net/ieee80211/ieee80211_crypt_ccmp.c

   1 /*
   2  * Host AP crypt: host-based CCMP encryption implementation for Host AP driver
   3  *
   4  * Copyright (c) 2003-2004, Jouni Malinen <jkmaline@cc.hut.fi>
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   8  * published by the Free Software Foundation. See README and COPYING for
   9  * more details.
  10  */
  11
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/random.h>
  16 #include <linux/skbuff.h>
  17 #include <linux/netdevice.h>
  18 #include <linux/if_ether.h>
  19 #include <linux/if_arp.h>
  20 #include <asm/string.h>
  21 #include <linux/wireless.h>
  22
  23 #include <net/ieee80211.h>
  24
  25 #include <linux/crypto.h>
  26 #include <asm/scatterlist.h>
  27
  28 MODULE_AUTHOR("Jouni Malinen");
  29 MODULE_DESCRIPTION("Host AP crypt: CCMP");
  30 MODULE_LICENSE("GPL");
  31
  32 #define AES_BLOCK_LEN 16
  33 #define CCMP_HDR_LEN 8
  34 #define CCMP_MIC_LEN 8
  35 #define CCMP_TK_LEN 16
  36 #define CCMP_PN_LEN 6
  37
  38 struct ieee80211_ccmp_data {
  39         u8 key[CCMP_TK_LEN];
  40         int key_set;
  41
  42         u8 tx_pn[CCMP_PN_LEN];
  43         u8 rx_pn[CCMP_PN_LEN];
  44
  45         u32 dot11RSNAStatsCCMPFormatErrors;
  46         u32 dot11RSNAStatsCCMPReplays;
  47         u32 dot11RSNAStatsCCMPDecryptErrors;
  48
  49         int key_idx;
  50
  51         struct crypto_tfm *tfm;
  52
  53         /* scratch buffers for virt_to_page() (crypto API) */
  54         u8 tx_b0[AES_BLOCK_LEN], tx_b[AES_BLOCK_LEN],
  55             tx_e[AES_BLOCK_LEN], tx_s0[AES_BLOCK_LEN];
  56         u8 rx_b0[AES_BLOCK_LEN], rx_b[AES_BLOCK_LEN], rx_a[AES_BLOCK_LEN];
  57 };
  58
  59 static void ieee80211_ccmp_aes_encrypt(struct crypto_tfm *tfm,
  60                                        const u8 pt[16], u8 ct[16])
  61 {
  62         struct scatterlist src, dst;
  63
  64         src.page = virt_to_page(pt);
  65         src.offset = offset_in_page(pt);
  66         src.length = AES_BLOCK_LEN;
  67
  68         dst.page = virt_to_page(ct);
  69         dst.offset = offset_in_page(ct);
  70         dst.length = AES_BLOCK_LEN;
  71
  72         crypto_cipher_encrypt(tfm, &dst, &src, AES_BLOCK_LEN);
  73 }
  74
  75 static void *ieee80211_ccmp_init(int key_idx)
  76 {
  77         struct ieee80211_ccmp_data *priv;
  78
  79         priv = kmalloc(sizeof(*priv), GFP_ATOMIC);
  80         if (priv == NULL)
  81                 goto fail;
  82         memset(priv, 0, sizeof(*priv));
  83         priv->key_idx = key_idx;
  84
  85         priv->tfm = crypto_alloc_tfm("aes", 0);
  86         if (priv->tfm == NULL) {
  87                 printk(KERN_DEBUG "ieee80211_crypt_ccmp: could not allocate "
  88                        "crypto API aes\n");
  89                 goto fail;
  90         }
  91
  92         return priv;
  93
  94       fail:
  95         if (priv) {
  96                 if (priv->tfm)
  97                         crypto_free_tfm(priv->tfm);
  98                 kfree(priv);
  99         }
 100
 101         return NULL;
 102 }
 103
 104 static void ieee80211_ccmp_deinit(void *priv)
 105 {
 106         struct ieee80211_ccmp_data *_priv = priv;
 107         if (_priv && _priv->tfm)
 108                 crypto_free_tfm(_priv->tfm);
 109         kfree(priv);
 110 }
 111
 112 static inline void xor_block(u8 * b, u8 * a, size_t len)
 113 {
 114         int i;
 115         for (i = 0; i < len; i++)
 116                 b[i] ^= a[i];
