arch/arm/crypto/aes-ce-glue.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * aes-ce-glue.c - wrapper code for ARMv8 AES
   4  *
   5  * Copyright (C) 2015 Linaro Ltd <ard.biesheuvel@linaro.org>
   6  */
   7
   8 #include <asm/hwcap.h>
   9 #include <asm/neon.h>
  10 #include <crypto/aes.h>
  11 #include <crypto/internal/simd.h>
  12 #include <crypto/internal/skcipher.h>
  13 #include <linux/cpufeature.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <crypto/xts.h>
  16
  17 MODULE_DESCRIPTION("AES-ECB/CBC/CTR/XTS using ARMv8 Crypto Extensions");
  18 MODULE_AUTHOR("Ard Biesheuvel <ard.biesheuvel@linaro.org>");
  19 MODULE_LICENSE("GPL v2");
  20
  21 /* defined in aes-ce-core.S */
  22 asmlinkage u32 ce_aes_sub(u32 input);
  23 asmlinkage void ce_aes_invert(void *dst, void *src);
  24
  25 asmlinkage void ce_aes_ecb_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  26                                    int rounds, int blocks);
  27 asmlinkage void ce_aes_ecb_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  28                                    int rounds, int blocks);
  29
  30 asmlinkage void ce_aes_cbc_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  31                                    int rounds, int blocks, u8 iv[]);
  32 asmlinkage void ce_aes_cbc_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  33                                    int rounds, int blocks, u8 iv[]);
  34
  35 asmlinkage void ce_aes_ctr_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  36                                    int rounds, int blocks, u8 ctr[]);
  37
  38 asmlinkage void ce_aes_xts_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk1[],
  39                                    int rounds, int blocks, u8 iv[],
  40                                    u8 const rk2[], int first);
  41 asmlinkage void ce_aes_xts_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk1[],
  42                                    int rounds, int blocks, u8 iv[],
  43                                    u8 const rk2[], int first);
  44
  45 struct aes_block {
  46         u8 b[AES_BLOCK_SIZE];
  47 };
  48
  49 static int num_rounds(struct crypto_aes_ctx *ctx)
  50 {
  51         /*
  52          * # of rounds specified by AES:
  53          * 128 bit key          10 rounds
  54          * 192 bit key          12 rounds
  55          * 256 bit key          14 rounds
  56          * => n byte key        => 6 + (n/4) rounds
  57          */
  58         return 6 + ctx->key_length / 4;
  59 }
  60
  61 static int ce_aes_expandkey(struct crypto_aes_ctx *ctx, const u8 *in_key,
  62                             unsigned int key_len)
  63 {
  64         /*
  65          * The AES key schedule round constants
  66          */
  67         static u8 const rcon[] = {
  68                 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36,
  69         };
  70
  71         u32 kwords = key_len / sizeof(u32);
  72         struct aes_block *key_enc, *key_dec;
  73         int i, j;
  74
  75         if (key_len != AES_KEYSIZE_128 &&
  76             key_len != AES_KEYSIZE_192 &&
  77             key_len != AES_KEYSIZE_256)
  78                 return -EINVAL;
  79
  80         memcpy(ctx->key_enc, in_key, key_len);
  81         ctx->key_length = key_len;
  82
  83         kernel_neon_begin();
  84         for (i = 0; i < sizeof(rcon); i++) {
  85                 u32 *rki = ctx->key_enc + (i * kwords);
  86                 u32 *rko = rki + kwords;
  87
  88 #ifndef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
  89                 rko[0] = ror32(ce_aes_sub(rki[kwords - 1]), 8);
  90                 rko[0] = rko[0] ^ rki[0] ^ rcon[i];
  91 #else
  92                 rko[0] = rol32(ce_aes_sub(rki[kwords - 1]), 8);
  93                 rko[0] = rko[0] ^ rki[0] ^ (rcon[i] << 24);
  94 #endif
  95                 rko[1] = rko[0] ^ rki[1];
  96                 rko[2] = rko[1] ^ rki[2];
  97                 rko[3] = rko[2] ^ rki[3];
  98
  99                 if (key_len == AES_KEYSIZE_192) {
 100                         if (i >= 7)
 101                                 break;
 102                         rko[4] = rko[3] ^ rki[4];
 103                         rko[5] = rko[4] ^ rki[5];
 104                 } else if (key_len == AES_KEYSIZE_256) {
 105                         if (i >= 6)
 106                                 break;
 107                         rko[4] = ce_aes_sub(rko[3]) ^ rki[4];
 108                         rko[5] = rko[4] ^ rki[5];
 109                         rko[6] = rko[5] ^ rki[6];
 110                         rko[7] = rko[6] ^ rki[7];
 111                 }
 112         }
 113
 114         /*
 115          * Generate the decryption keys for the Equivalent Inverse Cipher.
