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 iauth_tag[16];
  40         u8 counter[16];
  41         struct crypto_gcm_ghash_ctx ghash;
  42 };
  43
  44 static void crypto_gcm_ghash_init(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx, u32 flags,
  45                                   struct gf128mul_4k *gf128)
  46 {
  47         ctx->bytes = 0;
  48         ctx->flags = flags;
  49         ctx->gf128 = gf128;
  50         memset(ctx->buffer, 0, 16);
  51 }
  52
  53 static void crypto_gcm_ghash_update(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
  54                                     const u8 *src, unsigned int srclen)
  55 {
  56         u8 *dst = ctx->buffer;
  57
  58         if (ctx->bytes) {
  59                 int n = min(srclen, ctx->bytes);
  60                 u8 *pos = dst + (16 - ctx->bytes);
  61
  62                 ctx->bytes -= n;
  63                 srclen -= n;
  64
  65                 while (n--)
  66                         *pos++ ^= *src++;
  67
  68                 if (!ctx->bytes)
  69                         gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
  70         }
  71
  72         while (srclen >= 16) {
  73                 crypto_xor(dst, src, 16);
  74                 gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
  75                 src += 16;
  76                 srclen -= 16;
  77         }
  78
  79         if (srclen) {
  80                 ctx->bytes = 16 - srclen;
  81                 while (srclen--)
  82                         *dst++ ^= *src++;
  83         }
  84 }
  85
  86 static void crypto_gcm_ghash_update_sg(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
  87                                        struct scatterlist *sg, int len)
  88 {
  89         struct scatter_walk walk;
  90         u8 *src;
  91         int n;
  92
  93         if (!len)
  94                 return;
  95
  96         scatterwalk_start(&walk, sg);
  97
  98         while (len) {
  99                 n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 100
 101                 if (!n) {
 102                         scatterwalk_start(&walk, sg_next(walk.sg));
 103                         n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 104                 }
 105
 106                 src = scatterwalk_map(&walk, 0);
 107
 108                 crypto_gcm_ghash_update(ctx, src, n);
 109                 len -= n;
 110
 111                 scatterwalk_unmap(src, 0);
 112                 scatterwalk_advance(&walk, n);
 113                 scatterwalk_done(&walk, 0, len);
 114                 if (len)
 115                         crypto_yield(ctx->flags);
 116         }
 117 }
 118
 119 static void crypto_gcm_ghash_flush(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx)
 120 {
 121         u8 *dst = ctx->buffer;
 122
 123         if (ctx->bytes) {
 124                 u8 *tmp = dst + (16 - ctx->bytes);
 125
 126                 while (ctx->bytes--)
 127                         *tmp++ ^= 0;
 128
 129                 gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
 130         }
 131
 132         ctx->bytes = 0;
 133 }
 134
 135 static void crypto_gcm_ghash_final_xor(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
 136                                        unsigned int authlen,
 137                                        unsigned int cryptlen, u8 *dst)
 138 {
 139         u8 *buf = ctx->buffer;
 140         u128 lengths;
 141
 142         lengths.a = cpu_to_be64(authlen * 8);
 143         lengths.b = cpu_to_be64(cryptlen * 8);
 144
 145         crypto_gcm_ghash_flush(ctx);
 146         crypto_xor(buf, (u8 *)&lengths, 16);
 147         gf128mul_4k_lle((be128 *)buf, ctx->gf128);
 148         crypto_xor(dst, buf, 16);
 149 }
 150
 151 static inline void crypto_gcm_set_counter(u8 *counterblock, u32 value)
 152 {
 153         *((u32 *)&counterblock[12]) = cpu_to_be32(value);
 154 }
 155
 156 static int crypto_gcm_encrypt_counter(struct crypto_aead *aead, u8 *block,
 157                                        u32 value, const u8 *iv)
 158 {
