arch/arm64/crypto/aes-ce-ccm-glue.c

   1 /*
   2  * aes-ccm-glue.c - AES-CCM transform for ARMv8 with Crypto Extensions
   3  *
   4  * Copyright (C) 2013 - 2017 Linaro Ltd <ard.biesheuvel@linaro.org>
   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.
   9  */
  10
  11 #include <asm/neon.h>
  12 #include <asm/simd.h>
  13 #include <asm/unaligned.h>
  14 #include <crypto/aes.h>
  15 #include <crypto/scatterwalk.h>
  16 #include <crypto/internal/aead.h>
  17 #include <crypto/internal/skcipher.h>
  18 #include <linux/module.h>
  19
  20 #include "aes-ce-setkey.h"
  21
  22 static int num_rounds(struct crypto_aes_ctx *ctx)
  23 {
  24         /*
  25          * # of rounds specified by AES:
  26          * 128 bit key          10 rounds
  27          * 192 bit key          12 rounds
  28          * 256 bit key          14 rounds
  29          * => n byte key        => 6 + (n/4) rounds
  30          */
  31         return 6 + ctx->key_length / 4;
  32 }
  33
  34 asmlinkage void ce_aes_ccm_auth_data(u8 mac[], u8 const in[], u32 abytes,
  35                                      u32 *macp, u32 const rk[], u32 rounds);
  36
  37 asmlinkage void ce_aes_ccm_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u32 cbytes,
  38                                    u32 const rk[], u32 rounds, u8 mac[],
  39                                    u8 ctr[]);
  40
  41 asmlinkage void ce_aes_ccm_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u32 cbytes,
  42                                    u32 const rk[], u32 rounds, u8 mac[],
  43                                    u8 ctr[]);
  44
  45 asmlinkage void ce_aes_ccm_final(u8 mac[], u8 const ctr[], u32 const rk[],
  46                                  u32 rounds);
  47
  48 asmlinkage void __aes_arm64_encrypt(u32 *rk, u8 *out, const u8 *in, int rounds);
  49
  50 static int ccm_setkey(struct crypto_aead *tfm, const u8 *in_key,
  51                       unsigned int key_len)
  52 {
  53         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(tfm);
  54         int ret;
  55
  56         ret = ce_aes_expandkey(ctx, in_key, key_len);
  57         if (!ret)
  58                 return 0;
  59
  60         tfm->base.crt_flags |= CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN;
  61         return -EINVAL;
  62 }
  63
  64 static int ccm_setauthsize(struct crypto_aead *tfm, unsigned int authsize)
  65 {
  66         if ((authsize & 1) || authsize < 4)
  67                 return -EINVAL;
  68         return 0;
  69 }
  70
  71 static int ccm_init_mac(struct aead_request *req, u8 maciv[], u32 msglen)
  72 {
  73         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
  74         __be32 *n = (__be32 *)&maciv[AES_BLOCK_SIZE - 8];
  75         u32 l = req->iv[0] + 1;
  76
  77         /* verify that CCM dimension 'L' is set correctly in the IV */
  78         if (l < 2 || l > 8)
  79                 return -EINVAL;
  80
  81         /* verify that msglen can in fact be represented in L bytes */
  82         if (l < 4 && msglen >> (8 * l))
  83                 return -EOVERFLOW;
  84
  85         /*
  86          * Even if the CCM spec allows L values of up to 8, the Linux cryptoapi
  87          * uses a u32 type to represent msglen so the top 4 bytes are always 0.
