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 <crypto/scatterwalk.h>
  14 #include <linux/err.h>
  15 #include <linux/init.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/module.h>
  18 #include <linux/slab.h>
  19
  20 #include "internal.h"
  21
  22 struct gcm_instance_ctx {
  23         struct crypto_spawn ctr;
  24 };
  25
  26 struct crypto_gcm_ctx {
  27         struct crypto_ablkcipher *ctr;
  28         struct gf128mul_4k *gf128;
  29 };
  30
  31 struct crypto_gcm_ghash_ctx {
  32         u32 bytes;
  33         u32 flags;
  34         struct gf128mul_4k *gf128;
  35         u8 buffer[16];
  36 };
  37
  38 struct crypto_gcm_req_priv_ctx {
  39         u8 auth_tag[16];
  40         u8 iauth_tag[16];
  41         u8 counter[16];
  42         struct crypto_gcm_ghash_ctx ghash;
  43 };
  44
  45 static void crypto_gcm_ghash_init(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx, u32 flags,
  46                                   struct gf128mul_4k *gf128)
  47 {
  48         ctx->bytes = 0;
  49         ctx->flags = flags;
  50         ctx->gf128 = gf128;
  51         memset(ctx->buffer, 0, 16);
  52 }
  53
  54 static void crypto_gcm_ghash_update(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
  55                                     const u8 *src, unsigned int srclen)
  56 {
  57         u8 *dst = ctx->buffer;
  58
  59         if (ctx->bytes) {
  60                 int n = min(srclen, ctx->bytes);
  61                 u8 *pos = dst + (16 - ctx->bytes);
  62
  63                 ctx->bytes -= n;
  64                 srclen -= n;
  65
  66                 while (n--)
  67                         *pos++ ^= *src++;
  68
  69                 if (!ctx->bytes)
  70                         gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
  71         }
  72
  73         while (srclen >= 16) {
  74                 crypto_xor(dst, src, 16);
  75                 gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
  76                 src += 16;
  77                 srclen -= 16;
  78         }
  79
  80         if (srclen) {
  81                 ctx->bytes = 16 - srclen;
  82                 while (srclen--)
  83                         *dst++ ^= *src++;
  84         }
  85 }
  86
  87 static void crypto_gcm_ghash_update_sg(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
  88                                        struct scatterlist *sg, int len)
  89 {
  90         struct scatter_walk walk;
  91         u8 *src;
  92         int n;
  93
  94         if (!len)
  95                 return;
  96
  97         scatterwalk_start(&walk, sg);
  98
  99         while (len) {
 100                 n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 101
 102                 if (!n) {
 103                         scatterwalk_start(&walk, scatterwalk_sg_next(walk.sg));
 104                         n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 105                 }
 106
 107                 src = scatterwalk_map(&walk, 0);
 108
 109                 crypto_gcm_ghash_update(ctx, src, n);
 110                 len -= n;
 111
 112                 scatterwalk_unmap(src, 0);
 113                 scatterwalk_advance(&walk, n);
 114                 scatterwalk_done(&walk, 0, len);
 115                 if (len)
 116                         crypto_yield(ctx->flags);
 117         }
 118 }
 119
 120 static void crypto_gcm_ghash_flush(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx)
 121 {
 122         u8 *dst = ctx->buffer;
 123
 124         if (ctx->bytes) {
 125                 u8 *tmp = dst + (16 - ctx->bytes);
 126
 127                 while (ctx->bytes--)
 128                         *tmp++ ^= 0;
 129
 130                 gf128mul_4k_lle((be128 *)dst, ctx->gf128);
 131         }
 132
 133         ctx->bytes = 0;
 134 }
 135
 136 static void crypto_gcm_ghash_final_xor(struct crypto_gcm_ghash_ctx *ctx,
 137                                        unsigned int authlen,
 138                                        unsigned int cryptlen, u8 *dst)
 139 {
 140         u8 *buf = ctx->buffer;
 141         u128 lengths;
 142
 143         lengths.a = cpu_to_be64(authlen * 8);
 144         lengths.b = cpu_to_be64(cryptlen * 8);
 145
 146         crypto_gcm_ghash_flush(ctx);
