random: run random_int_secret_init() run after all late_initcalls
[pandora-kernel.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/percpu.h>
254 #include <linux/cryptohash.h>
255 #include <linux/fips.h>
256 #include <linux/ptrace.h>
257 #include <linux/kmemcheck.h>
258
259 #ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS
260 # include <linux/irq.h>
261 #endif
262
263 #include <asm/processor.h>
264 #include <asm/uaccess.h>
265 #include <asm/irq.h>
266 #include <asm/irq_regs.h>
267 #include <asm/io.h>
268
269 /*
270  * Configuration information
271  */
272 #define INPUT_POOL_WORDS 128
273 #define OUTPUT_POOL_WORDS 32
274 #define SEC_XFER_SIZE 512
275 #define EXTRACT_SIZE 10
276
277 #define LONGS(x) (((x) + sizeof(unsigned long) - 1)/sizeof(unsigned long))
278
279 /*
280  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
281  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
282  */
283 static int random_read_wakeup_thresh = 64;
284
285 /*
286  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
287  * should wake up processes which are selecting or polling on write
288  * access to /dev/random.
289  */
290 static int random_write_wakeup_thresh = 128;
291
292 /*
293  * When the input pool goes over trickle_thresh, start dropping most
294  * samples to avoid wasting CPU time and reduce lock contention.
295  */
296
297 static int trickle_thresh __read_mostly = INPUT_POOL_WORDS * 28;
298
299 static DEFINE_PER_CPU(int, trickle_count);
300
301 /*
302  * A pool of size .poolwords is stirred with a primitive polynomial
303  * of degree .poolwords over GF(2).  The taps for various sizes are
304  * defined below.  They are chosen to be evenly spaced (minimum RMS
305  * distance from evenly spaced; the numbers in the comments are a
306  * scaled squared error sum) except for the last tap, which is 1 to
307  * get the twisting happening as fast as possible.
308  */
309 static struct poolinfo {
310         int poolwords;
311         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
312 } poolinfo_table[] = {
313         /* x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 -- 105 */
314         { 128,  103,    76,     51,     25,     1 },
315         /* x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 -- 15 */
316         { 32,   26,     20,     14,     7,      1 },
317 #if 0
318         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
319         { 2048, 1638,   1231,   819,    411,    1 },
320
321         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
322         { 1024, 817,    615,    412,    204,    1 },
323
324         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
325         { 1024, 819,    616,    410,    207,    2 },
326
327         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
328         { 512,  411,    308,    208,    104,    1 },
329
330         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
331         { 512,  409,    307,    206,    102,    2 },
332         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
333         { 512,  409,    309,    205,    103,    2 },
334
335         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
336         { 256,  205,    155,    101,    52,     1 },
337
338         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
339         { 128,  103,    78,     51,     27,     2 },
340
341         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
342         { 64,   52,     39,     26,     14,     1 },
343 #endif
344 };
345
346 #define POOLBITS        poolwords*32
347 #define POOLBYTES       poolwords*4
348
349 /*
350  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
351  * well to make a twisted Generalized Feedback Shift Reigster
352  *
353  * (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR generators.  ACM
354  * Transactions on Modeling and Computer Simulation 2(3):179-194.
355  * Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted GFSR generators
356  * II.  ACM Transactions on Mdeling and Computer Simulation 4:254-266)
357  *
358  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
359  *
360  * We have not analyzed the resultant polynomial to prove it primitive;
361  * in fact it almost certainly isn't.  Nonetheless, the irreducible factors
362  * of a random large-degree polynomial over GF(2) are more than large enough
363  * that periodicity is not a concern.
364  *
365  * The input hash is much less sensitive than the output hash.  All
366  * that we want of it is that it be a good non-cryptographic hash;
367  * i.e. it not produce collisions when fed "random" data of the sort
368  * we expect to see.  As long as the pool state differs for different
369  * inputs, we have preserved the input entropy and done a good job.
370  * The fact that an intelligent attacker can construct inputs that
371  * will produce controlled alterations to the pool's state is not
372  * important because we don't consider such inputs to contribute any
373  * randomness.  The only property we need with respect to them is that
374  * the attacker can't increase his/her knowledge of the pool's state.
375  * Since all additions are reversible (knowing the final state and the
376  * input, you can reconstruct the initial state), if an attacker has
377  * any uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle
378  * that uncertainty about, but never cause any collisions (which would
379  * decrease the uncertainty).
380  *
381  * The chosen system lets the state of the pool be (essentially) the input
382  * modulo the generator polymnomial.  Now, for random primitive polynomials,
383  * this is a universal class of hash functions, meaning that the chance
384  * of a collision is limited by the attacker's knowledge of the generator
385  * polynomail, so if it is chosen at random, an attacker can never force
386  * a collision.  Here, we use a fixed polynomial, but we *can* assume that
387  * ###--> it is unknown to the processes generating the input entropy. <-###
388  * Because of this important property, this is a good, collision-resistant
389  * hash; hash collisions will occur no more often than chance.
