sys/dev/random/nehemiah.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2004 Mark R V Murray
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer
  10  *    in this position and unchanged.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  25  *
  26  */
  27
  28 #include <sys/cdefs.h>
  29 __FBSDID("$FreeBSD$");
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <sys/time.h>
  33 #include <sys/lock.h>
  34 #include <sys/mutex.h>
  35 #include <sys/selinfo.h>
  36 #include <sys/systm.h>
  37
  38 #include <dev/random/randomdev.h>
  39
  40 #define RANDOM_BLOCK_SIZE       256
  41 #define CIPHER_BLOCK_SIZE       16
  42
  43 static void random_nehemiah_init(void);
  44 static void random_nehemiah_deinit(void);
  45 static int random_nehemiah_read(void *, int);
  46
  47 struct random_systat random_nehemiah = {
  48         .ident = "Hardware, VIA Nehemiah",
  49         .init = random_nehemiah_init,
  50         .deinit = random_nehemiah_deinit,
  51         .read = random_nehemiah_read,
  52         .write = (random_write_func_t *)random_null_func,
  53         .reseed = (random_reseed_func_t *)random_null_func,
  54         .seeded = 1,
  55 };
  56
  57 union VIA_ACE_CW {
  58         uint64_t raw;
  59         struct {
  60                 u_int round_count : 4;
  61                 u_int algorithm_type : 3;
  62                 u_int key_generation_type : 1;
  63                 u_int intermediate : 1;
  64                 u_int decrypt : 1;
  65                 u_int key_size : 2;
  66                 u_int filler0 : 20;
  67                 u_int filler1 : 32;
  68                 u_int filler2 : 32;
  69                 u_int filler3 : 32;
  70         } field;
  71 };
  72
  73 /* The extra 7 is to allow an 8-byte write on the last byte of the
  74  * arrays.  The ACE wants the AES data 16-byte/128-bit aligned, and
  75  * it _always_ writes n*64 bits. The RNG does not care about alignment,
  76  * and it always writes n*32 bits or n*64 bits.
  77  */
  78 static uint8_t key[CIPHER_BLOCK_SIZE+7] __aligned(16);
  79 static uint8_t iv[CIPHER_BLOCK_SIZE+7]  __aligned(16);
  80 static uint8_t in[RANDOM_BLOCK_SIZE+7]  __aligned(16);
  81 static uint8_t out[RANDOM_BLOCK_SIZE+7] __aligned(16);
  82
  83 static union VIA_ACE_CW acw             __aligned(16);
  84
  85 static struct mtx random_nehemiah_mtx;
  86
  87 /* ARGSUSED */
  88 static __inline size_t
  89 VIA_RNG_store(void *buf)
  90 {
  91 #ifdef __GNUCLIKE_ASM
  92         uint32_t retval = 0;
  93         uint32_t rate = 0;
  94
  95         /* The .byte line is really VIA C3 "xstore" instruction */
  96         __asm __volatile(
  97                 "movl   $0,%%edx                \n\t"
  98                 ".byte  0x0f, 0xa7, 0xc0"
  99                         : "=a" (retval), "+d" (rate), "+D" (buf)
 100                         :
 101                         : "memory"
 102         );
 103         if (rate == 0)
 104                 return (retval&0x1f);
 105 #endif
 106         return (0);
 107 }
 108
 109 /* ARGSUSED */
 110 static __inline void
 111 VIA_ACE_cbc(void *in, void *out, size_t count, void *key, union VIA_ACE_CW *cw, void *iv)
 112 {
 113 #ifdef __GNUCLIKE_ASM
 114         /* The .byte line is really VIA C3 "xcrypt-cbc" instruction */
 115         __asm __volatile(
 116                 "pushf                          \n\t"
 117                 "popf                           \n\t"
 118                 "rep                            \n\t"
 119                 ".byte  0x0f, 0xa7, 0xc8"
 120                         : "+a" (iv), "+c" (count), "+D" (out), "+S" (in)
 121                         : "b" (key), "d" (cw)
 122                         : "cc", "memory"
 123                 );
 124 #endif
 125 }
 126
 127 static void
 128 random_nehemiah_init(void)
 129 {
 130         acw.raw = 0ULL;
 131         acw.field.round_count = 12;
 132
 133         mtx_init(&random_nehemiah_mtx, "random nehemiah", NULL, MTX_DEF);
 134 }
 135
 136 void
 137 random_nehemiah_deinit(void)
 138 {
 139         mtx_destroy(&random_nehemiah_mtx);
 140 }
 141
 142 static int
 143 random_nehemiah_read(void *buf, int c)
 144 {
 145         int i;
 146         size_t count, ret;
 147         uint8_t *p;
 148
 149         mtx_lock(&random_nehemiah_mtx);
 150
 151         /* Get a random AES key */
 152         count = 0;
 153         p = key;
 154         do {
 155                 ret = VIA_RNG_store(p);
 156                 p += ret;
 157                 count += ret;
 158         } while (count < CIPHER_BLOCK_SIZE);
 159
 160         /* Get a random AES IV */
 161         count = 0;
 162         p = iv;
 163         do {
 164                 ret = VIA_RNG_store(p);
 165                 p += ret;
 166                 count += ret;
 167         } while (count < CIPHER_BLOCK_SIZE);
 168
 169         /* Get a block of random bytes */
 170         count = 0;
 171         p = in;
 172         do {
 173                 ret = VIA_RNG_store(p);
 174                 p += ret;
 175                 count += ret;
 176         } while (count < RANDOM_BLOCK_SIZE);
 177
 178         /* This is a Davies-Meyer hash of the most paranoid variety; the
 179          * key, IV and the data are all read directly from the hardware RNG.
 180          * All of these are used precisely once.
 181          */
 182         VIA_ACE_cbc(in, out, RANDOM_BLOCK_SIZE/CIPHER_BLOCK_SIZE,
 183             key, &acw, iv);
 184         for (i = 0; i < RANDOM_BLOCK_SIZE; i++)
 185                 out[i] ^= in[i];
 186
 187         c = MIN(RANDOM_BLOCK_SIZE, c);
 188         memcpy(buf, out, (size_t)c);
 189
 190         mtx_unlock(&random_nehemiah_mtx);
 191         return (c);
 192 }