]> git.ipfire.org Git - thirdparty/ipxe.git/commitdiff
[rng] Add RTC-based entropy source
authorMichael Brown <mcb30@ipxe.org>
Sun, 19 Feb 2012 22:24:42 +0000 (22:24 +0000)
committerMichael Brown <mcb30@ipxe.org>
Tue, 28 Feb 2012 11:18:48 +0000 (11:18 +0000)
The RTC-based entropy source uses the nanosecond-scale CPU TSC to
measure the time between two 1kHz interrupts generated by the CMOS
RTC.  In a physical machine these clocks are driven from independent
crystals, resulting in some observable clock drift.  In a virtual
machine, the CMOS RTC is typically emulated using host-OS
constructions such as SIGALRM.

Signed-off-by: Michael Brown <mcb30@ipxe.org>
src/arch/i386/include/bits/entropy.h
src/arch/i386/include/ipxe/rtc_entropy.h [new file with mode: 0644]
src/arch/i386/interface/pcbios/rtc_entropy.c [new file with mode: 0644]
src/config/defaults/pcbios.h

index db8ba18e01f66cd1a3beeef3d9337e598b6028cf..6dcceec6d6be7c76983516217b0035aa0c8b26e7 100644 (file)
@@ -9,4 +9,6 @@
 
 FILE_LICENCE ( GPL2_OR_LATER );
 