390  */
391
392 /*
393  * Static global variables
394  */
395 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
396 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
397 static struct fasync_struct *fasync;
398
399 #if 0
400 static int debug;
401 module_param(debug, bool, 0644);
402 #define DEBUG_ENT(fmt, arg...) do { \
403         if (debug) \
404                 printk(KERN_DEBUG "random %04d %04d %04d: " \
405                 fmt,\
406                 input_pool.entropy_count,\
407                 blocking_pool.entropy_count,\
408                 nonblocking_pool.entropy_count,\
409                 ## arg); } while (0)
410 #else
411 #define DEBUG_ENT(fmt, arg...) do {} while (0)
412 #endif
413
414 /**********************************************************************
415  *
416  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
417  * storing entropy in an entropy pool.
418  *
419  **********************************************************************/
420
421 struct entropy_store;
422 struct entropy_store {
423         /* read-only data: */
424         struct poolinfo *poolinfo;
425         __u32 *pool;
426         const char *name;
427         struct entropy_store *pull;
428         int limit;
429
430         /* read-write data: */
431         spinlock_t lock;
432         unsigned add_ptr;
433         unsigned input_rotate;
434         int entropy_count;
435         int entropy_total;
436         unsigned int initialized:1;
437         __u8 last_data[EXTRACT_SIZE];
438 };
439
440 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS];
441 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
442 static __u32 nonblocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
443
444 static struct entropy_store input_pool = {
445         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
446         .name = "input",
447         .limit = 1,
448         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&input_pool.lock),
449         .pool = input_pool_data
450 };
451
452 static struct entropy_store blocking_pool = {
453         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
454         .name = "blocking",
455         .limit = 1,
456         .pull = &input_pool,
457         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&blocking_pool.lock),
458         .pool = blocking_pool_data
459 };
460
461 static struct entropy_store nonblocking_pool = {
462         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
463         .name = "nonblocking",
464         .pull = &input_pool,
465         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nonblocking_pool.lock),
466         .pool = nonblocking_pool_data
467 };
468
469 static __u32 const twist_table[8] = {
470         0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
471         0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
472
473 /*
474  * This function adds bytes into the entropy "pool".  It does not
475  * update the entropy estimate.  The caller should call
476  * credit_entropy_bits if this is appropriate.
477  *
478  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
479  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
480  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
481  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
482  */
483 static void __mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
484                              int nbytes, __u8 out[64])
485 {
486         unsigned long i, j, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
487         int input_rotate;
488         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
489         const char *bytes = in;
490         __u32 w;
491
492         tap1 = r->poolinfo->tap1;
493         tap2 = r->poolinfo->tap2;
494         tap3 = r->poolinfo->tap3;
495         tap4 = r->poolinfo->tap4;
496         tap5 = r->poolinfo->tap5;
497
498         smp_rmb();
499         input_rotate = ACCESS_ONCE(r->input_rotate);
500         i = ACCESS_ONCE(r->add_ptr);
501
502         /* mix one byte at a time to simplify size handling and churn faster */
503         while (nbytes--) {
504                 w = rol32(*bytes++, input_rotate & 31);
505                 i = (i - 1) & wordmask;
506
507                 /* XOR in the various taps */
508                 w ^= r->pool[i];
509                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
510                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
511                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
512                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
513                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
514
515                 /* Mix the result back in with a twist */
516                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
517
518                 /*
519                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
520                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
521                  * rotation, so that successive passes spread the
522                  * input bits across the pool evenly.
523                  */
524                 input_rotate += i ? 7 : 14;
525         }
526
527         ACCESS_ONCE(r->input_rotate) = input_rotate;
528         ACCESS_ONCE(r->add_ptr) = i;
529         smp_wmb();
530
531         if (out)
532                 for (j = 0; j < 16; j++)
533                         ((__u32 *)out)[j] = r->pool[(i - j) & wordmask];
534 }
535
536 static void mix_pool_bytes(struct entropy_store *r, const void *in,
537                              int nbytes, __u8 out[64])
538 {
539         unsigned long flags;
540
541         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
542         __mix_pool_bytes(r, in, nbytes, out);
543         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
544 }
545
546 struct fast_pool {
547         __u32           pool[4];
548         unsigned long   last;
549         unsigned short  count;
550         unsigned char   rotate;
551         unsigned char   last_timer_intr;
552 };
553
554 /*
555  * This is a fast mixing routine used by the interrupt randomness
556  * collector.  It's hardcoded for an 128 bit pool and assumes that any
557  * locks that might be needed are taken by the caller.
