sys/kern/kern_nrandom.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2004-2014 The DragonFly Project. All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   6  * by Alex Hornung <alex@alexhornung.com>
   7  * by Robin J Carey
   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, this list of conditions, and the following disclaimer,
  14  *    without modification, immediately at the beginning of the file.
  15  * 2. The name of the author may not be used to endorse or promote products
  16  *    derived from this software without specific prior written permission.
  17  *
  18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  19  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  20  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  21  * ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR
  22  * ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  23  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  24  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  25  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  26  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  27  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  28  * SUCH DAMAGE.
  29  */
  30 /*                         --- NOTES ---
  31  *
  32  * Note: The word "entropy" is often incorrectly used to describe
  33  * random data. The word "entropy" originates from the science of
  34  * Physics. The correct descriptive definition would be something
  35  * along the lines of "seed", "unpredictable numbers" or
  36  * "unpredictable data".
  37  *
  38  * Note: Some /dev/[u]random implementations save "seed" between
  39  * boots which represents a security hazard since an adversary
  40  * could acquire this data (since it is stored in a file). If
  41  * the unpredictable data used in the above routines is only
  42  * generated during Kernel operation, then an adversary can only
  43  * acquire that data through a Kernel security compromise and/or
  44  * a cryptographic algorithm failure/cryptanalysis.
  45  *
  46  * Note: On FreeBSD-4.11, interrupts have to be manually enabled
  47  * using the rndcontrol(8) command.
  48  *
  49  *              --- DESIGN (FreeBSD-4.11 based) ---
  50  *
  51  *   The rnddev module automatically initializes itself the first time
  52  * it is used (client calls any public rnddev_*() interface routine).
  53  * Both CSPRNGs are initially seeded from the precise nano[up]time() routines.
  54  * Tests show this method produces good enough results, suitable for intended
  55  * use. It is necessary for both CSPRNGs to be completely seeded, initially.
  56  *
  57  *   After initialization and during Kernel operation the only suitable
  58  * unpredictable data available is:
  59  *
  60  *      (1) Keyboard scan-codes.
  61  *      (2) Nanouptime acquired by a Keyboard/Read-Event.
  62  *      (3) Suitable interrupt source; hard-disk/ATA-device.
  63  *
  64  *      (X) Mouse-event (xyz-data unsuitable); NOT IMPLEMENTED.
  65  *
  66  *   This data is added to both CSPRNGs in real-time as it happens/
  67  * becomes-available. Additionally, unpredictable (?) data may be
  68  * acquired from a true-random number generator if such a device is
  69  * available to the system (not advisable !).
  70  *   Nanouptime() acquired by a Read-Event is a very important aspect of
  71  * this design, since it ensures that unpredictable data is added to
  72  * the CSPRNGs even if there are no other sources.
  73  *   The nanouptime() Kernel routine is used since time relative to
  74  * boot is less adversary-known than time itself.
  75  *
  76  *   This design has been thoroughly tested with debug logging
  77  * and the output from both /dev/random and /dev/urandom has
  78  * been tested with the DIEHARD test-suite; both pass.
  79  *
  80  * MODIFICATIONS MADE TO ORIGINAL "kern_random.c":
  81  *
  82  * 6th July 2005:
  83  *
  84  * o Changed ReadSeed() function to schedule future read-seed-events
  85  *   by at least one second. Previous implementation used a randomised
  86  *   scheduling { 0, 1, 2, 3 seconds }.
  87  * o Changed SEED_NANOUP() function to use a "previous" accumulator
  88  *   algorithm similar to ReadSeed(). This ensures that there is no
  89  *   way that an adversary can tell what number is being added to the
  90  *   CSPRNGs, since the number added to the CSPRNGs at Event-Time is
  91  *   the sum of nanouptime()@Event and an unknown/secret number.
  92  * o Changed rnddev_add_interrupt() function to schedule future
  93  *   interrupt-events by at least one second. Previous implementation
  94  *   had no scheduling algorithm which allowed an "interrupt storm"
  95  *   to occur resulting in skewed data entering into the CSPRNGs.