 116          * This involves reversing the order of the round keys, and applying
 117          * the Inverse Mix Columns transformation on all but the first and
 118          * the last one.
 119          */
 120         key_enc = (struct aes_block *)ctx->key_enc;
 121         key_dec = (struct aes_block *)ctx->key_dec;
 122         j = num_rounds(ctx);
 123
 124         key_dec[0] = key_enc[j];
 125         for (i = 1, j--; j > 0; i++, j--)
 126                 ce_aes_invert(key_dec + i, key_enc + j);
 127         key_dec[i] = key_enc[0];
 128
 129         kernel_neon_end();
 130         return 0;
 131 }
 132
 133 static int ce_aes_setkey(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
 134                          unsigned int key_len)
 135 {
 136         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 137         int ret;
 138
 139         ret = ce_aes_expandkey(ctx, in_key, key_len);
 140         if (!ret)
 141                 return 0;
 142
 143         crypto_skcipher_set_flags(tfm, CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN);
 144         return -EINVAL;
 145 }
 146
 147 struct crypto_aes_xts_ctx {
 148         struct crypto_aes_ctx key1;
 149         struct crypto_aes_ctx __aligned(8) key2;
 150 };
 151
 152 static int xts_set_key(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
 153                        unsigned int key_len)
 154 {
 155         struct crypto_aes_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 156         int ret;
 157
 158         ret = xts_verify_key(tfm, in_key, key_len);
 159         if (ret)
 160                 return ret;
 161
 162         ret = ce_aes_expandkey(&ctx->key1, in_key, key_len / 2);
 163         if (!ret)
 164                 ret = ce_aes_expandkey(&ctx->key2, &in_key[key_len / 2],
 165                                        key_len / 2);
 166         if (!ret)
 167                 return 0;
 168
 169         crypto_skcipher_set_flags(tfm, CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN);
 170         return -EINVAL;
 171 }
 172
 173 static int ecb_encrypt(struct skcipher_request *req)
 174 {
 175         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 176         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 177         struct skcipher_walk walk;
 178         unsigned int blocks;
 179         int err;
 180
 181         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 182
 183         kernel_neon_begin();
 184         while ((blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE))) {
 185                 ce_aes_ecb_encrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 186                                    (u8 *)ctx->key_enc, num_rounds(ctx), blocks);
 187                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 188         }
 189         kernel_neon_end();
 190         return err;
 191 }
 192
 193 static int ecb_decrypt(struct skcipher_request *req)
 194 {
 195         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 196         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 197         struct skcipher_walk walk;
 198         unsigned int blocks;
 199         int err;
 200
 201         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 202
 203         kernel_neon_begin();
 204         while ((blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE))) {
 205                 ce_aes_ecb_decrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 206                                    (u8 *)ctx->key_dec, num_rounds(ctx), blocks);
 207                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 208         }
 209         kernel_neon_end();
 210         return err;
 211 }
 212
 213 static int cbc_encrypt(struct skcipher_request *req)
 214 {
 215         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 216         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 217         struct skcipher_walk walk;
 218         unsigned int blocks;
 219         int err;
 220
 221         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 222
 223         kernel_neon_begin();
 224         while ((blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE))) {
 225                 ce_aes_cbc_encrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 226                                    (u8 *)ctx->key_enc, num_rounds(ctx), blocks,
 227                                    walk.iv);
 228                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 229         }
 230         kernel_neon_end();
 231         return err;
 232 }
 233
 234 static int cbc_decrypt(struct skcipher_request *req)
