random: use unlocked_ioctl
[linux-2.6.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_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
129  *                                unsigned int value);
130  *      void add_interrupt_randomness(int irq);
131  *
132  * add_input_randomness() uses the input layer interrupt timing, as well as
133  * the event type information from the hardware.
134  *
135  * add_interrupt_randomness() uses the inter-interrupt timing as random
136  * inputs to the entropy pool.  Note that not all interrupts are good
137  * sources of randomness!  For example, the timer interrupts is not a
138  * good choice, because the periodicity of the interrupts is too
139  * regular, and hence predictable to an attacker.  Disk interrupts are
140  * a better measure, since the timing of the disk interrupts are more
141  * unpredictable.
142  *
143  * All of these routines try to estimate how many bits of randomness a
144  * particular randomness source.  They do this by keeping track of the
145  * first and second order deltas of the event timings.
146  *
147  * Ensuring unpredictability at system startup
148  * ============================================
149  *
150  * When any operating system starts up, it will go through a sequence
151  * of actions that are fairly predictable by an adversary, especially
152  * if the start-up does not involve interaction with a human operator.
153  * This reduces the actual number of bits of unpredictability in the
154  * entropy pool below the value in entropy_count.  In order to
155  * counteract this effect, it helps to carry information in the
156  * entropy pool across shut-downs and start-ups.  To do this, put the
157  * following lines an appropriate script which is run during the boot
158  * sequence:
159  *
160  *      echo "Initializing random number generator..."
161  *      random_seed=/var/run/random-seed
162  *      # Carry a random seed from start-up to start-up
163  *      # Load and then save the whole entropy pool
164  *      if [ -f $random_seed ]; then
165  *              cat $random_seed >/dev/urandom
166  *      else
167  *              touch $random_seed
168  *      fi
169  *      chmod 600 $random_seed
170  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
171  *
172  * and the following lines in an appropriate script which is run as
173  * the system is shutdown:
174  *
175  *      # Carry a random seed from shut-down to start-up
176  *      # Save the whole entropy pool
177  *      echo "Saving random seed..."
178  *      random_seed=/var/run/random-seed
179  *      touch $random_seed
180  *      chmod 600 $random_seed
181  *      dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=512
182  *
183  * For example, on most modern systems using the System V init
184  * scripts, such code fragments would be found in
185  * /etc/rc.d/init.d/random.  On older Linux systems, the correct script
186  * location might be in /etc/rcb.d/rc.local or /etc/rc.d/rc.0.
187  *
188  * Effectively, these commands cause the contents of the entropy pool
189  * to be saved at shut-down time and reloaded into the entropy pool at
190  * start-up.  (The 'dd' in the addition to the bootup script is to
191  * make sure that /etc/random-seed is different for every start-up,
192  * even if the system crashes without executing rc.0.)  Even with
193  * complete knowledge of the start-up activities, predicting the state
194  * of the entropy pool requires knowledge of the previous history of
195  * the system.
196  *
197  * Configuring the /dev/random driver under Linux
198  * ==============================================
199  *
200  * The /dev/random driver under Linux uses minor numbers 8 and 9 of
201  * the /dev/mem major number (#1).  So if your system does not have
202  * /dev/random and /dev/urandom created already, they can be created
203  * by using the commands:
204  *
205  *      mknod /dev/random c 1 8
206  *      mknod /dev/urandom c 1 9
207  *
208  * Acknowledgements:
209  * =================
210  *
211  * Ideas for constructing this random number generator were derived
212  * from Pretty Good Privacy's random number generator, and from private
213  * discussions with Phil Karn.  Colin Plumb provided a faster random
214  * number generator, which speed up the mixing function of the entropy
215  * pool, taken from PGPfone.  Dale Worley has also contributed many
216  * useful ideas and suggestions to improve this driver.
217  *
218  * Any flaws in the design are solely my responsibility, and should
219  * not be attributed to the Phil, Colin, or any of authors of PGP.
220  *
221  * Further background information on this topic may be obtained from
222  * RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security", by Donald
223  * Eastlake, Steve Crocker, and Jeff Schiller.
224  */
225
226 #include <linux/utsname.h>
227 #include <linux/module.h>
228 #include <linux/kernel.h>
229 #include <linux/major.h>
230 #include <linux/string.h>
231 #include <linux/fcntl.h>
232 #include <linux/slab.h>
233 #include <linux/random.h>
234 #include <linux/poll.h>
235 #include <linux/init.h>
236 #include <linux/fs.h>
237 #include <linux/genhd.h>
238 #include <linux/interrupt.h>
239 #include <linux/spinlock.h>
240 #include <linux/percpu.h>
241 #include <linux/cryptohash.h>
242
243 #include <asm/processor.h>
244 #include <asm/uaccess.h>
245 #include <asm/irq.h>
246 #include <asm/io.h>
247
248 /*
249  * Configuration information
250  */
251 #define INPUT_POOL_WORDS 128
252 #define OUTPUT_POOL_WORDS 32
253 #define SEC_XFER_SIZE 512
254
255 /*
256  * The minimum number of bits of entropy before we wake up a read on
257  * /dev/random.  Should be enough to do a significant reseed.
258  */
259 static int random_read_wakeup_thresh = 64;
260
261 /*
262  * If the entropy count falls under this number of bits, then we
263  * should wake up processes which are selecting or polling on write
264  * access to /dev/random.
265  */
266 static int random_write_wakeup_thresh = 128;
267
268 /*
269  * When the input pool goes over trickle_thresh, start dropping most
270  * samples to avoid wasting CPU time and reduce lock contention.
271  */
272
273 static int trickle_thresh __read_mostly = INPUT_POOL_WORDS * 28;
274
275 static DEFINE_PER_CPU(int, trickle_count);
276
277 /*
278  * A pool of size .poolwords is stirred with a primitive polynomial
279  * of degree .poolwords over GF(2).  The taps for various sizes are
280  * defined below.  They are chosen to be evenly spaced (minimum RMS
281  * distance from evenly spaced; the numbers in the comments are a
282  * scaled squared error sum) except for the last tap, which is 1 to
283  * get the twisting happening as fast as possible.