558  */
559 static void fast_mix(struct fast_pool *f, const void *in, int nbytes)
560 {
561         const char      *bytes = in;
562         __u32           w;
563         unsigned        i = f->count;
564         unsigned        input_rotate = f->rotate;
565
566         while (nbytes--) {
567                 w = rol32(*bytes++, input_rotate & 31) ^ f->pool[i & 3] ^
568                         f->pool[(i + 1) & 3];
569                 f->pool[i & 3] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
570                 input_rotate += (i++ & 3) ? 7 : 14;
571         }
572         f->count = i;
573         f->rotate = input_rotate;
574 }
575
576 /*
577  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy
578  */
579 static void credit_entropy_bits(struct entropy_store *r, int nbits)
580 {
581         int entropy_count, orig;
582
583         if (!nbits)
584                 return;
585
586         DEBUG_ENT("added %d entropy credits to %s\n", nbits, r->name);
587 retry:
588         entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
589         entropy_count += nbits;
590         if (entropy_count < 0) {
591                 DEBUG_ENT("negative entropy/overflow\n");
592                 entropy_count = 0;
593         } else if (entropy_count > r->poolinfo->POOLBITS)
594                 entropy_count = r->poolinfo->POOLBITS;
595         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
596                 goto retry;
597
598         if (!r->initialized && nbits > 0) {
599                 r->entropy_total += nbits;
600                 if (r->entropy_total > 128)
601                         r->initialized = 1;
602         }
603
604         /* should we wake readers? */
605         if (r == &input_pool && entropy_count >= random_read_wakeup_thresh) {
606                 wake_up_interruptible(&random_read_wait);
607                 kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_IN);
608         }
609 }
610
611 /*********************************************************************
612  *
613  * Entropy input management
614  *
615  *********************************************************************/
616
617 /* There is one of these per entropy source */
618 struct timer_rand_state {
619         cycles_t last_time;
620         long last_delta, last_delta2;
621         unsigned dont_count_entropy:1;
622 };
623
624 #ifndef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS
625
626 static struct timer_rand_state *irq_timer_state[NR_IRQS];
627
628 static struct timer_rand_state *get_timer_rand_state(unsigned int irq)
629 {
630         return irq_timer_state[irq];
631 }
632
633 static void set_timer_rand_state(unsigned int irq,
634                                  struct timer_rand_state *state)
635 {
636         irq_timer_state[irq] = state;
637 }
638
639 #else
640
641 static struct timer_rand_state *get_timer_rand_state(unsigned int irq)
642 {
643         struct irq_desc *desc;
644
645         desc = irq_to_desc(irq);
646
647         return desc->timer_rand_state;
648 }
649
650 static void set_timer_rand_state(unsigned int irq,
651                                  struct timer_rand_state *state)
652 {
653         struct irq_desc *desc;
654
655         desc = irq_to_desc(irq);
656
657         desc->timer_rand_state = state;
658 }
659 #endif
660
661 /*
662  * Add device- or boot-specific data to the input and nonblocking
663  * pools to help initialize them to unique values.
664  *
665  * None of this adds any entropy, it is meant to avoid the
666  * problem of the nonblocking pool having similar initial state
667  * across largely identical devices.
668  */
669 void add_device_randomness(const void *buf, unsigned int size)
670 {
671         unsigned long time = get_cycles() ^ jiffies;
672
673         mix_pool_bytes(&input_pool, buf, size, NULL);
674         mix_pool_bytes(&input_pool, &time, sizeof(time), NULL);
675         mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, buf, size, NULL);
676         mix_pool_bytes(&nonblocking_pool, &time, sizeof(time), NULL);
677 }
678 EXPORT_SYMBOL(add_device_randomness);
679
680 static struct timer_rand_state input_timer_state;
681
682 /*
683  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
684  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
685  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
686  *
687  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
688  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
689  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
690  *
691  */
692 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
693 {
694         struct {
695                 long jiffies;
696                 unsigned cycles;
697                 unsigned num;
698         } sample;
699         long delta, delta2, delta3;
700
701         preempt_disable();
702         /* if over the trickle threshold, use only 1 in 4096 samples */
703         if (input_pool.entropy_count > trickle_thresh &&
704             ((__this_cpu_inc_return(trickle_count) - 1) & 0xfff))
705                 goto out;
706
707         sample.jiffies = jiffies;
708         sample.cycles = get_cycles();
709         sample.num = num;
710         mix_pool_bytes(&input_pool, &sample, sizeof(sample), NULL);
711
712         /*
713          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
714          * We take into account the first, second and third-order deltas
715          * in order to make our estimate.