 235 {
 236         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 237         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 238         struct skcipher_walk walk;
 239         unsigned int blocks;
 240         int err;
 241
 242         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 243
 244         kernel_neon_begin();
 245         while ((blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE))) {
 246                 ce_aes_cbc_decrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 247                                    (u8 *)ctx->key_dec, num_rounds(ctx), blocks,
 248                                    walk.iv);
 249                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 250         }
 251         kernel_neon_end();
 252         return err;
 253 }
 254
 255 static int ctr_encrypt(struct skcipher_request *req)
 256 {
 257         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 258         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 259         struct skcipher_walk walk;
 260         int err, blocks;
 261
 262         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 263
 264         kernel_neon_begin();
 265         while ((blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE))) {
 266                 ce_aes_ctr_encrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 267                                    (u8 *)ctx->key_enc, num_rounds(ctx), blocks,
 268                                    walk.iv);
 269                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 270         }
 271         if (walk.nbytes) {
 272                 u8 __aligned(8) tail[AES_BLOCK_SIZE];
 273                 unsigned int nbytes = walk.nbytes;
 274                 u8 *tdst = walk.dst.virt.addr;
 275                 u8 *tsrc = walk.src.virt.addr;
 276
 277                 /*
 278                  * Tell aes_ctr_encrypt() to process a tail block.
 279                  */
 280                 blocks = -1;
 281
 282                 ce_aes_ctr_encrypt(tail, NULL, (u8 *)ctx->key_enc,
 283                                    num_rounds(ctx), blocks, walk.iv);
 284                 crypto_xor_cpy(tdst, tsrc, tail, nbytes);
 285                 err = skcipher_walk_done(&walk, 0);
 286         }
 287         kernel_neon_end();
 288
 289         return err;
 290 }
 291
 292 static int xts_encrypt(struct skcipher_request *req)
 293 {
 294         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 295         struct crypto_aes_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 296         int err, first, rounds = num_rounds(&ctx->key1);
 297         struct skcipher_walk walk;
 298         unsigned int blocks;
 299
 300         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 301
 302         kernel_neon_begin();
 303         for (first = 1; (blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE)); first = 0) {
 304                 ce_aes_xts_encrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 305                                    (u8 *)ctx->key1.key_enc, rounds, blocks,
 306                                    walk.iv, (u8 *)ctx->key2.key_enc, first);
 307                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 308         }
 309         kernel_neon_end();
 310
 311         return err;
 312 }
 313
 314 static int xts_decrypt(struct skcipher_request *req)
 315 {
 316         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 317         struct crypto_aes_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 318         int err, first, rounds = num_rounds(&ctx->key1);
 319         struct skcipher_walk walk;
 320         unsigned int blocks;
 321
 322         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 323
 324         kernel_neon_begin();
 325         for (first = 1; (blocks = (walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE)); first = 0) {
 326                 ce_aes_xts_decrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 327                                    (u8 *)ctx->key1.key_dec, rounds, blocks,
 328                                    walk.iv, (u8 *)ctx->key2.key_enc, first);
 329                 err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE);
 330         }
 331         kernel_neon_end();
 332
 333         return err;
 334 }
 335
 336 static struct skcipher_alg aes_algs[] = { {
 337         .base = {
 338                 .cra_name               = "__ecb(aes)",
 339                 .cra_driver_name        = "__ecb-aes-ce",
 340                 .cra_priority           = 300,