284  */
285 static struct poolinfo {
286         int poolwords;
287         int tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
288 } poolinfo_table[] = {
289         /* x^128 + x^103 + x^76 + x^51 +x^25 + x + 1 -- 105 */
290         { 128,  103,    76,     51,     25,     1 },
291         /* x^32 + x^26 + x^20 + x^14 + x^7 + x + 1 -- 15 */
292         { 32,   26,     20,     14,     7,      1 },
293 #if 0
294         /* x^2048 + x^1638 + x^1231 + x^819 + x^411 + x + 1  -- 115 */
295         { 2048, 1638,   1231,   819,    411,    1 },
296
297         /* x^1024 + x^817 + x^615 + x^412 + x^204 + x + 1 -- 290 */
298         { 1024, 817,    615,    412,    204,    1 },
299
300         /* x^1024 + x^819 + x^616 + x^410 + x^207 + x^2 + 1 -- 115 */
301         { 1024, 819,    616,    410,    207,    2 },
302
303         /* x^512 + x^411 + x^308 + x^208 + x^104 + x + 1 -- 225 */
304         { 512,  411,    308,    208,    104,    1 },
305
306         /* x^512 + x^409 + x^307 + x^206 + x^102 + x^2 + 1 -- 95 */
307         { 512,  409,    307,    206,    102,    2 },
308         /* x^512 + x^409 + x^309 + x^205 + x^103 + x^2 + 1 -- 95 */
309         { 512,  409,    309,    205,    103,    2 },
310
311         /* x^256 + x^205 + x^155 + x^101 + x^52 + x + 1 -- 125 */
312         { 256,  205,    155,    101,    52,     1 },
313
314         /* x^128 + x^103 + x^78 + x^51 + x^27 + x^2 + 1 -- 70 */
315         { 128,  103,    78,     51,     27,     2 },
316
317         /* x^64 + x^52 + x^39 + x^26 + x^14 + x + 1 -- 15 */
318         { 64,   52,     39,     26,     14,     1 },
319 #endif
320 };
321
322 #define POOLBITS        poolwords*32
323 #define POOLBYTES       poolwords*4
324
325 /*
326  * For the purposes of better mixing, we use the CRC-32 polynomial as
327  * well to make a twisted Generalized Feedback Shift Reigster
328  *
329  * (See M. Matsumoto & Y. Kurita, 1992.  Twisted GFSR generators.  ACM
330  * Transactions on Modeling and Computer Simulation 2(3):179-194.
331  * Also see M. Matsumoto & Y. Kurita, 1994.  Twisted GFSR generators
332  * II.  ACM Transactions on Mdeling and Computer Simulation 4:254-266)
333  *
334  * Thanks to Colin Plumb for suggesting this.
335  *
336  * We have not analyzed the resultant polynomial to prove it primitive;
337  * in fact it almost certainly isn't.  Nonetheless, the irreducible factors
338  * of a random large-degree polynomial over GF(2) are more than large enough
339  * that periodicity is not a concern.
340  *
341  * The input hash is much less sensitive than the output hash.  All
342  * that we want of it is that it be a good non-cryptographic hash;
343  * i.e. it not produce collisions when fed "random" data of the sort
344  * we expect to see.  As long as the pool state differs for different
345  * inputs, we have preserved the input entropy and done a good job.
346  * The fact that an intelligent attacker can construct inputs that
347  * will produce controlled alterations to the pool's state is not
348  * important because we don't consider such inputs to contribute any
349  * randomness.  The only property we need with respect to them is that
350  * the attacker can't increase his/her knowledge of the pool's state.
351  * Since all additions are reversible (knowing the final state and the
352  * input, you can reconstruct the initial state), if an attacker has
353  * any uncertainty about the initial state, he/she can only shuffle
354  * that uncertainty about, but never cause any collisions (which would
355  * decrease the uncertainty).
356  *
357  * The chosen system lets the state of the pool be (essentially) the input
358  * modulo the generator polymnomial.  Now, for random primitive polynomials,
359  * this is a universal class of hash functions, meaning that the chance
360  * of a collision is limited by the attacker's knowledge of the generator
361  * polynomail, so if it is chosen at random, an attacker can never force
362  * a collision.  Here, we use a fixed polynomial, but we *can* assume that
363  * ###--> it is unknown to the processes generating the input entropy. <-###
364  * Because of this important property, this is a good, collision-resistant
365  * hash; hash collisions will occur no more often than chance.
366  */
367
368 /*
369  * Static global variables
370  */
371 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_read_wait);
372 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(random_write_wait);
373
374 #if 0
375 static int debug;
376 module_param(debug, bool, 0644);
377 #define DEBUG_ENT(fmt, arg...) do { \
378         if (debug) \
379                 printk(KERN_DEBUG "random %04d %04d %04d: " \
380                 fmt,\
381                 input_pool.entropy_count,\
382                 blocking_pool.entropy_count,\
383                 nonblocking_pool.entropy_count,\
384                 ## arg); } while (0)
385 #else
386 #define DEBUG_ENT(fmt, arg...) do {} while (0)
387 #endif
388
389 /**********************************************************************
390  *
391  * OS independent entropy store.   Here are the functions which handle
392  * storing entropy in an entropy pool.
393  *
394  **********************************************************************/
395
396 struct entropy_store;
397 struct entropy_store {
398         /* mostly-read data: */
399         struct poolinfo *poolinfo;
400         __u32 *pool;
401         const char *name;
402         int limit;
403         struct entropy_store *pull;
404
405         /* read-write data: */
406         spinlock_t lock ____cacheline_aligned_in_smp;
407         unsigned add_ptr;
408         int entropy_count;
409         int input_rotate;
410 };
411
412 static __u32 input_pool_data[INPUT_POOL_WORDS];
413 static __u32 blocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
414 static __u32 nonblocking_pool_data[OUTPUT_POOL_WORDS];
415
416 static struct entropy_store input_pool = {
417         .poolinfo = &poolinfo_table[0],
418         .name = "input",
419         .limit = 1,
420         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&input_pool.lock),
421         .pool = input_pool_data
422 };
423
424 static struct entropy_store blocking_pool = {
425         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
426         .name = "blocking",
427         .limit = 1,
428         .pull = &input_pool,
429         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&blocking_pool.lock),
430         .pool = blocking_pool_data
431 };
432
433 static struct entropy_store nonblocking_pool = {
434         .poolinfo = &poolinfo_table[1],
435         .name = "nonblocking",
436         .pull = &input_pool,
437         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nonblocking_pool.lock),
438         .pool = nonblocking_pool_data
439 };
440
441 /*
442  * This function adds a byte into the entropy "pool".  It does not
443  * update the entropy estimate.  The caller should call
444  * credit_entropy_store if this is appropriate.
445  *
446  * The pool is stirred with a primitive polynomial of the appropriate
447  * degree, and then twisted.  We twist by three bits at a time because
448  * it's cheap to do so and helps slightly in the expected case where
449  * the entropy is concentrated in the low-order bits.
450  */
451 static void __add_entropy_words(struct entropy_store *r, const __u32 *in,
452                                 int nwords, __u32 out[16])
453 {
454         static __u32 const twist_table[8] = {
455                 0x00000000, 0x3b6e20c8, 0x76dc4190, 0x4db26158,
456                 0xedb88320, 0xd6d6a3e8, 0x9b64c2b0, 0xa00ae278 };
457         unsigned long i, add_ptr, tap1, tap2, tap3, tap4, tap5;
458         int new_rotate, input_rotate;
459         int wordmask = r->poolinfo->poolwords - 1;
460         __u32 w, next_w;
461         unsigned long flags;
462
463         /* Taps are constant, so we can load them without holding r->lock.  */
464         tap1 = r->poolinfo->tap1;
465         tap2 = r->poolinfo->tap2;
466         tap3 = r->poolinfo->tap3;
467         tap4 = r->poolinfo->tap4;
468         tap5 = r->poolinfo->tap5;
469         next_w = *in++;
470
471         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
472         prefetch_range(r->pool, wordmask);
473         input_rotate = r->input_rotate;
474         add_ptr = r->add_ptr;
475
476         while (nwords--) {
477                 w = rol32(next_w, input_rotate);
478                 if (nwords > 0)
479                         next_w = *in++;
480                 i = add_ptr = (add_ptr - 1) & wordmask;
481                 /*
482                  * Normally, we add 7 bits of rotation to the pool.