 147         crypto_xor(buf, (u8 *)&lengths, 16);
 148         gf128mul_4k_lle((be128 *)buf, ctx->gf128);
 149         crypto_xor(dst, buf, 16);
 150 }
 151
 152 static inline void crypto_gcm_set_counter(u8 *counterblock, u32 value)
 153 {
 154         *((u32 *)&counterblock[12]) = cpu_to_be32(value);
 155 }
 156
 157 static int crypto_gcm_encrypt_counter(struct crypto_aead *aead, u8 *block,
 158                                        u32 value, const u8 *iv)
 159 {
 160         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 161         struct crypto_ablkcipher *ctr = ctx->ctr;
 162         struct ablkcipher_request req;
 163         struct scatterlist sg;
 164         u8 counterblock[16];
 165
 166         if (iv == NULL)
 167                 memset(counterblock, 0, 12);
 168         else
 169                 memcpy(counterblock, iv, 12);
 170
 171         crypto_gcm_set_counter(counterblock, value);
 172
 173         sg_init_one(&sg, block, 16);
 174         ablkcipher_request_set_tfm(&req, ctr);
 175         ablkcipher_request_set_crypt(&req, &sg, &sg, 16, counterblock);
 176         ablkcipher_request_set_callback(&req, 0, NULL, NULL);
 177         memset(block, 0, 16);
 178         return crypto_ablkcipher_encrypt(&req);
 179 }
 180
 181 static int crypto_gcm_setkey(struct crypto_aead *aead, const u8 *key,
 182                              unsigned int keylen)
 183 {
 184         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 185         struct crypto_ablkcipher *ctr = ctx->ctr;
 186         int alignmask = crypto_ablkcipher_alignmask(ctr);
 187         u8 alignbuf[16+alignmask];
 188         u8 *hash = (u8 *)ALIGN((unsigned long)alignbuf, alignmask+1);
 189         int err = 0;
 190
 191         crypto_ablkcipher_clear_flags(ctr, CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
 192         crypto_ablkcipher_set_flags(ctr, crypto_aead_get_flags(aead) &
 193                                    CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
 194
 195         err = crypto_ablkcipher_setkey(ctr, key, keylen);
 196         if (err)
 197                 goto out;
 198
 199         crypto_aead_set_flags(aead, crypto_ablkcipher_get_flags(ctr) &
 200                                        CRYPTO_TFM_RES_MASK);
 201
 202         err = crypto_gcm_encrypt_counter(aead, hash, -1, NULL);
 203         if (err)
 204                 goto out;
 205
 206         if (ctx->gf128 != NULL)
 207                 gf128mul_free_4k(ctx->gf128);
 208
 209         ctx->gf128 = gf128mul_init_4k_lle((be128 *)hash);
 210
 211         if (ctx->gf128 == NULL)
 212                 err = -ENOMEM;
 213
 214  out:
 215         return err;
 216 }
 217
 218 static int crypto_gcm_init_crypt(struct ablkcipher_request *ablk_req,
 219                                  struct aead_request *req,
 220                                  unsigned int cryptlen,
 221                                  void (*done)(struct crypto_async_request *,
 222                                               int))
 223 {
 224         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 225         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 226         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 227         u32 flags = req->base.tfm->crt_flags;
 228         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 229         u8 *counter = pctx->counter;
 230         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 231         int err = 0;
 232
 233         ablkcipher_request_set_tfm(ablk_req, ctx->ctr);
 234         ablkcipher_request_set_callback(ablk_req, aead_request_flags(req),
 235                                         done, req);
 236         ablkcipher_request_set_crypt(ablk_req, req->src, req->dst,
 237                                      cryptlen, counter);
 238
 239         err = crypto_gcm_encrypt_counter(aead, auth_tag, 0, req->iv);
 240         if (err)
 241                 goto out;
 242
 243         memcpy(counter, req->iv, 12);
 244         crypto_gcm_set_counter(counter, 1);
 245
 246         crypto_gcm_ghash_init(ghash, flags, ctx->gf128);
 247
 248         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->assoc, req->assoclen);
 249         crypto_gcm_ghash_flush(ghash);
 250
 251  out:
 252         return err;
 253 }
 254
 255 static int crypto_gcm_hash(struct aead_request *req)
 256 {
 257         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 258         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 259         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 260         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 261
 262         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->dst, req->cryptlen);
 263         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, req->cryptlen,
 264                                    auth_tag);
 265
 266         scatterwalk_map_and_copy(auth_tag, req->dst, req->cryptlen,
 267                                  crypto_aead_authsize(aead), 1);
 268         return 0;
 269 }
 270
 271 static void crypto_gcm_encrypt_done(struct crypto_async_request *areq, int err)
 272 {
 273         struct aead_request *req = areq->data;
 274
 275         if (!err)
 276                 err = crypto_gcm_hash(req);
 277
 278         aead_request_complete(req, err);
 279 }
 280
 281 static int crypto_gcm_encrypt(struct aead_request *req)
 282 {
 283         struct ablkcipher_request abreq;
 284         int err = 0;
 285
 286         err = crypto_gcm_init_crypt(&abreq, req, req->cryptlen,
 287                                     crypto_gcm_encrypt_done);
 288         if (err)
 289                 return err;
 290
 291         if (req->cryptlen) {
 292                 err = crypto_ablkcipher_encrypt(&abreq);
 293                 if (err)
 294                         return err;
 295         }
 296
 297         return crypto_gcm_hash(req);
 298 }
 299
 300 static void crypto_gcm_decrypt_done(struct crypto_async_request *areq, int err)
 301 {
 302         aead_request_complete(areq->data, err);
 303 }
 304
 305 static int crypto_gcm_decrypt(struct aead_request *req)
 306 {
 307         struct ablkcipher_request abreq;
 308         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 309         struct crypto_gcm_req_priv_ctx *pctx = aead_request_ctx(req);
 310         u8 *auth_tag = pctx->auth_tag;
 311         u8 *iauth_tag = pctx->iauth_tag;
 312         struct crypto_gcm_ghash_ctx *ghash = &pctx->ghash;
 313         unsigned int cryptlen = req->cryptlen;
 314         unsigned int authsize = crypto_aead_authsize(aead);
 315         int err;
 316
 317         if (cryptlen < authsize)
 318                 return -EINVAL;
 319         cryptlen -= authsize;
 320
 321         err = crypto_gcm_init_crypt(&abreq, req, cryptlen,
 322                                     crypto_gcm_decrypt_done);
 323         if (err)
 324                 return err;
 325
 326         crypto_gcm_ghash_update_sg(ghash, req->src, cryptlen);
 327         crypto_gcm_ghash_final_xor(ghash, req->assoclen, cryptlen, auth_tag);
 328
 329         scatterwalk_map_and_copy(iauth_tag, req->src, cryptlen, authsize, 0);
 330         if (memcmp(iauth_tag, auth_tag, authsize))
 331                 return -EBADMSG;
 332
 333         return crypto_ablkcipher_decrypt(&abreq);
 334 }
 335
 336 static int crypto_gcm_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
 337 {
 338         struct crypto_instance *inst = (void *)tfm->__crt_alg;
 339         struct gcm_instance_ctx *ictx = crypto_instance_ctx(inst);
 340         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 341         struct crypto_ablkcipher *ctr;
 342         unsigned long align;
 343         int err;
 344
 345         ctr = crypto_spawn_ablkcipher(&ictx->ctr);
 346         err = PTR_ERR(ctr);
 347         if (IS_ERR(ctr))
 348                 return err;
 349
 350         ctx->ctr = ctr;
 351         ctx->gf128 = NULL;
 352
 353         align = max_t(unsigned long, crypto_ablkcipher_alignmask(ctr),
 354                       __alignof__(u32) - 1);
 355         align &= ~(crypto_tfm_ctx_alignment() - 1);
 356         tfm->crt_aead.reqsize = align + sizeof(struct crypto_gcm_req_priv_ctx);
 357
 358         return 0;
 359 }
 360
 361 static void crypto_gcm_exit_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
 362 {
 363         struct crypto_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 364
 365         if (ctx->gf128 != NULL)
 366                 gf128mul_free_4k(ctx->gf128);
 367