  96  *
  97  *
  98  * 9th July 2005:
  99  *
 100  * o Some small cleanups and change all internal functions to be
 101  *   static/private.
 102  * o Removed ReadSeed() since its functionality is already performed
 103  *   by another function { rnddev_add_interrupt_OR_read() } and remove
 104  *   the silly rndByte accumulator/feedback-thing (since multipying by
 105  *   rndByte could yield a value of 0).
 106  * o Made IBAA/L14 public interface become static/private;
 107  *   Local to this file (not changed to that in the original C modules).
 108  *
 109  * 16th July 2005:
 110  *
 111  * o SEED_NANOUP() -> NANOUP_EVENT() function rename.
 112  * o Make NANOUP_EVENT() handle the time-buffering directly so that all
 113  *   time-stamp-events use this single time-buffer (including keyboard).
 114  *   This removes dependancy on "time_second" Kernel variable.
 115  * o Removed second-time-buffer code in rnddev_add_interrupt_OR_read (void).
 116  * o Rewrote the time-buffering algorithm in NANOUP_EVENT() to use a
 117  *   randomised time-delay range.
 118  *
 119  * 12th Dec 2005:
 120  *
 121  * o Updated to (hopefully final) L15 algorithm.
 122  *
 123  * 12th June 2006:
 124  *
 125  * o Added missing (u_char *) cast in RnddevRead() function.
 126  * o Changed copyright to 3-clause BSD license and cleaned up the layout
 127  *   of this file.
 128  *
 129  * For a proper changelog, refer to the version control history of this
 130  * file.
 131  */
 132
 133 #include <sys/types.h>
 134 #include <sys/kernel.h>
 135 #include <sys/systm.h>
 136 #include <sys/poll.h>
 137 #include <sys/event.h>
 138 #include <sys/random.h>
 139 #include <sys/systimer.h>
 140 #include <sys/time.h>
 141 #include <sys/proc.h>
 142 #include <sys/lock.h>
 143 #include <sys/sysctl.h>
 144 #include <sys/spinlock.h>
 145 #include <sys/csprng.h>
 146 #include <machine/atomic.h>
 147 #include <machine/clock.h>
 148
 149 #include <sys/spinlock2.h>
 150
 151 struct csprng_state csprng_state;
 152
 153 /*
 154  * Portability note: The u_char/unsigned char type is used where
 155  * uint8_t from <stdint.h> or u_int8_t from <sys/types.h> should really
 156  * be being used. On FreeBSD, it is safe to make the assumption that these
 157  * different types are equivalent (on all architectures).
 158  * The FreeBSD <sys/crypto/rc4> module also makes this assumption.
 159  */
 160
 161 /*------------------------------ IBAA ----------------------------------*/
 162
 163 /*-------------------------- IBAA CSPRNG -------------------------------*/
 164
 165 /*
 166  * NOTE: The original source code from which this source code (IBAA)
 167  *       was taken has no copyright/license. The algorithm has no patent
 168  *       and is freely/publicly available from:
 169  *
 170  *           http://www.burtleburtle.net/bob/rand/isaac.html
 171  */
 172
 173 /*
 174  * ^ means XOR, & means bitwise AND, a<<b means shift a by b.