483                  * At the beginning of the pool, add an extra 7 bits
484                  * rotation, so that successive passes spread the
485                  * input bits across the pool evenly.
486                  */
487                 new_rotate = input_rotate + 14;
488                 if (i)
489                         new_rotate = input_rotate + 7;
490                 input_rotate = new_rotate & 31;
491
492                 /* XOR in the various taps */
493                 w ^= r->pool[(i + tap1) & wordmask];
494                 w ^= r->pool[(i + tap2) & wordmask];
495                 w ^= r->pool[(i + tap3) & wordmask];
496                 w ^= r->pool[(i + tap4) & wordmask];
497                 w ^= r->pool[(i + tap5) & wordmask];
498                 w ^= r->pool[i];
499                 r->pool[i] = (w >> 3) ^ twist_table[w & 7];
500         }
501
502         r->input_rotate = input_rotate;
503         r->add_ptr = add_ptr;
504
505         if (out) {
506                 for (i = 0; i < 16; i++) {
507                         out[i] = r->pool[add_ptr];
508                         add_ptr = (add_ptr - 1) & wordmask;
509                 }
510         }
511
512         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
513 }
514
515 static inline void add_entropy_words(struct entropy_store *r, const __u32 *in,
516                                      int nwords)
517 {
518         __add_entropy_words(r, in, nwords, NULL);
519 }
520
521 /*
522  * Credit (or debit) the entropy store with n bits of entropy
523  */
524 static void credit_entropy_store(struct entropy_store *r, int nbits)
525 {
526         unsigned long flags;
527
528         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
529
530         if (r->entropy_count + nbits < 0) {
531                 DEBUG_ENT("negative entropy/overflow (%d+%d)\n",
532                           r->entropy_count, nbits);
533                 r->entropy_count = 0;
534         } else if (r->entropy_count + nbits > r->poolinfo->POOLBITS) {
535                 r->entropy_count = r->poolinfo->POOLBITS;
536         } else {
537                 r->entropy_count += nbits;
538                 if (nbits)
539                         DEBUG_ENT("added %d entropy credits to %s\n",
540                                   nbits, r->name);
541         }
542
543         /* should we wake readers? */
544         if (r == &input_pool && r->entropy_count >= random_read_wakeup_thresh)
545                 wake_up_interruptible(&random_read_wait);
546
547         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
548 }
549
550 /*********************************************************************
551  *
552  * Entropy input management
553  *
554  *********************************************************************/
555
556 /* There is one of these per entropy source */
557 struct timer_rand_state {
558         cycles_t last_time;
559         long last_delta, last_delta2;
560         unsigned dont_count_entropy:1;
561 };
562
563 static struct timer_rand_state input_timer_state;
564 static struct timer_rand_state *irq_timer_state[NR_IRQS];
565
566 /*
567  * This function adds entropy to the entropy "pool" by using timing
568  * delays.  It uses the timer_rand_state structure to make an estimate
569  * of how many bits of entropy this call has added to the pool.
570  *
571  * The number "num" is also added to the pool - it should somehow describe
572  * the type of event which just happened.  This is currently 0-255 for
573  * keyboard scan codes, and 256 upwards for interrupts.
574  *
575  */
576 static void add_timer_randomness(struct timer_rand_state *state, unsigned num)
577 {
578         struct {
579                 cycles_t cycles;
580                 long jiffies;
581                 unsigned num;
582         } sample;
583         long delta, delta2, delta3;
584
585         preempt_disable();
586         /* if over the trickle threshold, use only 1 in 4096 samples */
587         if (input_pool.entropy_count > trickle_thresh &&
588             (__get_cpu_var(trickle_count)++ & 0xfff))
589                 goto out;
590
591         sample.jiffies = jiffies;
592         sample.cycles = get_cycles();
593         sample.num = num;
594         add_entropy_words(&input_pool, (u32 *)&sample, sizeof(sample)/4);
595
596         /*
597          * Calculate number of bits of randomness we probably added.
598          * We take into account the first, second and third-order deltas
599          * in order to make our estimate.
600          */
601
602         if (!state->dont_count_entropy) {
603                 delta = sample.jiffies - state->last_time;
604                 state->last_time = sample.jiffies;
605
606                 delta2 = delta - state->last_delta;
607                 state->last_delta = delta;
608
609                 delta3 = delta2 - state->last_delta2;
610                 state->last_delta2 = delta2;
611
612                 if (delta < 0)
613                         delta = -delta;
614                 if (delta2 < 0)
615                         delta2 = -delta2;
616                 if (delta3 < 0)
617                         delta3 = -delta3;
618                 if (delta > delta2)
619                         delta = delta2;
620                 if (delta > delta3)
621                         delta = delta3;
622
623                 /*
624                  * delta is now minimum absolute delta.
625                  * Round down by 1 bit on general principles,
626                  * and limit entropy entimate to 12 bits.
627                  */
628                 credit_entropy_store(&input_pool,
629                                      min_t(int, fls(delta>>1), 11));
630         }
631 out:
632         preempt_enable();
633 }
634
635 void add_input_randomness(unsigned int type, unsigned int code,
636                                  unsigned int value)
637 {
638         static unsigned char last_value;
639
640         /* ignore autorepeat and the like */
641         if (value == last_value)
642                 return;
643
644         DEBUG_ENT("input event\n");
645         last_value = value;
646         add_timer_randomness(&input_timer_state,
647                              (type << 4) ^ code ^ (code >> 4) ^ value);
648 }
649 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_input_randomness);
650
651 void add_interrupt_randomness(int irq)
652 {
653         if (irq >= NR_IRQS || irq_timer_state[irq] == NULL)
654                 return;
655
656         DEBUG_ENT("irq event %d\n", irq);
657         add_timer_randomness(irq_timer_state[irq], 0x100 + irq);
658 }
659
660 #ifdef CONFIG_BLOCK
661 void add_disk_randomness(struct gendisk *disk)
662 {
663         if (!disk || !disk->random)
664                 return;
665         /* first major is 1, so we get >= 0x200 here */
666         DEBUG_ENT("disk event %d:%d\n", disk->major, disk->first_minor);
667
668         add_timer_randomness(disk->random,
669                              0x100 + MKDEV(disk->major, disk->first_minor));
670 }
671 #endif
672
673 #define EXTRACT_SIZE 10
674
675 /*********************************************************************
676  *
677  * Entropy extraction routines
678  *
679  *********************************************************************/
680
681 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
682                                size_t nbytes, int min, int rsvd);
683
684 /*
685  * This utility inline function is responsible for transfering entropy
686  * from the primary pool to the secondary extraction pool. We make
687  * sure we pull enough for a 'catastrophic reseed'.
