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subr_cprng.c revision 1.7.2.2
      1  1.7.2.2  yamt /*	$NetBSD: subr_cprng.c,v 1.7.2.2 2012/04/17 00:08:27 yamt Exp $ */
      2  1.7.2.2  yamt 
      3  1.7.2.2  yamt /*-
      4  1.7.2.2  yamt  * Copyright (c) 2011 The NetBSD Foundation, Inc.
      5  1.7.2.2  yamt  * All rights reserved.
      6  1.7.2.2  yamt  *
      7  1.7.2.2  yamt  * This code is derived from software contributed to The NetBSD Foundation
      8  1.7.2.2  yamt  * by Thor Lancelot Simon.
      9  1.7.2.2  yamt  *
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     26  1.7.2.2  yamt  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
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     29  1.7.2.2  yamt  * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
     30  1.7.2.2  yamt  */
     31  1.7.2.2  yamt 
     32  1.7.2.2  yamt #include <sys/types.h>
     33  1.7.2.2  yamt #include <sys/time.h>
     34  1.7.2.2  yamt #include <sys/param.h>
     35  1.7.2.2  yamt #include <sys/kernel.h>
     36  1.7.2.2  yamt #include <sys/systm.h>
     37  1.7.2.2  yamt #include <sys/kmem.h>
     38  1.7.2.2  yamt #include <sys/mutex.h>
     39  1.7.2.2  yamt #include <sys/rngtest.h>
     40  1.7.2.2  yamt #include <sys/rnd.h>
     41  1.7.2.2  yamt #include <dev/rnd_private.h>
     42  1.7.2.2  yamt 
     43  1.7.2.2  yamt #if defined(__HAVE_CPU_COUNTER)
     44  1.7.2.2  yamt #include <machine/cpu_counter.h>
     45  1.7.2.2  yamt #endif
     46  1.7.2.2  yamt 
     47  1.7.2.2  yamt #include <sys/cprng.h>
     48  1.7.2.2  yamt 
     49  1.7.2.2  yamt __KERNEL_RCSID(0, "$NetBSD: subr_cprng.c,v 1.7.2.2 2012/04/17 00:08:27 yamt Exp $");
     50  1.7.2.2  yamt 
     51  1.7.2.2  yamt void
     52  1.7.2.2  yamt cprng_init(void)
     53  1.7.2.2  yamt {
     54  1.7.2.2  yamt 	nist_ctr_initialize();
     55  1.7.2.2  yamt }
     56  1.7.2.2  yamt 
     57  1.7.2.2  yamt static inline uint32_t
     58  1.7.2.2  yamt cprng_counter(void)
     59  1.7.2.2  yamt {
     60  1.7.2.2  yamt 	struct timeval tv;
     61  1.7.2.2  yamt 
     62  1.7.2.2  yamt #if defined(__HAVE_CPU_COUNTER)
     63  1.7.2.2  yamt 	if (cpu_hascounter())
     64  1.7.2.2  yamt 		return cpu_counter32();
     65  1.7.2.2  yamt #endif
     66  1.7.2.2  yamt 	if (__predict_false(cold)) {
     67  1.7.2.2  yamt 		/* microtime unsafe if clock not running yet */
     68  1.7.2.2  yamt 		return 0;
     69  1.7.2.2  yamt 	}
     70  1.7.2.2  yamt 	microtime(&tv);
     71  1.7.2.2  yamt 	return (tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec);
     72  1.7.2.2  yamt }
     73  1.7.2.2  yamt 
     74  1.7.2.2  yamt static void
     75  1.7.2.2  yamt cprng_strong_sched_reseed(cprng_strong_t *const c)
     76  1.7.2.2  yamt {
     77  1.7.2.2  yamt 	KASSERT(mutex_owned(&c->mtx));