 175  * barrel(a) shifts a 19 bits to the left, and bits wrap around
 176  * ind(x) is (x AND 255), or (x mod 256)
 177  */
 178 typedef u_int32_t       u4;   /* unsigned four bytes, 32 bits */
 179
 180 #define ALPHA           (8)
 181 #define SIZE            (1 << ALPHA)
 182 #define MASK            (SIZE - 1)
 183 #define ind(x)          ((x) & (SIZE - 1))
 184 #define barrel(a)       (((a) << 20) ^ ((a) >> 12))  /* beta=32,shift=20 */
 185
 186 static void IBAA
 187 (
 188         u4 *m,          /* Memory: array of SIZE ALPHA-bit terms */
 189         u4 *r,          /* Results: the sequence, same size as m */
 190         u4 *aa,         /* Accumulator: a single value */
 191         u4 *bb,         /* the previous result */
 192         u4 *counter     /* counter */
 193 )
 194 {
 195         u4 a, b, x, y, i;
 196
 197         a = *aa;
 198         b = *bb + *counter;
 199         ++*counter;
 200         for (i = 0; i < SIZE; ++i) {
 201                 x = m[i];
 202                 a = barrel(a) + m[ind(i + (SIZE / 2))]; /* set a */
 203                 m[i] = y = m[ind(x)] + a + b;           /* set m */
 204                 r[i] = b = m[ind(y >> ALPHA)] + x;      /* set r */
 205         }
 206         *bb = b; *aa = a;
 207 }
 208
 209 /*-------------------------- IBAA CSPRNG -------------------------------*/
 210
 211
 212 static u4       IBAA_memory[SIZE];
 213 static u4       IBAA_results[SIZE];
 214 static u4       IBAA_aa;
 215 static u4       IBAA_bb;
 216 static u4       IBAA_counter;
 217
 218 static volatile int IBAA_byte_index;
 219
 220
 221 static void     IBAA_Init(void);
 222 static void     IBAA_Call(void);
 223 static void     IBAA_Seed(const u_int32_t val);
 224 static u_char   IBAA_Byte(void);
 225
 226 /*
 227  * Initialize IBAA.
 228  */
 229 static void
 230 IBAA_Init(void)
 231 {
 232         size_t  i;
 233
 234         for (i = 0; i < SIZE; ++i) {
 235                 IBAA_memory[i] = i;
 236         }
 237         IBAA_aa = IBAA_bb = 0;
 238         IBAA_counter = 0;
 239         IBAA_byte_index = sizeof(IBAA_results); /* force IBAA_Call() */
 240 }
 241
 242 /*
 243  * PRIVATE: Call IBAA to produce 256 32-bit u4 results.
 244  */
 245 static void
 246 IBAA_Call (void)
 247 {
 248         IBAA(IBAA_memory, IBAA_results, &IBAA_aa, &IBAA_bb, &IBAA_counter);
 249         IBAA_byte_index = 0;
 250 }
 251
 252 /*
 253  * Add a 32-bit u4 seed value into IBAAs memory.  Mix the low 4 bits
 254  * with 4 bits of PNG data to reduce the possibility of a seeding-based
 255  * attack.
 256  */
 257 static void
 258 IBAA_Seed (const u_int32_t val)
 259 {
 260         static int memIndex;
 261         u4 *iptr;
 262
 263         iptr = &IBAA_memory[memIndex & MASK];
 264         *iptr = ((*iptr << 3) | (*iptr >> 29)) + (val ^ (IBAA_Byte() & 15));
 265         ++memIndex;
 266 }
 267
 268 static void
 269 IBAA_Vector (const char *buf, int bytes)
 270 {
 271         int i;
 272
 273         while (bytes >= sizeof(int)) {
 274                 IBAA_Seed(*(const int *)buf);
 275                 buf += sizeof(int);
 276                 bytes -= sizeof(int);
 277         }
 278
 279         /*
 280          * Warm up the generator to get rid of weak initial states.
 281          */
 282         for (i = 0; i < 10; ++i)
 283                 IBAA_Call();
 284 }
 285
 286 /*
 287  * Extract a byte from IBAAs 256 32-bit u4 results array.
 288  *
 289  * NOTE: This code is designed to prevent MP races from taking
 290  * IBAA_byte_index out of bounds.
