exponential average factor k=1/256 */
869 #define FIXED_1_2 (1 << (AVG_SHIFT-1))
870
871 static void add_interrupt_bench(cycles_t start)
872 {
873         long delta = random_get_entropy() - start;
874
875         /* Use a weighted moving average */
876         delta = delta - ((avg_cycles + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
877         avg_cycles += delta;
878         /* And average deviation */
879         delta = abs(delta) - ((avg_deviation + FIXED_1_2) >> AVG_SHIFT);
880         avg_deviation += delta;
881 }
882 #else
883 #define add_interrupt_bench(x)
884 #endif
885
886 static __u32 get_reg(struct fast_pool *f, struct pt_regs *regs)
887 {
888         __u32 *ptr = (__u32 *) regs;
889
890         if (regs == NULL)
891                 return 0;
892         if (f->reg_idx >= sizeof(struct pt_regs) / sizeof(__u32))
893                 f->reg_idx = 0;
894         return *(ptr + f->reg_idx++);
895 }
896
897 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
898 {
899         struct entropy_store    *r;
900         struct fast_pool        *fast_pool = this_cpu_ptr(&irq_randomness);
901         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
902         unsigned long           now = jiffies;
903         cycles_t                cycles = random_get_entropy();
904         __u32                   c_high, j_high;
905         __u64                   ip;
906         unsigned long           seed;
907         int                     credit = 0;
908
909         if (cycles == 0)
910                 cycles = get_reg(fast_pool, regs);
911         c_high = (sizeof(cycles) > 4) ? cycles >> 32 : 0;
912         j_high = (sizeof(now) > 4) ? now >> 32 : 0;
913         fast_pool->pool[0] ^= cycles ^ j_high ^ irq;
914         fast_pool->pool[1] ^= now ^ c_high;
915         ip = regs ? instruction_pointer(regs) : _RET_IP_;
916         fast_pool->pool[2] ^= ip;
917         fast_pool->pool[3] ^= (sizeof(ip) > 4) ? ip >> 32 :
918                 get_reg(fast_pool, regs);
919
920         fast_mix(fast_pool);
921         add_interrupt_bench(cycles);
922
923         if ((fast_pool->count < 64) &&
924             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
925                 return;
926
927         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
928         if (!spin_trylock(&r->lock))
929                 return;
930
931         fast_pool->last = now;
932         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool));
933
934         /*
935          * If we have architectural seed generator, produce a seed and
936          * add it to the pool.  For the sake of paranoia don't let the
937          * architectural seed generator dominate the input from the
938          * interrupt noise.
939          */
940         if (arch_get_random_seed_long(&seed)) {
941                 __mix_pool_bytes(r, &seed, sizeof(seed));
942                 credit = 1;
943         }
944         spin_unlock(&r->lock);
945
946         fast_pool->count = 0;
947
948         /* award one bit for the contents of the fast pool */
949         credit_entropy_bits(r, credit + 1);
950 }
951
952 #ifdef CONFIG_BLOCK
953 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
954 {
955         if (!disk || !disk->random)
956                 return;
957         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
958         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
959         trace_add_disk_randomness(disk_devt(disk), ENTROPY_BITS(&input_pool));
960 }
961 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_disk_randomness);
962 #endif
963
964 /*********************************************************************
965  *
966  * Entropy extraction routines
967  *
968  *********************************************************************/
969
970 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
971                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
972
973 /*
974  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
975  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
976  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
977  */
978 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes);
979 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
980 {
981         if (!r->pull ||
982             r->entropy_count >= (nbytes << (ENTROPY_SHIFT + 3)) ||
983             r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits)
984                 return;
985
986         if (r->limit == 0 && random_min_urandom_seed) {
987                 unsigned long now = jiffies;
988
989                 if (time_before(now,
990                                 r->last_pulled + random_min_urandom_seed * HZ))
991                         return;
992                 r->last_pulled = now;
993         }
994
995         _xfer_secondary_pool(r, nbytes);
996 }
997
998 static void _xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
999 {
1000         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
1001
1002         /* For /dev/random's pool, always leave two wakeups' worth */
1003         int rsvd_bytes = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_bits / 4;
1004         int bytes = nbytes;
1005
1006         /* pull at least as much as a wakeup */
1007         bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_bits / 8);
1008         /* but never more than the buffer size */
1009         bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
1010
1011         trace_xfer_secondary_pool(r->name, bytes * 8, nbytes * 8,
1012                                   ENTROPY_BITS(r), ENTROPY_BITS(r->pull));
1013         bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
1014                                 random_read_wakeup_bits / 8, rsvd_bytes);
1015         mix_pool_bytes(r, tmp, bytes);
1016         credit_entropy_bits(r, bytes*8);
1017 }
1018
1019 /*
1020  * Used as a workqueue function so that when the input pool is getting
1021  * full, we can "spill over" some entropy to the output pools.  That
1022  * way the output pools can store some of the excess entropy instead
1023  * of letting it go to waste.
