Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/net
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / crypto / asymmetric-keys.txt
1                 =============================================
2                 ASYMMETRIC / PUBLIC-KEY CRYPTOGRAPHY KEY TYPE
3                 =============================================
4
5 Contents:
6
7   - Overview.
8   - Key identification.
9   - Accessing asymmetric keys.
10     - Signature verification.
11   - Asymmetric key subtypes.
12   - Instantiation data parsers.
13   - Keyring link restrictions.
14
15
16 ========
17 OVERVIEW
18 ========
19
20 The "asymmetric" key type is designed to be a container for the keys used in
21 public-key cryptography, without imposing any particular restrictions on the
22 form or mechanism of the cryptography or form of the key.
23
24 The asymmetric key is given a subtype that defines what sort of data is
25 associated with the key and provides operations to describe and destroy it.
26 However, no requirement is made that the key data actually be stored in the
27 key.
28
29 A completely in-kernel key retention and operation subtype can be defined, but
30 it would also be possible to provide access to cryptographic hardware (such as
31 a TPM) that might be used to both retain the relevant key and perform
32 operations using that key.  In such a case, the asymmetric key would then
33 merely be an interface to the TPM driver.
34
35 Also provided is the concept of a data parser.  Data parsers are responsible
36 for extracting information from the blobs of data passed to the instantiation
37 function.  The first data parser that recognises the blob gets to set the
38 subtype of the key and define the operations that can be done on that key.
39
40 A data parser may interpret the data blob as containing the bits representing a
41 key, or it may interpret it as a reference to a key held somewhere else in the
42 system (for example, a TPM).
43
44
45 ==================
46 KEY IDENTIFICATION
47 ==================
48
49 If a key is added with an empty name, the instantiation data parsers are given
50 the opportunity to pre-parse a key and to determine the description the key
51 should be given from the content of the key.
52
53 This can then be used to refer to the key, either by complete match or by
54 partial match.  The key type may also use other criteria to refer to a key.
55
56 The asymmetric key type's match function can then perform a wider range of
57 comparisons than just the straightforward comparison of the description with
58 the criterion string:
59
60  (1) If the criterion string is of the form "id:<hexdigits>" then the match
61      function will examine a key's fingerprint to see if the hex digits given
62      after the "id:" match the tail.  For instance:
63
64         keyctl search @s asymmetric id:5acc2142
65
66      will match a key with fingerprint:
67
68         1A00 2040 7601 7889 DE11  882C 3823 04AD 5ACC 2142
69
70  (2) If the criterion string is of the form "<subtype>:<hexdigits>" then the
71      match will match the ID as in (1), but with the added restriction that
72      only keys of the specified subtype (e.g. tpm) will be matched.  For
73      instance:
74
75         keyctl search @s asymmetric tpm:5acc2142
76
77 Looking in /proc/keys, the last 8 hex digits of the key fingerprint are
78 displayed, along with the subtype:
79
80         1a39e171 I-----     1 perm 3f010000     0     0 asymmetric modsign.0: DSA 5acc2142 []
81
82
83 =========================
84 ACCESSING ASYMMETRIC KEYS
85 =========================
86
87 For general access to asymmetric keys from within the kernel, the following
88 inclusion is required:
89
90         #include <crypto/public_key.h>
91
92 This gives access to functions for dealing with asymmetric / public keys.
93 Three enums are defined there for representing public-key cryptography
94 algorithms:
95
96         enum pkey_algo
97
98 digest algorithms used by those:
99
100         enum pkey_hash_algo
101
102 and key identifier representations:
103
104         enum pkey_id_type
105
106 Note that the key type representation types are required because key
107 identifiers from different standards aren't necessarily compatible.  For
108 instance, PGP generates key identifiers by hashing the key data plus some
109 PGP-specific metadata, whereas X.509 has arbitrary certificate identifiers.
110
111 The operations defined upon a key are:
112
113  (1) Signature verification.