 291  */
 292 static u_char
 293 IBAA_Byte(void)
 294 {
 295         u_char result;
 296         int index;
 297
 298         index = IBAA_byte_index;
 299         if (index == sizeof(IBAA_results)) {
 300                 IBAA_Call();
 301                 index = 0;
 302         }
 303         result = ((u_char *)IBAA_results)[index];
 304         IBAA_byte_index = index + 1;
 305         return result;
 306 }
 307
 308 /*------------------------------ IBAA ----------------------------------*/
 309
 310
 311 /*------------------------------- L15 ----------------------------------*/
 312
 313 /*
 314  * IMPORTANT NOTE: LByteType must be exactly 8-bits in size or this software
 315  * will not function correctly.
 316  */
 317 typedef unsigned char   LByteType;
 318
 319 #define L15_STATE_SIZE  256
 320
 321 static LByteType        L15_x, L15_y;
 322 static LByteType        L15_start_x;
 323 static LByteType        L15_state[L15_STATE_SIZE];
 324
 325 /*
 326  * PRIVATE FUNCS:
 327  */
 328
 329 static void             L15_Swap(const LByteType pos1, const LByteType pos2);
 330 static void             L15_InitState(void);
 331 static void             L15_KSA(const LByteType * const key,
 332                                 const size_t keyLen);
 333 static void             L15_Discard(const LByteType numCalls);
 334
 335 /*
 336  * PUBLIC INTERFACE:
 337  */
 338 static void             L15(const LByteType * const key, const size_t keyLen);
 339 static LByteType        L15_Byte(void);
 340 static void             L15_Vector(const LByteType * const key,
 341                                 const size_t keyLen);
 342
 343 static __inline void
 344 L15_Swap(const LByteType pos1, const LByteType pos2)
 345 {
 346         const LByteType save1 = L15_state[pos1];
 347
 348         L15_state[pos1] = L15_state[pos2];
 349         L15_state[pos2] = save1;
 350 }
 351
 352 static void
 353 L15_InitState (void)
 354 {
 355         size_t i;
 356         for (i = 0; i < L15_STATE_SIZE; ++i)
 357                 L15_state[i] = i;
 358 }
 359
 360 #define  L_SCHEDULE(xx)                                         \
 361                                                                 \
 362 for (i = 0; i < L15_STATE_SIZE; ++i) {                          \
 363     L15_Swap(i, (stateIndex += (L15_state[i] + (xx))));         \
 364 }
 365
 366 static void
 367 L15_KSA (const LByteType * const key, const size_t keyLen)
 368 {
 369         size_t  i, keyIndex;
 370         static LByteType stateIndex = 0;
 371
 372         for (keyIndex = 0; keyIndex < keyLen; ++keyIndex) {
 373                 L_SCHEDULE(key[keyIndex]);
 374         }
 375         L_SCHEDULE(keyLen);
 376 }
 377
 378 static void
 379 L15_Discard(const LByteType numCalls)
 380 {
 381         LByteType i;
 382         for (i = 0; i < numCalls; ++i) {
 383                 (void)L15_Byte();
 384         }
 385 }
 386
 387
 388 /*
 389  * PUBLIC INTERFACE:
 390  */
 391 static void
 392 L15(const LByteType * const key, const size_t keyLen)
 393 {
 394         L15_x = L15_start_x = 0;
 395         L15_y = L15_STATE_SIZE - 1;
 396         L15_InitState();
 397         L15_KSA(key, keyLen);
 398         L15_Discard(L15_Byte());
 399 }
 400
 401 static LByteType
 402 L15_Byte(void)
 403 {
 404         LByteType z;
 405
 406         L15_Swap(L15_state[L15_x], L15_y);
 407         z = (L15_state [L15_x++] + L15_state[L15_y--]);
 408         if (L15_x == L15_start_x) {
 409                 --L15_y;
 410         }
 411         return (L15_state[z]);
 412 }
 413
 414 static void
 415 L15_Vector (const LByteType * const key, const size_t keyLen)
 416 {
 417         L15_KSA(key, keyLen);
 418 }
 419
 420 /*------------------------------- L15 ----------------------------------*/
 421
 422 /************************************************************************
 423  *                              KERNEL INTERFACE                        *
 424  ************************************************************************
 425  *
 426  * By Robin J Carey, Matthew Dillon and Alex Hornung.