 117 }
 118
 119 static void ccmp_init_blocks(struct crypto_tfm *tfm,
 120                              struct ieee80211_hdr_4addr *hdr,
 121                              u8 * pn, size_t dlen, u8 * b0, u8 * auth, u8 * s0)
 122 {
 123         u8 *pos, qc = 0;
 124         size_t aad_len;
 125         u16 fc;
 126         int a4_included, qc_included;
 127         u8 aad[2 * AES_BLOCK_LEN];
 128
 129         fc = le16_to_cpu(hdr->frame_ctl);
 130         a4_included = ((fc & (IEEE80211_FCTL_TODS | IEEE80211_FCTL_FROMDS)) ==
 131                        (IEEE80211_FCTL_TODS | IEEE80211_FCTL_FROMDS));
 132         qc_included = ((WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == IEEE80211_FTYPE_DATA) &&
 133                        (WLAN_FC_GET_STYPE(fc) & IEEE80211_STYPE_QOS_DATA));
 134         aad_len = 22;
 135         if (a4_included)
 136                 aad_len += 6;
 137         if (qc_included) {
 138                 pos = (u8 *) & hdr->addr4;
 139                 if (a4_included)
 140                         pos += 6;
 141                 qc = *pos & 0x0f;
 142                 aad_len += 2;
 143         }
 144
 145         /* CCM Initial Block:
 146          * Flag (Include authentication header, M=3 (8-octet MIC),
 147          *       L=1 (2-octet Dlen))
 148          * Nonce: 0x00 | A2 | PN
 149          * Dlen */
 150         b0[0] = 0x59;
 151         b0[1] = qc;
 152         memcpy(b0 + 2, hdr->addr2, ETH_ALEN);
 153         memcpy(b0 + 8, pn, CCMP_PN_LEN);
 154         b0[14] = (dlen >> 8) & 0xff;
 155         b0[15] = dlen & 0xff;
 156
 157         /* AAD:
 158          * FC with bits 4..6 and 11..13 masked to zero; 14 is always one
 159          * A1 | A2 | A3
 160          * SC with bits 4..15 (seq#) masked to zero
 161          * A4 (if present)
 162          * QC (if present)
 163          */
 164         pos = (u8 *) hdr;
 165         aad[0] = 0;             /* aad_len >> 8 */
 166         aad[1] = aad_len & 0xff;
 167         aad[2] = pos[0] & 0x8f;
 168         aad[3] = pos[1] & 0xc7;
 169         memcpy(aad + 4, hdr->addr1, 3 * ETH_ALEN);
 170         pos = (u8 *) & hdr->seq_ctl;
 171         aad[22] = pos[0] & 0x0f;
 172         aad[23] = 0;            /* all bits masked */
 173         memset(aad + 24, 0, 8);
 174         if (a4_included)
 175                 memcpy(aad + 24, hdr->addr4, ETH_ALEN);
 176         if (qc_included) {
 177                 aad[a4_included ? 30 : 24] = qc;
 178                 /* rest of QC masked */
 179         }
 180
 181         /* Start with the first block and AAD */
 182         ieee80211_ccmp_aes_encrypt(tfm, b0, auth);
 183         xor_block(auth, aad, AES_BLOCK_LEN);
 184         ieee80211_ccmp_aes_encrypt(tfm, auth, auth);
 185         xor_block(auth, &aad[AES_BLOCK_LEN], AES_BLOCK_LEN);
 186         ieee80211_ccmp_aes_encrypt(tfm, auth, auth);
 187         b0[0] &= 0x07;
 188         b0[14] = b0[15] = 0;
 189         ieee80211_ccmp_aes_encrypt(tfm, b0, s0);
 190 }
 191
 192 static int ieee80211_ccmp_hdr(struct sk_buff *skb, int hdr_len,
 193                               u8 *aeskey, int keylen, void *priv)
 194 {
 195         struct ieee80211_ccmp_data *key = priv;
 196         int i;
 197         u8 *pos;
 198
 199         if (skb_headroom(skb) < CCMP_HDR_LEN || skb->len < hdr_len)
 200                 return -1;
 201
 202         if (aeskey != NULL && keylen >= CCMP_TK_LEN)
 203                 memcpy(aeskey, key->key, CCMP_TK_LEN);
