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 "opt_cpu.h"
  32
  33 #ifdef PADLOCK_RNG
  34
  35 #include <sys/param.h>
  36 #include <sys/time.h>
  37 #include <sys/lock.h>
  38 #include <sys/mutex.h>
  39 #include <sys/selinfo.h>
  40 #include <sys/systm.h>
  41
  42 #include <machine/pcb.h>
  43
  44 #include <dev/random/randomdev.h>
  45
  46 #define RANDOM_BLOCK_SIZE       256
  47 #define CIPHER_BLOCK_SIZE       16
  48
  49 static void random_nehemiah_init(void);
  50 static void random_nehemiah_deinit(void);
  51 static int random_nehemiah_read(void *, int);
  52
  53 struct random_systat random_nehemiah = {
  54         .ident = "Hardware, VIA Nehemiah",
  55         .init = random_nehemiah_init,
  56         .deinit = random_nehemiah_deinit,
  57         .read = random_nehemiah_read,
  58         .write = (random_write_func_t *)random_null_func,
  59         .reseed = (random_reseed_func_t *)random_null_func,
  60         .seeded = 1,
  61 };
  62
  63 union VIA_ACE_CW {
  64         uint64_t raw;
  65         struct {
  66                 u_int round_count : 4;
  67                 u_int algorithm_type : 3;
  68                 u_int key_generation_type : 1;
  69                 u_int intermediate : 1;
  70                 u_int decrypt : 1;
  71                 u_int key_size : 2;
  72                 u_int filler0 : 20;
  73                 u_int filler1 : 32;
  74                 u_int filler2 : 32;
  75                 u_int filler3 : 32;
  76         } field;
  77 };
  78
  79 /* The extra 7 is to allow an 8-byte write on the last byte of the
  80  * arrays.  The ACE wants the AES data 16-byte/128-bit aligned, and
  81  * it _always_ writes n*64 bits. The RNG does not care about alignment,
  82  * and it always writes n*32 bits or n*64 bits.
  83  */
  84 static uint8_t key[CIPHER_BLOCK_SIZE+7] __aligned(16);
  85 static uint8_t iv[CIPHER_BLOCK_SIZE+7]  __aligned(16);
  86 static uint8_t in[RANDOM_BLOCK_SIZE+7]  __aligned(16);
  87 static uint8_t out[RANDOM_BLOCK_SIZE+7] __aligned(16);
  88
  89 static union VIA_ACE_CW acw             __aligned(16);
  90
  91 static struct fpu_kern_ctx *fpu_ctx_save;
  92
  93 static struct mtx random_nehemiah_mtx;
  94
  95 /* ARGSUSED */
  96 static __inline size_t
  97 VIA_RNG_store(void *buf)
  98 {
  99 #ifdef __GNUCLIKE_ASM
 100         uint32_t retval = 0;
 101         uint32_t rate = 0;
 102
 103         /* The .byte line is really VIA C3 "xstore" instruction */
 104         __asm __volatile(
 105                 "movl   $0,%%edx                \n\t"
 106                 ".byte  0x0f, 0xa7, 0xc0"
 107                         : "=a" (retval), "+d" (rate), "+D" (buf)
 108                         :
 109                         : "memory"
 110         );
 111         if (rate == 0)
 112                 return (retval&0x1f);
 113 #endif
 114         return (0);
 115 }
 116
 117 /* ARGSUSED */
 118 static __inline void
 119 VIA_ACE_cbc(void *in, void *out, size_t count, void *key, union VIA_ACE_CW *cw, void *iv)
 120 {
 121 #ifdef __GNUCLIKE_ASM
 122         /* The .byte line is really VIA C3 "xcrypt-cbc" instruction */
 123         __asm __volatile(
 124                 "pushf                          \n\t"
 125                 "popf                           \n\t"
 126                 "rep                            \n\t"
 127                 ".byte  0x0f, 0xa7, 0xc8"
 128                         : "+a" (iv), "+c" (count), "+D" (out), "+S" (in)
 129                         : "b" (key), "d" (cw)
 130                         : "cc", "memory"
 131                 );
 132 #endif
 133 }
 134
 135 static void
 136 random_nehemiah_init(void)
 137 {
 138         acw.raw = 0ULL;
 139         acw.field.round_count = 12;
 140
 141         mtx_init(&random_nehemiah_mtx, "random nehemiah", NULL, MTX_DEF);
 142         fpu_ctx_save = fpu_kern_alloc_ctx(FPU_KERN_NORMAL);
 143 }
 144
 145 void
 146 random_nehemiah_deinit(void)
 147 {
 148
 149         fpu_kern_free_ctx(fpu_ctx_save);
 150         mtx_destroy(&random_nehemiah_mtx);
 151 }
 152
 153 static int
 154 random_nehemiah_read(void *buf, int c)
 155 {
 156         int i, error;
 157         size_t count, ret;
 158         uint8_t *p;
 159
 160         mtx_lock(&random_nehemiah_mtx);
 161         error = fpu_kern_enter(curthread, fpu_ctx_save, FPU_KERN_NORMAL);
 162         if (error != 0) {
 163                 mtx_unlock(&random_nehemiah_mtx);
 164                 return (0);
 165         }
 166
 167         /* Get a random AES key */
 168         count = 0;
 169         p = key;
 170         do {
 171                 ret = VIA_RNG_store(p);
 172                 p += ret;
 173                 count += ret;
 174         } while (count < CIPHER_BLOCK_SIZE);
 175
 176         /* Get a random AES IV */
 177         count = 0;
 178         p = iv;
 179         do {
 180                 ret = VIA_RNG_store(p);
 181                 p += ret;
 182                 count += ret;
 183         } while (count < CIPHER_BLOCK_SIZE);
 184
 185         /* Get a block of random bytes */
 186         count = 0;
 187         p = in;
 188         do {
 189                 ret = VIA_RNG_store(p);
 190                 p += ret;
 191                 count += ret;
 192         } while (count < RANDOM_BLOCK_SIZE);
 193
 194         /* This is a Davies-Meyer hash of the most paranoid variety; the
 195          * key, IV and the data are all read directly from the hardware RNG.
 196          * All of these are used precisely once.
 197          */
 198         VIA_ACE_cbc(in, out, RANDOM_BLOCK_SIZE/CIPHER_BLOCK_SIZE,
 199             key, &acw, iv);
 200         for (i = 0; i < RANDOM_BLOCK_SIZE; i++)
 201                 out[i] ^= in[i];
 202
 203         c = MIN(RANDOM_BLOCK_SIZE, c);
 204         memcpy(buf, out, (size_t)c);
 205
 206         fpu_kern_leave(curthread, fpu_ctx_save);
 207         mtx_unlock(&random_nehemiah_mtx);
 208         return (c);
 209 }
 210
 211 #endif