 427  */
 428
 429 static int rand_thread_value;
 430 static void NANOUP_EVENT(void);
 431 static thread_t rand_td;
 432 static struct spinlock rand_spin;
 433
 434 static int sysctl_kern_random(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 435
 436 static int nrandevents;
 437 static int rand_mode = 2;
 438 static struct systimer systimer_rand;
 439
 440 static int sysctl_kern_rand_mode(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 441
 442 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, nrandevents, CTLFLAG_RD, &nrandevents, 0, "");
 443 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, random, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_ANYBODY, 0, 0,
 444                 sysctl_kern_random, "I", "Acquire random data");
 445 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, rand_mode, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW, NULL, 0,
 446     sysctl_kern_rand_mode, "A", "RNG mode (csprng, ibaa or mixed)");
 447
 448
 449 /*
 450  * Called from early boot (pre-SMP)
 451  */
 452 void
 453 rand_initialize(void)
 454 {
 455         struct timespec now;
 456         int i;
 457
 458         csprng_init(&csprng_state);
 459 #if 0
 460         /*
 461          * XXX: we do the reseeding when someone uses the RNG instead
 462          * of regularly using init_reseed (which initializes a callout)
 463          * to avoid unnecessary and regular reseeding.
 464          */
 465         csprng_init_reseed(&csprng_state);
 466 #endif
 467
 468
 469         spin_init(&rand_spin, "randinit");
 470
 471         /* Initialize IBAA. */
 472         IBAA_Init();
 473
 474         /* Initialize L15. */
 475         nanouptime(&now);
 476         L15((const LByteType *)&now.tv_nsec, sizeof(now.tv_nsec));
 477         for (i = 0; i < (SIZE / 2); ++i) {
 478                 nanotime(&now);
 479                 add_buffer_randomness_src((const uint8_t *)&now.tv_nsec,
 480                     sizeof(now.tv_nsec), RAND_SRC_TIMING);
 481                 nanouptime(&now);
 482                 add_buffer_randomness_src((const uint8_t *)&now.tv_nsec,
 483                     sizeof(now.tv_nsec), RAND_SRC_TIMING);
 484         }
 485
 486         /*
 487          * Warm up the generator to get rid of weak initial states.
 488          */
 489         for (i = 0; i < 10; ++i)
 490                 IBAA_Call();
 491 }
 492
 493 /*
 494  * Keyboard events
 495  */
 496 void
 497 add_keyboard_randomness(u_char scancode)
 498 {
 499         spin_lock(&rand_spin);
 500         L15_Vector((const LByteType *) &scancode, sizeof (scancode));
 501         spin_unlock(&rand_spin);
 502         add_interrupt_randomness(0);
 503 }
 504
 505 /*
 506  * Interrupt events.  This is SMP safe and allowed to race.
 507  *
 508  * This adjusts rand_thread_value which will be incorporated into the next
 509  * time-buffered seed.  It does not effect the seeding period per-say.
 510  */
 511 void
 512 add_interrupt_randomness(int intr)
 513 {
 514         if (tsc_present) {
 515                 rand_thread_value = (rand_thread_value << 4) ^ 1 ^
 516                 ((int)rdtsc() % 151);
 517         }
 518         ++rand_thread_value;                            /* ~1 bit */
 519 }
 520
 521 /*
 522  * True random number source
 523  */
 524 int
 525 add_buffer_randomness(const char *buf, int bytes)
 526 {
 527         spin_lock(&rand_spin);
 528         L15_Vector((const LByteType *)buf, bytes);
 529         IBAA_Vector(buf, bytes);
 530         spin_unlock(&rand_spin);
 531
 532         atomic_add_int(&nrandevents, 1);
 533
 534         csprng_add_entropy(&csprng_state, RAND_SRC_UNKNOWN,
 535             (const uint8_t *)buf, bytes, 0);
 536
 537         return 0;
 538 }
 539
 540
 541 int
 542 add_buffer_randomness_src(const char *buf, int bytes, int srcid)
 543 {
 544         spin_lock(&rand_spin);
 545         L15_Vector((const LByteType *)buf, bytes);
 546         IBAA_Vector(buf, bytes);
 547         spin_unlock(&rand_spin);
 548
 549         atomic_add_int(&nrandevents, 1);
 550
 551         csprng_add_entropy(&csprng_state, srcid & 0xff,
 552             (const uint8_t *)buf, bytes, 0);
 553
 554         return 0;
 555 }
 556
 557
 558 /*
 559  * Kqueue filter (always succeeds)
 560  */
 561 int
 562 random_filter_read(struct knote *kn, long hint)
 563 {
 564         return (1);
 565 }
 566
 567 /*
 568  * Heavy weight random number generator.  May return less then the
 569  * requested number of bytes.