716          */
717
718         if (!state->dont_count_entropy) {
719                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
720                 state->last_time = sample.jiffies;
721
722                 delta2 = delta - state->last_delta;
723                 state->last_delta = delta;
724
725                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
726                 state->last_delta2 = delta2;
727
728                 if (delta < 0)
729                         delta = -delta;
730                 if (delta2 < 0)
731                         delta2 = -delta2;
732                 if (delta3 < 0)
733                         delta3 = -delta3;
734                 if (delta > delta2)
735                         delta = delta2;
736                 if (delta > delta3)
737                         delta = delta3;
738
739                 /*
740                  * delta is now minimum absolute delta.
741                  * Round down by 1 bit on general principles,
742                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
743                  */
744                 credit_entropy_bits(&input_pool,
745                                     min_t(int, fls(delta>>1), 11));
746         }
747 out:
748         preempt_enable();
749 }
750
751 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
752                                  unsigned int value)
753 {
754         static unsigned char last_value;
755
756         /* ignore autorepeat and the like */
757         if (value == last_value)
758                 return;
759
760         DEBUG_ENT("input event\n");
761         last_value = value;
762         add_timer_randomness(&input_timer_state,
763                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
764 }
765 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
766
767 static DEFINE_PER_CPU(struct fast_pool, irq_randomness);
768
769 void add_interrupt_randomness(int irq, int irq_flags)
770 {
771         struct entropy_store    *r;
772         struct fast_pool        *fast_pool = &__get_cpu_var(irq_randomness);
773         struct pt_regs          *regs = get_irq_regs();
774         unsigned long           now = jiffies;
775         __u32                   input[4], cycles = get_cycles();
776
777         input[0] = cycles ^ jiffies;
778         input[1] = irq;
779         if (regs) {
780                 __u64 ip = instruction_pointer(regs);
781                 input[2] = ip;
782                 input[3] = ip >> 32;
783         }
784
785         fast_mix(fast_pool, input, sizeof(input));
786
787         if ((fast_pool->count & 1023) &&
788             !time_after(now, fast_pool->last + HZ))
789                 return;
790
791         fast_pool->last = now;
792
793         r = nonblocking_pool.initialized ? &input_pool : &nonblocking_pool;
794         __mix_pool_bytes(r, &fast_pool->pool, sizeof(fast_pool->pool), NULL);
795         /*
796          * If we don't have a valid cycle counter, and we see
797          * back-to-back timer interrupts, then skip giving credit for
798          * any entropy.
799          */
800         if (cycles == 0) {
801                 if (irq_flags & __IRQF_TIMER) {
802                         if (fast_pool->last_timer_intr)
803                                 return;
804                         fast_pool->last_timer_intr = 1;
805                 } else
806                         fast_pool->last_timer_intr = 0;
807         }
808         credit_entropy_bits(r, 1);
809 }
810
811 #ifdef CONFIG_BLOCK
812 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
813 {
814         if (!disk || !disk->random)
815                 return;
816         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
817         DEBUG_ENT("disk event %d:%d\n",
818                   MAJOR(disk_devt(disk)), MINOR(disk_devt(disk)));
819
820         add_timer_randomness(disk->random, 0x100 + disk_devt(disk));
821 }
822 #endif
823
824 /*********************************************************************
825  *
826  * Entropy extraction routines
827  *
828  *********************************************************************/
829
830 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
831                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
832
833 /*
834  * This utility inline function is responsible for transferring entropy
835  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
836  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
837  */
838 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
839 {
840         __u32   tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
841
842         if (r->pull && r->entropy_count < nbytes * 8 &&
843             r->entropy_count < r->poolinfo->POOLBITS) {
844                 /* If we're limited, always leave two wakeup worth's BITS */
845                 int rsvd = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_thresh/4;
846                 int bytes = nbytes;
847
848                 /* pull at least as many as BYTES as wakeup BITS */
849                 bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_thresh / 8);
850                 /* but never more than the buffer size */
851                 bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
852
853                 DEBUG_ENT("going to reseed %s with %d bits "
854                           "(%d of %d requested)\n",
855                           r->name, bytes * 8, nbytes * 8, r->entropy_count);
856
857                 bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
858                                         random_read_wakeup_thresh / 8, rsvd);
859                 mix_pool_bytes(r, tmp, bytes, NULL);
860                 credit_entropy_bits(r, bytes*8);
861         }
862 }
863
864 /*
865  * These functions extracts randomness from the "entropy pool", and
866  * returns it in a buffer.
867  *
868  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
869  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
870  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
871  * pool after each pull to avoid starving other readers.
872  *
873  * Note: extract_entropy() assumes that .poolwords is a multiple of 16 words.