 368         crypto_free_ablkcipher(ctx->ctr);
 369 }
 370
 371 static struct crypto_instance *crypto_gcm_alloc(struct rtattr **tb)
 372 {
 373         struct crypto_instance *inst;
 374         struct crypto_alg *ctr;
 375         struct crypto_alg *cipher;
 376         struct gcm_instance_ctx *ctx;
 377         int err;
 378         char ctr_name[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
 379
 380         err = crypto_check_attr_type(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_AEAD);
 381         if (err)
 382                 return ERR_PTR(err);
 383
 384         cipher = crypto_attr_alg(tb[1], CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
 385                               CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 386
 387         inst = ERR_PTR(PTR_ERR(cipher));
 388         if (IS_ERR(cipher))
 389                 return inst;
 390
 391         inst = ERR_PTR(ENAMETOOLONG);
 392         if (snprintf(
 393                     ctr_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 394                     "ctr(%s,0,16,4)", cipher->cra_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME)
 395                 return inst;
 396
 397         ctr = crypto_alg_mod_lookup(ctr_name, CRYPTO_ALG_TYPE_BLKCIPHER,
 398                                     CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 399
 400         if (IS_ERR(ctr))
 401                 return ERR_PTR(PTR_ERR(ctr));
 402
 403         if (cipher->cra_blocksize != 16)
 404                 goto out_put_ctr;
 405
 406         inst = kzalloc(sizeof(*inst) + sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
 407         err = -ENOMEM;
 408         if (!inst)
 409                 goto out_put_ctr;
 410
 411         err = -ENAMETOOLONG;
 412         if (snprintf(inst->alg.cra_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 413                      "gcm(%s)", cipher->cra_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME ||
 414             snprintf(inst->alg.cra_driver_name, CRYPTO_MAX_ALG_NAME,
 415                      "gcm(%s)", cipher->cra_driver_name) >= CRYPTO_MAX_ALG_NAME)
 416                 goto err_free_inst;
 417
 418
 419         ctx = crypto_instance_ctx(inst);
 420         err = crypto_init_spawn(&ctx->ctr, ctr, inst, CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
 421         if (err)
 422                 goto err_free_inst;
 423
 424         inst->alg.cra_flags = CRYPTO_ALG_TYPE_AEAD | CRYPTO_ALG_ASYNC;
 425         inst->alg.cra_priority = ctr->cra_priority;
 426         inst->alg.cra_blocksize = 16;
 427         inst->alg.cra_alignmask = __alignof__(u32) - 1;
 428         inst->alg.cra_type = &crypto_aead_type;
 429         inst->alg.cra_aead.ivsize = 12;
 430         inst->alg.cra_aead.maxauthsize = 16;
 431         inst->alg.cra_ctxsize = sizeof(struct crypto_gcm_ctx);
 432         inst->alg.cra_init = crypto_gcm_init_tfm;
 433         inst->alg.cra_exit = crypto_gcm_exit_tfm;
 434         inst->alg.cra_aead.setkey = crypto_gcm_setkey;
 435         inst->alg.cra_aead.encrypt = crypto_gcm_encrypt;
 436         inst->alg.cra_aead.decrypt = crypto_gcm_decrypt;
 437
 438 out:
 439         crypto_mod_put(ctr);
 440         return inst;
 441 err_free_inst:
 442         kfree(inst);
 443 out_put_ctr:
 444         inst = ERR_PTR(err);
 445         goto out;
 446 }
 447
 448 static void crypto_gcm_free(struct crypto_instance *inst)
 449 {
 450         struct gcm_instance_ctx *ctx = crypto_instance_ctx(inst);
 451
 452         crypto_drop_spawn(&ctx->ctr);
 453         kfree(inst);
 454 }
 455
 456 static struct crypto_template crypto_gcm_tmpl = {
 457         .name = "gcm",
 458         .alloc = crypto_gcm_alloc,
 459         .free = crypto_gcm_free,
 460         .module = THIS_MODULE,
 461 };
 462
 463 static int __init crypto_gcm_module_init(void)
 464 {
 465         return crypto_register_template(&crypto_gcm_tmpl);
 466 }
 467
 468 static void __exit crypto_gcm_module_exit(void)
 469 {
 470         crypto_unregister_template(&crypto_gcm_tmpl);
 471 }
 472
 473 module_init(crypto_gcm_module_init);
 474 module_exit(crypto_gcm_module_exit);
 475
 476 MODULE_LICENSE("GPL");
 477 MODULE_DESCRIPTION("Galois/Counter Mode");
 478 MODULE_AUTHOR("Mikko Herranen <mh1@iki.fi>");