 204
 205         pos = skb_push(skb, CCMP_HDR_LEN);
 206         memmove(pos, pos + CCMP_HDR_LEN, hdr_len);
 207         pos += hdr_len;
 208
 209         i = CCMP_PN_LEN - 1;
 210         while (i >= 0) {
 211                 key->tx_pn[i]++;
 212                 if (key->tx_pn[i] != 0)
 213                         break;
 214                 i--;
 215         }
 216
 217         *pos++ = key->tx_pn[5];
 218         *pos++ = key->tx_pn[4];
 219         *pos++ = 0;
 220         *pos++ = (key->key_idx << 6) | (1 << 5) /* Ext IV included */ ;
 221         *pos++ = key->tx_pn[3];
 222         *pos++ = key->tx_pn[2];
 223         *pos++ = key->tx_pn[1];
 224         *pos++ = key->tx_pn[0];
 225
 226         return CCMP_HDR_LEN;
 227 }
 228
 229 static int ieee80211_ccmp_encrypt(struct sk_buff *skb, int hdr_len, void *priv)
 230 {
 231         struct ieee80211_ccmp_data *key = priv;
 232         int data_len, i, blocks, last, len;
 233         u8 *pos, *mic;
 234         struct ieee80211_hdr_4addr *hdr;
 235         u8 *b0 = key->tx_b0;
 236         u8 *b = key->tx_b;
 237         u8 *e = key->tx_e;
 238         u8 *s0 = key->tx_s0;
 239
 240         if (skb_tailroom(skb) < CCMP_MIC_LEN || skb->len < hdr_len)
 241                 return -1;
 242
 243         data_len = skb->len - hdr_len;
 244         len = ieee80211_ccmp_hdr(skb, hdr_len, NULL, 0, priv);
 245         if (len < 0)
 246                 return -1;
 247
 248         pos = skb->data + hdr_len + CCMP_HDR_LEN;
 249         mic = skb_put(skb, CCMP_MIC_LEN);
 250         hdr = (struct ieee80211_hdr_4addr *)skb->data;
 251         ccmp_init_blocks(key->tfm, hdr, key->tx_pn, data_len, b0, b, s0);
 252
 253         blocks = (data_len + AES_BLOCK_LEN - 1) / AES_BLOCK_LEN;
 254         last = data_len % AES_BLOCK_LEN;
 255
 256         for (i = 1; i <= blocks; i++) {
 257                 len = (i == blocks && last) ? last : AES_BLOCK_LEN;
 258                 /* Authentication */
 259                 xor_block(b, pos, len);
 260                 ieee80211_ccmp_aes_encrypt(key->tfm, b, b);
 261                 /* Encryption, with counter */
 262                 b0[14] = (i >> 8) & 0xff;
 263                 b0[15] = i & 0xff;
 264                 ieee80211_ccmp_aes_encrypt(key->tfm, b0, e);
 265                 xor_block(pos, e, len);
 266                 pos += len;
 267         }
 268
 269         for (i = 0; i < CCMP_MIC_LEN; i++)
 270                 mic[i] = b[i] ^ s0[i];
 271
 272         return 0;
 273 }
 274
 275 static int ieee80211_ccmp_decrypt(struct sk_buff *skb, int hdr_len, void *priv)
 276 {
 277         struct ieee80211_ccmp_data *key = priv;
 278         u8 keyidx, *pos;
 279         struct ieee80211_hdr_4addr *hdr;
 280         u8 *b0 = key->rx_b0;
 281         u8 *b = key->rx_b;
 282         u8 *a = key->rx_a;
 283         u8 pn[6];
 284         int i, blocks, last, len;
 285         size_t data_len = skb->len - hdr_len - CCMP_HDR_LEN - CCMP_MIC_LEN;
 286         u8 *mic = skb->data + skb->len - CCMP_MIC_LEN;
 287
 288         if (skb->len < hdr_len + CCMP_HDR_LEN + CCMP_MIC_LEN) {
 289                 key->dot11RSNAStatsCCMPFormatErrors++;
 290                 return -1;
 291         }
 292
 293         hdr = (struct ieee80211_hdr_4addr *)skb->data;
 294         pos = skb->data + hdr_len;
 295         keyidx = pos[3];
 296         if (!(keyidx & (1 << 5))) {
 297                 if (net_ratelimit()) {