1024  */
1025 static void push_to_pool(struct work_struct *work)
1026 {
1027         struct entropy_store *r = container_of(work, struct entropy_store,
1028                                               push_work);
1029         BUG_ON(!r);
1030         _xfer_secondary_pool(r, random_read_wakeup_bits/8);
1031         trace_push_to_pool(r->name, r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT,
1032                            r->pull->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT);
1033 }
1034
1035 /*
1036  * This function decides how many bytes to actually take from the
1037  * given pool, and also debits the entropy count accordingly.
1038  */
1039 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
1040                       int reserved)
1041 {
1042         int entropy_count, orig;
1043         size_t ibytes, nfrac;
1044
1045         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->poolfracbits);
1046
1047         /* Can we pull enough? */
1048 retry:
1049         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
1050         ibytes = nbytes;
1051         /* If limited, never pull more than available */
1052         if (r->limit) {
1053                 int have_bytes = entropy_count >> (ENTROPY_SHIFT + 3);
1054
1055                 if ((have_bytes -= reserved) < 0)
1056                         have_bytes = 0;
1057                 ibytes = min_t(size_t, ibytes, have_bytes);
1058         }
1059         if (ibytes < min)
1060                 ibytes = 0;
1061
1062         if (unlikely(entropy_count < 0)) {
1063                 pr_warn("random: negative entropy count: pool %s count %d\n",
1064                         r->name, entropy_count);
1065                 WARN_ON(1);
1066                 entropy_count = 0;
1067         }
1068         nfrac = ibytes << (ENTROPY_SHIFT + 3);
1069         if ((size_t) entropy_count > nfrac)
1070                 entropy_count -= nfrac;
1071         else
1072                 entropy_count = 0;
1073
1074         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
1075                 goto retry;
1076
1077         trace_debit_entropy(r->name, 8 * ibytes);
1078         if (ibytes &&
1079             (r->entropy_count >> ENTROPY_SHIFT) < random_write_wakeup_bits) {
1080                 wake_up_interruptible(&random_write_wait);
1081                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
1082         }
1083
1084         return ibytes;
1085 }
1086
1087 /*
1088  * This function does the actual extraction for extract_entropy and
1089  * extract_entropy_user.
1090  *
1091  * Note: we assume that .poolwords is a multiple of 16 words.
1092  */
1093 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
1094 {
1095         int i;
1096         union {
1097                 __u32 w[5];
1098                 unsigned long l[LONGS(20)];
1099         } hash;
1100         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
1101         unsigned long flags;
1102
1103         /*
1104          * If we have an architectural hardware random number
1105          * generator, use it for SHA's initial vector
1106          */
1107         sha_init(hash.w);
1108         for (i = 0; i < LONGS(20); i++) {
1109                 unsigned long v;
1110                 if (!arch_get_random_long(&v))
1111                         break;
1112                 hash.l[i] = v;
1113         }
1114
1115         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
1116         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1117         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
1118                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
1119
1120         /*
1121          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
1122          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
1123          * plus the current outputs, and attempts to find previous
1124          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
1125          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
1126          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
1127          * hash.
1128          */
1129         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w));
1130         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1131
1132         memzero_explicit(workspace, sizeof(workspace));
1133
1134         /*
1135          * In case the hash function has some recognizable output
1136          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
1137          * twice as much data as we output.