 159         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 160         struct crypto_ablkcipher *ctr = ctx->ctr;
 161         struct ablkcipher_request req;
 162         struct scatterlist sg;
 163         u8 counterblock[16];
 164
 165         if (iv == NULL)
 166                 memset(counterblock, 0, 12);
 167         else
 168                 memcpy(counterblock, iv, 12);
 169
 170         crypto_gcm_set_counter(counterblock, value);
 171
 172         sg_init_one(&sg, block, 16);
 173         ablkcipher_request_set_tfm(&req, ctr);
 174         ablkcipher_request_set_crypt(&req, &sg, &sg, 16, counterblock);
 175         ablkcipher_request_set_callback(&req, 0, NULL, NULL);
 176         memset(block, 0, 16);
 177         return crypto_ablkcipher_encrypt(&req);
 178 }
 179
 180 static int crypto_gcm_setkey(struct crypto_aead *aead, const u8 *key,
 181                              unsigned int keylen)
 182 {
 183         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 184         struct crypto_ablkcipher *ctr = ctx->ctr;
 185         int alignmask = crypto_ablkcipher_alignmask(ctr);
 186         u8 alignbuf[16+alignmask];
 187         u8 *hash = (u8 *)ALIGN((unsigned long)alignbuf, alignmask+1);
 188         int err = 0;
 189
 190         crypto_ablkcipher_clear_flags(ctr, CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
 191         crypto_ablkcipher_set_flags(ctr, crypto_aead_get_flags(aead) &
 192                                    CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
 193
 194         err = crypto_ablkcipher_setkey(ctr, key, keylen);
 195         if (err)
 196                 goto out;
 197
 198         crypto_aead_set_flags(aead, crypto_ablkcipher_get_flags(ctr) &
 199                                        CRYPTO_TFM_RES_MASK);
 200
 201         err = crypto_gcm_encrypt_counter(aead, hash, -1, NULL);
 202         if (err)
 203                 goto out;
 204
 205         if (ctx->gf128 != NULL)
 206                 gf128mul_free_4k(ctx->gf128);
 207
 208         ctx->gf128 = gf128mul_init_4k_lle((be128 *)hash);
 209
 210         if (ctx->gf128 == NULL)
 211                 err = -ENOMEM;
 212
 213  out:
 214         return err;
 215 }
 216
 217 static int crypto_gcm_init_crypt(struct ablkcipher_request *ablk_req,
 218                                  struct aead_request *req,
 219                                  unsigned int cryptlen,
 220                                  void (*done)(struct crypto_async_request *,
 221                                               int))
 222 {
 223         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 224         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 225         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 226         u32 flags = req->base.tfm->crt_flags;
 227         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 228         u8 *counter = pctx->counter;
 229         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 230         int err = 0;
 231
 232         ablkcipher_request_set_tfm(ablk_req, ctx->ctr);
 233         ablkcipher_request_set_callback(ablk_req, aead_request_flags(req),
 234                                         done, req);
 235         ablkcipher_request_set_crypt(ablk_req, req->src, req->dst,
 236                                      cryptlen, counter);
 237
 238         err = crypto_gcm_encrypt_counter(aead, auth_tag, 0, req->iv);
 239         if (err)
 240                 goto out;
 241
 242         memcpy(counter, req->iv, 12);
 243         crypto_gcm_set_counter(counter, 1);
 244
 245         crypto_gcm_ghash_init(ghash, flags, ctx->gf128);
 246
 247         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->assoc, req->assoclen);
 248         crypto_gcm_ghash_flush(ghash);
 249
 250  out:
 251         return err;
 252 }
 253
 254 static int crypto_gcm_hash(struct aead_request *req)
 255 {
 256         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 257         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 258         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 259         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 260