114
115 Other operations are possible (such as encryption) with the same key data
116 required for verification, but not currently supported, and others
117 (eg. decryption and signature generation) require extra key data.
118
119
120 SIGNATURE VERIFICATION
121 ----------------------
122
123 An operation is provided to perform cryptographic signature verification, using
124 an asymmetric key to provide or to provide access to the public key.
125
126         int verify_signature(const struct key *key,
127                              const struct public_key_signature *sig);
128
129 The caller must have already obtained the key from some source and can then use
130 it to check the signature.  The caller must have parsed the signature and
131 transferred the relevant bits to the structure pointed to by sig.
132
133         struct public_key_signature {
134                 u8 *digest;
135                 u8 digest_size;
136                 enum pkey_hash_algo pkey_hash_algo : 8;
137                 u8 nr_mpi;
138                 union {
139                         MPI mpi[2];
140                         ...
141                 };
142         };
143
144 The algorithm used must be noted in sig->pkey_hash_algo, and all the MPIs that
145 make up the actual signature must be stored in sig->mpi[] and the count of MPIs
146 placed in sig->nr_mpi.
147
148 In addition, the data must have been digested by the caller and the resulting
149 hash must be pointed to by sig->digest and the size of the hash be placed in
150 sig->digest_size.
151
152 The function will return 0 upon success or -EKEYREJECTED if the signature
153 doesn't match.
154
155 The function may also return -ENOTSUPP if an unsupported public-key algorithm
156 or public-key/hash algorithm combination is specified or the key doesn't
157 support the operation; -EBADMSG or -ERANGE if some of the parameters have weird
158 data; or -ENOMEM if an allocation can't be performed.  -EINVAL can be returned
159 if the key argument is the wrong type or is incompletely set up.
160
161
162 =======================
163 ASYMMETRIC KEY SUBTYPES
164 =======================
165
166 Asymmetric keys have a subtype that defines the set of operations that can be
167 performed on that key and that determines what data is attached as the key
168 payload.  The payload format is entirely at the whim of the subtype.
169
170 The subtype is selected by the key data parser and the parser must initialise
171 the data required for it.  The asymmetric key retains a reference on the
172 subtype module.
173
174 The subtype definition structure can be found in:
175
176         #include <keys/asymmetric-subtype.h>
177
178 and looks like the following:
179
180         struct asymmetric_key_subtype {
181                 struct module           *owner;
182                 const char              *name;
183
184                 void (*describe)(const struct key *key, struct seq_file *m);
185                 void (*destroy)(void *payload);
186                 int (*query)(const struct kernel_pkey_params *params,
187                              struct kernel_pkey_query *info);
188                 int (*eds_op)(struct kernel_pkey_params *params,
189                               const void *in, void *out);
190                 int (*verify_signature)(const struct key *key,
191                                         const struct public_key_signature *sig);
192         };
193
194 Asymmetric keys point to this with their payload[asym_subtype] member.
195
196 The owner and name fields should be set to the owning module and the name of
197 the subtype.  Currently, the name is only used for print statements.
198
199 There are a number of operations defined by the subtype:
200
201  (1) describe().
202
203      Mandatory.  This allows the subtype to display something in /proc/keys
204      against the key.  For instance the name of the public key algorithm type
205      could be displayed.  The key type will display the tail of the key
206      identity string after this.
207
208  (2) destroy().
209
210      Mandatory.  This should free the memory associated with the key.  The
211      asymmetric key will look after freeing the fingerprint and releasing the
212      reference on the subtype module.
213
214  (3) query().
215
216      Mandatory.  This is a function for querying the capabilities of a key.
217
218  (4) eds_op().
219
220      Optional.  This is the entry point for the encryption, decryption and
221      signature creation operations (which are distinguished by the operation ID
222      in the parameter struct).  The subtype may do anything it likes to
223      implement an operation, including offloading to hardware.
224
225  (5) verify_signature().
226
227      Optional.  This is the entry point for signature verification.  The
228      subtype may do anything it likes to implement an operation, including
229      offloading to hardware.
