dmaengine, async_tx: add a "no channel switch" allocator
[linux-2.6.git] / crypto / ansi_cprng.c
1 /*
2  * PRNG: Pseudo Random Number Generator
3  *       Based on NIST Recommended PRNG From ANSI X9.31 Appendix A.2.4 using
4  *       AES 128 cipher
5  *
6  *  (C) Neil Horman <nhorman@tuxdriver.com>
7  *
8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
9  *  under the terms of the GNU General Public License as published by the
10  *  Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
11  *  any later version.
12  *
13  *
14  */
15
16 #include <crypto/internal/rng.h>
17 #include <linux/err.h>
18 #include <linux/init.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <linux/moduleparam.h>
21 #include <linux/string.h>
22
23 #include "internal.h"
24
25 #define DEFAULT_PRNG_KEY "0123456789abcdef"
26 #define DEFAULT_PRNG_KSZ 16
27 #define DEFAULT_BLK_SZ 16
28 #define DEFAULT_V_SEED "zaybxcwdveuftgsh"
29
30 /*
31  * Flags for the prng_context flags field
32  */
33
34 #define PRNG_FIXED_SIZE 0x1
35 #define PRNG_NEED_RESET 0x2
36
37 /*
38  * Note: DT is our counter value
39  *       I is our intermediate value
40  *       V is our seed vector
41  * See http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/rng/931rngext.pdf
42  * for implementation details
43  */
44
45
46 struct prng_context {
47         spinlock_t prng_lock;
48         unsigned char rand_data[DEFAULT_BLK_SZ];
49         unsigned char last_rand_data[DEFAULT_BLK_SZ];
50         unsigned char DT[DEFAULT_BLK_SZ];
51         unsigned char I[DEFAULT_BLK_SZ];
52         unsigned char V[DEFAULT_BLK_SZ];
53         u32 rand_data_valid;
54         struct crypto_cipher *tfm;
55         u32 flags;
56 };
57
58 static int dbg;
59
60 static void hexdump(char *note, unsigned char *buf, unsigned int len)
61 {
62         if (dbg) {
63                 printk(KERN_CRIT "%s", note);
64                 print_hex_dump(KERN_CONT, "", DUMP_PREFIX_OFFSET,
65                                 16, 1,
66                                 buf, len, false);
67         }
68 }
69
70 #define dbgprint(format, args...) do {\
71 if (dbg)\
72         printk(format, ##args);\
73 } while (0)
74
75 static void xor_vectors(unsigned char *in1, unsigned char *in2,
76                         unsigned char *out, unsigned int size)
77 {
78         int i;
79
80         for (i = 0; i < size; i++)
81                 out[i] = in1[i] ^ in2[i];
82
83 }
84 /*
85  * Returns DEFAULT_BLK_SZ bytes of random data per call
86  * returns 0 if generation succeded, <0 if something went wrong
87  */
88 static int _get_more_prng_bytes(struct prng_context *ctx)
89 {
90         int i;
91         unsigned char tmp[DEFAULT_BLK_SZ];
92         unsigned char *output = NULL;
93
94
95         dbgprint(KERN_CRIT "Calling _get_more_prng_bytes for context %p\n",
96                 ctx);
97
98         hexdump("Input DT: ", ctx->DT, DEFAULT_BLK_SZ);
99         hexdump("Input I: ", ctx->I, DEFAULT_BLK_SZ);
100         hexdump("Input V: ", ctx->V, DEFAULT_BLK_SZ);
101
102         /*
103          * This algorithm is a 3 stage state machine
104          */
105         for (i = 0; i < 3; i++) {
106
107                 switch (i) {
108                 case 0:
109                         /*
110                          * Start by encrypting the counter value
111                          * This gives us an intermediate value I
112                          */
113                         memcpy(tmp, ctx->DT, DEFAULT_BLK_SZ);
114                         output = ctx->I;
115                         hexdump("tmp stage 0: ", tmp, DEFAULT_BLK_SZ);
116                         break;
117                 case 1:
118
119                         /*
120                          * Next xor I with our secret vector V
121                          * encrypt that result to obtain our
