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 <machine/pcb.h>
  39
  40 #include <dev/random/randomdev.h>
  41
  42 #define RANDOM_BLOCK_SIZE       256
  43 #define CIPHER_BLOCK_SIZE       16
  44
  45 static void random_nehemiah_init(void);
  46 static void random_nehemiah_deinit(void);
  47 static int random_nehemiah_read(void *, int);
  48
  49 struct random_systat random_nehemiah = {
  50         .ident = "Hardware, VIA Nehemiah",
  51         .init = random_nehemiah_init,
  52         .deinit = random_nehemiah_deinit,
  53         .read = random_nehemiah_read,
  54         .write = (random_write_func_t *)random_null_func,
  55         .reseed = (random_reseed_func_t *)random_null_func,
  56         .seeded = 1,
  57 };
  58
  59 union VIA_ACE_CW {
  60         uint64_t raw;
  61         struct {
  62                 u_int round_count : 4;
  63                 u_int algorithm_type : 3;
  64                 u_int key_generation_type : 1;
  65                 u_int intermediate : 1;
  66                 u_int decrypt : 1;
  67                 u_int key_size : 2;
  68                 u_int filler0 : 20;
  69                 u_int filler1 : 32;
  70                 u_int filler2 : 32;
  71                 u_int filler3 : 32;
  72         } field;
  73 };
  74
  75 /* The extra 7 is to allow an 8-byte write on the last byte of the
  76  * arrays.  The ACE wants the AES data 16-byte/128-bit aligned, and
  77  * it _always_ writes n*64 bits. The RNG does not care about alignment,
  78  * and it always writes n*32 bits or n*64 bits.
  79  */
  80 static uint8_t key[CIPHER_BLOCK_SIZE+7] __aligned(16);
  81 static uint8_t iv[CIPHER_BLOCK_SIZE+7]  __aligned(16);
  82 static uint8_t in[RANDOM_BLOCK_SIZE+7]  __aligned(16);
  83 static uint8_t out[RANDOM_BLOCK_SIZE+7] __aligned(16);
  84
  85 static union VIA_ACE_CW acw             __aligned(16);
  86
  87 static struct fpu_kern_ctx fpu_ctx_save;
  88
  89 static struct mtx random_nehemiah_mtx;
  90
  91 /* ARGSUSED */
  92 static __inline size_t
  93 VIA_RNG_store(void *buf)
  94 {
  95 #ifdef __GNUCLIKE_ASM
  96         uint32_t retval = 0;
  97         uint32_t rate = 0;
  98
  99         /* The .byte line is really VIA C3 "xstore" instruction */
 100         __asm __volatile(
 101                 "movl   $0,%%edx                \n\t"
 102                 ".byte  0x0f, 0xa7, 0xc0"
 103                         : "=a" (retval), "+d" (rate), "+D" (buf)
 104                         :
 105                         : "memory"
 106         );
 107         if (rate == 0)
 108                 return (retval&0x1f);
 109 #endif
 110         return (0);
 111 }
 112
 113 /* ARGSUSED */
 114 static __inline void
 115 VIA_ACE_cbc(void *in, void *out, size_t count, void *key, union VIA_ACE_CW *cw, void *iv)
 116 {
 117 #ifdef __GNUCLIKE_ASM
 118         /* The .byte line is really VIA C3 "xcrypt-cbc" instruction */
 119         __asm __volatile(
 120                 "pushf                          \n\t"
 121                 "popf                           \n\t"
 122                 "rep                            \n\t"
 123                 ".byte  0x0f, 0xa7, 0xc8"
 124                         : "+a" (iv), "+c" (count), "+D" (out), "+S" (in)
 125                         : "b" (key), "d" (cw)
 126                         : "cc", "memory"
 127                 );
 128 #endif
 129 }
 130
 131 static void
 132 random_nehemiah_init(void)
 133 {
 134         acw.raw = 0ULL;
 135         acw.field.round_count = 12;
 136
 137         mtx_init(&random_nehemiah_mtx, "random nehemiah", NULL, MTX_DEF);
 138 }
 139
 140 void
 141 random_nehemiah_deinit(void)
 142 {
 143         mtx_destroy(&random_nehemiah_mtx);
 144 }
 145
 146 static int
 147 random_nehemiah_read(void *buf, int c)
 148 {
 149         int i, error;
 150         size_t count, ret;
 151         uint8_t *p;
 152
 153         mtx_lock(&random_nehemiah_mtx);
 154         error = fpu_kern_enter(curthread, &fpu_ctx_save, FPU_KERN_NORMAL);
 155         if (error != 0) {
 156                 mtx_unlock(&random_nehemiah_mtx);
 157                 return (0);
 158         }
 159
 160         /* Get a random AES key */
 161         count = 0;
 162         p = key;
 163         do {
 164                 ret = VIA_RNG_store(p);
 165                 p += ret;
 166                 count += ret;
 167         } while (count < CIPHER_BLOCK_SIZE);
 168
 169         /* Get a random AES IV */
 170         count = 0;
 171         p = iv;
 172         do {
 173                 ret = VIA_RNG_store(p);
 174                 p += ret;
 175                 count += ret;
 176         } while (count < CIPHER_BLOCK_SIZE);
 177
 178         /* Get a block of random bytes */
 179         count = 0;
 180         p = in;
 181         do {
 182                 ret = VIA_RNG_store(p);
 183                 p += ret;
 184                 count += ret;
 185         } while (count < RANDOM_BLOCK_SIZE);
 186
 187         /* This is a Davies-Meyer hash of the most paranoid variety; the
 188          * key, IV and the data are all read directly from the hardware RNG.
 189          * All of these are used precisely once.
 190          */
 191         VIA_ACE_cbc(in, out, RANDOM_BLOCK_SIZE/CIPHER_BLOCK_SIZE,
 192             key, &acw, iv);
 193         for (i = 0; i < RANDOM_BLOCK_SIZE; i++)
 194                 out[i] ^= in[i];
 195
 196         c = MIN(RANDOM_BLOCK_SIZE, c);
 197         memcpy(buf, out, (size_t)c);
 198
 199         fpu_kern_leave(curthread, &fpu_ctx_save);
 200         mtx_unlock(&random_nehemiah_mtx);
 201         return (c);
 202 }