fs/crypto/crypto.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * This contains encryption functions for per-file encryption.
   4  *
   5  * Copyright (C) 2015, Google, Inc.
   6  * Copyright (C) 2015, Motorola Mobility
   7  *
   8  * Written by Michael Halcrow, 2014.
   9  *
  10  * Filename encryption additions
  11  *      Uday Savagaonkar, 2014
  12  * Encryption policy handling additions
  13  *      Ildar Muslukhov, 2014
  14  * Add fscrypt_pullback_bio_page()
  15  *      Jaegeuk Kim, 2015.
  16  *
  17  * This has not yet undergone a rigorous security audit.
  18  *
  19  * The usage of AES-XTS should conform to recommendations in NIST
  20  * Special Publication 800-38E and IEEE P1619/D16.
  21  */
  22
  23 #include <linux/pagemap.h>
  24 #include <linux/mempool.h>
  25 #include <linux/module.h>
  26 #include <linux/scatterlist.h>
  27 #include <linux/ratelimit.h>
  28 #include <crypto/skcipher.h>
  29 #include "fscrypt_private.h"
  30
  31 static unsigned int num_prealloc_crypto_pages = 32;
  32
  33 module_param(num_prealloc_crypto_pages, uint, 0444);
  34 MODULE_PARM_DESC(num_prealloc_crypto_pages,
  35                 "Number of crypto pages to preallocate");
  36
  37 static mempool_t *fscrypt_bounce_page_pool = NULL;
  38
  39 static struct workqueue_struct *fscrypt_read_workqueue;
  40 static DEFINE_MUTEX(fscrypt_init_mutex);
  41
  42 struct kmem_cache *fscrypt_info_cachep;
  43
  44 void fscrypt_enqueue_decrypt_work(struct work_struct *work)
  45 {
  46         queue_work(fscrypt_read_workqueue, work);
  47 }
  48 EXPORT_SYMBOL(fscrypt_enqueue_decrypt_work);
  49
  50 struct page *fscrypt_alloc_bounce_page(gfp_t gfp_flags)
  51 {
  52         return mempool_alloc(fscrypt_bounce_page_pool, gfp_flags);
  53 }
  54
  55 /**
  56  * fscrypt_free_bounce_page() - free a ciphertext bounce page
  57  * @bounce_page: the bounce page to free, or NULL
  58  *
  59  * Free a bounce page that was allocated by fscrypt_encrypt_pagecache_blocks(),
  60  * or by fscrypt_alloc_bounce_page() directly.
  61  */
  62 void fscrypt_free_bounce_page(struct page *bounce_page)
  63 {
  64         if (!bounce_page)
  65                 return;
  66         set_page_private(bounce_page, (unsigned long)NULL);
  67         ClearPagePrivate(bounce_page);
  68         mempool_free(bounce_page, fscrypt_bounce_page_pool);
  69 }
  70 EXPORT_SYMBOL(fscrypt_free_bounce_page);
  71
  72 /*
  73  * Generate the IV for the given logical block number within the given file.
  74  * For filenames encryption, lblk_num == 0.
  75  *
  76  * Keep this in sync with fscrypt_limit_io_blocks().  fscrypt_limit_io_blocks()
  77  * needs to know about any IV generation methods where the low bits of IV don't
  78  * simply contain the lblk_num (e.g., IV_INO_LBLK_32).