  88          */
  89         n[0] = 0;
  90         n[1] = cpu_to_be32(msglen);
  91
  92         memcpy(maciv, req->iv, AES_BLOCK_SIZE - l);
  93
  94         /*
  95          * Meaning of byte 0 according to CCM spec (RFC 3610/NIST 800-38C)
  96          * - bits 0..2  : max # of bytes required to represent msglen, minus 1
  97          *                (already set by caller)
  98          * - bits 3..5  : size of auth tag (1 => 4 bytes, 2 => 6 bytes, etc)
  99          * - bit 6      : indicates presence of authenticate-only data
 100          */
 101         maciv[0] |= (crypto_aead_authsize(aead) - 2) << 2;
 102         if (req->assoclen)
 103                 maciv[0] |= 0x40;
 104
 105         memset(&req->iv[AES_BLOCK_SIZE - l], 0, l);
 106         return 0;
 107 }
 108
 109 static void ccm_update_mac(struct crypto_aes_ctx *key, u8 mac[], u8 const in[],
 110                            u32 abytes, u32 *macp)
 111 {
 112         if (may_use_simd()) {
 113                 kernel_neon_begin();
 114                 ce_aes_ccm_auth_data(mac, in, abytes, macp, key->key_enc,
 115                                      num_rounds(key));
 116                 kernel_neon_end();
 117         } else {
 118                 if (*macp > 0 && *macp < AES_BLOCK_SIZE) {
 119                         int added = min(abytes, AES_BLOCK_SIZE - *macp);
 120
 121                         crypto_xor(&mac[*macp], in, added);
 122
 123                         *macp += added;
 124                         in += added;
 125                         abytes -= added;
 126                 }
 127
 128                 while (abytes >= AES_BLOCK_SIZE) {
 129                         __aes_arm64_encrypt(key->key_enc, mac, mac,
 130                                             num_rounds(key));
 131                         crypto_xor(mac, in, AES_BLOCK_SIZE);
 132
 133                         in += AES_BLOCK_SIZE;
 134                         abytes -= AES_BLOCK_SIZE;
 135                 }
 136
 137                 if (abytes > 0) {
 138                         __aes_arm64_encrypt(key->key_enc, mac, mac,
 139                                             num_rounds(key));
 140                         crypto_xor(mac, in, abytes);
 141                         *macp = abytes;
 142                 }
 143         }
 144 }
 145
 146 static void ccm_calculate_auth_mac(struct aead_request *req, u8 mac[])
 147 {
 148         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 149         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 150         struct __packed { __be16 l; __be32 h; u16 len; } ltag;
 151         struct scatter_walk walk;
 152         u32 len = req->assoclen;
 153         u32 macp = 0;
 154
 155         /* prepend the AAD with a length tag */
 156         if (len < 0xff00) {
 157                 ltag.l = cpu_to_be16(len);
 158                 ltag.len = 2;
 159         } else  {
 160                 ltag.l = cpu_to_be16(0xfffe);
 161                 put_unaligned_be32(len, &ltag.h);
 162                 ltag.len = 6;
 163         }
 164
 165         ccm_update_mac(ctx, mac, (u8 *)&ltag, ltag.len, &macp);
 166         scatterwalk_start(&walk, req->src);
 167
 168         do {
 169                 u32 n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 170                 u8 *p;
 171
 172                 if (!n) {
 173                         scatterwalk_start(&walk, sg_next(walk.sg));
 174                         n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 175                 }
 176                 p = scatterwalk_map(&walk);
 177                 ccm_update_mac(ctx, mac, p, n, &macp);
 178                 len -= n;
 179
 180                 scatterwalk_unmap(p);
 181                 scatterwalk_advance(&walk, n);
 182                 scatterwalk_done(&walk, 0, len);
 183         } while (len);
 184 }
 185
 186 static int ccm_crypt_fallback(struct skcipher_walk *walk, u8 mac[], u8 iv0[],
 187                               struct crypto_aes_ctx *ctx, bool enc)
 188 {
 189         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
 190         int err = 0;
 191
 192         while (walk->nbytes) {
 193                 int blocks = walk->nbytes / AES_BLOCK_SIZE;
 194                 u32 tail = walk->nbytes % AES_BLOCK_SIZE;
 195                 u8 *dst = walk->dst.virt.addr;
 196                 u8 *src = walk->src.virt.addr;
 197                 u32 nbytes = walk->nbytes;
 198
 199                 if (nbytes == walk->total && tail > 0) {
 200                         blocks++;
 201                         tail = 0;
 202                 }
 203
 204                 do {
 205                         u32 bsize = AES_BLOCK_SIZE;
 206
 207                         if (nbytes < AES_BLOCK_SIZE)
 208                                 bsize = nbytes;
 209
 210                         crypto_inc(walk->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 211                         __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, buf, walk->iv,
 212                                             num_rounds(ctx));
 213                         __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, mac, mac,
 214                                             num_rounds(ctx));
 215                         if (enc)
 216                                 crypto_xor(mac, src, bsize);
 217                         crypto_xor_cpy(dst, src, buf, bsize);
 218                         if (!enc)
 219                                 crypto_xor(mac, dst, bsize);
 220                         dst += bsize;
 221                         src += bsize;
 222                         nbytes -= bsize;
 223                 } while (--blocks);
 224
 225                 err = skcipher_walk_done(walk, tail);
 226         }
 227
 228         if (!err) {
 229                 __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, buf, iv0, num_rounds(ctx));
 230                 __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, mac, mac, num_rounds(ctx));
 231                 crypto_xor(mac, buf, AES_BLOCK_SIZE);
 232         }
 233         return err;
 234 }
 235
 236 static int ccm_encrypt(struct aead_request *req)
 237 {