     78  1.7.2.2  yamt 	if (!(c->reseed_pending) && mutex_tryenter(&c->reseed.mtx)) {
     79  1.7.2.2  yamt 		c->reseed_pending = 1;
     80  1.7.2.2  yamt 		c->reseed.len = NIST_BLOCK_KEYLEN_BYTES;
     81  1.7.2.2  yamt 		rndsink_attach(&c->reseed);
     82  1.7.2.2  yamt 		mutex_spin_exit(&c->reseed.mtx);
     83  1.7.2.2  yamt 	}
     84  1.7.2.2  yamt }
     85  1.7.2.2  yamt 
     86  1.7.2.2  yamt static void
     87  1.7.2.2  yamt cprng_strong_reseed(void *const arg)
     88  1.7.2.2  yamt {
     89  1.7.2.2  yamt 	cprng_strong_t *c = arg;
     90  1.7.2.2  yamt 	uint8_t key[NIST_BLOCK_KEYLEN_BYTES];
     91  1.7.2.2  yamt 	uint32_t cc = cprng_counter();
     92  1.7.2.2  yamt 
     93  1.7.2.2  yamt 	if (!mutex_tryenter(&c->mtx)) {
     94  1.7.2.2  yamt 	    return;
     95  1.7.2.2  yamt 	}
     96  1.7.2.2  yamt 
     97  1.7.2.2  yamt 	if (c->reseed.len != sizeof(key)) {
     98  1.7.2.2  yamt 		panic("cprng_strong_reseed: bad entropy length %d "
     99  1.7.2.2  yamt 		      " (expected %d)", (int)c->reseed.len, (int)sizeof(key));
    100  1.7.2.2  yamt 	}
    101  1.7.2.2  yamt 	if (nist_ctr_drbg_reseed(&c->drbg, c->reseed.data, c->reseed.len,
    102  1.7.2.2  yamt 				 &cc, sizeof(cc))) {
    103  1.7.2.2  yamt 		panic("cprng %s: nist_ctr_drbg_reseed failed.", c->name);
    104  1.7.2.2  yamt 	}
    105  1.7.2.2  yamt 	c->reseed_pending = 0;
    106  1.7.2.2  yamt 	if (c->flags & CPRNG_USE_CV) {
    107  1.7.2.2  yamt 		cv_broadcast(&c->cv);
    108  1.7.2.2  yamt 	}
    109  1.7.2.2  yamt 	selnotify(&c->selq, 0, 0);
    110  1.7.2.2  yamt 	mutex_exit(&c->mtx);
    111  1.7.2.2  yamt }
    112  1.7.2.2  yamt 
    113  1.7.2.2  yamt cprng_strong_t *
    114  1.7.2.2  yamt cprng_strong_create(const char *const name, int ipl, int flags)
    115  1.7.2.2  yamt {
    116  1.7.2.2  yamt 	cprng_strong_t *c;
    117  1.7.2.2  yamt 	uint8_t key[NIST_BLOCK_KEYLEN_BYTES];
    118  1.7.2.2  yamt 	int r, getmore = 0, hard = 0;
    119  1.7.2.2  yamt 	uint32_t cc;
    120  1.7.2.2  yamt 
    121  1.7.2.2  yamt 	c = kmem_alloc(sizeof(*c), KM_NOSLEEP);
    122  1.7.2.2  yamt 	if (c == NULL) {
    123  1.7.2.2  yamt 		return NULL;
    124  1.7.2.2  yamt 	}
    125  1.7.2.2  yamt 	c->flags = flags;
    126  1.7.2.2  yamt 	strlcpy(c->name, name, sizeof(c->name));
    127  1.7.2.2  yamt 	c->reseed_pending = 0;
    128  1.7.2.2  yamt 	c->reseed.cb = cprng_strong_reseed;
    129  1.7.2.2  yamt 	c->reseed.arg = c;
    130  1.7.2.2  yamt 	mutex_init(&c->reseed.mtx, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    131  1.7.2.2  yamt 	strlcpy(c->reseed.name, name, sizeof(c->reseed.name));
    132  1.7.2.2  yamt 
    133  1.7.2.2  yamt 	mutex_init(&c->mtx, MUTEX_DEFAULT, ipl);
    134  1.7.2.2  yamt 
    135  1.7.2.2  yamt 	if (c->flags & CPRNG_USE_CV) {
    136  1.7.2.2  yamt 		cv_init(&c->cv, name);
    137  1.7.2.2  yamt 	}