874  */
875
876 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
877                       int reserved)
878 {
879         unsigned long flags;
880
881         /* Hold lock while accounting */
882         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
883
884         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->POOLBITS);
885         DEBUG_ENT("trying to extract %d bits from %s\n",
886                   nbytes * 8, r->name);
887
888         /* Can we pull enough? */
889         if (r->entropy_count / 8 < min + reserved) {
890                 nbytes = 0;
891         } else {
892                 int entropy_count, orig;
893 retry:
894                 entropy_count = orig = ACCESS_ONCE(r->entropy_count);
895                 /* If limited, never pull more than available */
896                 if (r->limit && nbytes + reserved >= entropy_count / 8)
897                         nbytes = entropy_count/8 - reserved;
898
899                 if (entropy_count / 8 >= nbytes + reserved) {
900                         entropy_count -= nbytes*8;
901                         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
902                                 goto retry;
903                 } else {
904                         entropy_count = reserved;
905                         if (cmpxchg(&r->entropy_count, orig, entropy_count) != orig)
906                                 goto retry;
907                 }
908
909                 if (entropy_count < random_write_wakeup_thresh) {
910                         wake_up_interruptible(&random_write_wait);
911                         kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLL_OUT);
912                 }
913         }
914
915         DEBUG_ENT("debiting %d entropy credits from %s%s\n",
916                   nbytes * 8, r->name, r->limit ? "" : " (unlimited)");
917
918         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
919
920         return nbytes;
921 }
922
923 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
924 {
925         int i;
926         union {
927                 __u32 w[5];
928                 unsigned long l[LONGS(EXTRACT_SIZE)];
929         } hash;
930         __u32 workspace[SHA_WORKSPACE_WORDS];
931         __u8 extract[64];
932         unsigned long flags;
933
934         /* Generate a hash across the pool, 16 words (512 bits) at a time */
935         sha_init(hash.w);
936         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
937         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16)
938                 sha_transform(hash.w, (__u8 *)(r->pool + i), workspace);
939
940         /*
941          * We mix the hash back into the pool to prevent backtracking
942          * attacks (where the attacker knows the state of the pool
943          * plus the current outputs, and attempts to find previous
944          * ouputs), unless the hash function can be inverted. By
945          * mixing at least a SHA1 worth of hash data back, we make
946          * brute-forcing the feedback as hard as brute-forcing the
947          * hash.
948          */
949         __mix_pool_bytes(r, hash.w, sizeof(hash.w), extract);
950         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
951
952         /*
953          * To avoid duplicates, we atomically extract a portion of the
954          * pool while mixing, and hash one final time.
955          */
956         sha_transform(hash.w, extract, workspace);
957         memset(extract, 0, sizeof(extract));
958         memset(workspace, 0, sizeof(workspace));
959
960         /*
961          * In case the hash function has some recognizable output
962          * pattern, we fold it in half. Thus, we always feed back
963          * twice as much data as we output.
964          */
965         hash.w[0] ^= hash.w[3];
966         hash.w[1] ^= hash.w[4];
967         hash.w[2] ^= rol32(hash.w[2], 16);
968
969         /*
970          * If we have a architectural hardware random number
971          * generator, mix that in, too.
972          */
973         for (i = 0; i < LONGS(EXTRACT_SIZE); i++) {
974                 unsigned long v;
975                 if (!arch_get_random_long(&v))
976                         break;
977                 hash.l[i] ^= v;
978         }
979
980         memcpy(out, &hash, EXTRACT_SIZE);
981         memset(&hash, 0, sizeof(hash));
982 }
983
984 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
985                                  size_t nbytes, int min, int reserved)
986 {
987         ssize_t ret = 0, i;
988         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
989
990         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
991         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
992
993         while (nbytes) {
994                 extract_buf(r, tmp);
995
996                 if (fips_enabled) {
997                         unsigned long flags;
998
999                         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
1000                         if (!memcmp(tmp, r->last_data, EXTRACT_SIZE))
1001                                 panic("Hardware RNG duplicated output!\n");
1002                         memcpy(r->last_data, tmp, EXTRACT_SIZE);
1003                         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
1004                 }
1005                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1006                 memcpy(buf, tmp, i);
1007                 nbytes -= i;
1008                 buf += i;
1009                 ret += i;
1010         }
1011
1012         /* Wipe data just returned from memory */
1013         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1014
1015         return ret;
1016 }
1017
1018 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
1019                                     size_t nbytes)
1020 {
1021         ssize_t ret = 0, i;
1022         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
1023
1024         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
1025         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
1026
1027         while (nbytes) {
1028                 if (need_resched()) {
1029                         if (signal_pending(current)) {
1030                                 if (ret == 0)
1031                                         ret = -ERESTARTSYS;
1032                                 break;
1033                         }
1034                         schedule();
1035                 }
1036
1037                 extract_buf(r, tmp);
1038                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
1039                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
1040                         ret = -EFAULT;
1041                         break;
1042                 }
1043
1044                 nbytes -= i;
1045                 buf += i;
1046                 ret += i;
1047         }
1048
1049         /* Wipe data just returned from memory */
1050         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
1051
1052         return ret;
1053 }
1054
1055 /*
1056  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
1057  * number of good random numbers, suitable for key generation, seeding
1058  * TCP sequence numbers, etc.  It does not use the hw random number
1059  * generator, if available; use get_random_bytes_arch() for that.