+#include <ipxe/rtc_entropy.h>
+
 #endif /* _BITS_ENTROPY_H */
diff --git a/src/arch/i386/include/ipxe/rtc_entropy.h b/src/arch/i386/include/ipxe/rtc_entropy.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6c3cf21
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,62 @@
+#ifndef _IPXE_RTC_ENTROPY_H
+#define _IPXE_RTC_ENTROPY_H
+
+/** @file
+ *
+ * RTC-based entropy source
+ *
+ */
+
+FILE_LICENCE ( GPL2_OR_LATER );
+
+#include <stdint.h>
+
+#ifdef ENTROPY_RTC
+#define ENTROPY_PREFIX_rtc
+#else
+#define ENTROPY_PREFIX_rtc __rtc_
+#endif
+
+/**
+ * min-entropy per sample
+ *
+ * @ret min_entropy    min-entropy of each sample
+ */
+static inline __always_inline double
+ENTROPY_INLINE ( rtc, min_entropy_per_sample ) ( void ) {
+
+       /* The min-entropy has been measured on several platforms
+        * using the entropy_sample test code.  Modelling the samples
+        * as independent, and using a confidence level of 99.99%, the
+        * measurements were as follows:
+        *
+        *    qemu-kvm          : 7.38 bits
+        *    VMware            : 7.46 bits
+        *    Physical hardware : 2.67 bits
+        *
+        * We choose the lowest of these (2.67 bits) and apply a 50%
+        * safety margin to allow for some potential non-independence
+        * of samples.
+        */
+       return 1.3;
+}
+
+extern uint8_t rtc_sample ( void );
+
+/**
+ * Get noise sample
+ *
+ * @ret noise          Noise sample
+ * @ret rc             Return status code
+ */
+static inline __always_inline int
+ENTROPY_INLINE ( rtc, get_noise ) ( noise_sample_t *noise ) {
+
+       /* Get sample */
+       *noise = rtc_sample();
+
+       /* Always successful */
+       return 0;
+}
+
+#endif /* _IPXE_RTC_ENTROPY_H */
diff --git a/src/arch/i386/interface/pcbios/rtc_entropy.c b/src/arch/i386/interface/pcbios/rtc_entropy.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0318965
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,233 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2012 Michael Brown <mbrown@fensystems.co.uk>.
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or
+ * modify it under the terms of the GNU General Public License as
+ * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+ * License, or any later version.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
+ * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+ * General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with this program; if not, write to the Free Software
+ * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
+ */
+
+FILE_LICENCE ( GPL2_OR_LATER );
+
+/** @file
+ *
+ * RTC-based entropy source
+ *
+ * The CMOS/RTC registers are documented (with varying degrees of
+ * accuracy and consistency) at
+ *
+ *    http://www.nondot.org/sabre/os/files/MiscHW/RealtimeClockFAQ.txt
+ *    http://wiki.osdev.org/RTC
+ *    http://wiki.osdev.org/CMOS
+ */
+
+#include <stdint.h>
+#include <string.h>
+#include <biosint.h>
+#include <pic8259.h>
+#include <ipxe/entropy.h>
+
+/** RTC IRQ */
+#define RTC_IRQ 8
+
+/** RTC interrupt vector */
+#define RTC_INT IRQ_INT ( RTC_IRQ )
+
+/** CMOS/RTC address (and NMI) register */
+#define CMOS_ADDRESS 0x70
+
+/** NMI disable bit */
+#define CMOS_DISABLE_NMI 0x80
+
+/** CMOS/RTC data register */
+#define CMOS_DATA 0x71
+
+/** RTC status register A */
+#define RTC_STATUS_A 0x0a
+
+/** RTC status register B */
+#define RTC_STATUS_B 0x0b
+
+/** RTC Periodic Interrupt Enabled bit */
+#define RTC_STATUS_B_PIE 0x40
+
+/** RTC status register C */
+#define RTC_STATUS_C 0x0c
+
+/** RTC status register D */
+#define RTC_STATUS_D 0x0d
+
+/** CMOS default address */
+#define CMOS_DEFAULT_ADDRESS RTC_STATUS_D
+
+/** RTC "interrupt triggered" flag */
+static uint8_t __text16 ( rtc_flag );
+#define rtc_flag __use_text16 ( rtc_flag )
+
+/** RTC interrupt handler */
+extern void rtc_isr ( void );
+
+/** Previous RTC interrupt handler */
+static struct segoff rtc_old_handler;
+
+/**
+ * Hook RTC interrupt handler
+ *
+ */
+static void rtc_hook_isr ( void ) {
+
+       /* RTC interrupt handler */
+       __asm__ __volatile__ (
+               TEXT16_CODE ( "\nrtc_isr:\n\t"
+                             /* Preserve registers */
+                             "pushw %%ax\n\t"
+                             /* Set "interrupt triggered" flag */
+                             "cs movb $0x01, %c0\n\t"
+                             /* Read RTC status register C to
+                              * acknowledge interrupt
+                              */
+                             "movb %3, %%al\n\t"
+                             "outb %%al, %1\n\t"
+                             "inb %2\n\t"
+                             /* Send EOI */
+                             "movb $0x20, %%al\n\t"