688  */
689 static void xfer_secondary_pool(struct entropy_store *r, size_t nbytes)
690 {
691         __u32 tmp[OUTPUT_POOL_WORDS];
692
693         if (r->pull && r->entropy_count < nbytes * 8 &&
694             r->entropy_count < r->poolinfo->POOLBITS) {
695                 /* If we're limited, always leave two wakeup worth's BITS */
696                 int rsvd = r->limit ? 0 : random_read_wakeup_thresh/4;
697                 int bytes = nbytes;
698
699                 /* pull at least as many as BYTES as wakeup BITS */
700                 bytes = max_t(int, bytes, random_read_wakeup_thresh / 8);
701                 /* but never more than the buffer size */
702                 bytes = min_t(int, bytes, sizeof(tmp));
703
704                 DEBUG_ENT("going to reseed %s with %d bits "
705                           "(%d of %d requested)\n",
706                           r->name, bytes * 8, nbytes * 8, r->entropy_count);
707
708                 bytes = extract_entropy(r->pull, tmp, bytes,
709                                         random_read_wakeup_thresh / 8, rsvd);
710                 add_entropy_words(r, tmp, (bytes + 3) / 4);
711                 credit_entropy_store(r, bytes*8);
712         }
713 }
714
715 /*
716  * These functions extracts randomness from the "entropy pool", and
717  * returns it in a buffer.
718  *
719  * The min parameter specifies the minimum amount we can pull before
720  * failing to avoid races that defeat catastrophic reseeding while the
721  * reserved parameter indicates how much entropy we must leave in the
722  * pool after each pull to avoid starving other readers.
723  *
724  * Note: extract_entropy() assumes that .poolwords is a multiple of 16 words.
725  */
726
727 static size_t account(struct entropy_store *r, size_t nbytes, int min,
728                       int reserved)
729 {
730         unsigned long flags;
731
732         BUG_ON(r->entropy_count > r->poolinfo->POOLBITS);
733
734         /* Hold lock while accounting */
735         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
736
737         DEBUG_ENT("trying to extract %d bits from %s\n",
738                   nbytes * 8, r->name);
739
740         /* Can we pull enough? */
741         if (r->entropy_count / 8 < min + reserved) {
742                 nbytes = 0;
743         } else {
744                 /* If limited, never pull more than available */
745                 if (r->limit && nbytes + reserved >= r->entropy_count / 8)
746                         nbytes = r->entropy_count/8 - reserved;
747
748                 if (r->entropy_count / 8 >= nbytes + reserved)
749                         r->entropy_count -= nbytes*8;
750                 else
751                         r->entropy_count = reserved;
752
753                 if (r->entropy_count < random_write_wakeup_thresh)
754                         wake_up_interruptible(&random_write_wait);
755         }
756
757         DEBUG_ENT("debiting %d entropy credits from %s%s\n",
758                   nbytes * 8, r->name, r->limit ? "" : " (unlimited)");
759
760         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
761
762         return nbytes;
763 }
764
765 static void extract_buf(struct entropy_store *r, __u8 *out)
766 {
767         int i;
768         __u32 data[16], buf[5 + SHA_WORKSPACE_WORDS];
769
770         sha_init(buf);
771         /*
772          * As we hash the pool, we mix intermediate values of
773          * the hash back into the pool.  This eliminates
774          * backtracking attacks (where the attacker knows
775          * the state of the pool plus the current outputs, and
776          * attempts to find previous ouputs), unless the hash
777          * function can be inverted.
778          */
779         for (i = 0; i < r->poolinfo->poolwords; i += 16) {
780                 /* hash blocks of 16 words = 512 bits */
781                 sha_transform(buf, (__u8 *)(r->pool + i), buf + 5);
782                 /* feed back portion of the resulting hash */
783                 add_entropy_words(r, &buf[i % 5], 1);
784         }
785
786         /*
787          * To avoid duplicates, we atomically extract a
788          * portion of the pool while mixing, and hash one
789          * final time.
790          */
791         __add_entropy_words(r, &buf[i % 5], 1, data);
792         sha_transform(buf, (__u8 *)data, buf + 5);
793
794         /*
795          * In case the hash function has some recognizable
796          * output pattern, we fold it in half.
797          */
798
799         buf[0] ^= buf[3];
800         buf[1] ^= buf[4];
801         buf[2] ^= rol32(buf[2], 16);
802         memcpy(out, buf, EXTRACT_SIZE);
803         memset(buf, 0, sizeof(buf));
804 }
805
806 static ssize_t extract_entropy(struct entropy_store *r, void *buf,
807                                size_t nbytes, int min, int reserved)
808 {
809         ssize_t ret = 0, i;
810         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
811
812         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
813         nbytes = account(r, nbytes, min, reserved);
814
815         while (nbytes) {
816                 extract_buf(r, tmp);
817                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
818                 memcpy(buf, tmp, i);
819                 nbytes -= i;
820                 buf += i;
821                 ret += i;
822         }
823
824         /* Wipe data just returned from memory */
825         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
826
827         return ret;
828 }
829
830 static ssize_t extract_entropy_user(struct entropy_store *r, void __user *buf,
831                                     size_t nbytes)
832 {
833         ssize_t ret = 0, i;
834         __u8 tmp[EXTRACT_SIZE];
835
836         xfer_secondary_pool(r, nbytes);
837         nbytes = account(r, nbytes, 0, 0);
838
839         while (nbytes) {
840                 if (need_resched()) {
841                         if (signal_pending(current)) {
842                                 if (ret == 0)
843                                         ret = -ERESTARTSYS;
844                                 break;
845                         }
846                         schedule();
847                 }
848
849                 extract_buf(r, tmp);
850                 i = min_t(int, nbytes, EXTRACT_SIZE);
851                 if (copy_to_user(buf, tmp, i)) {
852                         ret = -EFAULT;
853                         break;
854                 }
855
856                 nbytes -= i;
857                 buf += i;
858                 ret += i;
859         }
860
861         /* Wipe data just returned from memory */
862         memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
863
864         return ret;
865 }
866
867 /*
868  * This function is the exported kernel interface.  It returns some
869  * number of good random numbers, suitable for seeding TCP sequence
870  * numbers, etc.
871  */
872 void get_random_bytes(void *buf, int nbytes)
873 {
874         extract_entropy(&nonblocking_pool, buf, nbytes, 0, 0);
875 }
876 EXPORT_SYMBOL(get_random_bytes);
877
878 /*
879  * init_std_data - initialize pool with system data
880  *
881  * @r: pool to initialize
882  *
883  * This function clears the pool's entropy count and mixes some system
884  * data into the pool to prepare it for use. The pool is not cleared
885  * as that can only decrease the entropy in the pool.