230
231
232 ==========================
233 INSTANTIATION DATA PARSERS
234 ==========================
235
236 The asymmetric key type doesn't generally want to store or to deal with a raw
237 blob of data that holds the key data.  It would have to parse it and error
238 check it each time it wanted to use it.  Further, the contents of the blob may
239 have various checks that can be performed on it (eg. self-signatures, validity
240 dates) and may contain useful data about the key (identifiers, capabilities).
241
242 Also, the blob may represent a pointer to some hardware containing the key
243 rather than the key itself.
244
245 Examples of blob formats for which parsers could be implemented include:
246
247  - OpenPGP packet stream [RFC 4880].
248  - X.509 ASN.1 stream.
249  - Pointer to TPM key.
250  - Pointer to UEFI key.
251  - PKCS#8 private key [RFC 5208].
252  - PKCS#5 encrypted private key [RFC 2898].
253
254 During key instantiation each parser in the list is tried until one doesn't
255 return -EBADMSG.
256
257 The parser definition structure can be found in:
258
259         #include <keys/asymmetric-parser.h>
260
261 and looks like the following:
262
263         struct asymmetric_key_parser {
264                 struct module   *owner;
265                 const char      *name;
266
267                 int (*parse)(struct key_preparsed_payload *prep);
268         };
269
270 The owner and name fields should be set to the owning module and the name of
271 the parser.
272
273 There is currently only a single operation defined by the parser, and it is
274 mandatory:
275
276  (1) parse().
277
278      This is called to preparse the key from the key creation and update paths.
279      In particular, it is called during the key creation _before_ a key is
280      allocated, and as such, is permitted to provide the key's description in
281      the case that the caller declines to do so.
282
283      The caller passes a pointer to the following struct with all of the fields
284      cleared, except for data, datalen and quotalen [see
285      Documentation/security/keys/core.rst].
286
287         struct key_preparsed_payload {
288                 char            *description;
289                 void            *payload[4];
290                 const void      *data;
291                 size_t          datalen;
292                 size_t          quotalen;
293         };
294
295      The instantiation data is in a blob pointed to by data and is datalen in
296      size.  The parse() function is not permitted to change these two values at
297      all, and shouldn't change any of the other values _unless_ they are
298      recognise the blob format and will not return -EBADMSG to indicate it is
299      not theirs.
300
301      If the parser is happy with the blob, it should propose a description for
302      the key and attach it to ->description, ->payload[asym_subtype] should be
303      set to point to the subtype to be used, ->payload[asym_crypto] should be
304      set to point to the initialised data for that subtype,
305      ->payload[asym_key_ids] should point to one or more hex fingerprints and
306      quotalen should be updated to indicate how much quota this key should
307      account for.
308
309      When clearing up, the data attached to ->payload[asym_key_ids] and
310      ->description will be kfree()'d and the data attached to
311      ->payload[asm_crypto] will be passed to the subtype's ->destroy() method
312      to be disposed of.  A module reference for the subtype pointed to by
313      ->payload[asym_subtype] will be put.
314
315
316      If the data format is not recognised, -EBADMSG should be returned.  If it
317      is recognised, but the key cannot for some reason be set up, some other
318      negative error code should be returned.  On success, 0 should be returned.
319
320      The key's fingerprint string may be partially matched upon.  For a
321      public-key algorithm such as RSA and DSA this will likely be a printable
322      hex version of the key's fingerprint.
323
324 Functions are provided to register and unregister parsers:
325
326         int register_asymmetric_key_parser(struct asymmetric_key_parser *parser);
327         void unregister_asymmetric_key_parser(struct asymmetric_key_parser *subtype);
328
329 Parsers may not have the same name.  The names are otherwise only used for
330 displaying in debugging messages.
331
332
333 =========================
334 KEYRING LINK RESTRICTIONS
335 =========================
336
337 Keyrings created from userspace using add_key can be configured to check the
338 signature of the key being linked.  Keys without a valid signature are not
339 allowed to link.