1138          */
1139         hash.w[0] ^= hash.w[3];
1140         hash.w[1] ^= hash.w[4];
1141         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
1142
1143         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
1144         memzero_explicit(&hash, sizeof(hash));
1145 }
1146
1147 /*
1148  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1149  * returns it in a buffer.
1150  *
1151  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
1152  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
1153  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
1154  * pool after each pull to avoid starving other readers.
1155  */
1156 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
1157                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
1158 {
1159         ssize_t ret = 0, i;
1160         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1161         unsigned long flags;
1162
1163         /* if last_data isn't primed, we need EXTRACT_SIZE extra bytes */
1164         if (fips_enabled) {
1165                 spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1166                 if (!r->last_data_init) {
1167                         r->last_data_init = 1;
1168                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1169                         trace_extract_entropy(r->name, EXTRACT_SIZE,
1170                                               ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1171                         xfer_secondary_pool(r, EXTRACT_SIZE);
1172                         extract_buf(r, tmp);
1173                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1174                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1175                 }
1176                 spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1177         }
1178
1179         trace_extract_entropy(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1180         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1181         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
1182
1183         while (nbytes) {
1184                 extract_buf(r, tmp);
1185
1186                 if (fips_enabled) {
1187                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1188                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1189                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1190                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1191                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1192                 }
1193                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1194                 memcpy(buf, tmp, i);
1195                 nbytes -= i;
1196                 buf += i;
1197                 ret += i;
1198         }
1199
1200         /* Wipe data just returned from memory */
1201         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1202
1203         return ret;
1204 }
1205
1206 /*
1207  * This function extracts randomness from the "entropy pool", and
1208  * returns it in a userspace buffer.
1209  */
1210 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1211                                     size_t nbytes)
1212 {
1213         ssize_t ret = 0, i;
1214         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1215         int large_request = (nbytes > 256);
1216
1217         trace_extract_entropy_user(r->name, nbytes, ENTROPY_BITS(r), _RET_IP_);
1218         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1219         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1220
1221         while (nbytes) {
1222                 if (large_request && need_resched()) {
1223                         if (signal_pending(current)) {
1224                                 if (ret == 0)
1225                                         ret = -ERESTARTSYS;
1226                                 break;
1227                         }
1228                         schedule();
1229                 }
1230
1231                 extract_buf(r, tmp);
1232                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1233                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1234                         ret = -EFAULT;
1235                         break;
1236                 }
1237
1238                 nbytes -= i;
1239                 buf += i;
1240                 ret += i;
1241         }
1242
1243         /* Wipe data just returned from memory */
1244         memzero_explicit(tmp, sizeof(tmp));
1245
1246         return ret;
1247 }
1248
1249 /*
1250  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1251  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1252  * TCP sequence numbers, etc.  It does not rely on the hardware random
1253  * number generator.  For random bytes direct from the hardware RNG
1254  * (when available), use get_random_bytes_arch().
1255  */
1256 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1257 {
1258 #if DEBUG_RANDOM_BOOT > 0
1259         if (unlikely(nonblocking_pool.initialized == 0))
1260                 printk(KERN_NOTICE "random: %pF get_random_bytes called "
1261                        "with %d bits of entropy available\n",
1262                        (void *) _RET_IP_,
1263                        nonblocking_pool.entropy_total);
1264 #endif
1265         trace_get_random_bytes(nbytes, _RET_IP_);
1266         extract_entropy(&nonblocking_pool, buf, nbytes, 0, 0);
1267 }
1268 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1269
1270 /*
1271  * Add a callback function that will be invoked when the nonblocking
1272  * pool is initialised.
1273  *
1274  * returns: 0 if callback is successfully added
1275  *          -EALREADY if pool is already initialised (callback not called)
1276  *          -ENOENT if module for callback is not alive
1277  */
1278 int add_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1279 {
1280         struct module *owner;
1281         unsigned long flags;
1282         int err = -EALREADY;
1283
1284         if (likely(nonblocking_pool.initialized))
1285                 return err;
1286
1287         owner = rdy->owner;
1288         if (!try_module_get(owner))
1289                 return -ENOENT;
1290
1291         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1292         if (nonblocking_pool.initialized)
1293                 goto out;
1294
1295         owner = NULL;
1296
1297         list_add(&rdy->list, &random_ready_list);
1298         err = 0;
1299
1300 out:
1301         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1302
1303         module_put(owner);
1304
1305         return err;
1306 }
1307 EXPORT_SYMBOL(add_random_ready_callback);
1308
1309 /*
1310  * Delete a previously registered readiness callback function.