886  */
887 static void init_std_data(struct entropy_store *r)
888 {
889         ktime_t now;
890         unsigned long flags;
891
892         spin_lock_irqsave(&r->lock, flags);
893         r->entropy_count = 0;
894         spin_unlock_irqrestore(&r->lock, flags);
895
896         now = ktime_get_real();
897         add_entropy_words(r, (__u32 *)&now, sizeof(now)/4);
898         add_entropy_words(r, (__u32 *)utsname(),
899                           sizeof(*(utsname()))/4);
900 }
901
902 static int __init rand_initialize(void)
903 {
904         init_std_data(&input_pool);
905         init_std_data(&blocking_pool);
906         init_std_data(&nonblocking_pool);
907         return 0;
908 }
909 module_init(rand_initialize);
910
911 void rand_initialize_irq(int irq)
912 {
913         struct timer_rand_state *state;
914
915         if (irq >= NR_IRQS || irq_timer_state[irq])
916                 return;
917
918         /*
919          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
920          * source.
921          */
922         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
923         if (state)
924                 irq_timer_state[irq] = state;
925 }
926
927 #ifdef CONFIG_BLOCK
928 void rand_initialize_disk(struct gendisk *disk)
929 {
930         struct timer_rand_state *state;
931
932         /*
933          * If kzalloc returns null, we just won't use that entropy
934          * source.
935          */
936         state = kzalloc(sizeof(struct timer_rand_state), GFP_KERNEL);
937         if (state)
938                 disk->random = state;
939 }
940 #endif
941
942 static ssize_t
943 random_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
944 {
945         ssize_t n, retval = 0, count = 0;
946
947         if (nbytes == 0)
948                 return 0;
949
950         while (nbytes > 0) {
951                 n = nbytes;
952                 if (n > SEC_XFER_SIZE)
953                         n = SEC_XFER_SIZE;
954
955                 DEBUG_ENT("reading %d bits\n", n*8);
956
957                 n = extract_entropy_user(&blocking_pool, buf, n);
958
959                 DEBUG_ENT("read got %d bits (%d still needed)\n",
960                           n*8, (nbytes-n)*8);
961
962                 if (n == 0) {
963                         if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
964                                 retval = -EAGAIN;
965                                 break;
966                         }
967
968                         DEBUG_ENT("sleeping?\n");
969
970                         wait_event_interruptible(random_read_wait,
971                                 input_pool.entropy_count >=
972                                                  random_read_wakeup_thresh);
973
974                         DEBUG_ENT("awake\n");
975
976                         if (signal_pending(current)) {
977                                 retval = -ERESTARTSYS;
978                                 break;
979                         }
980
981                         continue;
982                 }
983
984                 if (n < 0) {
985                         retval = n;
986                         break;
987                 }
988                 count += n;
989                 buf += n;
990                 nbytes -= n;
991                 break;          /* This break makes the device work */
992                                 /* like a named pipe */
993         }
994
995         /*
996          * If we gave the user some bytes, update the access time.
997          */
998         if (count)
999                 file_accessed(file);
1000
1001         return (count ? count : retval);
1002 }
1003
1004 static ssize_t
1005 urandom_read(struct file *file, char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos)
1006 {
1007         return extract_entropy_user(&nonblocking_pool, buf, nbytes);
1008 }
1009
1010 static unsigned int
1011 random_poll(struct file *file, poll_table * wait)
1012 {
1013         unsigned int mask;
1014
1015         poll_wait(file, &random_read_wait, wait);
1016         poll_wait(file, &random_write_wait, wait);
1017         mask = 0;
1018         if (input_pool.entropy_count >= random_read_wakeup_thresh)
1019                 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
1020         if (input_pool.entropy_count < random_write_wakeup_thresh)
1021                 mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
1022         return mask;
1023 }
1024
1025 static int
1026 write_pool(struct entropy_store *r, const char __user *buffer, size_t count)
1027 {
1028         size_t bytes;
1029         __u32 buf[16];
1030         const char __user *p = buffer;
1031
1032         while (count > 0) {
1033                 bytes = min(count, sizeof(buf));
1034                 if (copy_from_user(&buf, p, bytes))
1035                         return -EFAULT;
1036
1037                 count -= bytes;
1038                 p += bytes;
1039
1040                 add_entropy_words(r, buf, (bytes + 3) / 4);
1041                 cond_resched();
1042         }
1043
1044         return 0;
1045 }
1046
1047 static ssize_t random_write(struct file *file, const char __user *buffer,
1048                             size_t count, loff_t *ppos)
1049 {
1050         size_t ret;
1051         struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
1052
1053         ret = write_pool(&blocking_pool, buffer, count);
1054         if (ret)
1055                 return ret;
1056         ret = write_pool(&nonblocking_pool, buffer, count);
1057         if (ret)
1058                 return ret;
1059
1060         inode->i_mtime = current_fs_time(inode->i_sb);
1061         mark_inode_dirty(inode);
1062         return (ssize_t)count;
1063 }
1064
1065 static long random_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)
1066 {
1067         int size, ent_count;
1068         int __user *p = (int __user *)arg;
1069         int retval;
1070
1071         switch (cmd) {
1072         case RNDGETENTCNT:
1073                 /* inherently racy, no point locking */
1074                 if (put_user(input_pool.entropy_count, p))
1075                         return -EFAULT;
1076                 return 0;
1077         case RNDADDTOENTCNT:
1078                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1079                         return -EPERM;
1080                 if (get_user(ent_count, p))
1081                         return -EFAULT;
1082                 credit_entropy_store(&input_pool, ent_count);
1083                 return 0;
1084         case RNDADDENTROPY:
1085                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1086                         return -EPERM;
1087                 if (get_user(ent_count, p++))
1088                         return -EFAULT;
1089                 if (ent_count < 0)
1090                         return -EINVAL;
1091                 if (get_user(size, p++))
1092                         return -EFAULT;
1093                 retval = write_pool(&input_pool, (const char __user *)p,
1094                                     size);
1095                 if (retval < 0)
1096                         return retval;
1097                 credit_entropy_store(&input_pool, ent_count);
1098                 return 0;
1099         case RNDZAPENTCNT:
1100         case RNDCLEARPOOL:
1101                 /* Clear the entropy pool counters. */
1102                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1103                         return -EPERM;
1104                 init_std_data(&input_pool);
1105                 init_std_data(&blocking_pool);
1106                 init_std_data(&nonblocking_pool);
1107                 return 0;
1108         default:
1109                 return -EINVAL;
1110         }
1111 }
1112
1113 const struct file_operations random_fops = {
1114         .read  = random_read,
1115         .write = random_write,
1116         .poll  = random_poll,
1117         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1118 };
1119
1120 const struct file_operations urandom_fops = {
1121         .read  = urandom_read,
1122         .write = random_write,
1123         .unlocked_ioctl = random_ioctl,
1124 };
1125
1126 /***************************************************************
1127  * Random UUID interface
1128  *
1129  * Used here for a Boot ID, but can be useful for other kernel
1130  * drivers.