  79  */
  80 void fscrypt_generate_iv(union fscrypt_iv *iv, u64 lblk_num,
  81                          const struct fscrypt_info *ci)
  82 {
  83         u8 flags = fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy);
  84
  85         memset(iv, 0, ci->ci_mode->ivsize);
  86
  87         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_64) {
  88                 WARN_ON_ONCE(lblk_num > U32_MAX);
  89                 WARN_ON_ONCE(ci->ci_inode->i_ino > U32_MAX);
  90                 lblk_num |= (u64)ci->ci_inode->i_ino << 32;
  91         } else if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32) {
  92                 WARN_ON_ONCE(lblk_num > U32_MAX);
  93                 lblk_num = (u32)(ci->ci_hashed_ino + lblk_num);
  94         } else if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_DIRECT_KEY) {
  95                 memcpy(iv->nonce, ci->ci_nonce, FSCRYPT_FILE_NONCE_SIZE);
  96         }
  97         iv->lblk_num = cpu_to_le64(lblk_num);
  98 }
  99
 100 /* Encrypt or decrypt a single filesystem block of file contents */
 101 int fscrypt_crypt_block(const struct inode *inode, fscrypt_direction_t rw,
 102                         u64 lblk_num, struct page *src_page,
 103                         struct page *dest_page, unsigned int len,
 104                         unsigned int offs, gfp_t gfp_flags)
 105 {
 106         union fscrypt_iv iv;
 107         struct skcipher_request *req = NULL;
 108         DECLARE_CRYPTO_WAIT(wait);
 109         struct scatterlist dst, src;
 110         struct fscrypt_info *ci = inode->i_crypt_info;
 111         struct crypto_skcipher *tfm = ci->ci_enc_key.tfm;
 112         int res = 0;
 113
 114         if (WARN_ON_ONCE(len <= 0))
 115                 return -EINVAL;
 116         if (WARN_ON_ONCE(len % FS_CRYPTO_BLOCK_SIZE != 0))
 117                 return -EINVAL;
 118
 119         fscrypt_generate_iv(&iv, lblk_num, ci);
 120
 121         req = skcipher_request_alloc(tfm, gfp_flags);
 122         if (!req)
 123                 return -ENOMEM;
 124
 125         skcipher_request_set_callback(
 126                 req, CRYPTO_TFM_REQ_MAY_BACKLOG | CRYPTO_TFM_REQ_MAY_SLEEP,
 127                 crypto_req_done, &wait);
 128
 129         sg_init_table(&dst, 1);
 130         sg_set_page(&dst, dest_page, len, offs);
 131         sg_init_table(&src, 1);
 132         sg_set_page(&src, src_page, len, offs);
 133         skcipher_request_set_crypt(req, &src, &dst, len, &iv);
 134         if (rw == FS_DECRYPT)
 135                 res = crypto_wait_req(crypto_skcipher_decrypt(req), &wait);
 136         else
 137                 res = crypto_wait_req(crypto_skcipher_encrypt(req), &wait);
 138         skcipher_request_free(req);
 139         if (res) {
 140                 fscrypt_err(inode, "%scryption failed for block %llu: %d",
 141                             (rw == FS_DECRYPT ? "De" : "En"), lblk_num, res);
 142                 return res;
 143         }
 144         return 0;
 145 }
 146
 147 /**
 148  * fscrypt_encrypt_pagecache_blocks() - Encrypt filesystem blocks from a
 149  *                                      pagecache page
 150  * @page:      The locked pagecache page containing the block(s) to encrypt
 151  * @len:       Total size of the block(s) to encrypt.  Must be a nonzero
 152  *              multiple of the filesystem's block size.
 153  * @offs:      Byte offset within @page of the first block to encrypt.  Must be
 154  *              a multiple of the filesystem's block size.
 155  * @gfp_flags: Memory allocation flags.  See details below.
 156  *
 157  * A new bounce page is allocated, and the specified block(s) are encrypted into
 158  * it.  In the bounce page, the ciphertext block(s) will be located at the same
 159  * offsets at which the plaintext block(s) were located in the source page; any
 160  * other parts of the bounce page will be left uninitialized.  However, normally
 161  * blocksize == PAGE_SIZE and the whole page is encrypted at once.
 162  *
 163  * This is for use by the filesystem's ->writepages() method.
 164  *
 165  * The bounce page allocation is mempool-backed, so it will always succeed when
 166  * @gfp_flags includes __GFP_DIRECT_RECLAIM, e.g. when it's GFP_NOFS.  However,
 167  * only the first page of each bio can be allocated this way.  To prevent
 168  * deadlocks, for any additional pages a mask like GFP_NOWAIT must be used.
 169  *
 170  * Return: the new encrypted bounce page on success; an ERR_PTR() on failure
 171  */
 172 struct page *fscrypt_encrypt_pagecache_blocks(struct page *page,
 173                                               unsigned int len,
 174                                               unsigned int offs,
 175                                               gfp_t gfp_flags)
 176
 177 {
 178         const struct inode *inode = page->mapping->host;
 179         const unsigned int blockbits = inode->i_blkbits;
 180         const unsigned int blocksize = 1 << blockbits;
 181         struct page *ciphertext_page;
 182         u64 lblk_num = ((u64)page->index << (PAGE_SHIFT - blockbits)) +
 183                        (offs >> blockbits);
 184         unsigned int i;
 185         int err;
 186
 187         if (WARN_ON_ONCE(!PageLocked(page)))
 188                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 189
 190         if (WARN_ON_ONCE(len <= 0 || !IS_ALIGNED(len | offs, blocksize)))
 191                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 192
 193         ciphertext_page = fscrypt_alloc_bounce_page(gfp_flags);
 194         if (!ciphertext_page)
 195                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 196
 197         for (i = offs; i < offs + len; i += blocksize, lblk_num++) {
 198                 err = fscrypt_crypt_block(inode, FS_ENCRYPT, lblk_num,
 199                                           page, ciphertext_page,
 200                                           blocksize, i, gfp_flags);
 201                 if (err) {
 202                         fscrypt_free_bounce_page(ciphertext_page);
 203                         return ERR_PTR(err);
 204                 }
 205         }
 206         SetPagePrivate(ciphertext_page);
 207         set_page_private(ciphertext_page, (unsigned long)page);
 208         return ciphertext_page;
 209 }
 210 EXPORT_SYMBOL(fscrypt_encrypt_pagecache_blocks);
 211
 212 /**
 213  * fscrypt_encrypt_block_inplace() - Encrypt a filesystem block in-place
 214  * @inode:     The inode to which this block belongs
 215  * @page:      The page containing the block to encrypt
 216  * @len:       Size of block to encrypt.  Doesn't need to be a multiple of the
 217  *              fs block size, but must be a multiple of FS_CRYPTO_BLOCK_SIZE.