    138  1.7.2.2  yamt 
    139  1.7.2.2  yamt 	selinit(&c->selq);
    140  1.7.2.2  yamt 
    141  1.7.2.2  yamt 	r = rnd_extract_data(key, sizeof(key), RND_EXTRACT_GOOD);
    142  1.7.2.2  yamt 	if (r != sizeof(key)) {
    143  1.7.2.2  yamt 		if (c->flags & CPRNG_INIT_ANY) {
    144  1.7.2.2  yamt #ifdef DEBUG
    145  1.7.2.2  yamt 			printf("cprng %s: WARNING insufficient "
    146  1.7.2.2  yamt 			       "entropy at creation.\n", name);
    147  1.7.2.2  yamt #endif
    148  1.7.2.2  yamt 			rnd_extract_data(key + r, sizeof(key - r),
    149  1.7.2.2  yamt 					 RND_EXTRACT_ANY);
    150  1.7.2.2  yamt 		} else {
    151  1.7.2.2  yamt 			hard++;
    152  1.7.2.2  yamt 		}
    153  1.7.2.2  yamt 		getmore++;
    154  1.7.2.2  yamt 	}
    155  1.7.2.2  yamt 
    156  1.7.2.2  yamt 	if (nist_ctr_drbg_instantiate(&c->drbg, key, sizeof(key),
    157  1.7.2.2  yamt 				      &cc, sizeof(cc), name, strlen(name))) {
    158  1.7.2.2  yamt 		panic("cprng %s: instantiation failed.", name);
    159  1.7.2.2  yamt 	}
    160  1.7.2.2  yamt 
    161  1.7.2.2  yamt 	if (getmore) {
    162  1.7.2.2  yamt 		/* Cause readers to wait for rekeying. */
    163  1.7.2.2  yamt 		if (hard) {
    164  1.7.2.2  yamt 			c->drbg.reseed_counter =
    165  1.7.2.2  yamt 			    NIST_CTR_DRBG_RESEED_INTERVAL + 1;
    166  1.7.2.2  yamt 		} else {
    167  1.7.2.2  yamt 			c->drbg.reseed_counter =
    168  1.7.2.2  yamt 			    (NIST_CTR_DRBG_RESEED_INTERVAL / 2) + 1;
    169  1.7.2.2  yamt 		}
    170  1.7.2.2  yamt 	}
    171  1.7.2.2  yamt 	return c;
    172  1.7.2.2  yamt }
    173  1.7.2.2  yamt 
    174  1.7.2.2  yamt size_t
    175  1.7.2.2  yamt cprng_strong(cprng_strong_t *const c, void *const p, size_t len, int flags)
    176  1.7.2.2  yamt {
    177  1.7.2.2  yamt 	uint32_t cc = cprng_counter();
    178  1.7.2.2  yamt #ifdef DEBUG
    179  1.7.2.2  yamt 	int testfail = 0;
    180  1.7.2.2  yamt #endif
    181  1.7.2.2  yamt 	if (len > CPRNG_MAX_LEN) {	/* XXX should we loop? */
    182  1.7.2.2  yamt 		len = CPRNG_MAX_LEN;	/* let the caller loop if desired */
    183  1.7.2.2  yamt 	}
    184  1.7.2.2  yamt 	mutex_enter(&c->mtx);
    185  1.7.2.2  yamt 
    186  1.7.2.2  yamt 	if (nist_ctr_drbg_generate(&c->drbg, p, len, &cc, sizeof(cc))) {
    187  1.7.2.2  yamt 		/* A generator failure really means we hit the hard limit. */
    188  1.7.2.2  yamt 		if (c->flags & CPRNG_REKEY_ANY) {
    189  1.7.2.2  yamt 			uint8_t key[NIST_BLOCK_KEYLEN_BYTES];
    190  1.7.2.2  yamt 
    191  1.7.2.2  yamt  			printf("cprng %s: WARNING pseudorandom rekeying.\n",
    192  1.7.2.2  yamt 			       c->name);
    193  1.7.2.2  yamt                         rnd_extract_data(key, sizeof(key), RND_EXTRACT_ANY);
    194  1.7.2.2  yamt 			cc = cprng_counter();
    195  1.7.2.2  yamt 			if (nist_ctr_drbg_reseed(&c->drbg, key, sizeof(key),