1060  */
1061 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
1062 {
1063         extract_entropy(&nonblocking_pool, buf, nbytes, 0, 0);
1064 }
1065 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
1066
1067 /*
1068  * This function will use the architecture-specific hardware random
1069  * number generator if it is available.  The arch-specific hw RNG will
1070  * almost certainly be faster than what we can do in software, but it
1071  * is impossible to verify that it is implemented securely (as
1072  * opposed, to, say, the AES encryption of a sequence number using a
1073  * key known by the NSA).  So it's useful if we need the speed, but
1074  * only if we're willing to trust the hardware manufacturer not to
1075  * have put in a back door.
1076  */
1077 void get_random_bytes_arch(void *buf, int nbytes)
1078 {
1079         char *p = buf;
1080
1081         while (nbytes) {
1082                 unsigned long v;
1083                 int chunk = min(nbytes, (int)sizeof(unsigned long));
1084
1085                 if (!arch_get_random_long(&v))
1086                         break;
1087                 
1088                 memcpy(p, &v, chunk);
1089                 p += chunk;
1090                 nbytes -= chunk;
1091         }
1092
1093         if (nbytes)
1094                 extract_entropy(&nonblocking_pool, p, nbytes, 0, 0);
1095 }
1096 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes_arch);
1097
1098
1099 /*
1100  * init_std_data - initialize pool with system data
1101  *
1102  * @r: pool to initialize
1103  *
1104  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
1105  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
1106  * as that can only decrease the entropy in the pool.
1107  */
1108 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
1109 {
1110         int i;
1111         ktime_t now = ktime_get_real();
1112         unsigned long rv;
1113
1114         r->entropy_count = 0;
1115         r->entropy_total = 0;
1116         mix_pool_bytes(r, &now, sizeof(now), NULL);
1117         for (i = r->poolinfo->POOLBYTES; i > 0; i -= sizeof(rv)) {
1118                 if (!arch_get_random_long(&rv))
1119                         break;
1120                 mix_pool_bytes(r, &rv, sizeof(rv), NULL);
1121         }
1122         mix_pool_bytes(r, utsname(), sizeof(*(utsname())), NULL);
1123 }
1124
1125 /*
1126  * Note that setup_arch() may call add_device_randomness()
1127  * long before we get here. This allows seeding of the pools
1128  * with some platform dependent data very early in the boot
1129  * process. But it limits our options here. We must use
1130  * statically allocated structures that already have all
1131  * initializations complete at compile time. We should also
1132  * take care not to overwrite the precious per platform data
1133  * we were given.
1134  */
1135 static int rand_initialize(void)
1136 {
1137         init_std_data(&input_pool);
1138         init_std_data(&blocking_pool);
1139         init_std_data(&nonblocking_pool);
1140         return 0;
1141 }
1142 module_init(rand_initialize);
1143
1144 void rand_initialize_irq(int irq)
1145 {
1146         struct timer_rand_state *state;
1147
1148         state = get_timer_rand_state(irq);
1149
1150         if (state)
1151                 return;
1152
1153         /*
1154          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1155          * source.
1156          */
1157         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1158         if (state)
1159                 set_timer_rand_state(irq, state);
1160 }
1161
1162 #ifdef CONFIG_BLOCK
1163 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
1164 {
1165         struct timer_rand_state *state;
1166
1167         /*
1168          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
1169          * source.