 570  *
 571  * Instead of stopping early,
 572  */
 573 u_int
 574 read_random(void *buf, u_int nbytes)
 575 {
 576         int i, j;
 577
 578         if (rand_mode == 0) {
 579                 /* Only use CSPRNG */
 580                 i = csprng_get_random(&csprng_state, buf, nbytes, 0);
 581         } else if (rand_mode == 1) {
 582                 /* Only use IBAA */
 583                 spin_lock(&rand_spin);
 584                 for (i = 0; i < nbytes; i++)
 585                         ((u_char *)buf)[i] = IBAA_Byte();
 586                 spin_unlock(&rand_spin);
 587         } else {
 588                 /* Mix both CSPRNG and IBAA */
 589                 i = csprng_get_random(&csprng_state, buf, nbytes, 0);
 590                 spin_lock(&rand_spin);
 591                 for (j = 0; j < i; j++)
 592                         ((u_char *)buf)[j] ^= IBAA_Byte();
 593                 spin_unlock(&rand_spin);
 594         }
 595
 596         add_interrupt_randomness(0);
 597         return (i > 0) ? i : 0;
 598 }
 599
 600 /*
 601  * Heavy weight random number generator.  Must return the requested
 602  * number of bytes.
 603  */
 604 u_int
 605 read_random_unlimited(void *buf, u_int nbytes)
 606 {
 607         u_int i;
 608
 609         spin_lock(&rand_spin);
 610         for (i = 0; i < nbytes; ++i)
 611                 ((u_char *)buf)[i] = IBAA_Byte();
 612         spin_unlock(&rand_spin);
 613         add_interrupt_randomness(0);
 614         return (i);
 615 }
 616
 617 /*
 618  * Read random data via sysctl().
 619  */
 620 static
 621 int
 622 sysctl_kern_random(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 623 {
 624         char buf[64];
 625         size_t n;
 626         size_t r;
 627         int error = 0;
 628
 629         n = req->oldlen;
 630         if (n > 1024 * 1024)
 631                 n = 1024 * 1024;
 632         while (n > 0) {
 633                 if ((r = n) > sizeof(buf))
 634                         r = sizeof(buf);
 635                 read_random_unlimited(buf, r);
 636                 error = SYSCTL_OUT(req, buf, r);
 637                 if (error)
 638                         break;
 639                 n -= r;
 640         }
 641         return(error);
 642 }
 643
 644 /*
 645  * Change the random mode via sysctl().
 646  */
 647 static
 648 const char *
 649 rand_mode_to_str(int mode)
 650 {
 651         switch (mode) {
 652         case 0:
 653                 return "csprng";
 654         case 1:
 655                 return "ibaa";
 656         case 2:
 657                 return "mixed";
 658         default:
 659                 return "unknown";
 660         }
 661 }
 662
 663 static
 664 int
 665 sysctl_kern_rand_mode(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 666 {
 667         char mode[32];
 668         int error;
 669
 670         strncpy(mode, rand_mode_to_str(rand_mode), sizeof(mode)-1);
 671         error = sysctl_handle_string(oidp, mode, sizeof(mode), req);
 672         if (error || req->newptr == NULL)
 673             return error;
 674
 675         if ((strncmp(mode, "csprng", sizeof(mode))) == 0)
 676                 rand_mode = 0;
 677         else if ((strncmp(mode, "ibaa", sizeof(mode))) == 0)
 678                 rand_mode = 1;
 679         else if ((strncmp(mode, "mixed", sizeof(mode))) == 0)
 680                 rand_mode = 2;
 681         else
 682                 error = EINVAL;
 683
 684         return error;
 685 }
 686
 687 /*
 688  * Random number generator helper thread.  This limits code overhead from
 689  * high frequency events by delaying the clearing of rand_thread_value.