340
341 Several restriction methods are available:
342
343  (1) Restrict using the kernel builtin trusted keyring
344
345      - Option string used with KEYCTL_RESTRICT_KEYRING:
346        - "builtin_trusted"
347
348      The kernel builtin trusted keyring will be searched for the signing key.
349      If the builtin trusted keyring is not configured, all links will be
350      rejected.  The ca_keys kernel parameter also affects which keys are used
351      for signature verification.
352
353  (2) Restrict using the kernel builtin and secondary trusted keyrings
354
355      - Option string used with KEYCTL_RESTRICT_KEYRING:
356        - "builtin_and_secondary_trusted"
357
358      The kernel builtin and secondary trusted keyrings will be searched for the
359      signing key.  If the secondary trusted keyring is not configured, this
360      restriction will behave like the "builtin_trusted" option.  The ca_keys
361      kernel parameter also affects which keys are used for signature
362      verification.
363
364  (3) Restrict using a separate key or keyring
365
366      - Option string used with KEYCTL_RESTRICT_KEYRING:
367        - "key_or_keyring:<key or keyring serial number>[:chain]"
368
369      Whenever a key link is requested, the link will only succeed if the key
370      being linked is signed by one of the designated keys.  This key may be
371      specified directly by providing a serial number for one asymmetric key, or
372      a group of keys may be searched for the signing key by providing the
373      serial number for a keyring.
374
375      When the "chain" option is provided at the end of the string, the keys
376      within the destination keyring will also be searched for signing keys.
377      This allows for verification of certificate chains by adding each
378      certificate in order (starting closest to the root) to a keyring.  For
379      instance, one keyring can be populated with links to a set of root
380      certificates, with a separate, restricted keyring set up for each
381      certificate chain to be validated:
382
383         # Create and populate a keyring for root certificates
384         root_id=`keyctl add keyring root-certs "" @s`
385         keyctl padd asymmetric "" $root_id < root1.cert
386         keyctl padd asymmetric "" $root_id < root2.cert
387
388         # Create and restrict a keyring for the certificate chain
389         chain_id=`keyctl add keyring chain "" @s`
390         keyctl restrict_keyring $chain_id asymmetric key_or_keyring:$root_id:chain
391
392         # Attempt to add each certificate in the chain, starting with the
393         # certificate closest to the root.
394         keyctl padd asymmetric "" $chain_id < intermediateA.cert
395         keyctl padd asymmetric "" $chain_id < intermediateB.cert
396         keyctl padd asymmetric "" $chain_id < end-entity.cert
397
398      If the final end-entity certificate is successfully added to the "chain"
399      keyring, we can be certain that it has a valid signing chain going back to
400      one of the root certificates.
401
402      A single keyring can be used to verify a chain of signatures by
403      restricting the keyring after linking the root certificate:
404
405         # Create a keyring for the certificate chain and add the root
406         chain2_id=`keyctl add keyring chain2 "" @s`
407         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < root1.cert
408
409         # Restrict the keyring that already has root1.cert linked.  The cert
410         # will remain linked by the keyring.
411         keyctl restrict_keyring $chain2_id asymmetric key_or_keyring:0:chain
412
413         # Attempt to add each certificate in the chain, starting with the
414         # certificate closest to the root.
415         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < intermediateA.cert
416         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < intermediateB.cert
417         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < end-entity.cert
418
419      If the final end-entity certificate is successfully added to the "chain2"
420      keyring, we can be certain that there is a valid signing chain going back
421      to the root certificate that was added before the keyring was restricted.
422
423
424 In all of these cases, if the signing key is found the signature of the key to
425 be linked will be verified using the signing key.  The requested key is added
426 to the keyring only if the signature is successfully verified.  -ENOKEY is
427 returned if the parent certificate could not be found, or -EKEYREJECTED is
428 returned if the signature check fails or the key is blacklisted.  Other errors
429 may be returned if the signature check could not be performed.