1170          */
1171         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
1172         if (state)
1173                 disk->random = state;
1174 }
1175 #endif
1176
1177 static ssize_t
1178 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1179 {
1180         ssize_t n, retval = 0, count = 0;
1181
1182         if (nbytes == 0)
1183                 return 0;
1184
1185         while (nbytes > 0) {
1186                 n = nbytes;
1187                 if (n > SEC_XFER_SIZE)
1188                         n = SEC_XFER_SIZE;
1189
1190                 DEBUG_ENT("reading %d bits\n", n*8);
1191
1192                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, n);
1193
1194                 DEBUG_ENT("read got %d bits (%d still needed)\n",
1195                           n*8, (nbytes-n)*8);
1196
1197                 if (n == 0) {
1198                         if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
1199                                 retval = -EAGAIN;
1200                                 break;
1201                         }
1202
1203                         DEBUG_ENT("sleeping?\n");
1204
1205                         wait_event_interruptible(random_read_wait,
1206                                 input_pool.entropy_count >=
1207                                                  random_read_wakeup_thresh);
1208
1209                         DEBUG_ENT("awake\n");
1210
1211                         if (signal_pending(current)) {
1212                                 retval = -ERESTARTSYS;
1213                                 break;
1214                         }
1215
1216                         continue;
1217                 }
1218
1219                 if (n < 0) {
1220                         retval = n;
1221                         break;
1222                 }
1223                 count += n;
1224                 buf += n;
1225                 nbytes -= n;
1226                 break;          /* This break makes the device work */
1227                                 /* like a named pipe */
1228         }
1229
1230         return (count ? count : retval);
1231 }
1232
1233 static ssize_t
1234 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1235 {
1236         return extract_entropy_user(&nonblocking_pool, buf, nbytes);
1237 }
1238
1239 static unsigned int
1240 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1241 {
1242         unsigned int mask;
1243
1244         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1245         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1246         mask = 0;
1247         if (input_pool.entropy_count >= random_read_wakeup_thresh)
1248                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1249         if (input_pool.entropy_count < random_write_wakeup_thresh)
1250                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1251         return mask;
1252 }
1253
1254 static int
1255 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1256 {
1257         size_t bytes;
1258         __u32 buf[16];
1259         const char __user *p = buffer;
1260
1261         while (count > 0) {
1262                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1263                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1264                         return -EFAULT;
1265
1266                 count -= bytes;
1267                 p += bytes;
1268
1269                 mix_pool_bytes(r, buf, bytes, NULL);
1270                 cond_resched();
1271         }
1272
1273         return 0;
1274 }
1275
1276 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1277                             size_t count, loff_t *ppos)
1278 {
1279         size_t ret;
1280
1281         ret = write_pool(&blocking_pool, buffer, count);
1282         if (ret)
1283                 return ret;
1284         ret = write_pool(&nonblocking_pool, buffer, count);
1285         if (ret)
1286                 return ret;
1287
1288         return (ssize_t)count;
1289 }
1290
1291 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1292 {
1293         int size, ent_count;
1294         int __user *p = (int __user *)arg;
1295         int retval;
1296
1297         switch (cmd) {
1298         case RNDGETENTCNT:
1299                 /* inherently racy, no point locking */
1300                 if (put_user(input_pool.entropy_count, p))
1301                         return -EFAULT;
1302                 return 0;
1303         case RNDADDTOENTCNT:
1304                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1305                         return -EPERM;
1306                 if (get_user(ent_count, p))
1307                         return -EFAULT;
1308                 credit_entropy_bits(&input_pool, ent_count);
1309                 return 0;
1310         case RNDADDENTROPY:
1311                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1312                         return -EPERM;
1313                 if (get_user(ent_count, p++))
1314                         return -EFAULT;
1315                 if (ent_count < 0)
1316                         return -EINVAL;
1317                 if (get_user(size, p++))
1318                         return -EFAULT;
1319                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1320                                     size);
1321                 if (retval < 0)
1322                         return retval;
1323                 credit_entropy_bits(&input_pool, ent_count);
1324                 return 0;
1325         case RNDZAPENTCNT:
1326         case RNDCLEARPOOL:
1327                 /* Clear the entropy pool counters. */
1328                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1329                         return -EPERM;
1330                 rand_initialize();
1331                 return 0;
1332         default:
1333                 return -EINVAL;
1334         }
1335 }
1336
1337 static int random_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
1338 {
1339         return fasync_helper(fd, filp, on, &fasync);
1340 }
1341
1342 const struct file_operations random_fops = {
1343         .read  = random_read,
1344         .write = random_write,
1345         .poll  = random_poll,
1346         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1347         .fasync = random_fasync,
1348         .llseek = noop_llseek,
1349 };
1350
1351 const struct file_operations urandom_fops = {
1352         .read  = urandom_read,
1353         .write = random_write,
1354         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1355         .fasync = random_fasync,
1356         .llseek = noop_llseek,
1357 };
1358
1359 /***************************************************************
1360  * Random UUID interface
1361  *
1362  * Used here for a Boot ID, but can be useful for other kernel
1363  * drivers.