1311  */
1312 void del_random_ready_callback(struct random_ready_callback *rdy)
1313 {
1314         unsigned long flags;
1315         struct module *owner = NULL;
1316
1317         spin_lock_irqsave(&random_ready_list_lock, flags);
1318         if (!list_empty(&rdy->list)) {
1319                 list_del_init(&rdy->list);
1320                 owner = rdy->owner;
1321         }
1322         spin_unlock_irqrestore(&random_ready_list_lock, flags);
1323
1324         module_put(owner);
1325 }
1326 EXPORT_SYMBOL(del_random_ready_callback);
1327
1328 /*
1329  * This function will use the architecture-specific hardware random
1330  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1331  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1332  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1333  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1334  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1335  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1336  * have put in a back door.
1337  */
1338 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1339 {
1340         char *p = buf;
1341
1342         trace_get_random_bytes_arch(nbytes, _RET_IP_);
1343         while (nbytes) {
1344                 unsigned long v;
1345                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1346
1347                 if (!arch_get_random_long(&v))
1348                         break;
1349                 
1350                 memcpy(p, &v, chunk);
1351                 p += chunk;
1352                 nbytes -= chunk;
1353         }
1354
1355         if (nbytes)
1356                 extract_entropy(&nonblocking_pool, p, nbytes, 0, 0);
1357 }
1358 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1359
1360
1361 /*
1362  * init_std_data - initialize pool with system data
1363  *
1364  * @r: pool to initialize
1365  *
1366  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1367  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1368  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1369  */
1370 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1371 {
1372         int i;
1373         ktime_t now = ktime_get_real();
1374         unsigned long rv;
1375
1376         r->last_pulled = jiffies;
1377         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now));
1378         for (i = r->poolinfo->poolbytes; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1379                 if (!arch_get_random_seed_long(&rv) &&
1380                     !arch_get_random_long(&rv))
1381                         rv = random_get_entropy();
1382                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv));
1383         }
1384         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())));
1385 }
1386
1387 /*
1388  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1389  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1390  * with some platform dependent data very early in the boot
1391  * process. But it limits our options here. We must use
1392  * statically allocated structures that already have all
1393  * initializations complete at compile time. We should also
1394  * take care not to overwrite the precious per platform data
1395  * we were given.
1396  */
1397 static int rand_initialize(void)
1398 {
1399         init_std_data(&input_pool);
1400         init_std_data(&blocking_pool);
1401         init_std_data(&nonblocking_pool);
1402         return 0;
1403 }
1404 early_initcall(rand_initialize);
1405
1406 #ifdef CONFIG_BLOCK
1407 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1408 {
1409         struct timer_rand_state *state;
1410
1411         /*
1412          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1413          * source.