 218  * @offs:      Byte offset within @page at which the block to encrypt begins
 219  * @lblk_num:  Filesystem logical block number of the block, i.e. the 0-based
 220  *              number of the block within the file
 221  * @gfp_flags: Memory allocation flags
 222  *
 223  * Encrypt a possibly-compressed filesystem block that is located in an
 224  * arbitrary page, not necessarily in the original pagecache page.  The @inode
 225  * and @lblk_num must be specified, as they can't be determined from @page.
 226  *
 227  * Return: 0 on success; -errno on failure
 228  */
 229 int fscrypt_encrypt_block_inplace(const struct inode *inode, struct page *page,
 230                                   unsigned int len, unsigned int offs,
 231                                   u64 lblk_num, gfp_t gfp_flags)
 232 {
 233         return fscrypt_crypt_block(inode, FS_ENCRYPT, lblk_num, page, page,
 234                                    len, offs, gfp_flags);
 235 }
 236 EXPORT_SYMBOL(fscrypt_encrypt_block_inplace);
 237
 238 /**
 239  * fscrypt_decrypt_pagecache_blocks() - Decrypt filesystem blocks in a
 240  *                                      pagecache page
 241  * @page:      The locked pagecache page containing the block(s) to decrypt
 242  * @len:       Total size of the block(s) to decrypt.  Must be a nonzero
 243  *              multiple of the filesystem's block size.
 244  * @offs:      Byte offset within @page of the first block to decrypt.  Must be
 245  *              a multiple of the filesystem's block size.
 246  *
 247  * The specified block(s) are decrypted in-place within the pagecache page,
 248  * which must still be locked and not uptodate.  Normally, blocksize ==
 249  * PAGE_SIZE and the whole page is decrypted at once.
 250  *
 251  * This is for use by the filesystem's ->readahead() method.
 252  *
 253  * Return: 0 on success; -errno on failure
 254  */
 255 int fscrypt_decrypt_pagecache_blocks(struct page *page, unsigned int len,
 256                                      unsigned int offs)
 257 {
 258         const struct inode *inode = page->mapping->host;
 259         const unsigned int blockbits = inode->i_blkbits;
 260         const unsigned int blocksize = 1 << blockbits;
 261         u64 lblk_num = ((u64)page->index << (PAGE_SHIFT - blockbits)) +
 262                        (offs >> blockbits);
 263         unsigned int i;
 264         int err;
 265
 266         if (WARN_ON_ONCE(!PageLocked(page)))
 267                 return -EINVAL;
 268
 269         if (WARN_ON_ONCE(len <= 0 || !IS_ALIGNED(len | offs, blocksize)))
 270                 return -EINVAL;
 271
 272         for (i = offs; i < offs + len; i += blocksize, lblk_num++) {
 273                 err = fscrypt_crypt_block(inode, FS_DECRYPT, lblk_num, page,
 274                                           page, blocksize, i, GFP_NOFS);
 275                 if (err)
 276                         return err;
 277         }
 278         return 0;
 279 }
 280 EXPORT_SYMBOL(fscrypt_decrypt_pagecache_blocks);
 281
 282 /**
 283  * fscrypt_decrypt_block_inplace() - Decrypt a filesystem block in-place
 284  * @inode:     The inode to which this block belongs
 285  * @page:      The page containing the block to decrypt
 286  * @len:       Size of block to decrypt.  Doesn't need to be a multiple of the
 287  *              fs block size, but must be a multiple of FS_CRYPTO_BLOCK_SIZE.