122                          * pseudo random data which we output
123                          */
124                         xor_vectors(ctx->I, ctx->V, tmp, DEFAULT_BLK_SZ);
125                         hexdump("tmp stage 1: ", tmp, DEFAULT_BLK_SZ);
126                         output = ctx->rand_data;
127                         break;
128                 case 2:
129                         /*
130                          * First check that we didn't produce the same
131                          * random data that we did last time around through this
132                          */
133                         if (!memcmp(ctx->rand_data, ctx->last_rand_data,
134                                         DEFAULT_BLK_SZ)) {
135                                 if (fips_enabled) {
136                                         panic("cprng %p Failed repetition check!\n",
137                                                 ctx);
138                                 }
139
140                                 printk(KERN_ERR
141                                         "ctx %p Failed repetition check!\n",
142                                         ctx);
143
144                                 ctx->flags |= PRNG_NEED_RESET;
145                                 return -EINVAL;
146                         }
147                         memcpy(ctx->last_rand_data, ctx->rand_data,
148                                 DEFAULT_BLK_SZ);
149
150                         /*
151                          * Lastly xor the random data with I
152                          * and encrypt that to obtain a new secret vector V
153                          */
154                         xor_vectors(ctx->rand_data, ctx->I, tmp,
155                                 DEFAULT_BLK_SZ);
156                         output = ctx->V;
157                         hexdump("tmp stage 2: ", tmp, DEFAULT_BLK_SZ);
158                         break;
159                 }
160
161
162                 /* do the encryption */
163                 crypto_cipher_encrypt_one(ctx->tfm, output, tmp);
164
165         }
166
167         /*
168          * Now update our DT value
169          */
170         for (i = DEFAULT_BLK_SZ - 1; i >= 0; i--) {
171                 ctx->DT[i] += 1;
172                 if (ctx->DT[i] != 0)
173                         break;
174         }
175
176         dbgprint("Returning new block for context %p\n", ctx);
177         ctx->rand_data_valid = 0;
178
179         hexdump("Output DT: ", ctx->DT, DEFAULT_BLK_SZ);
180         hexdump("Output I: ", ctx->I, DEFAULT_BLK_SZ);
181         hexdump("Output V: ", ctx->V, DEFAULT_BLK_SZ);
182         hexdump("New Random Data: ", ctx->rand_data, DEFAULT_BLK_SZ);
183
184         return 0;
185 }
186
187 /* Our exported functions */
188 static int get_prng_bytes(char *buf, size_t nbytes, struct prng_context *ctx)
189 {
190         unsigned long flags;
191         unsigned char *ptr = buf;
192         unsigned int byte_count = (unsigned int)nbytes;
193         int err;
194
195
196         if (nbytes < 0)
197                 return -EINVAL;
198
199         spin_lock_irqsave(&ctx->prng_lock, flags);
200
201         err = -EINVAL;
202         if (ctx->flags & PRNG_NEED_RESET)
203                 goto done;
204
205         /*
206          * If the FIXED_SIZE flag is on, only return whole blocks of
207          * pseudo random data
208          */
209         err = -EINVAL;
210         if (ctx->flags & PRNG_FIXED_SIZE) {
211                 if (nbytes < DEFAULT_BLK_SZ)
212                         goto done;
213                 byte_count = DEFAULT_BLK_SZ;
214         }
215
216         err = byte_count;
217
218         dbgprint(KERN_CRIT "getting %d random bytes for context %p\n",
219                 byte_count, ctx);
220
221
222 remainder:
223         if (ctx->rand_data_valid == DEFAULT_BLK_SZ) {
224                 if (_get_more_prng_bytes(ctx) < 0) {
225                         memset(buf, 0, nbytes);
226                         err = -EINVAL;
227                         goto done;
228                 }
229         }
230
231         /*
232          * Copy any data less than an entire block
233          */
234         if (byte_count < DEFAULT_BLK_SZ) {
235 empty_rbuf:
236                 for (; ctx->rand_data_valid < DEFAULT_BLK_SZ;
237                         ctx->rand_data_valid++) {
238                         *ptr = ctx->rand_data[ctx->rand_data_valid];
239                         ptr++;
240                         byte_count--;
241                         if (byte_count == 0)
242                                 goto done;
243                 }
244         }
245
246         /*
247          * Now copy whole blocks
248          */
249         for (; byte_count >= DEFAULT_BLK_SZ; byte_count -= DEFAULT_BLK_SZ) {
250                 if (ctx->rand_data_valid == DEFAULT_BLK_SZ) {
251                         if (_get_more_prng_bytes(ctx) < 0) {
252                                 memset(buf, 0, nbytes);
253                                 err = -EINVAL;
254                                 goto done;
255                         }
256                 }
257                 if (ctx->rand_data_valid > 0)
258                         goto empty_rbuf;
259                 memcpy(ptr, ctx->rand_data, DEFAULT_BLK_SZ);
260                 ctx->rand_data_valid += DEFAULT_BLK_SZ;
261                 ptr += DEFAULT_BLK_SZ;
262         }
263
264         /*
265          * Now go back and get any remaining partial block
266          */
267         if (byte_count)
268                 goto remainder;
269
270 done:
271         spin_unlock_irqrestore(&ctx->prng_lock, flags);
272         dbgprint(KERN_CRIT "returning %d from get_prng_bytes in context %p\n",
273                 err, ctx);
274         return err;
275 }
276
277 static void free_prng_context(struct prng_context *ctx)
278 {
279         crypto_free_cipher(ctx->tfm);
280 }
281
282 static int reset_prng_context(struct prng_context *ctx,
283                               unsigned char *key, size_t klen,
284                               unsigned char *V, unsigned char *DT)
285 {
286         int ret;
287         int rc = -EINVAL;
288         unsigned char *prng_key;
289
290         spin_lock(&ctx->prng_lock);
291         ctx->flags |= PRNG_NEED_RESET;
292
293         prng_key = (key != NULL) ? key : (unsigned char *)DEFAULT_PRNG_KEY;
294
295         if (!key)
296                 klen = DEFAULT_PRNG_KSZ;
297
298         if (V)
299                 memcpy(ctx->V, V, DEFAULT_BLK_SZ);
300         else
301                 memcpy(ctx->V, DEFAULT_V_SEED, DEFAULT_BLK_SZ);
302
303         if (DT)
304                 memcpy(ctx->DT, DT, DEFAULT_BLK_SZ);
305         else
306                 memset(ctx->DT, 0, DEFAULT_BLK_SZ);
307
308         memset(ctx->rand_data, 0, DEFAULT_BLK_SZ);
309         memset(ctx->last_rand_data, 0, DEFAULT_BLK_SZ);
310
311         if (ctx->tfm)
312                 crypto_free_cipher(ctx->tfm);
313
314         ctx->tfm = crypto_alloc_cipher("aes", 0, 0);
315         if (IS_ERR(ctx->tfm)) {
316                 dbgprint(KERN_CRIT "Failed to alloc tfm for context %p\n",
317                         ctx);
318                 ctx->tfm = NULL;
319                 goto out;
320         }
321
322         ctx->rand_data_valid = DEFAULT_BLK_SZ;
323
324         ret = crypto_cipher_setkey(ctx->tfm, prng_key, klen);
325         if (ret) {
326                 dbgprint(KERN_CRIT "PRNG: setkey() failed flags=%x\n",
327                         crypto_cipher_get_flags(ctx->tfm));
328                 crypto_free_cipher(ctx->tfm);