+                             "outb %%al, $0xa0\n\t"
+                             "outb %%al, $0x20\n\t"
+                             /* Restore registers and return */
+                             "popw %%ax\n\t"
+                             "iret\n\t" )
+               :
+               : "p" ( __from_text16 ( &rtc_flag ) ),
+                 "i" ( CMOS_ADDRESS ), "i" ( CMOS_DATA ),
+                 "i" ( RTC_STATUS_C ) );
+
+       hook_bios_interrupt ( RTC_INT, ( unsigned int ) rtc_isr,
+                             &rtc_old_handler );
+}
+
+/**
+ * Unhook RTC interrupt handler
+ *
+ */
+static void rtc_unhook_isr ( void ) {
+       int rc;
+
+       rc = unhook_bios_interrupt ( RTC_INT, ( unsigned int ) rtc_isr,
+                                    &rtc_old_handler );
+       assert ( rc == 0 ); /* Should always be able to unhook */
+}
+
+/**
+ * Enable RTC interrupts
+ *
+ */
+static void rtc_enable_int ( void ) {
+       uint8_t status_b;
+
+       /* Set Periodic Interrupt Enable bit in status register B */
+       outb ( ( RTC_STATUS_B | CMOS_DISABLE_NMI ), CMOS_ADDRESS );
+       status_b = inb ( CMOS_DATA );
+       outb ( ( RTC_STATUS_B | CMOS_DISABLE_NMI ), CMOS_ADDRESS );
+       outb ( ( status_b | RTC_STATUS_B_PIE ), CMOS_DATA );
+
+       /* Re-enable NMI and reset to default address */
+       outb ( CMOS_DEFAULT_ADDRESS, CMOS_ADDRESS );
+       inb ( CMOS_DATA ); /* Discard; may be needed on some platforms */
+}
+
+/**
+ * Disable RTC interrupts
+ *
+ */
+static void rtc_disable_int ( void ) {
+       uint8_t status_b;
+
+       /* Clear Periodic Interrupt Enable bit in status register B */
+       outb ( ( RTC_STATUS_B | CMOS_DISABLE_NMI ), CMOS_ADDRESS );
+       status_b = inb ( CMOS_DATA );
+       outb ( ( RTC_STATUS_B | CMOS_DISABLE_NMI ), CMOS_ADDRESS );
+       outb ( ( status_b & ~RTC_STATUS_B_PIE ), CMOS_DATA );
+
+       /* Re-enable NMI and reset to default address */
+       outb ( CMOS_DEFAULT_ADDRESS, CMOS_ADDRESS );
+       inb ( CMOS_DATA ); /* Discard; may be needed on some platforms */
+}
+
+/**
+ * Enable entropy gathering
+ *
+ */
+static void rtc_entropy_enable ( void ) {
+
+       rtc_hook_isr();
+       enable_irq ( RTC_IRQ );
+       rtc_enable_int();
+}
+
+/**
+ * Disable entropy gathering
+ *
+ */
+static void rtc_entropy_disable ( void ) {
+
+       rtc_disable_int();
+       disable_irq ( RTC_IRQ );
+       rtc_unhook_isr();
+}
+
+/**
+ * Measure a single RTC tick
+ *
+ * @ret delta          Length of RTC tick (in TSC units)
+ */
+uint8_t rtc_sample ( void ) {
+       uint32_t before;
+       uint32_t after;
+       uint32_t temp;
+
+       __asm__ __volatile__ (
+               REAL_CODE ( /* Enable interrupts */
+                           "sti\n\t"
+                           /* Wait for RTC interrupt */
+                           "cs movb %b2, %c4\n\t"
+                           "\n1:\n\t"
+                           "cs xchgb %b2, %c4\n\t" /* Serialize */
+                           "testb %b2, %b2\n\t"
+                           "jz 1b\n\t"
+                           /* Read "before" TSC */
+                           "rdtsc\n\t"
+                           /* Store "before" TSC on stack */
+                           "pushl %0\n\t"
+                           /* Wait for another RTC interrupt */
+                           "xorb %b2, %b2\n\t"
+                           "cs movb %b2, %c4\n\t"
+                           "\n1:\n\t"
+                           "cs xchgb %b2, %c4\n\t" /* Serialize */
+                           "testb %b2, %b2\n\t"
+                           "jz 1b\n\t"
+                           /* Read "after" TSC */
+                           "rdtsc\n\t"
+                           /* Retrieve "before" TSC on stack */
+                           "popl %1\n\t"
+                           /* Disable interrupts */
+                           "cli\n\t"
+                           )
+               : "=a" ( after ), "=d" ( before ), "=q" ( temp )
+               : "2" ( 0 ), "p" ( __from_text16 ( &rtc_flag ) ) );
+
+       return ( after - before );
+}
+
+PROVIDE_ENTROPY_INLINE ( rtc, min_entropy_per_sample );
+PROVIDE_ENTROPY ( rtc, entropy_enable, rtc_entropy_enable );
+PROVIDE_ENTROPY ( rtc, entropy_disable, rtc_entropy_disable );
+PROVIDE_ENTROPY_INLINE ( rtc, get_noise );
index fb44d0e1615b10fa3f3d20484a79b0d63241b428..17e6ef63653fceda98410e8a230b1ca1977df725 100644 (file)
@@ -18,7 +18,7 @@ FILE_LICENCE ( GPL2_OR_LATER );
 #define UMALLOC_MEMTOP
 #define SMBIOS_PCBIOS
 #define SANBOOT_PCBIOS
-#define ENTROPY_NULL
+#define ENTROPY_RTC
 
 #define        IMAGE_ELF               /* ELF image support */
 #define        IMAGE_MULTIBOOT         /* MultiBoot image support */