1414          */
1415         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1416         if (state) {
1417                 state->last_time = INITIAL_JIFFIES;
1418                 disk->random = state;
1419         }
1420 }
1421 #endif
1422
1423 static ssize_t
1424 _random_read(int nonblock, char __user *buf, size_t nbytes)
1425 {
1426         ssize_t n;
1427
1428         if (nbytes == 0)
1429                 return 0;
1430
1431         nbytes = min_t(size_t, nbytes, SEC_XFER_SIZE);
1432         while (1) {
1433                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, nbytes);
1434                 if (n < 0)
1435                         return n;
1436                 trace_random_read(n*8, (nbytes-n)*8,
1437                                   ENTROPY_BITS(&blocking_pool),
1438                                   ENTROPY_BITS(&input_pool));
1439                 if (n > 0)
1440                         return n;
1441
1442                 /* Pool is (near) empty.  Maybe wait and retry. */
1443                 if (nonblock)
1444                         return -EAGAIN;
1445
1446                 wait_event_interruptible(random_read_wait,
1447                         ENTROPY_BITS(&input_pool) >=
1448                         random_read_wakeup_bits);
1449                 if (signal_pending(current))
1450                         return -ERESTARTSYS;
1451         }
1452 }
1453
1454 static ssize_t
1455 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1456 {
1457         return _random_read(file->f_flags & O_NONBLOCK, buf, nbytes);
1458 }
1459
1460 static ssize_t
1461 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1462 {
1463         int ret;
1464
1465         if (unlikely(nonblocking_pool.initialized == 0))
1466                 printk_once(KERN_NOTICE "random: %s urandom read "
1467                             "with %d bits of entropy available\n",
1468                             current->comm, nonblocking_pool.entropy_total);
1469
1470         nbytes = min_t(size_t, nbytes, INT_MAX >> (ENTROPY_SHIFT + 3));
1471         ret = extract_entropy_user(&nonblocking_pool, buf, nbytes);
1472
1473         trace_urandom_read(8 * nbytes, ENTROPY_BITS(&nonblocking_pool),
1474                            ENTROPY_BITS(&input_pool));
1475         return ret;
1476 }
1477
1478 static unsigned int
1479 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1480 {
1481         unsigned int mask;
1482
1483         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1484         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1485         mask = 0;
1486         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) >= random_read_wakeup_bits)
1487                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1488         if (ENTROPY_BITS(&input_pool) < random_write_wakeup_bits)
1489                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1490         return mask;
1491 }
1492
1493 static int
1494 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1495 {
1496         size_t bytes;
1497         __u32 buf[16];
1498         const char __user *p = buffer;
1499
1500         while (count > 0) {
1501                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1502                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1503                         return -EFAULT;
1504
1505                 count -= bytes;
1506                 p += bytes;
1507
1508                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes);
1509                 cond_resched();
1510         }
1511
1512         return 0;
1513 }
1514
1515 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1516                             size_t count, loff_t *ppos)
1517 {
1518         size_t ret;
1519
1520         ret = write_pool(&blocking_pool, buffer, count);
1521         if (ret)
1522                 return ret;
1523         ret = write_pool(&nonblocking_pool, buffer, count);
1524         if (ret)
1525                 return ret;
1526
1527         return (ssize_t)count;
1528 }
1529
1530 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1531 {
1532         int size, ent_count;
1533         int __user *p = (int __user *)arg;
1534         int retval;
1535
1536         switch (cmd) {
1537         case RNDGETENTCNT:
1538                 /* inherently racy, no point locking */
1539                 ent_count = ENTROPY_BITS(&input_pool);
1540                 if (put_user(ent_count, p))
1541                         return -EFAULT;
1542                 return 0;
1543         case RNDADDTOENTCNT:
1544                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1545                         return -EPERM;
1546                 if (get_user(ent_count, p))
1547                         return -EFAULT;
1548                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1549         case RNDADDENTROPY:
1550                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1551                         return -EPERM;
1552                 if (get_user(ent_count, p++))
1553                         return -EFAULT;
1554                 if (ent_count < 0)
1555                         return -EINVAL;
1556                 if (get_user(size, p++))
1557                         return -EFAULT;
1558                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1559                                     size);
1560                 if (retval < 0)
1561                         return retval;
1562                 return credit_entropy_bits_safe(&input_pool, ent_count);
1563         case RNDZAPENTCNT:
1564         case RNDCLEARPOOL:
1565                 /*
1566                  * Clear the entropy pool counters. We no longer clear
1567                  * the entropy pool, as that's silly.