 298                         printk(KERN_DEBUG "CCMP: received packet without ExtIV"
 299                                " flag from " MAC_FMT "\n", MAC_ARG(hdr->addr2));
 300                 }
 301                 key->dot11RSNAStatsCCMPFormatErrors++;
 302                 return -2;
 303         }
 304         keyidx >>= 6;
 305         if (key->key_idx != keyidx) {
 306                 printk(KERN_DEBUG "CCMP: RX tkey->key_idx=%d frame "
 307                        "keyidx=%d priv=%p\n", key->key_idx, keyidx, priv);
 308                 return -6;
 309         }
 310         if (!key->key_set) {
 311                 if (net_ratelimit()) {
 312                         printk(KERN_DEBUG "CCMP: received packet from " MAC_FMT
 313                                " with keyid=%d that does not have a configured"
 314                                " key\n", MAC_ARG(hdr->addr2), keyidx);
 315                 }
 316                 return -3;
 317         }
 318
 319         pn[0] = pos[7];
 320         pn[1] = pos[6];
 321         pn[2] = pos[5];
 322         pn[3] = pos[4];
 323         pn[4] = pos[1];
 324         pn[5] = pos[0];
 325         pos += 8;
 326
 327         if (memcmp(pn, key->rx_pn, CCMP_PN_LEN) <= 0) {
 328                 if (net_ratelimit()) {
 329                         printk(KERN_DEBUG "CCMP: replay detected: STA=" MAC_FMT
 330                                " previous PN %02x%02x%02x%02x%02x%02x "
 331                                "received PN %02x%02x%02x%02x%02x%02x\n",
 332                                MAC_ARG(hdr->addr2), MAC_ARG(key->rx_pn),
 333                                MAC_ARG(pn));
 334                 }
 335                 key->dot11RSNAStatsCCMPReplays++;
 336                 return -4;
 337         }
 338
 339         ccmp_init_blocks(key->tfm, hdr, pn, data_len, b0, a, b);
 340         xor_block(mic, b, CCMP_MIC_LEN);
 341
 342         blocks = (data_len + AES_BLOCK_LEN - 1) / AES_BLOCK_LEN;
 343         last = data_len % AES_BLOCK_LEN;
 344
 345         for (i = 1; i <= blocks; i++) {
 346                 len = (i == blocks && last) ? last : AES_BLOCK_LEN;
 347                 /* Decrypt, with counter */
 348                 b0[14] = (i >> 8) & 0xff;
 349                 b0[15] = i & 0xff;
 350                 ieee80211_ccmp_aes_encrypt(key->tfm, b0, b);
 351                 xor_block(pos, b, len);
 352                 /* Authentication */
 353                 xor_block(a, pos, len);
 354                 ieee80211_ccmp_aes_encrypt(key->tfm, a, a);
 355                 pos += len;
 356         }
 357
 358         if (memcmp(mic, a, CCMP_MIC_LEN) != 0) {
 359                 if (net_ratelimit()) {
 360                         printk(KERN_DEBUG "CCMP: decrypt failed: STA="
 361                                MAC_FMT "\n", MAC_ARG(hdr->addr2));
 362                 }
 363                 key->dot11RSNAStatsCCMPDecryptErrors++;
 364                 return -5;
 365         }
 366
 367         memcpy(key->rx_pn, pn, CCMP_PN_LEN);
 368
 369         /* Remove hdr and MIC */
 370         memmove(skb->data + CCMP_HDR_LEN, skb->data, hdr_len);
 371         skb_pull(skb, CCMP_HDR_LEN);
 372         skb_trim(skb, skb->len - CCMP_MIC_LEN);
 373
 374         return keyidx;
 375 }
 376
 377 static int ieee80211_ccmp_set_key(void *key, int len, u8 * seq, void *priv)
 378 {
 379         struct ieee80211_ccmp_data *data = priv;
 380         int keyidx;
 381         struct crypto_tfm *tfm = data->tfm;
