266299d3bbbf414728085228f4f36ea986fa8150
[project/luci.git] / havege.c
1 /*
2  *  HAVEGE: HArdware Volatile Entropy Gathering and Expansion
3  *
4  *  Based on XySSL: Copyright (C) 2006-2008  Christophe Devine
5  *
6  *  Copyright (C) 2009  Paul Bakker <polarssl_maintainer at polarssl dot org>
7  *
8  *  All rights reserved.
9  *
10  *  Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  *  modification, are permitted provided that the following conditions
12  *  are met:
13  *  
14  *    * Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  *    * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *      documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  *    * Neither the names of PolarSSL or XySSL nor the names of its contributors
20  *      may be used to endorse or promote products derived from this software
21  *      without specific prior written permission.
22  *  
23  *  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
24  *  "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
25  *  LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
26  *  FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
27  *  OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
28  *  SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED
29  *  TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
30  *  PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
31  *  LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
32  *  NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
33  *  SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
34  */
35 /*
36  *  The HAVEGE RNG was designed by Andre Seznec in 2002.
37  *
38  *  http://www.irisa.fr/caps/projects/hipsor/publi.php
39  *
40  *  Contact: seznec(at)irisa_dot_fr - orocheco(at)irisa_dot_fr
41  */
42
43 #include <string.h>
44 #include <time.h>
45
46 #include "polarssl/config.h"
47
48 #if defined(POLARSSL_HAVEGE_C)
49
50 #include "polarssl/havege.h"
51 #include "polarssl/timing.h"
52
53 /* ------------------------------------------------------------------------
54  * On average, one iteration accesses two 8-word blocks in the havege WALK
55  * table, and generates 16 words in the RES array.
56  *
57  * The data read in the WALK table is updated and permuted after each use.
58  * The result of the hardware clock counter read is used  for this update.
59  *
60  * 25 conditional tests are present.  The conditional tests are grouped in
61  * two nested  groups of 12 conditional tests and 1 test that controls the
62  * permutation; on average, there should be 6 tests executed and 3 of them
63  * should be mispredicted.
64  * ------------------------------------------------------------------------
65  */
66
67 #define SWAP(X,Y) { int *T = X; X = Y; Y = T; }
68
69 #define TST1_ENTER if( PTEST & 1 ) { PTEST ^= 3; PTEST >>= 1;
70 #define TST2_ENTER if( PTEST & 1 ) { PTEST ^= 3; PTEST >>= 1;
71
72 #define TST1_LEAVE U1++; }
73 #define TST2_LEAVE U2++; }
74
75 #define ONE_ITERATION                                   \
76                                                         \
77     PTEST = PT1 >> 20;                                  \
78                                                         \
79     TST1_ENTER  TST1_ENTER  TST1_ENTER  TST1_ENTER      \
80     TST1_ENTER  TST1_ENTER  TST1_ENTER  TST1_ENTER      \
81     TST1_ENTER  TST1_ENTER  TST1_ENTER  TST1_ENTER      \
82                                                         \
83     TST1_LEAVE  TST1_LEAVE  TST1_LEAVE  TST1_LEAVE      \
84     TST1_LEAVE  TST1_LEAVE  TST1_LEAVE  TST1_LEAVE      \
85     TST1_LEAVE  TST1_LEAVE  TST1_LEAVE  TST1_LEAVE      \
86                                                         \
87     PTX = (PT1 >> 18) & 7;                              \
88     PT1 &= 0x1FFF;                                      \
89     PT2 &= 0x1FFF;                                      \
90     CLK = (int) hardclock();                            \
91                                                         \
92     i = 0;                                              \
93     A = &WALK[PT1    ]; RES[i++] ^= *A;                 \
94     B = &WALK[PT2    ]; RES[i++] ^= *B;                 \
95     C = &WALK[PT1 ^ 1]; RES[i++] ^= *C;                 \
96     D = &WALK[PT2 ^ 4]; RES[i++] ^= *D;                 \
97                                                         \
98     IN = (*A >> (1)) ^ (*A << (31)) ^ CLK;              \
99     *A = (*B >> (2)) ^ (*B << (30)) ^ CLK;              \
100     *B = IN ^ U1;                                       \
101     *C = (*C >> (3)) ^ (*C << (29)) ^ CLK;              \
102     *D = (*D >> (4)) ^ (*D << (28)) ^ CLK;              \
103                                                         \
104     A = &WALK[PT1 ^ 2]; RES[i++] ^= *A;                 \
105     B = &WALK[PT2 ^ 2]; RES[i++] ^= *B;                 \
106     C = &WALK[PT1 ^ 3]; RES[i++] ^= *C;                 \
107     D = &WALK[PT2 ^ 6]; RES[i++] ^= *D;                 \
108                                                         \
109     if( PTEST & 1 ) SWAP( A, C );                       \
110                                                         \
111     IN = (*A >> (5)) ^ (*A << (27)) ^ CLK;              \
112     *A = (*B >> (6)) ^ (*B << (26)) ^ CLK;              \
113     *B = IN; CLK = (int) hardclock();                   \
114     *C = (*C >> (7)) ^ (*C << (25)) ^ CLK;              \