1364  ***************************************************************/
1365
1366 /*
1367  * Generate random UUID
1368  */
1369 void generate_random_uuid(unsigned char uuid_out[16])
1370 {
1371         get_random_bytes(uuid_out, 16);
1372         /* Set UUID version to 4 --- truly random generation */
1373         uuid_out[6] = (uuid_out[6] & 0x0F) | 0x40;
1374         /* Set the UUID variant to DCE */
1375         uuid_out[8] = (uuid_out[8] & 0x3F) | 0x80;
1376 }
1377 EXPORT_SYMBOL(generate_random_uuid);
1378
1379 /********************************************************************
1380  *
1381  * Sysctl interface
1382  *
1383  ********************************************************************/
1384
1385 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1386
1387 #include <linux/sysctl.h>
1388
1389 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1390 static int max_read_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1391 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1392 static char sysctl_bootid[16];
1393
1394 /*
1395  * These functions is used to return both the bootid UUID, and random
1396  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1397  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1398  *
1399  * If the user accesses this via the proc interface, it will be returned
1400  * as an ASCII string in the standard UUID format.  If accesses via the
1401  * sysctl system call, it is returned as 16 bytes of binary data.
1402  */
1403 static int proc_do_uuid(ctl_table *table, int write,
1404                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1405 {
1406         ctl_table fake_table;
1407         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1408
1409         uuid = table->data;
1410         if (!uuid) {
1411                 uuid = tmp_uuid;
1412                 generate_random_uuid(uuid);
1413         } else {
1414                 static DEFINE_SPINLOCK(bootid_spinlock);
1415
1416                 spin_lock(&bootid_spinlock);
1417                 if (!uuid[8])
1418                         generate_random_uuid(uuid);
1419                 spin_unlock(&bootid_spinlock);
1420         }
1421
1422         sprintf(buf, "%pU", uuid);
1423
1424         fake_table.data = buf;
1425         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1426
1427         return proc_dostring(&fake_table, write, buffer, lenp, ppos);
1428 }
1429
1430 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1431 ctl_table random_table[] = {
1432         {
1433                 .procname       = "poolsize",
1434                 .data           = &sysctl_poolsize,
1435                 .maxlen         = sizeof(int),
1436                 .mode           = 0444,
1437                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1438         },
1439         {
1440                 .procname       = "entropy_avail",
1441                 .maxlen         = sizeof(int),
1442                 .mode           = 0444,
1443                 .proc_handler   = proc_dointvec,
1444                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1445         },
1446         {
1447                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1448                 .data           = &random_read_wakeup_thresh,
1449                 .maxlen         = sizeof(int),
1450                 .mode           = 0644,
1451                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1452                 .extra1         = &min_read_thresh,
1453                 .extra2         = &max_read_thresh,
1454         },
1455         {
1456                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1457                 .data           = &random_write_wakeup_thresh,
1458                 .maxlen         = sizeof(int),
1459                 .mode           = 0644,
1460                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
1461                 .extra1         = &min_write_thresh,
1462                 .extra2         = &max_write_thresh,
1463         },
1464         {
1465                 .procname       = "boot_id",
1466                 .data           = &sysctl_bootid,
1467                 .maxlen         = 16,
1468                 .mode           = 0444,
1469                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1470         },
1471         {
1472                 .procname       = "uuid",
1473                 .maxlen         = 16,
1474                 .mode           = 0444,
1475                 .proc_handler   = proc_do_uuid,
1476         },
1477         { }
1478 };
1479 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
1480
1481 static u32 random_int_secret[MD5_MESSAGE_BYTES / 4] ____cacheline_aligned;
1482
1483 int random_int_secret_init(void)
1484 {
1485         get_random_bytes(random_int_secret, sizeof(random_int_secret));
1486         return 0;
1487 }
1488
1489 /*
1490  * Get a random word for internal kernel use only. Similar to urandom but
1491  * with the goal of minimal entropy pool depletion. As a result, the random
1492  * value is not cryptographically secure but for several uses the cost of
1493  * depleting entropy is too high
1494  */
1495 DEFINE_PER_CPU(__u32 [MD5_DIGEST_WORDS], get_random_int_hash);
1496 unsigned int get_random_int(void)
1497 {
1498         __u32 *hash;
1499         unsigned int ret;
1500
1501         if (arch_get_random_int(&ret))
1502                 return ret;
1503
1504         hash = get_cpu_var(get_random_int_hash);
1505
1506         hash[0] += current->pid + jiffies + get_cycles();
1507         md5_transform(hash, random_int_secret);
1508         ret = hash[0];
1509         put_cpu_var(get_random_int_hash);
1510
1511         return ret;
1512 }
1513
1514 /*
1515  * randomize_range() returns a start address such that
1516  *
1517  *    [...... <range> .....]
1518  *  start                  end
1519  *
1520  * a <range> with size "len" starting at the return value is inside in the
1521  * area defined by [start, end], but is otherwise randomized.
1522  */
1523 unsigned long
1524 randomize_range(unsigned long start, unsigned long end, unsigned long len)
1525 {
1526         unsigned long range = end - len - start;
1527
1528         if (end <= start + len)
1529                 return 0;
1530         return PAGE_ALIGN(get_random_int() % range + start);
1531 }