1131  ***************************************************************/
1132
1133 /*
1134  * Generate random UUID
1135  */
1136 void generate_random_uuid(unsigned char uuid_out[16])
1137 {
1138         get_random_bytes(uuid_out, 16);
1139         /* Set UUID version to 4 --- truely random generation */
1140         uuid_out[6] = (uuid_out[6] & 0x0F) | 0x40;
1141         /* Set the UUID variant to DCE */
1142         uuid_out[8] = (uuid_out[8] & 0x3F) | 0x80;
1143 }
1144 EXPORT_SYMBOL(generate_random_uuid);
1145
1146 /********************************************************************
1147  *
1148  * Sysctl interface
1149  *
1150  ********************************************************************/
1151
1152 #ifdef CONFIG_SYSCTL
1153
1154 #include <linux/sysctl.h>
1155
1156 static int min_read_thresh = 8, min_write_thresh;
1157 static int max_read_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1158 static int max_write_thresh = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1159 static char sysctl_bootid[16];
1160
1161 /*
1162  * These functions is used to return both the bootid UUID, and random
1163  * UUID.  The difference is in whether table->data is NULL; if it is,
1164  * then a new UUID is generated and returned to the user.
1165  *
1166  * If the user accesses this via the proc interface, it will be returned
1167  * as an ASCII string in the standard UUID format.  If accesses via the
1168  * sysctl system call, it is returned as 16 bytes of binary data.
1169  */
1170 static int proc_do_uuid(ctl_table *table, int write, struct file *filp,
1171                         void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos)
1172 {
1173         ctl_table fake_table;
1174         unsigned char buf[64], tmp_uuid[16], *uuid;
1175
1176         uuid = table->data;
1177         if (!uuid) {
1178                 uuid = tmp_uuid;
1179                 uuid[8] = 0;
1180         }
1181         if (uuid[8] == 0)
1182                 generate_random_uuid(uuid);
1183
1184         sprintf(buf, "%02x%02x%02x%02x-%02x%02x-%02x%02x-%02x%02x-"
1185                 "%02x%02x%02x%02x%02x%02x",
1186                 uuid[0],  uuid[1],  uuid[2],  uuid[3],
1187                 uuid[4],  uuid[5],  uuid[6],  uuid[7],
1188                 uuid[8],  uuid[9],  uuid[10], uuid[11],
1189                 uuid[12], uuid[13], uuid[14], uuid[15]);
1190         fake_table.data = buf;
1191         fake_table.maxlen = sizeof(buf);
1192
1193         return proc_dostring(&fake_table, write, filp, buffer, lenp, ppos);
1194 }
1195
1196 static int uuid_strategy(ctl_table *table, int __user *name, int nlen,
1197                          void __user *oldval, size_t __user *oldlenp,
1198                          void __user *newval, size_t newlen)
1199 {
1200         unsigned char tmp_uuid[16], *uuid;
1201         unsigned int len;
1202
1203         if (!oldval || !oldlenp)
1204                 return 1;
1205
1206         uuid = table->data;
1207         if (!uuid) {
1208                 uuid = tmp_uuid;
1209                 uuid[8] = 0;
1210         }
1211         if (uuid[8] == 0)
1212                 generate_random_uuid(uuid);
1213
1214         if (get_user(len, oldlenp))
1215                 return -EFAULT;
1216         if (len) {
1217                 if (len > 16)
1218                         len = 16;
1219                 if (copy_to_user(oldval, uuid, len) ||
1220                     put_user(len, oldlenp))
1221                         return -EFAULT;
1222         }
1223         return 1;
1224 }
1225
1226 static int sysctl_poolsize = INPUT_POOL_WORDS * 32;
1227 ctl_table random_table[] = {
1228         {
1229                 .ctl_name       = RANDOM_POOLSIZE,
1230                 .procname       = "poolsize",
1231                 .data           = &sysctl_poolsize,
1232                 .maxlen         = sizeof(int),
1233                 .mode           = 0444,
1234                 .proc_handler   = &proc_dointvec,
1235         },
1236         {
1237                 .ctl_name       = RANDOM_ENTROPY_COUNT,
1238                 .procname       = "entropy_avail",
1239                 .maxlen         = sizeof(int),
1240                 .mode           = 0444,
1241                 .proc_handler   = &proc_dointvec,
1242                 .data           = &input_pool.entropy_count,
1243         },
1244         {
1245                 .ctl_name       = RANDOM_READ_THRESH,
1246                 .procname       = "read_wakeup_threshold",
1247                 .data           = &random_read_wakeup_thresh,
1248                 .maxlen         = sizeof(int),
1249                 .mode           = 0644,
1250                 .proc_handler   = &proc_dointvec_minmax,
1251                 .strategy       = &sysctl_intvec,
1252                 .extra1         = &min_read_thresh,
1253                 .extra2         = &max_read_thresh,
1254         },
1255         {
1256                 .ctl_name       = RANDOM_WRITE_THRESH,
1257                 .procname       = "write_wakeup_threshold",
1258                 .data           = &random_write_wakeup_thresh,
1259                 .maxlen         = sizeof(int),
1260                 .mode           = 0644,
1261                 .proc_handler   = &proc_dointvec_minmax,
1262                 .strategy       = &sysctl_intvec,
1263                 .extra1         = &min_write_thresh,
1264                 .extra2         = &max_write_thresh,
1265         },
1266         {
1267                 .ctl_name       = RANDOM_BOOT_ID,
1268                 .procname       = "boot_id",
1269                 .data           = &sysctl_bootid,
1270                 .maxlen         = 16,
1271                 .mode           = 0444,
1272                 .proc_handler   = &proc_do_uuid,
1273                 .strategy       = &uuid_strategy,
1274         },
1275         {
1276                 .ctl_name       = RANDOM_UUID,
1277                 .procname       = "uuid",
1278                 .maxlen         = 16,
1279                 .mode           = 0444,
1280                 .proc_handler   = &proc_do_uuid,
1281                 .strategy       = &uuid_strategy,
1282         },
1283         { .ctl_name = 0 }
1284 };
1285 #endif  /* CONFIG_SYSCTL */
1286
1287 /********************************************************************
1288  *
1289  * Random funtions for networking
1290  *
1291  ********************************************************************/
1292
1293 /*
1294  * TCP initial sequence number picking.  This uses the random number
1295  * generator to pick an initial secret value.  This value is hashed
1296  * along with the TCP endpoint information to provide a unique
1297  * starting point for each pair of TCP endpoints.  This defeats
1298  * attacks which rely on guessing the initial TCP sequence number.
1299  * This algorithm was suggested by Steve Bellovin.
1300  *
1301  * Using a very strong hash was taking an appreciable amount of the total
1302  * TCP connection establishment time, so this is a weaker hash,
1303  * compensated for by changing the secret periodically.
1304  */
1305
1306 /* F, G and H are basic MD4 functions: selection, majority, parity */
1307 #define F(x, y, z) ((z) ^ ((x) & ((y) ^ (z))))
1308 #define G(x, y, z) (((x) & (y)) + (((x) ^ (y)) & (z)))
1309 #define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
1310
1311 /*
1312  * The generic round function.  The application is so specific that
1313  * we don't bother protecting all the arguments with parens, as is generally
1314  * good macro practice, in favor of extra legibility.