115     *D = (*D >> (8)) ^ (*D << (24)) ^ CLK;              \
116                                                         \
117     A = &WALK[PT1 ^ 4];                                 \
118     B = &WALK[PT2 ^ 1];                                 \
119                                                         \
120     PTEST = PT2 >> 1;                                   \
121                                                         \
122     PT2 = (RES[(i - 8) ^ PTY] ^ WALK[PT2 ^ PTY ^ 7]);   \
123     PT2 = ((PT2 & 0x1FFF) & (~8)) ^ ((PT1 ^ 8) & 0x8);  \
124     PTY = (PT2 >> 10) & 7;                              \
125                                                         \
126     TST2_ENTER  TST2_ENTER  TST2_ENTER  TST2_ENTER      \
127     TST2_ENTER  TST2_ENTER  TST2_ENTER  TST2_ENTER      \
128     TST2_ENTER  TST2_ENTER  TST2_ENTER  TST2_ENTER      \
129                                                         \
130     TST2_LEAVE  TST2_LEAVE  TST2_LEAVE  TST2_LEAVE      \
131     TST2_LEAVE  TST2_LEAVE  TST2_LEAVE  TST2_LEAVE      \
132     TST2_LEAVE  TST2_LEAVE  TST2_LEAVE  TST2_LEAVE      \
133                                                         \
134     C = &WALK[PT1 ^ 5];                                 \
135     D = &WALK[PT2 ^ 5];                                 \
136                                                         \
137     RES[i++] ^= *A;                                     \
138     RES[i++] ^= *B;                                     \
139     RES[i++] ^= *C;                                     \
140     RES[i++] ^= *D;                                     \
141                                                         \
142     IN = (*A >> ( 9)) ^ (*A << (23)) ^ CLK;             \
143     *A = (*B >> (10)) ^ (*B << (22)) ^ CLK;             \
144     *B = IN ^ U2;                                       \
145     *C = (*C >> (11)) ^ (*C << (21)) ^ CLK;             \
146     *D = (*D >> (12)) ^ (*D << (20)) ^ CLK;             \
147                                                         \
148     A = &WALK[PT1 ^ 6]; RES[i++] ^= *A;                 \
149     B = &WALK[PT2 ^ 3]; RES[i++] ^= *B;                 \
150     C = &WALK[PT1 ^ 7]; RES[i++] ^= *C;                 \
151     D = &WALK[PT2 ^ 7]; RES[i++] ^= *D;                 \
152                                                         \
153     IN = (*A >> (13)) ^ (*A << (19)) ^ CLK;             \
154     *A = (*B >> (14)) ^ (*B << (18)) ^ CLK;             \
155     *B = IN;                                            \
156     *C = (*C >> (15)) ^ (*C << (17)) ^ CLK;             \
157     *D = (*D >> (16)) ^ (*D << (16)) ^ CLK;             \
158                                                         \
159     PT1 = ( RES[(i - 8) ^ PTX] ^                        \
160             WALK[PT1 ^ PTX ^ 7] ) & (~1);               \
161     PT1 ^= (PT2 ^ 0x10) & 0x10;                         \
162                                                         \
163     for( n++, i = 0; i < 16; i++ )                      \
164         hs->pool[n % COLLECT_SIZE] ^= RES[i];
165
166 /*
167  * Entropy gathering function
168  */
169 static void havege_fill( havege_state *hs )
170 {
171     int i, n = 0;
172     int  U1,  U2, *A, *B, *C, *D;
173     int PT1, PT2, *WALK, RES[16];
174     int PTX, PTY, CLK, PTEST, IN;
175
176     WALK = hs->WALK;
177     PT1  = hs->PT1;
178     PT2  = hs->PT2;
179
180     PTX  = U1 = 0;
181     PTY  = U2 = 0;
182
183     memset( RES, 0, sizeof( RES ) );
184
185     while( n < COLLECT_SIZE * 4 )
186     {
187         ONE_ITERATION
188         ONE_ITERATION
189         ONE_ITERATION
190         ONE_ITERATION
191     }
192
193     hs->PT1 = PT1;
194     hs->PT2 = PT2;
195
196     hs->offset[0] = 0;
197     hs->offset[1] = COLLECT_SIZE / 2;
198 }
199
200 /*
201  * HAVEGE initialization
202  */
203 void havege_init( havege_state *hs )
204 {
205     memset( hs, 0, sizeof( havege_state ) );
206
207     havege_fill( hs );
208 }
209
210 /*
211  * HAVEGE rand function
212  */
213 int havege_rand( void *p_rng )
214 {
215     int ret;
216     havege_state *hs = (havege_state *) p_rng;
217
218     if( hs->offset[1] >= COLLECT_SIZE )
219         havege_fill( hs );
220
221     ret  = hs->pool[hs->offset[0]++];
222     ret ^= hs->pool[hs->offset[1]++];
223
224     return( ret );
225 }
226
227 #if defined(POLARSSL_RAND_TEST)
228
229 #include <stdio.h>
230
231 int main( int argc, char *argv[] )
232 {
233     FILE *f;
234     time_t t;
235     int i, j, k;
236     havege_state hs;
237     unsigned char buf[1024];
238
239     if( argc < 2 )
240     {
241         fprintf( stderr, "usage: %s <output filename>\n", argv[0] );
242         return( 1 );
243     }
244
245     if( ( f = fopen( argv[1], "wb+" ) ) == NULL )
246     {
247         printf( "failed to open '%s' for writing.\n", argv[0] );
248         return( 1 );
249     }
250
251     havege_init( &hs );
252
253     t = time( NULL );
254
255     for( i = 0, k = 32768; i < k; i++ )
256     {
257         for( j = 0; j < sizeof( buf ); j++ )
258             buf[j] = havege_rand( &hs );
259
260         fwrite( buf, sizeof( buf ), 1, f );
261
262         printf( "Generating 32Mb of data in file '%s'... %04.1f" \
263                 "%% done\r", argv[1], (100 * (float) (i + 1)) / k );
264         fflush( stdout );
265     }
266
267     if( t == time( NULL ) )
268         t--;
269
270     fclose( f );
271     return( 0 );
272 }
273
274 #endif
275
276 #endif