 341                 .cra_flags              = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 342                 .cra_blocksize          = AES_BLOCK_SIZE,
 343                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct crypto_aes_ctx),
 344                 .cra_module             = THIS_MODULE,
 345         },
 346         .min_keysize    = AES_MIN_KEY_SIZE,
 347         .max_keysize    = AES_MAX_KEY_SIZE,
 348         .setkey         = ce_aes_setkey,
 349         .encrypt        = ecb_encrypt,
 350         .decrypt        = ecb_decrypt,
 351 }, {
 352         .base = {
 353                 .cra_name               = "__cbc(aes)",
 354                 .cra_driver_name        = "__cbc-aes-ce",
 355                 .cra_priority           = 300,
 356                 .cra_flags              = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 357                 .cra_blocksize          = AES_BLOCK_SIZE,
 358                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct crypto_aes_ctx),
 359                 .cra_module             = THIS_MODULE,
 360         },
 361         .min_keysize    = AES_MIN_KEY_SIZE,
 362         .max_keysize    = AES_MAX_KEY_SIZE,
 363         .ivsize         = AES_BLOCK_SIZE,
 364         .setkey         = ce_aes_setkey,
 365         .encrypt        = cbc_encrypt,
 366         .decrypt        = cbc_decrypt,
 367 }, {
 368         .base = {
 369                 .cra_name               = "__ctr(aes)",
 370                 .cra_driver_name        = "__ctr-aes-ce",
 371                 .cra_priority           = 300,
 372                 .cra_flags              = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 373                 .cra_blocksize          = 1,
 374                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct crypto_aes_ctx),
 375                 .cra_module             = THIS_MODULE,
 376         },
 377         .min_keysize    = AES_MIN_KEY_SIZE,
 378         .max_keysize    = AES_MAX_KEY_SIZE,
 379         .ivsize         = AES_BLOCK_SIZE,
 380         .chunksize      = AES_BLOCK_SIZE,
 381         .setkey         = ce_aes_setkey,
 382         .encrypt        = ctr_encrypt,
 383         .decrypt        = ctr_encrypt,
 384 }, {
 385         .base = {
 386                 .cra_name               = "__xts(aes)",
 387                 .cra_driver_name        = "__xts-aes-ce",
 388                 .cra_priority           = 300,
 389                 .cra_flags              = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 390                 .cra_blocksize          = AES_BLOCK_SIZE,
 391                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct crypto_aes_xts_ctx),
 392                 .cra_module             = THIS_MODULE,
 393         },
 394         .min_keysize    = 2 * AES_MIN_KEY_SIZE,
 395         .max_keysize    = 2 * AES_MAX_KEY_SIZE,
 396         .ivsize         = AES_BLOCK_SIZE,
 397         .setkey         = xts_set_key,
 398         .encrypt        = xts_encrypt,
 399         .decrypt        = xts_decrypt,
 400 } };
 401
 402 static struct simd_skcipher_alg *aes_simd_algs[ARRAY_SIZE(aes_algs)];
 403
 404 static void aes_exit(void)
 405 {
 406         int i;
 407
 408         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(aes_simd_algs) && aes_simd_algs[i]; i++)
 409                 simd_skcipher_free(aes_simd_algs[i]);
 410
 411         crypto_unregister_skciphers(aes_algs, ARRAY_SIZE(aes_algs));
 412 }
 413
 414 static int __init aes_init(void)
 415 {
 416         struct simd_skcipher_alg *simd;
 417         const char *basename;
 418         const char *algname;
 419         const char *drvname;
 420         int err;
 421         int i;
 422
 423         err = crypto_register_skciphers(aes_algs, ARRAY_SIZE(aes_algs));
 424         if (err)
 425                 return err;
 426
 427         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(aes_algs); i++) {
 428                 algname = aes_algs[i].base.cra_name + 2;
 429                 drvname = aes_algs[i].base.cra_driver_name + 2;
 430                 basename = aes_algs[i].base.cra_driver_name;
 431                 simd = simd_skcipher_create_compat(algname, drvname, basename);
 432                 err = PTR_ERR(simd);
 433                 if (IS_ERR(simd))
 434                         goto unregister_simds;
 435
 436                 aes_simd_algs[i] = simd;
 437         }
 438
 439         return 0;
 440
 441 unregister_simds:
 442         aes_exit();
 443         return err;
 444 }
 445
 446 module_cpu_feature_match(AES, aes_init);
 447 module_exit(aes_exit);