 288  * @offs:      Byte offset within @page at which the block to decrypt begins
 289  * @lblk_num:  Filesystem logical block number of the block, i.e. the 0-based
 290  *              number of the block within the file
 291  *
 292  * Decrypt a possibly-compressed filesystem block that is located in an
 293  * arbitrary page, not necessarily in the original pagecache page.  The @inode
 294  * and @lblk_num must be specified, as they can't be determined from @page.
 295  *
 296  * Return: 0 on success; -errno on failure
 297  */
 298 int fscrypt_decrypt_block_inplace(const struct inode *inode, struct page *page,
 299                                   unsigned int len, unsigned int offs,
 300                                   u64 lblk_num)
 301 {
 302         return fscrypt_crypt_block(inode, FS_DECRYPT, lblk_num, page, page,
 303                                    len, offs, GFP_NOFS);
 304 }
 305 EXPORT_SYMBOL(fscrypt_decrypt_block_inplace);
 306
 307 /**
 308  * fscrypt_initialize() - allocate major buffers for fs encryption.
 309  * @cop_flags:  fscrypt operations flags
 310  *
 311  * We only call this when we start accessing encrypted files, since it
 312  * results in memory getting allocated that wouldn't otherwise be used.
 313  *
 314  * Return: 0 on success; -errno on failure
 315  */
 316 int fscrypt_initialize(unsigned int cop_flags)
 317 {
 318         int err = 0;
 319
 320         /* No need to allocate a bounce page pool if this FS won't use it. */
 321         if (cop_flags & FS_CFLG_OWN_PAGES)
 322                 return 0;
 323
 324         mutex_lock(&fscrypt_init_mutex);
 325         if (fscrypt_bounce_page_pool)
 326                 goto out_unlock;
 327
 328         err = -ENOMEM;
 329         fscrypt_bounce_page_pool =
 330                 mempool_create_page_pool(num_prealloc_crypto_pages, 0);
 331         if (!fscrypt_bounce_page_pool)
 332                 goto out_unlock;
 333
 334         err = 0;
 335 out_unlock:
 336         mutex_unlock(&fscrypt_init_mutex);
 337         return err;
 338 }
 339
 340 void fscrypt_msg(const struct inode *inode, const char *level,
 341                  const char *fmt, ...)
 342 {
 343         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
 344                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
 345         struct va_format vaf;
 346         va_list args;
 347
 348         if (!__ratelimit(&rs))
 349                 return;
 350
 351         va_start(args, fmt);
 352         vaf.fmt = fmt;
 353         vaf.va = &args;
 354         if (inode && inode->i_ino)
 355                 printk("%sfscrypt (%s, inode %lu): %pV\n",
 356                        level, inode->i_sb->s_id, inode->i_ino, &vaf);
 357         else if (inode)
 358                 printk("%sfscrypt (%s): %pV\n", level, inode->i_sb->s_id, &vaf);
 359         else
 360                 printk("%sfscrypt: %pV\n", level, &vaf);
 361         va_end(args);
 362 }
 363
 364 /**
 365  * fscrypt_init() - Set up for fs encryption.
 366  *
 367  * Return: 0 on success; -errno on failure
 368  */
 369 static int __init fscrypt_init(void)
 370 {
 371         int err = -ENOMEM;
 372
 373         /*
 374          * Use an unbound workqueue to allow bios to be decrypted in parallel
 375          * even when they happen to complete on the same CPU.  This sacrifices
 376          * locality, but it's worthwhile since decryption is CPU-intensive.
 377          *
 378          * Also use a high-priority workqueue to prioritize decryption work,
 379          * which blocks reads from completing, over regular application tasks.
 380          */
 381         fscrypt_read_workqueue = alloc_workqueue("fscrypt_read_queue",
 382                                                  WQ_UNBOUND | WQ_HIGHPRI,
 383                                                  num_online_cpus());
 384         if (!fscrypt_read_workqueue)
 385                 goto fail;
 386
 387         fscrypt_info_cachep = KMEM_CACHE(fscrypt_info, SLAB_RECLAIM_ACCOUNT);
 388         if (!fscrypt_info_cachep)
 389                 goto fail_free_queue;
 390
 391         err = fscrypt_init_keyring();
 392         if (err)
 393                 goto fail_free_info;
 394
 395         return 0;
 396
 397 fail_free_info:
 398         kmem_cache_destroy(fscrypt_info_cachep);
 399 fail_free_queue:
 400         destroy_workqueue(fscrypt_read_workqueue);
 401 fail:
 402         return err;
 403 }
 404 late_initcall(fscrypt_init)