 690  *
 691  * This is a time-buffered loop, with a randomizing delay.  Note that interrupt
 692  * entropy does not cause the thread to wakeup any faster, but does improve the
 693  * quality of the entropy produced.
 694  */
 695 static
 696 void
 697 rand_thread_loop(void *dummy)
 698 {
 699         int64_t count;
 700
 701         for (;;) {
 702                 /*
 703                  * Generate entropy.
 704                  */
 705                 NANOUP_EVENT();
 706                 spin_lock(&rand_spin);
 707                 count = (uint8_t)L15_Byte();
 708                 spin_unlock(&rand_spin);
 709
 710                 /*
 711                  * Calculate 1/10 of a second to 2/10 of a second, fine-grained
 712                  * using a L15_Byte() feedback.
 713                  *
 714                  * Go faster in the first 1200 seconds after boot.  This effects
 715                  * the time-after-next interrupt (pipeline delay).
 716                  */
 717                 count = sys_cputimer->freq * (count + 256) / (256 * 10);
 718                 if (time_uptime < 120)
 719                         count = count / 10 + 1;
 720                 systimer_rand.periodic = count;
 721
 722                 tsleep(rand_td, 0, "rwait", 0);
 723         }
 724 }
 725
 726 /*
 727  * Systimer trigger - fine-grained random trigger
 728  */
 729 static
 730 void
 731 rand_thread_wakeup(struct systimer *timer, int in_ipi, struct intrframe *frame)
 732 {
 733         wakeup(rand_td);
 734 }
 735
 736 static
 737 void
 738 rand_thread_init(void)
 739 {
 740         systimer_init_periodic_nq(&systimer_rand, rand_thread_wakeup, NULL, 25);
 741         lwkt_create(rand_thread_loop, NULL, &rand_td, NULL, 0, 0, "random");
 742 }
 743
 744 SYSINIT(rand, SI_SUB_HELPER_THREADS, SI_ORDER_ANY, rand_thread_init, 0);
 745
 746 /*
 747  * Caller is time-buffered.  Incorporate any accumulated interrupt randomness
 748  * as well as the high frequency bits of the TSC.
 749  *
 750  * A delta nanoseconds value is used to remove absolute time from the generated
 751  * entropy.  Even though we are pushing 32 bits, this entropy is probably only
 752  * good for one or two bits without any interrupt sources, and possibly 8 bits with.
 753  */
 754 static void
 755 NANOUP_EVENT(void)
 756 {
 757         static struct timespec  last;
 758         struct timespec         now;
 759         int                     nsec;
 760
 761         /*
 762          * Delta nanoseconds since last event
 763          */
 764         nanouptime(&now);
 765         nsec = now.tv_nsec - last.tv_nsec;
 766         last = now;
 767
 768         /*
 769          * Interrupt randomness.
 770          */
 771         nsec ^= rand_thread_value;
 772
 773         /*
 774          * The TSC, if present, generally has an even higher
 775          * resolution.  Integrate a portion of it into our seed.
 776          */
 777         if (tsc_present)
 778                 nsec ^= (rdtsc() & 255) << 8;
 779
 780         /*
 781          * Ok.
 782          */
 783
 784         add_buffer_randomness_src((const uint8_t *)&nsec, sizeof(nsec), RAND_SRC_INTR);
 785 }
 786