    196  1.7.2.2  yamt 			    &cc, sizeof(cc))) {
    197  1.7.2.2  yamt 				panic("cprng %s: nist_ctr_drbg_reseed "
    198  1.7.2.2  yamt 				      "failed.", c->name);
    199  1.7.2.2  yamt 			}
    200  1.7.2.2  yamt 		} else {
    201  1.7.2.2  yamt 			if (!(flags & FNONBLOCK) &&
    202  1.7.2.2  yamt 			     (c->flags & CPRNG_USE_CV)) {
    203  1.7.2.2  yamt 				int wr;
    204  1.7.2.2  yamt 
    205  1.7.2.2  yamt 				cprng_strong_sched_reseed(c);
    206  1.7.2.2  yamt 				do {
    207  1.7.2.2  yamt 					wr = cv_wait_sig(&c->cv, &c->mtx);
    208  1.7.2.2  yamt 					if (wr == ERESTART) {
    209  1.7.2.2  yamt 						mutex_exit(&c->mtx);
    210  1.7.2.2  yamt 						return 0;
    211  1.7.2.2  yamt 					}
    212  1.7.2.2  yamt 				} while (nist_ctr_drbg_generate(&c->drbg, p,
    213  1.7.2.2  yamt 								len, &cc,
    214  1.7.2.2  yamt 								sizeof(cc)));
    215  1.7.2.2  yamt 			} else {
    216  1.7.2.2  yamt 				len = 0;
    217  1.7.2.2  yamt 			}
    218  1.7.2.2  yamt 		}
    219  1.7.2.2  yamt 	}
    220  1.7.2.2  yamt 
    221  1.7.2.2  yamt #ifdef DEBUG
    222  1.7.2.2  yamt 	/*
    223  1.7.2.2  yamt 	 * If the generator has just been keyed, perform
    224  1.7.2.2  yamt 	 * the statistical RNG test.
    225  1.7.2.2  yamt 	 */
    226  1.7.2.2  yamt 	if (__predict_false(c->drbg.reseed_counter == 1)) {
    227  1.7.2.2  yamt 		rngtest_t *rt = kmem_alloc(sizeof(*rt), KM_NOSLEEP);
    228  1.7.2.2  yamt 
    229  1.7.2.2  yamt 		if (rt) {
    230  1.7.2.2  yamt 
    231  1.7.2.2  yamt 			strncpy(rt->rt_name, c->name, sizeof(rt->rt_name));
    232  1.7.2.2  yamt 
    233  1.7.2.2  yamt 			if (nist_ctr_drbg_generate(&c->drbg, rt->rt_b,
    234  1.7.2.2  yamt 		  	    sizeof(rt->rt_b), NULL, 0)) {
    235  1.7.2.2  yamt 				panic("cprng %s: nist_ctr_drbg_generate "
    236  1.7.2.2  yamt 				      "failed!", c->name);
    237  1.7.2.2  yamt 
    238  1.7.2.2  yamt 			}
    239  1.7.2.2  yamt 			testfail = rngtest(rt);
    240  1.7.2.2  yamt 
    241  1.7.2.2  yamt 			if (testfail) {
    242  1.7.2.2  yamt 				printf("cprng %s: failed statistical RNG "
    243  1.7.2.2  yamt 				       "test.\n", c->name);
    244  1.7.2.2  yamt 				c->drbg.reseed_counter =
    245  1.7.2.2  yamt 				    NIST_CTR_DRBG_RESEED_INTERVAL + 1;
    246  1.7.2.2  yamt 				len = 0;
    247  1.7.2.2  yamt 			}
    248  1.7.2.2  yamt 			memset(rt, 0, sizeof(*rt));
    249  1.7.2.2  yamt 			kmem_free(rt, sizeof(*rt));
    250  1.7.2.2  yamt 		}
    251  1.7.2.2  yamt 	}
    252  1.7.2.2  yamt #endif
    253  1.7.2.2  yamt 	if (__predict_false(c->drbg.reseed_counter >
    254  1.7.2.2  yamt 			     (NIST_CTR_DRBG_RESEED_INTERVAL / 2))) {
    255  1.7.2.2  yamt 		cprng_strong_sched_reseed(c);
    256  1.7.2.2  yamt 	}
    257  1.7.2.2  yamt 
    258  1.7.2.2  yamt 	if (rnd_full) {
    259  1.7.2.2  yamt 		if (!c->rekeyed_on_full) {