1315  * Rotation is separate from addition to prevent recomputation
1316  */
1317 #define ROUND(f, a, b, c, d, x, s)      \
1318         (a += f(b, c, d) + x, a = (a << s) | (a >> (32 - s)))
1319 #define K1 0
1320 #define K2 013240474631UL
1321 #define K3 015666365641UL
1322
1323 #if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)
1324
1325 static __u32 twothirdsMD4Transform(__u32 const buf[4], __u32 const in[12])
1326 {
1327         __u32 a = buf[0], b = buf[1], c = buf[2], d = buf[3];
1328
1329         /* Round 1 */
1330         ROUND(F, a, b, c, d, in[ 0] + K1,  3);
1331         ROUND(F, d, a, b, c, in[ 1] + K1,  7);
1332         ROUND(F, c, d, a, b, in[ 2] + K1, 11);
1333         ROUND(F, b, c, d, a, in[ 3] + K1, 19);
1334         ROUND(F, a, b, c, d, in[ 4] + K1,  3);
1335         ROUND(F, d, a, b, c, in[ 5] + K1,  7);
1336         ROUND(F, c, d, a, b, in[ 6] + K1, 11);
1337         ROUND(F, b, c, d, a, in[ 7] + K1, 19);
1338         ROUND(F, a, b, c, d, in[ 8] + K1,  3);
1339         ROUND(F, d, a, b, c, in[ 9] + K1,  7);
1340         ROUND(F, c, d, a, b, in[10] + K1, 11);
1341         ROUND(F, b, c, d, a, in[11] + K1, 19);
1342
1343         /* Round 2 */
1344         ROUND(G, a, b, c, d, in[ 1] + K2,  3);
1345         ROUND(G, d, a, b, c, in[ 3] + K2,  5);
1346         ROUND(G, c, d, a, b, in[ 5] + K2,  9);
1347         ROUND(G, b, c, d, a, in[ 7] + K2, 13);
1348         ROUND(G, a, b, c, d, in[ 9] + K2,  3);
1349         ROUND(G, d, a, b, c, in[11] + K2,  5);
1350         ROUND(G, c, d, a, b, in[ 0] + K2,  9);
1351         ROUND(G, b, c, d, a, in[ 2] + K2, 13);
1352         ROUND(G, a, b, c, d, in[ 4] + K2,  3);
1353         ROUND(G, d, a, b, c, in[ 6] + K2,  5);
1354         ROUND(G, c, d, a, b, in[ 8] + K2,  9);
1355         ROUND(G, b, c, d, a, in[10] + K2, 13);
1356
1357         /* Round 3 */
1358         ROUND(H, a, b, c, d, in[ 3] + K3,  3);
1359         ROUND(H, d, a, b, c, in[ 7] + K3,  9);
1360         ROUND(H, c, d, a, b, in[11] + K3, 11);
1361         ROUND(H, b, c, d, a, in[ 2] + K3, 15);
1362         ROUND(H, a, b, c, d, in[ 6] + K3,  3);
1363         ROUND(H, d, a, b, c, in[10] + K3,  9);
1364         ROUND(H, c, d, a, b, in[ 1] + K3, 11);
1365         ROUND(H, b, c, d, a, in[ 5] + K3, 15);
1366         ROUND(H, a, b, c, d, in[ 9] + K3,  3);
1367         ROUND(H, d, a, b, c, in[ 0] + K3,  9);
1368         ROUND(H, c, d, a, b, in[ 4] + K3, 11);
1369         ROUND(H, b, c, d, a, in[ 8] + K3, 15);
1370
1371         return buf[1] + b; /* "most hashed" word */
1372         /* Alternative: return sum of all words? */
1373 }
1374 #endif
1375
1376 #undef ROUND
1377 #undef F
1378 #undef G
1379 #undef H
1380 #undef K1
1381 #undef K2
1382 #undef K3
1383
1384 /* This should not be decreased so low that ISNs wrap too fast. */
1385 #define REKEY_INTERVAL (300 * HZ)
1386 /*
1387  * Bit layout of the tcp sequence numbers (before adding current time):
1388  * bit 24-31: increased after every key exchange
1389  * bit 0-23: hash(source,dest)
1390  *
1391  * The implementation is similar to the algorithm described
1392  * in the Appendix of RFC 1185, except that
1393  * - it uses a 1 MHz clock instead of a 250 kHz clock
1394  * - it performs a rekey every 5 minutes, which is equivalent
1395  *      to a (source,dest) tulple dependent forward jump of the
1396  *      clock by 0..2^(HASH_BITS+1)
1397  *
1398  * Thus the average ISN wraparound time is 68 minutes instead of
1399  * 4.55 hours.
1400  *
1401  * SMP cleanup and lock avoidance with poor man's RCU.
1402  *                      Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
1403  *
1404  */
1405 #define COUNT_BITS 8
1406 #define COUNT_MASK ((1 << COUNT_BITS) - 1)
1407 #define HASH_BITS 24
1408 #define HASH_MASK ((1 << HASH_BITS) - 1)
1409
1410 static struct keydata {
1411         __u32 count; /* already shifted to the final position */
1412         __u32 secret[12];
1413 } ____cacheline_aligned ip_keydata[2];
1414
1415 static unsigned int ip_cnt;
1416
1417 static void rekey_seq_generator(struct work_struct *work);
1418
1419 static DECLARE_DELAYED_WORK(rekey_work, rekey_seq_generator);
1420
1421 /*
1422  * Lock avoidance:
1423  * The ISN generation runs lockless - it's just a hash over random data.
1424  * State changes happen every 5 minutes when the random key is replaced.
1425  * Synchronization is performed by having two copies of the hash function
1426  * state and rekey_seq_generator always updates the inactive copy.
1427  * The copy is then activated by updating ip_cnt.
1428  * The implementation breaks down if someone blocks the thread
1429  * that processes SYN requests for more than 5 minutes. Should never
1430  * happen, and even if that happens only a not perfectly compliant
1431  * ISN is generated, nothing fatal.
1432  */
1433 static void rekey_seq_generator(struct work_struct *work)
1434 {
1435         struct keydata *keyptr = &ip_keydata[1 ^ (ip_cnt & 1)];
1436
1437         get_random_bytes(keyptr->secret, sizeof(keyptr->secret));
1438         keyptr->count = (ip_cnt & COUNT_MASK) << HASH_BITS;
1439         smp_wmb();
1440         ip_cnt++;
1441         schedule_delayed_work(&rekey_work, REKEY_INTERVAL);
1442 }
1443
1444 static inline struct keydata *get_keyptr(void)
1445 {
1446         struct keydata *keyptr = &ip_keydata[ip_cnt & 1];
1447
1448         smp_rmb();
1449
1450         return keyptr;
1451 }
1452
1453 static __init int seqgen_init(void)
1454 {
1455         rekey_seq_generator(NULL);
1456         return 0;
1457 }
1458 late_initcall(seqgen_init);
1459
1460 #if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)
1461 __u32 secure_tcpv6_sequence_number(__be32 *saddr, __be32 *daddr,
1462                                    __be16 sport, __be16 dport)
1463 {
1464         __u32 seq;
1465         __u32 hash[12];
1466         struct keydata *keyptr = get_keyptr();
1467
1468         /* The procedure is the same as for IPv4, but addresses are longer.