 382
 383         keyidx = data->key_idx;
 384         memset(data, 0, sizeof(*data));
 385         data->key_idx = keyidx;
 386         data->tfm = tfm;
 387         if (len == CCMP_TK_LEN) {
 388                 memcpy(data->key, key, CCMP_TK_LEN);
 389                 data->key_set = 1;
 390                 if (seq) {
 391                         data->rx_pn[0] = seq[5];
 392                         data->rx_pn[1] = seq[4];
 393                         data->rx_pn[2] = seq[3];
 394                         data->rx_pn[3] = seq[2];
 395                         data->rx_pn[4] = seq[1];
 396                         data->rx_pn[5] = seq[0];
 397                 }
 398                 crypto_cipher_setkey(data->tfm, data->key, CCMP_TK_LEN);
 399         } else if (len == 0)
 400                 data->key_set = 0;
 401         else
 402                 return -1;
 403
 404         return 0;
 405 }
 406
 407 static int ieee80211_ccmp_get_key(void *key, int len, u8 * seq, void *priv)
 408 {
 409         struct ieee80211_ccmp_data *data = priv;
 410
 411         if (len < CCMP_TK_LEN)
 412                 return -1;
 413
 414         if (!data->key_set)
 415                 return 0;
 416         memcpy(key, data->key, CCMP_TK_LEN);
 417
 418         if (seq) {
 419                 seq[0] = data->tx_pn[5];
 420                 seq[1] = data->tx_pn[4];
 421                 seq[2] = data->tx_pn[3];
 422                 seq[3] = data->tx_pn[2];
 423                 seq[4] = data->tx_pn[1];
 424                 seq[5] = data->tx_pn[0];
 425         }
 426
 427         return CCMP_TK_LEN;
 428 }
 429
 430 static char *ieee80211_ccmp_print_stats(char *p, void *priv)
 431 {
 432         struct ieee80211_ccmp_data *ccmp = priv;
 433         p += sprintf(p, "key[%d] alg=CCMP key_set=%d "
 434                      "tx_pn=%02x%02x%02x%02x%02x%02x "
 435                      "rx_pn=%02x%02x%02x%02x%02x%02x "
 436                      "format_errors=%d replays=%d decrypt_errors=%d\n",
 437                      ccmp->key_idx, ccmp->key_set,
 438                      MAC_ARG(ccmp->tx_pn), MAC_ARG(ccmp->rx_pn),
 439                      ccmp->dot11RSNAStatsCCMPFormatErrors,
 440                      ccmp->dot11RSNAStatsCCMPReplays,
 441                      ccmp->dot11RSNAStatsCCMPDecryptErrors);
 442
 443         return p;
 444 }
 445
 446 static struct ieee80211_crypto_ops ieee80211_crypt_ccmp = {
 447         .name = "CCMP",
 448         .init = ieee80211_ccmp_init,
 449         .deinit = ieee80211_ccmp_deinit,
 450         .build_iv = ieee80211_ccmp_hdr,
 451         .encrypt_mpdu = ieee80211_ccmp_encrypt,
 452         .decrypt_mpdu = ieee80211_ccmp_decrypt,
 453         .encrypt_msdu = NULL,
 454         .decrypt_msdu = NULL,
 455         .set_key = ieee80211_ccmp_set_key,
 456         .get_key = ieee80211_ccmp_get_key,
 457         .print_stats = ieee80211_ccmp_print_stats,
 458         .extra_mpdu_prefix_len = CCMP_HDR_LEN,
 459         .extra_mpdu_postfix_len = CCMP_MIC_LEN,
 460         .owner = THIS_MODULE,
 461 };
 462
 463 static int __init ieee80211_crypto_ccmp_init(void)
 464 {
 465         return ieee80211_register_crypto_ops(&ieee80211_crypt_ccmp);
 466 }
 467
 468 static void __exit ieee80211_crypto_ccmp_exit(void)
 469 {
 470         ieee80211_unregister_crypto_ops(&ieee80211_crypt_ccmp);
 471 }
 472
 473 module_init(ieee80211_crypto_ccmp_init);
 474 module_exit(ieee80211_crypto_ccmp_exit);