 238         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 239         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 240         struct skcipher_walk walk;
 241         u8 __aligned(8) mac[AES_BLOCK_SIZE];
 242         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
 243         u32 len = req->cryptlen;
 244         int err;
 245
 246         err = ccm_init_mac(req, mac, len);
 247         if (err)
 248                 return err;
 249
 250         if (req->assoclen)
 251                 ccm_calculate_auth_mac(req, mac);
 252
 253         /* preserve the original iv for the final round */
 254         memcpy(buf, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 255
 256         err = skcipher_walk_aead_encrypt(&walk, req, false);
 257
 258         if (may_use_simd()) {
 259                 while (walk.nbytes) {
 260                         u32 tail = walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE;
 261
 262                         if (walk.nbytes == walk.total)
 263                                 tail = 0;
 264
 265                         kernel_neon_begin();
 266                         ce_aes_ccm_encrypt(walk.dst.virt.addr,
 267                                            walk.src.virt.addr,
 268                                            walk.nbytes - tail, ctx->key_enc,
 269                                            num_rounds(ctx), mac, walk.iv);
 270                         kernel_neon_end();
 271
 272                         err = skcipher_walk_done(&walk, tail);
 273                 }
 274                 if (!err) {
 275                         kernel_neon_begin();
 276                         ce_aes_ccm_final(mac, buf, ctx->key_enc,
 277                                          num_rounds(ctx));
 278                         kernel_neon_end();
 279                 }
 280         } else {
 281                 err = ccm_crypt_fallback(&walk, mac, buf, ctx, true);
 282         }
 283         if (err)
 284                 return err;
 285
 286         /* copy authtag to end of dst */
 287         scatterwalk_map_and_copy(mac, req->dst, req->assoclen + req->cryptlen,
 288                                  crypto_aead_authsize(aead), 1);
 289
 290         return 0;
 291 }
 292
 293 static int ccm_decrypt(struct aead_request *req)
 294 {
 295         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 296         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 297         unsigned int authsize = crypto_aead_authsize(aead);
 298         struct skcipher_walk walk;
 299         u8 __aligned(8) mac[AES_BLOCK_SIZE];
 300         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
 301         u32 len = req->cryptlen - authsize;
 302         int err;
 303
 304         err = ccm_init_mac(req, mac, len);
 305         if (err)
 306                 return err;
 307
 308         if (req->assoclen)
 309                 ccm_calculate_auth_mac(req, mac);
 310
 311         /* preserve the original iv for the final round */
 312         memcpy(buf, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 313
 314         err = skcipher_walk_aead_decrypt(&walk, req, false);
 315
 316         if (may_use_simd()) {
 317                 while (walk.nbytes) {
 318                         u32 tail = walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE;
 319
 320                         if (walk.nbytes == walk.total)
 321                                 tail = 0;
 322
 323                         kernel_neon_begin();
 324                         ce_aes_ccm_decrypt(walk.dst.virt.addr,
 325                                            walk.src.virt.addr,
 326                                            walk.nbytes - tail, ctx->key_enc,
 327                                            num_rounds(ctx), mac, walk.iv);
 328                         kernel_neon_end();
 329
 330                         err = skcipher_walk_done(&walk, tail);
 331                 }
 332                 if (!err) {
 333                         kernel_neon_begin();
 334                         ce_aes_ccm_final(mac, buf, ctx->key_enc,
 335                                          num_rounds(ctx));
 336                         kernel_neon_end();
 337                 }
 338         } else {
 339                 err = ccm_crypt_fallback(&walk, mac, buf, ctx, false);
 340         }
 341
 342         if (err)
 343                 return err;
 344
 345         /* compare calculated auth tag with the stored one */
 346         scatterwalk_map_and_copy(buf, req->src,
 347                                  req->assoclen + req->cryptlen - authsize,
 348                                  authsize, 0);
 349
 350         if (crypto_memneq(mac, buf, authsize))
 351                 return -EBADMSG;
 352         return 0;
 353 }
 354
 355 static struct aead_alg ccm_aes_alg = {
 356         .base = {
 357                 .cra_name               = "ccm(aes)",
 358                 .cra_driver_name        = "ccm-aes-ce",
 359                 .cra_priority           = 300,
 360                 .cra_blocksize          = 1,
 361                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct crypto_aes_ctx),
 362                 .cra_module             = THIS_MODULE,
 363         },
 364         .ivsize         = AES_BLOCK_SIZE,
 365         .chunksize      = AES_BLOCK_SIZE,
 366         .maxauthsize    = AES_BLOCK_SIZE,
 367         .setkey         = ccm_setkey,
 368         .setauthsize    = ccm_setauthsize,
 369         .encrypt        = ccm_encrypt,
 370         .decrypt        = ccm_decrypt,
 371 };
 372
 373 static int __init aes_mod_init(void)
 374 {
 375         if (!(elf_hwcap & HWCAP_AES))
 376                 return -ENODEV;
 377         return crypto_register_aead(&ccm_aes_alg);
 378 }
 379
 380 static void __exit aes_mod_exit(void)
 381 {
 382         crypto_unregister_aead(&ccm_aes_alg);
 383 }
 384
 385 module_init(aes_mod_init);
 386 module_exit(aes_mod_exit);
 387
 388 MODULE_DESCRIPTION("Synchronous AES in CCM mode using ARMv8 Crypto Extensions");
 389 MODULE_AUTHOR("Ard Biesheuvel <ard.biesheuvel@linaro.org>");
 390 MODULE_LICENSE("GPL v2");
 391 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ccm(aes)");