    260  1.7.2.2  yamt 			c->rekeyed_on_full++;
    261  1.7.2.2  yamt 			cprng_strong_sched_reseed(c);
    262  1.7.2.2  yamt 		}
    263  1.7.2.2  yamt 	} else {
    264  1.7.2.2  yamt 		c->rekeyed_on_full = 0;
    265  1.7.2.2  yamt 	}
    266  1.7.2.2  yamt 
    267  1.7.2.2  yamt 	mutex_exit(&c->mtx);
    268  1.7.2.2  yamt 	return len;
    269  1.7.2.2  yamt }
    270  1.7.2.2  yamt 
    271  1.7.2.2  yamt void
    272  1.7.2.2  yamt cprng_strong_destroy(cprng_strong_t *c)
    273  1.7.2.2  yamt {
    274  1.7.2.2  yamt 	mutex_enter(&c->mtx);
    275  1.7.2.2  yamt 	mutex_spin_enter(&c->reseed.mtx);
    276  1.7.2.2  yamt 
    277  1.7.2.2  yamt 	if (c->flags & CPRNG_USE_CV) {
    278  1.7.2.2  yamt 		KASSERT(!cv_has_waiters(&c->cv));
    279  1.7.2.2  yamt 		cv_destroy(&c->cv);
    280  1.7.2.2  yamt 	}
    281  1.7.2.2  yamt 	seldestroy(&c->selq);
    282  1.7.2.2  yamt 
    283  1.7.2.2  yamt 	if (c->reseed_pending) {
    284  1.7.2.2  yamt 		rndsink_detach(&c->reseed);
    285  1.7.2.2  yamt 	}
    286  1.7.2.2  yamt 	mutex_spin_exit(&c->reseed.mtx);
    287  1.7.2.2  yamt 	mutex_destroy(&c->reseed.mtx);
    288  1.7.2.2  yamt 
    289  1.7.2.2  yamt 	nist_ctr_drbg_destroy(&c->drbg);
    290  1.7.2.2  yamt 
    291  1.7.2.2  yamt 	mutex_exit(&c->mtx);
    292  1.7.2.2  yamt 	mutex_destroy(&c->mtx);
    293  1.7.2.2  yamt 
    294  1.7.2.2  yamt 	memset(c, 0, sizeof(*c));
    295  1.7.2.2  yamt 	kmem_free(c, sizeof(*c));
    296  1.7.2.2  yamt }
    297  1.7.2.2  yamt 
    298  1.7.2.2  yamt int
    299  1.7.2.2  yamt cprng_strong_getflags(cprng_strong_t *const c)
    300  1.7.2.2  yamt {
    301  1.7.2.2  yamt 	KASSERT(mutex_owned(&c->mtx));
    302  1.7.2.2  yamt 	return c->flags;
    303  1.7.2.2  yamt }
    304  1.7.2.2  yamt 
    305  1.7.2.2  yamt void
    306  1.7.2.2  yamt cprng_strong_setflags(cprng_strong_t *const c, int flags)
    307  1.7.2.2  yamt {
    308  1.7.2.2  yamt 	KASSERT(mutex_owned(&c->mtx));
    309  1.7.2.2  yamt 	if (flags & CPRNG_USE_CV) {
    310  1.7.2.2  yamt 		if (!(c->flags & CPRNG_USE_CV)) {
    311  1.7.2.2  yamt 			cv_init(&c->cv, (const char *)c->name);
    312  1.7.2.2  yamt 		}
    313  1.7.2.2  yamt 	} else {
    314  1.7.2.2  yamt 		if (c->flags & CPRNG_USE_CV) {
    315  1.7.2.2  yamt 			KASSERT(!cv_has_waiters(&c->cv));
    316  1.7.2.2  yamt 			cv_destroy(&c->cv);
    317  1.7.2.2  yamt 		}
    318  1.7.2.2  yamt 	}
    319  1.7.2.2  yamt 	if (flags & CPRNG_REKEY_ANY) {
    320  1.7.2.2  yamt 		if (!(c->flags & CPRNG_REKEY_ANY)) {
    321  1.7.2.2  yamt 			if (c->flags & CPRNG_USE_CV) {
    322  1.7.2.2  yamt 				cv_broadcast(&c->cv);
    323  1.7.2.2  yamt 			}
    324  1.7.2.2  yamt 			selnotify(&c->selq, 0, 0);
    325  1.7.2.2  yamt 		}
    326  1.7.2.2  yamt 	}
    327  1.7.2.2  yamt 	c->flags = flags;
    328  1.7.2.2  yamt }
    329