crypto/gcm.c

   1 /*
   2  * GCM: Galois/Counter Mode.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2007 Nokia Siemens Networks - Mikko Herranen <mh1@iki.fi>
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   7  * under the terms of the GNU General Public License version 2 as published
   8  * by the Free Software Foundation.
   9  */
  10
  11 #include <crypto/algapi.h>
  12 #include <crypto/gf128mul.h>
  13 #include <linux/err.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/module.h>
  17 #include <linux/slab.h>
  18
  19 #include "scatterwalk.h"
  20
  21 struct gcm_instance_ctx {
  22         struct crypto_spawn ctr;
  23 };
  24
  25 struct crypto_gcm_ctx {
  26         struct crypto_ablkcipher *ctr;
  27         struct gf128mul_4k *gf128;
  28 };
  29
  30 struct crypto_gcm_ghash_ctx {
  31         u32 bytes;
  32         u32 flags;
  33         struct gf128mul_4k *gf128;
  34         u8 buffer[16];
  35 };
  36
  37 struct crypto_gcm_req_priv_ctx {
  38         u8 auth_tag[16];
  39         u8 counter[16];
  40         struct crypto_gcm_ghash_ctx ghash;
  41 };
  42
  43 static void crypto_gcm_ghash_init(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx, u32 flags,
  44                                   struct gf128mul_4k *gf128)
  45 {
  46         ctx->bytes = 0;
  47         ctx->flags = flags;
  48         ctx->gf128 = gf128;
  49         memset(ctx->buffer, 0, 16);
  50 }
  51
  52 static void crypto_gcm_ghash_update(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
  53                                     const u8 *src, unsigned int srclen)
  54 {
  55         u8 *dst = ctx->buffer;
  56
  57         if (ctx->bytes) {
  58                 int n = min(srclen, ctx->bytes);
  59                 u8 *pos = dst + (16 - ctx->bytes);
  60
  61                 ctx->bytes -= n;
  62                 srclen -= n;
  63
  64                 while (n--)
  65                         *pos++ ^= *src++;
  66
  67                 if (!ctx->bytes)
  68                         gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
  69         }
  70
  71         while (srclen >= 16) {
  72                 crypto_xor(dst, src, 16);
  73                 gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
  74                 src += 16;
  75                 srclen -= 16;
  76         }
  77
  78         if (srclen) {
  79                 ctx->bytes = 16 - srclen;
  80                 while (srclen--)
  81                         *dst++ ^= *src++;
  82         }
  83 }
  84
  85 static void crypto_gcm_ghash_update_sg(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
  86                                        struct scatterlist *sg, int len)
  87 {
  88         struct scatter_walk walk;
  89         u8 *src;
  90         int n;
  91
  92         scatterwalk_start(&walk, sg);
  93
  94         while (len) {
  95                 n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
  96
  97                 if (!n) {
  98                         scatterwalk_start(&walk, sg_next(walk.sg));
  99                         n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 100                 }
 101
 102                 src = scatterwalk_map(&walk, 0);
 103
 104                 crypto_gcm_ghash_update(ctx, src, n);
 105                 len -= n;
 106
 107                 scatterwalk_unmap(src, 0);
 108                 scatterwalk_advance(&walk, n);
 109                 scatterwalk_done(&walk, 0, len);
 110                 if (len)
 111                         crypto_yield(ctx->flags);
 112         }
 113 }
 114
 115 static void crypto_gcm_ghash_flush(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx)
 116 {
 117         u8 *dst = ctx->buffer;
 118
 119         if (ctx->bytes) {
 120                 u8 *tmp = dst + (16 - ctx->bytes);
 121
 122                 while (ctx->bytes--)
 123                         *tmp++ ^= 0;
 124
 125                 gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
 126         }
 127
 128         ctx->bytes = 0;
 129 }
 130
 131 static void crypto_gcm_ghash_final_xor(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
 132                                        unsigned int authlen,
 133                                        unsigned int cryptlen, u8 *dst)