329                 goto out;
330         }
331
332         rc = 0;
333         ctx->flags &= ~PRNG_NEED_RESET;
334 out:
335         spin_unlock(&ctx->prng_lock);
336
337         return rc;
338
339 }
340
341 static int cprng_init(struct crypto_tfm *tfm)
342 {
343         struct prng_context *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
344
345         spin_lock_init(&ctx->prng_lock);
346
347         if (reset_prng_context(ctx, NULL, DEFAULT_PRNG_KSZ, NULL, NULL) < 0)
348                 return -EINVAL;
349
350         /*
351          * after allocation, we should always force the user to reset
352          * so they don't inadvertently use the insecure default values
353          * without specifying them intentially
354          */
355         ctx->flags |= PRNG_NEED_RESET;
356         return 0;
357 }
358
359 static void cprng_exit(struct crypto_tfm *tfm)
360 {
361         free_prng_context(crypto_tfm_ctx(tfm));
362 }
363
364 static int cprng_get_random(struct crypto_rng *tfm, u8 *rdata,
365                             unsigned int dlen)
366 {
367         struct prng_context *prng = crypto_rng_ctx(tfm);
368
369         return get_prng_bytes(rdata, dlen, prng);
370 }
371
372 /*
373  *  This is the cprng_registered reset method the seed value is
374  *  interpreted as the tuple { V KEY DT}
375  *  V and KEY are required during reset, and DT is optional, detected
376  *  as being present by testing the length of the seed
377  */
378 static int cprng_reset(struct crypto_rng *tfm, u8 *seed, unsigned int slen)
379 {
380         struct prng_context *prng = crypto_rng_ctx(tfm);
381         u8 *key = seed + DEFAULT_BLK_SZ;
382         u8 *dt = NULL;
383
384         if (slen < DEFAULT_PRNG_KSZ + DEFAULT_BLK_SZ)
385                 return -EINVAL;
386
387         if (slen >= (2 * DEFAULT_BLK_SZ + DEFAULT_PRNG_KSZ))
388                 dt = key + DEFAULT_PRNG_KSZ;
389
390         reset_prng_context(prng, key, DEFAULT_PRNG_KSZ, seed, dt);
391
392         if (prng->flags & PRNG_NEED_RESET)
393                 return -EINVAL;
394         return 0;
395 }
396
397 static struct crypto_alg rng_alg = {
398         .cra_name               = "stdrng",
399         .cra_driver_name        = "ansi_cprng",
400         .cra_priority           = 100,
401         .cra_flags              = CRYPTO_ALG_TYPE_RNG,
402         .cra_ctxsize            = sizeof(struct prng_context),
403         .cra_type               = &crypto_rng_type,
404         .cra_module             = THIS_MODULE,
405         .cra_list               = LIST_HEAD_INIT(rng_alg.cra_list),
406         .cra_init               = cprng_init,
407         .cra_exit               = cprng_exit,
408         .cra_u                  = {
409                 .rng = {
410                         .rng_make_random        = cprng_get_random,
411                         .rng_reset              = cprng_reset,
412                         .seedsize = DEFAULT_PRNG_KSZ + 2*DEFAULT_BLK_SZ,
413                 }
414         }
415 };
416
417
418 /* Module initalization */
419 static int __init prng_mod_init(void)
420 {
421         int ret = 0;
422
423         if (fips_enabled)
424                 rng_alg.cra_priority += 200;
425
426         ret = crypto_register_alg(&rng_alg);
427
428         if (ret)
429                 goto out;
430 out:
431         return 0;
432 }
433
434 static void __exit prng_mod_fini(void)
435 {
436         crypto_unregister_alg(&rng_alg);
437         return;
438 }
439
440 MODULE_LICENSE("GPL");
441 MODULE_DESCRIPTION("Software Pseudo Random Number Generator");
442 MODULE_AUTHOR("Neil Horman <nhorman@tuxdriver.com>");
443 module_param(dbg, int, 0);
444 MODULE_PARM_DESC(dbg, "Boolean to enable debugging (0/1 == off/on)");
445 module_init(prng_mod_init);
446 module_exit(prng_mod_fini);
447 MODULE_ALIAS("stdrng");