1469          * Thus we must use twothirdsMD4Transform.
1470          */
1471
1472         memcpy(hash, saddr, 16);
1473         hash[4] = ((__force u16)sport << 16) + (__force u16)dport;
1474         memcpy(&hash[5], keyptr->secret, sizeof(__u32) * 7);
1475
1476         seq = twothirdsMD4Transform((const __u32 *)daddr, hash) & HASH_MASK;
1477         seq += keyptr->count;
1478
1479         seq += ktime_to_ns(ktime_get_real());
1480
1481         return seq;
1482 }
1483 EXPORT_SYMBOL(secure_tcpv6_sequence_number);
1484 #endif
1485
1486 /*  The code below is shamelessly stolen from secure_tcp_sequence_number().
1487  *  All blames to Andrey V. Savochkin <saw@msu.ru>.
1488  */
1489 __u32 secure_ip_id(__be32 daddr)
1490 {
1491         struct keydata *keyptr;
1492         __u32 hash[4];
1493
1494         keyptr = get_keyptr();
1495
1496         /*
1497          *  Pick a unique starting offset for each IP destination.
1498          *  The dest ip address is placed in the starting vector,
1499          *  which is then hashed with random data.
1500          */
1501         hash[0] = (__force __u32)daddr;
1502         hash[1] = keyptr->secret[9];
1503         hash[2] = keyptr->secret[10];
1504         hash[3] = keyptr->secret[11];
1505
1506         return half_md4_transform(hash, keyptr->secret);
1507 }
1508
1509 #ifdef CONFIG_INET
1510
1511 __u32 secure_tcp_sequence_number(__be32 saddr, __be32 daddr,
1512                                  __be16 sport, __be16 dport)
1513 {
1514         __u32 seq;
1515         __u32 hash[4];
1516         struct keydata *keyptr = get_keyptr();
1517
1518         /*
1519          *  Pick a unique starting offset for each TCP connection endpoints
1520          *  (saddr, daddr, sport, dport).
1521          *  Note that the words are placed into the starting vector, which is
1522          *  then mixed with a partial MD4 over random data.
1523          */
1524         hash[0] = (__force u32)saddr;
1525         hash[1] = (__force u32)daddr;
1526         hash[2] = ((__force u16)sport << 16) + (__force u16)dport;
1527         hash[3] = keyptr->secret[11];
1528
1529         seq = half_md4_transform(hash, keyptr->secret) & HASH_MASK;
1530         seq += keyptr->count;
1531         /*
1532          *      As close as possible to RFC 793, which
1533          *      suggests using a 250 kHz clock.
1534          *      Further reading shows this assumes 2 Mb/s networks.
1535          *      For 10 Mb/s Ethernet, a 1 MHz clock is appropriate.
1536          *      For 10 Gb/s Ethernet, a 1 GHz clock should be ok, but
1537          *      we also need to limit the resolution so that the u32 seq
1538          *      overlaps less than one time per MSL (2 minutes).
1539          *      Choosing a clock of 64 ns period is OK. (period of 274 s)
1540          */
1541         seq += ktime_to_ns(ktime_get_real()) >> 6;
1542
1543         return seq;
1544 }
1545
1546 /* Generate secure starting point for ephemeral IPV4 transport port search */
1547 u32 secure_ipv4_port_ephemeral(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 dport)
1548 {
1549         struct keydata *keyptr = get_keyptr();
1550         u32 hash[4];
1551
1552         /*
1553          *  Pick a unique starting offset for each ephemeral port search
1554          *  (saddr, daddr, dport) and 48bits of random data.
1555          */
1556         hash[0] = (__force u32)saddr;
1557         hash[1] = (__force u32)daddr;
1558         hash[2] = (__force u32)dport ^ keyptr->secret[10];
1559         hash[3] = keyptr->secret[11];
1560
1561         return half_md4_transform(hash, keyptr->secret);
1562 }
1563
1564 #if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)
1565 u32 secure_ipv6_port_ephemeral(const __be32 *saddr, const __be32 *daddr,
1566                                __be16 dport)
1567 {
1568         struct keydata *keyptr = get_keyptr();
1569         u32 hash[12];
1570
1571         memcpy(hash, saddr, 16);
1572         hash[4] = (__force u32)dport;
1573         memcpy(&hash[5], keyptr->secret, sizeof(__u32) * 7);
1574
1575         return twothirdsMD4Transform((const __u32 *)daddr, hash);
1576 }
1577 #endif
1578
1579 #if defined(CONFIG_IP_DCCP) || defined(CONFIG_IP_DCCP_MODULE)
1580 /* Similar to secure_tcp_sequence_number but generate a 48 bit value
1581  * bit's 32-47 increase every key exchange
1582  *       0-31  hash(source, dest)
1583  */
1584 u64 secure_dccp_sequence_number(__be32 saddr, __be32 daddr,
1585                                 __be16 sport, __be16 dport)
1586 {
1587         u64 seq;
1588         __u32 hash[4];
1589         struct keydata *keyptr = get_keyptr();
1590
1591         hash[0] = (__force u32)saddr;
1592         hash[1] = (__force u32)daddr;
1593         hash[2] = ((__force u16)sport << 16) + (__force u16)dport;
1594         hash[3] = keyptr->secret[11];
1595
1596         seq = half_md4_transform(hash, keyptr->secret);
1597         seq |= ((u64)keyptr->count) << (32 - HASH_BITS);
1598
1599         seq += ktime_to_ns(ktime_get_real());
1600         seq &= (1ull << 48) - 1;
1601
1602         return seq;
1603 }
1604 EXPORT_SYMBOL(secure_dccp_sequence_number);
1605 #endif
1606
1607 #endif /* CONFIG_INET */
1608
1609
1610 /*
1611  * Get a random word for internal kernel use only. Similar to urandom but
1612  * with the goal of minimal entropy pool depletion. As a result, the random
1613  * value is not cryptographically secure but for several uses the cost of
1614  * depleting entropy is too high
1615  */
1616 unsigned int get_random_int(void)
1617 {
1618         /*
1619          * Use IP's RNG. It suits our purpose perfectly: it re-keys itself
1620          * every second, from the entropy pool (and thus creates a limited
1621          * drain on it), and uses halfMD4Transform within the second. We
1622          * also mix it with jiffies and the PID:
1623          */
1624         return secure_ip_id((__force __be32)(current->pid + jiffies));
1625 }
1626
1627 /*
1628  * randomize_range() returns a start address such that
1629  *
1630  *    [...... <range> .....]
1631  *  start                  end
1632  *
1633  * a <range> with size "len" starting at the return value is inside in the
1634  * area defined by [start, end], but is otherwise randomized.
1635  */
1636 unsigned long
1637 randomize_range(unsigned long start, unsigned long end, unsigned long len)
1638 {
1639         unsigned long range = end - len - start;
1640
1641         if (end <= start + len)
1642                 return 0;
1643         return PAGE_ALIGN(get_random_int() % range + start);
1644 }