 134 {
 135         u8 *buf = ctx->buffer;
 136         u128 lengths;
 137
 138         lengths.a = cpu_to_be64(authlen * 8);
 139         lengths.b = cpu_to_be64(cryptlen * 8);
 140
 141         crypto_gcm_ghash_flush(ctx);
 142         crypto_xor(buf, (u8 *)&lengths, 16);
 143         gf128mul_4k_lle((be128 *)buf, ctx->gf128);
 144         crypto_xor(dst, buf, 16);
 145 }
 146
 147 static inline void crypto_gcm_set_counter(u8 *counterblock, u32 value)
 148 {
 149         *((u32 *)&counterblock[12]) = cpu_to_be32(value);
 150 }
 151
 152 static int crypto_gcm_encrypt_counter(struct crypto_aead *aead, u8 *block,
 153                                        u32 value, const u8 *iv)
 154 {
 155         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 156         struct crypto_ablkcipher *ctr = ctx->ctr;
 157         struct ablkcipher_request req;
 158         struct scatterlist sg;
 159         u8 counterblock[16];
 160
 161         if (iv == NULL)
 162                 memset(counterblock, 0, 12);
 163         else
 164                 memcpy(counterblock, iv, 12);
 165
 166         crypto_gcm_set_counter(counterblock, value);
 167
 168         sg_init_one(&sg, block, 16);
 169         ablkcipher_request_set_tfm(&req, ctr);
 170         ablkcipher_request_set_crypt(&req, &sg, &sg, 16, counterblock);
 171         ablkcipher_request_set_callback(&req, 0, NULL, NULL);
 172         memset(block, 0, 16);
 173         return crypto_ablkcipher_encrypt(&req);
 174 }
 175
 176 static int crypto_gcm_setkey(struct crypto_aead *aead, const u8 *key,
 177                              unsigned int keylen)
 178 {
 179         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 180         struct crypto_ablkcipher *ctr = ctx->ctr;
 181         int alignmask = crypto_ablkcipher_alignmask(ctr);
 182         u8 alignbuf[16+alignmask];
 183         u8 *hash = (u8 *)ALIGN((unsigned long)alignbuf, alignmask+1);
 184         int err = 0;
 185
 186         crypto_ablkcipher_clear_flags(ctr, CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
 187         crypto_ablkcipher_set_flags(ctr, crypto_aead_get_flags(aead) &
 188                                    CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
 189
 190         err = crypto_ablkcipher_setkey(ctr, key, keylen);
 191         if (err)
 192                 goto out;
 193
 194         crypto_aead_set_flags(aead, crypto_ablkcipher_get_flags(ctr) &
 195                                        CRYPTO_TFM_RES_MASK);
 196
 197         err = crypto_gcm_encrypt_counter(aead, hash, -1, NULL);
 198         if (err)
 199                 goto out;
 200
 201         if (ctx->gf128 != NULL)
 202                 gf128mul_free_4k(ctx->gf128);
 203
 204         ctx->gf128 = gf128mul_init_4k_lle((be128 *)hash);
 205
 206         if (ctx->gf128 == NULL)
 207                 err = -ENOMEM;
 208
 209  out:
 210         return err;
 211 }
 212
 213 static int crypto_gcm_init_crypt(struct ablkcipher_request *ablk_req,
 214                                   struct aead_request *req,
 215                                   void (*done)(struct crypto_async_request *,
 216                                                int))
 217 {
 218         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 219         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 220         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 221         u32 flags = req->base.tfm->crt_flags;
 222         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 223         u8 *counter = pctx->counter;
 224         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 225         int err = 0;
 226
 227         ablkcipher_request_set_tfm(ablk_req, ctx->ctr);
 228         ablkcipher_request_set_callback(ablk_req, aead_request_flags(req),
 229                                         done, req);
 230         ablkcipher_request_set_crypt(ablk_req, req->src, req->dst,
 231                                      req->cryptlen, counter);
 232
 233         err = crypto_gcm_encrypt_counter(aead, auth_tag, 0, req->iv);
 234         if (err)
 235                 goto out;
 236
 237         memcpy(counter, req->iv, 12);
 238         crypto_gcm_set_counter(counter, 1);
 239