1568                  */
1569                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1570                         return -EPERM;
1571                 input_pool.entropy_count = 0;
1572                 nonblocking_pool.entropy_count = 0;
1573                 blocking_pool.entropy_count = 0;
1574                 return 0;
1575         default:
1576                 return -EINVAL;
1577         }
1578 }
1579
1580 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1581 {
1582         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1583 }
1584
1585 const struct file_operations random_fops = {
1586         .read  = random_read,
1587         .write = random_write,
1588         .poll  = random_poll,
1589         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1590         .fasync = random_fasync,
1591         .llseek = noop_llseek,
1592 };
1593
1594 const struct file_operations urandom_fops = {
1595         .read  = urandom_read,
1596         .write = random_write,
1597         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1598         .fasync = random_fasync,
1599         .llseek = noop_llseek,
1600 };
1601
1602 SYSCALL_DEFINE3(getrandom, char __user *, buf, size_t, count,
1603                 unsigned int, flags)
1604 {
1605         if (flags & ~(GRND_NONBLOCK|GRND_RANDOM))
1606                 return -EINVAL;
1607
1608         if (count > INT_MAX)
1609                 count = INT_MAX;
1610
1611         if (flags & GRND_RANDOM)
1612                 return _random_read(flags & GRND_NONBLOCK, buf, count);
1613
1614         if (unlikely(nonblocking_pool.initialized == 0)) {
1615                 if (flags & GRND_NONBLOCK)
1616                         return -EAGAIN;
1617                 wait_event_interruptible(urandom_init_wait,
1618                                          nonblocking_pool.initialized);
1619                 if (signal_pending(current))
1620                         return -ERESTARTSYS;
1621         }
1622         return urandom_read(NULL, buf, count, NULL);
1623 }
1624
1625 /***************************************************************
1626  * Random UUID interface
1627  *
1628  * Used here for a Boot ID, but can be useful for other kernel
1629  * drivers.
1630  ***************************************************************/
1631
1632 /*
1633  * Generate random UUID
1634  */
1635 void generate_random_uuid(unsigned char uuid_out[16])
1636 {
1637         get_random_bytes(uuid_out, 16);
1638         /* Set UUID version to 4 --- truly random generation */
1639         uuid_out[6] = (uuid_out[6] & 0x0F) | 0x40;
1640         /* Set the UUID variant to DCE */
1641         uuid_out[8] = (uuid_out[8] & 0x3F) | 0x80;
1642 }
1643 EXPORT_SYMBOL(generate_random_uuid);
1644
1645 /********************************************************************
1646  *
1647  * Sysctl interface
1648  *
1649  ********************************************************************/
1650
1651 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1652
1653 #include <linux/sysctl.h>
1654
1655 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1656 static int max_read_thresh = OUTPUT_POOL_WORDS * 32;
1657 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1658 static char sysctl_bootid[16];
1659
1660 /*
1661  * This function is used to return both the bootid UUID, and random
1662  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1663  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1664  *
1665  * If the user accesses this via the proc interface, the UUID will be
1666  * returned as an ASCII string in the standard UUID format; if via the
1667  * sysctl system call, as 16 bytes of binary data.
1668  */
1669 static int proc_do_uuid(struct ctl_table *table, int write,
1670                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1671 {
1672         struct ctl_table fake_table;
1673         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1674
1675         uuid = table->data;
1676         if (!uuid) {
1677                 uuid = tmp_uuid;
1678                 generate_random_uuid(uuid);
1679         } else {
1680                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1681
1682                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1683                 if (!uuid[8])
1684                         generate_random_uuid(uuid);
1685                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1686         }
1687
1688         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1689
1690         fake_table.data = buf;
1691         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1692
1693         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1694 }
1695
1696 /*
1697  * Return entropy available scaled to integral bits
1698  */
1699 static int proc_do_entropy(struct ctl_table *table, int write,
1700                            void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1701 {
1702         struct ctl_table fake_table;
1703         int entropy_count;
1704
1705         entropy_count = *(int *)table->data >> ENTROPY_SHIFT;
1706
1707         fake_table.data = &entropy_count;
1708         fake_table.maxlen = sizeof(entropy_count);
1709
1710         return proc_dointvec(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1711 }
1712
1713 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1714 extern struct ctl_table random_table[];
1715 struct ctl_table random_table[] = {
1716         {
1717                 .procname       = "poolsize",
1718                 .data           = &sysctl_poolsize,
1719                 .maxlen         = sizeof(int),
1720                 .mode           = 0444,