 261         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->dst, req->cryptlen);
 262         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, req->cryptlen,
 263                                    auth_tag);
 264
 265         scatterwalk_map_and_copy(auth_tag, req->dst, req->cryptlen,
 266                                  crypto_aead_authsize(aead), 1);
 267         return 0;
 268 }
 269
 270 static void crypto_gcm_encrypt_done(struct crypto_async_request *areq, int err)
 271 {
 272         struct aead_request *req = areq->data;
 273
 274         if (!err)
 275                 err = crypto_gcm_hash(req);
 276
 277         aead_request_complete(req, err);
 278 }
 279
 280 static int crypto_gcm_encrypt(struct aead_request *req)
 281 {
 282         struct ablkcipher_request abreq;
 283         int err = 0;
 284
 285         err = crypto_gcm_init_crypt(&abreq, req, req->cryptlen,
 286                                     crypto_gcm_encrypt_done);
 287         if (err)
 288                 return err;
 289
 290         if (req->cryptlen) {
 291                 err = crypto_ablkcipher_encrypt(&abreq);
 292                 if (err)
 293                         return err;
 294         }
 295
 296         return crypto_gcm_hash(req);
 297 }
 298
 299 static void crypto_gcm_decrypt_done(struct crypto_async_request *areq, int err)
 300 {
 301         aead_request_complete(areq->data, err);
 302 }
 303
 304 static int crypto_gcm_decrypt(struct aead_request *req)
 305 {
 306         struct ablkcipher_request abreq;
 307         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 308         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 309         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 310         u8 *iauth_tag = pctx->iauth_tag;
 311         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 312         unsigned int cryptlen = req->cryptlen;
 313         unsigned int authsize = crypto_aead_authsize(aead);
 314         int err;
 315
 316         if (cryptlen < authsize)
 317                 return -EINVAL;
 318         cryptlen -= authsize;
 319
 320         err = crypto_gcm_init_crypt(&abreq, req, cryptlen,
 321                                     crypto_gcm_decrypt_done);
 322         if (err)
 323                 return err;
 324
 325         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->src, cryptlen);
 326         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, cryptlen, auth_tag);
 327
 328         scatterwalk_map_and_copy(iauth_tag, req->src, cryptlen, authsize, 0);
 329         if (memcmp(iauth_tag, auth_tag, authsize))
 330                 return -EBADMSG;
 331
 332         return crypto_ablkcipher_decrypt(&abreq);
 333 }
 334
 335 static int crypto_gcm_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
 336 {
 337         struct crypto_instance *inst = (void *)tfm->__crt_alg;
 338         struct gcm_instance_ctx *ictx = crypto_instance_ctx(inst);
 339         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 340         struct crypto_ablkcipher *ctr;
 341         unsigned long align;
 342         int err;
 343
 344         ctr = crypto_spawn_ablkcipher(&ictx->ctr);
 345         err = PTR_ERR(ctr);
 346         if (IS_ERR(ctr))
 347                 return err;
 348
 349         ctx->ctr = ctr;
 350         ctx->gf128 = NULL;
 351
 352         align = max_t(unsigned long, crypto_ablkcipher_alignmask(ctr),
 353                       __alignof__(u32) - 1);
 354         align &= ~(crypto_tfm_ctx_alignment() - 1);
 355         tfm->crt_aead.reqsize = align + sizeof(struct crypto_gcm_req_priv_ctx);
 356
 357         return 0;
 358 }
 359
 360 static void crypto_gcm_exit_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
 361 {
 362         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 363
 364         if (ctx->gf128 != NULL)
 365                 gf128mul_free_4k(ctx->gf128);
 366
 367         crypto_free_ablkcipher(ctx->ctr);
 368 }
 369
 370 static struct crypto_instance *crypto_gcm_alloc(struct rtattr **tb)
 371 {
 372         struct crypto_instance *inst;
 373         struct crypto_alg *ctr;