 240         crypto_gcm_ghash_init(ghash, flags, ctx->gf128);
 241
 242         if (req->assoclen) {
 243                 crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->assoc, req->assoclen);
 244                 crypto_gcm_ghash_flush(ghash);
 245         }
 246
 247  out:
 248         return err;
 249 }
 250
 251 static void crypto_gcm_encrypt_done(struct crypto_async_request *areq, int err)
 252 {
 253         struct aead_request *req = areq->data;
 254         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 255         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 256         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 257
 258         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->dst, req->cryptlen);
 259         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, req->cryptlen,
 260                                    auth_tag);
 261
 262         aead_request_complete(req, err);
 263 }
 264
 265 static int crypto_gcm_encrypt(struct aead_request *req)
 266 {
 267         struct ablkcipher_request abreq;
 268         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 269         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 270         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 271         int err = 0;
 272
 273         err = crypto_gcm_init_crypt(&abreq, req, crypto_gcm_encrypt_done);
 274         if (err)
 275                 return err;
 276
 277         if (req->cryptlen) {
 278                 err = crypto_ablkcipher_encrypt(&abreq);
 279                 if (err)
 280                         return err;
 281
 282                 crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->dst, req->cryptlen);
 283         }
 284
 285         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, req->cryptlen,
 286                                    auth_tag);
 287
 288         return err;
 289 }
 290
 291 static void crypto_gcm_decrypt_done(struct crypto_async_request *areq, int err)
 292 {
 293         aead_request_complete(areq->data, err);
 294 }
 295
 296 static int crypto_gcm_decrypt(struct aead_request *req)
 297 {
 298         struct ablkcipher_request abreq;
 299         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 300         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 301         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 302         u8 tag[16];
 303         int err;
 304
 305         if (!req->cryptlen)
 306                 return -EINVAL;
 307
 308         memcpy(tag, auth_tag, 16);
 309         err = crypto_gcm_init_crypt(&abreq, req, crypto_gcm_decrypt_done);
 310         if (err)
 311                 return err;
 312
 313         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->src, req->cryptlen);
 314         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, req->cryptlen,
 315                                    auth_tag);
 316
 317         if (memcmp(tag, auth_tag, 16))
 318                 return -EINVAL;
 319
 320         return crypto_ablkcipher_decrypt(&abreq);
 321 }
 322
 323 static int crypto_gcm_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
 324 {
 325         struct crypto_instance *inst = (void *)tfm->__crt_alg;
 326         struct gcm_instance_ctx *ictx = crypto_instance_ctx(inst);
 327         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 328         struct crypto_ablkcipher *ctr;
 329         unsigned long align;
 330         int err;
 331
 332         ctr = crypto_spawn_ablkcipher(&ictx->ctr);
 333         err = PTR_ERR(ctr);
 334         if (IS_ERR(ctr))
 335                 return err;
 336
 337         ctx->ctr = ctr;
 338         ctx->gf128 = NULL;
 339
 340         align = max_t(unsigned long, crypto_ablkcipher_alignmask(ctr),
 341                       __alignof__(u32) - 1);
 342         align &= ~(crypto_tfm_ctx_alignment() - 1);
 343         tfm->crt_aead.reqsize = align + sizeof(struct crypto_gcm_req_priv_ctx);
 344
 345         return 0;
 346 }
 347
 348 static void crypto_gcm_exit_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
 349 {
 350         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 351
 352         if (ctx->gf128 != NULL)
 353                 gf128mul_free_4k(ctx->gf128);
 354
 355         crypto_free_ablkcipher(ctx->ctr);
 356 }
 357