1721                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1722         },
1723         {
1724                 .procname       = "entropy_avail",
1725                 .maxlen         = sizeof(int),
1726                 .mode           = 0444,
1727                 .proc_handler   = proc_do_entropy,
1728                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1729         },
1730         {
1731                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1732                 .data           = &random_read_wakeup_bits,
1733                 .maxlen         = sizeof(int),
1734                 .mode           = 0644,
1735                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1736                 .extra1         = &min_read_thresh,
1737                 .extra2         = &max_read_thresh,
1738         },
1739         {
1740                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1741                 .data           = &random_write_wakeup_bits,
1742                 .maxlen         = sizeof(int),
1743                 .mode           = 0644,
1744                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1745                 .extra1         = &min_write_thresh,
1746                 .extra2         = &max_write_thresh,
1747         },
1748         {
1749                 .procname       = "urandom_min_reseed_secs",
1750                 .data           = &random_min_urandom_seed,
1751                 .maxlen         = sizeof(int),
1752                 .mode           = 0644,
1753                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1754         },
1755         {
1756                 .procname       = "boot_id",
1757                 .data           = &sysctl_bootid,
1758                 .maxlen         = 16,
1759                 .mode           = 0444,
1760                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1761         },
1762         {
1763                 .procname       = "uuid",
1764                 .maxlen         = 16,
1765                 .mode           = 0444,
1766                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1767         },
1768 #ifdef ADD_INTERRUPT_BENCH
1769         {
1770                 .procname       = "add_interrupt_avg_cycles",
1771                 .data           = &avg_cycles,
1772                 .maxlen         = sizeof(avg_cycles),
1773                 .mode           = 0444,
1774                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
1775         },
1776         {
1777                 .procname       = "add_interrupt_avg_deviation",
1778                 .data           = &avg_deviation,
1779                 .maxlen         = sizeof(avg_deviation),
1780                 .mode           = 0444,
1781                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
1782         },
1783 #endif
1784         { }
1785 };
1786 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
1787
1788 static u32 random_int_secret[MD5_MESSAGE_BYTES / 4] ____cacheline_aligned;
1789
1790 int random_int_secret_init(void)
1791 {
1792         get_random_bytes(random_int_secret, sizeof(random_int_secret));
1793         return 0;
1794 }
1795
1796 /*
1797  * Get a random word for internal kernel use only. Similar to urandom but
1798  * with the goal of minimal entropy pool depletion. As a result, the random
1799  * value is not cryptographically secure but for several uses the cost of
1800  * depleting entropy is too high
1801  */
1802 static DEFINE_PER_CPU(__u32 [MD5_DIGEST_WORDS], get_random_int_hash);
1803 unsigned int get_random_int(void)
1804 {
1805         __u32 *hash;
1806         unsigned int ret;
1807
1808         if (arch_get_random_int(&ret))
1809                 return ret;
1810
1811         hash = get_cpu_var(get_random_int_hash);
1812
1813         hash[0] += current->pid + jiffies + random_get_entropy();
1814         md5_transform(hash, random_int_secret);
1815         ret = hash[0];
1816         put_cpu_var(get_random_int_hash);
1817
1818         return ret;
1819 }
1820 EXPORT_SYMBOL(get_random_int);
1821
1822 /*
1823  * randomize_range() returns a start address such that
1824  *
1825  *    [...... <range> .....]
1826  *  start                  end
1827  *
1828  * a <range> with size "len" starting at the return value is inside in the
1829  * area defined by [start, end], but is otherwise randomized.
1830  */
1831 unsigned long
1832 randomize_range(unsigned long start, unsigned long end, unsigned long len)
1833 {
1834         unsigned long range = end - len - start;
1835
1836         if (end <= start + len)
1837                 return 0;
1838         return PAGE_ALIGN(get_random_int() % range + start);
1839 }
1840
1841 /* Interface for in-kernel drivers of true hardware RNGs.
1842  * Those devices may produce endless random bits and will be throttled
1843  * when our pool is full.
1844  */
1845 void add_hwgenerator_randomness(const char *buffer, size_t count,
1846                                 size_t entropy)
1847 {
1848         struct entropy_store *poolp = &input_pool;
1849
1850         /* Suspend writing if we're above the trickle threshold.
1851          * We'll be woken up again once below random_write_wakeup_thresh,
1852          * or when the calling thread is about to terminate.
1853          */
1854         wait_event_interruptible(random_write_wait, kthread_should_stop() ||
1855                         ENTROPY_BITS(&input_pool) <= random_write_wakeup_bits);
1856         mix_pool_bytes(poolp, buffer, count);
1857         credit_entropy_bits(poolp, entropy);
1858 }
1859 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_hwgenerator_randomness);