 374         struct crypto_alg *cipher;
 375         struct gcm_instance_ctx *ctx;
 376         int err;
 377         char ctr_name[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
 378
 379         err = crypto_check_attr_type(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_AEAD);
 380         if (err)
 381                 return ERR_PTR(err);
 382
 383         cipher = crypto_attr_alg(tb[1], CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
 384                               CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 385
 386         inst = ERR_PTR(PTR_ERR(cipher));
 387         if (IS_ERR(cipher))
 388                 return inst;
 389
 390         inst = ERR_PTR(ENAMETOOLONG);
 391         if (snprintf(
 392                     ctr_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 393                     "ctr(%s,0,16,4)", cipher->cra_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME)
 394                 return inst;
 395
 396         ctr = crypto_alg_mod_lookup(ctr_name, CRYPTO_ALG_TYPE_BLKCIPHER,
 397                                     CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 398
 399         if (IS_ERR(ctr))
 400                 return ERR_PTR(PTR_ERR(ctr));
 401
 402         if (cipher->cra_blocksize != 16)
 403                 goto out_put_ctr;
 404
 405         inst = kzalloc(sizeof(*inst) + sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
 406         err = -ENOMEM;
 407         if (!inst)
 408                 goto out_put_ctr;
 409
 410         err = -ENAMETOOLONG;
 411         if (snprintf(inst->alg.cra_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 412                      "gcm(%s)", cipher->cra_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME ||
 413             snprintf(inst->alg.cra_driver_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 414                      "gcm(%s)", cipher->cra_driver_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME)
 415                 goto err_free_inst;
 416
 417
 418         ctx = crypto_instance_ctx(inst);
 419         err = crypto_init_spawn(&ctx->ctr, ctr, inst, CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 420         if (err)
 421                 goto err_free_inst;
 422
 423         inst->alg.cra_flags = CRYPTO_ALG_TYPE_AEAD | CRYPTO_ALG_ASYNC;
 424         inst->alg.cra_priority = ctr->cra_priority;
 425         inst->alg.cra_blocksize = 16;
 426         inst->alg.cra_alignmask = __alignof__(u32) - 1;
 427         inst->alg.cra_type = &crypto_aead_type;
 428         inst->alg.cra_aead.ivsize = 12;
 429         inst->alg.cra_aead.maxauthsize = 16;
 430         inst->alg.cra_ctxsize = sizeof(struct crypto_gcm_ctx);
 431         inst->alg.cra_init = crypto_gcm_init_tfm;
 432         inst->alg.cra_exit = crypto_gcm_exit_tfm;
 433         inst->alg.cra_aead.setkey = crypto_gcm_setkey;
 434         inst->alg.cra_aead.encrypt = crypto_gcm_encrypt;
 435         inst->alg.cra_aead.decrypt = crypto_gcm_decrypt;
 436
 437 out:
 438         crypto_mod_put(ctr);
 439         return inst;
 440 err_free_inst:
 441         kfree(inst);
 442 out_put_ctr:
 443         inst = ERR_PTR(err);
 444         goto out;
 445 }
 446
 447 static void crypto_gcm_free(struct crypto_instance *inst)
 448 {
 449         struct gcm_instance_ctx *ctx = crypto_instance_ctx(inst);
 450
 451         crypto_drop_spawn(&ctx->ctr);
 452         kfree(inst);
 453 }
 454
 455 static struct crypto_template crypto_gcm_tmpl = {
 456         .name = "gcm",
 457         .alloc = crypto_gcm_alloc,
 458         .free = crypto_gcm_free,
 459         .module = THIS_MODULE,
 460 };
 461
 462 static int __init crypto_gcm_module_init(void)
 463 {
 464         return crypto_register_template(&crypto_gcm_tmpl);
 465 }
 466
 467 static void __exit crypto_gcm_module_exit(void)
 468 {
 469         crypto_unregister_template(&crypto_gcm_tmpl);
 470 }
 471
 472 module_init(crypto_gcm_module_init);
 473 module_exit(crypto_gcm_module_exit);
 474
 475 MODULE_LICENSE("GPL");
 476 MODULE_DESCRIPTION("Galois/Counter Mode");
 477 MODULE_AUTHOR("Mikko Herranen <mh1@iki.fi>");