 358 static struct crypto_instance *crypto_gcm_alloc(struct rtattr **tb)
 359 {
 360         struct crypto_instance *inst;
 361         struct crypto_alg *ctr;
 362         struct crypto_alg *cipher;
 363         struct gcm_instance_ctx *ctx;
 364         int err;
 365         char ctr_name[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
 366
 367         err = crypto_check_attr_type(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_AEAD);
 368         if (err)
 369                 return ERR_PTR(err);
 370
 371         cipher = crypto_attr_alg(tb[1], CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
 372                               CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 373
 374         inst = ERR_PTR(PTR_ERR(cipher));
 375         if (IS_ERR(cipher))
 376                 return inst;
 377
 378         inst = ERR_PTR(ENAMETOOLONG);
 379         if (snprintf(
 380                     ctr_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 381                     "ctr(%s,0,16,4)", cipher->cra_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME)
 382                 return inst;
 383
 384         ctr = crypto_alg_mod_lookup(ctr_name, CRYPTO_ALG_TYPE_BLKCIPHER,
 385                                     CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 386
 387         if (IS_ERR(ctr))
 388                 return ERR_PTR(PTR_ERR(ctr));
 389
 390         if (cipher->cra_blocksize != 16)
 391                 goto out_put_ctr;
 392
 393         inst = kzalloc(sizeof(*inst) + sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
 394         err = -ENOMEM;
 395         if (!inst)
 396                 goto out_put_ctr;
 397
 398         err = -ENAMETOOLONG;
 399         if (snprintf(inst->alg.cra_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 400                      "gcm(%s)", cipher->cra_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME ||
 401             snprintf(inst->alg.cra_driver_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 402                      "gcm(%s)", cipher->cra_driver_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME)
 403                 goto err_free_inst;
 404
 405
 406         ctx = crypto_instance_ctx(inst);
 407         err = crypto_init_spawn(&ctx->ctr, ctr, inst, CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 408         if (err)
 409                 goto err_free_inst;
 410
 411         inst->alg.cra_flags = CRYPTO_ALG_TYPE_AEAD | CRYPTO_ALG_ASYNC;
 412         inst->alg.cra_priority = ctr->cra_priority;
 413         inst->alg.cra_blocksize = 16;
 414         inst->alg.cra_alignmask = __alignof__(u32) - 1;
 415         inst->alg.cra_type = &crypto_aead_type;
 416         inst->alg.cra_aead.ivsize = 12;
 417         inst->alg.cra_aead.authsize = 16;
 418         inst->alg.cra_ctxsize = sizeof(struct crypto_gcm_ctx);
 419         inst->alg.cra_init = crypto_gcm_init_tfm;
 420         inst->alg.cra_exit = crypto_gcm_exit_tfm;
 421         inst->alg.cra_aead.setkey = crypto_gcm_setkey;
 422         inst->alg.cra_aead.encrypt = crypto_gcm_encrypt;
 423         inst->alg.cra_aead.decrypt = crypto_gcm_decrypt;
 424
 425 out:
 426         crypto_mod_put(ctr);
 427         return inst;
 428 err_free_inst:
 429         kfree(inst);
 430 out_put_ctr:
 431         inst = ERR_PTR(err);
 432         goto out;
 433 }
 434
 435 static void crypto_gcm_free(struct crypto_instance *inst)
 436 {
 437         struct gcm_instance_ctx *ctx = crypto_instance_ctx(inst);
 438
 439         crypto_drop_spawn(&ctx->ctr);
 440         kfree(inst);
 441 }
 442
 443 static struct crypto_template crypto_gcm_tmpl = {
 444         .name = "gcm",
 445         .alloc = crypto_gcm_alloc,
 446         .free = crypto_gcm_free,
 447         .module = THIS_MODULE,
 448 };
 449
 450 static int __init crypto_gcm_module_init(void)
 451 {
 452         return crypto_register_template(&crypto_gcm_tmpl);
 453 }
 454
 455 static void __exit crypto_gcm_module_exit(void)
 456 {
 457         crypto_unregister_template(&crypto_gcm_tmpl);
 458 }
 459
 460 module_init(crypto_gcm_module_init);
 461 module_exit(crypto_gcm_module_exit);
 462
 463 MODULE_LICENSE("GPL");
 464 MODULE_DESCRIPTION("Galois/Counter Mode");
 465 MODULE_AUTHOR("Mikko Herranen <mh1@iki.fi>");