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, bool use_neon)
 111 {
 112         if (likely(use_neon)) {
 113                 ce_aes_ccm_auth_data(mac, in, abytes, macp, key->key_enc,
 114                                      num_rounds(key));
 115         } else {
 116                 if (*macp > 0 && *macp < AES_BLOCK_SIZE) {
 117                         int added = min(abytes, AES_BLOCK_SIZE - *macp);
 118
 119                         crypto_xor(&mac[*macp], in, added);
 120
 121                         *macp += added;
 122                         in += added;
 123                         abytes -= added;
 124                 }
 125
 126                 while (abytes >= AES_BLOCK_SIZE) {
 127                         __aes_arm64_encrypt(key->key_enc, mac, mac,
 128                                             num_rounds(key));
 129                         crypto_xor(mac, in, AES_BLOCK_SIZE);
 130
 131                         in += AES_BLOCK_SIZE;
 132                         abytes -= AES_BLOCK_SIZE;
 133                 }
 134
 135                 if (abytes > 0) {
 136                         __aes_arm64_encrypt(key->key_enc, mac, mac,
 137                                             num_rounds(key));
 138                         crypto_xor(mac, in, abytes);
 139                         *macp = abytes;
 140                 }
 141         }
 142 }
 143
 144 static void ccm_calculate_auth_mac(struct aead_request *req, u8 mac[],
 145                                    bool use_neon)
 146 {
 147         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 148         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 149         struct __packed { __be16 l; __be32 h; u16 len; } ltag;
 150         struct scatter_walk walk;
 151         u32 len = req->assoclen;
 152         u32 macp = 0;
 153
 154         /* prepend the AAD with a length tag */
 155         if (len < 0xff00) {
 156                 ltag.l = cpu_to_be16(len);
 157                 ltag.len = 2;
 158         } else  {
 159                 ltag.l = cpu_to_be16(0xfffe);
 160                 put_unaligned_be32(len, &ltag.h);
 161                 ltag.len = 6;
 162         }
 163
 164         ccm_update_mac(ctx, mac, (u8 *)&ltag, ltag.len, &macp, use_neon);
 165         scatterwalk_start(&walk, req->src);
 166
 167         do {
 168                 u32 n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 169                 u8 *p;
 170
 171                 if (!n) {
 172                         scatterwalk_start(&walk, sg_next(walk.sg));
 173                         n = scatterwalk_clamp(&walk, len);
 174                 }
 175                 p = scatterwalk_map(&walk);
 176                 ccm_update_mac(ctx, mac, p, n, &macp, use_neon);
 177                 len -= n;
 178
 179                 scatterwalk_unmap(p);
 180                 scatterwalk_advance(&walk, n);
 181                 scatterwalk_done(&walk, 0, len);
 182         } while (len);
 183 }
 184
 185 static int ccm_crypt_fallback(struct skcipher_walk *walk, u8 mac[], u8 iv0[],
 186                               struct crypto_aes_ctx *ctx, bool enc)
 187 {
 188         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
 189         int err = 0;
 190
 191         while (walk->nbytes) {
 192                 int blocks = walk->nbytes / AES_BLOCK_SIZE;
 193                 u32 tail = walk->nbytes % AES_BLOCK_SIZE;
 194                 u8 *dst = walk->dst.virt.addr;
 195                 u8 *src = walk->src.virt.addr;
 196                 u32 nbytes = walk->nbytes;
 197
 198                 if (nbytes == walk->total && tail > 0) {
 199                         blocks++;
 200                         tail = 0;
 201                 }
 202
 203                 do {
 204                         u32 bsize = AES_BLOCK_SIZE;
 205
 206                         if (nbytes < AES_BLOCK_SIZE)
 207                                 bsize = nbytes;
 208
 209                         crypto_inc(walk->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 210                         __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, buf, walk->iv,
 211                                             num_rounds(ctx));
 212                         __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, mac, mac,
 213                                             num_rounds(ctx));
 214                         if (enc)
 215                                 crypto_xor(mac, src, bsize);
 216                         crypto_xor_cpy(dst, src, buf, bsize);
 217                         if (!enc)
 218                                 crypto_xor(mac, dst, bsize);
 219                         dst += bsize;
 220                         src += bsize;
 221                         nbytes -= bsize;
 222                 } while (--blocks);
 223
 224                 err = skcipher_walk_done(walk, tail);
 225         }
 226
 227         if (!err) {
 228                 __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, buf, iv0, num_rounds(ctx));
 229                 __aes_arm64_encrypt(ctx->key_enc, mac, mac, num_rounds(ctx));
 230                 crypto_xor(mac, buf, AES_BLOCK_SIZE);
 231         }
 232         return err;
 233 }
 234
 235 static int ccm_encrypt(struct aead_request *req)
 236 {
 237         struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 238         struct crypto_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 239         struct skcipher_walk walk;
 240         u8 __aligned(8) mac[AES_BLOCK_SIZE];
 241         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
 242         u32 len = req->cryptlen;
 243         bool use_neon = may_use_simd();
 244         int err;
 245
 246         err = ccm_init_mac(req, mac, len);
 247         if (err)
 248                 return err;
 249
 250         if (likely(use_neon))
 251                 kernel_neon_begin();
 252
 253         if (req->assoclen)
 254                 ccm_calculate_auth_mac(req, mac, use_neon);
 255
 256         /* preserve the original iv for the final round */
 257         memcpy(buf, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 258
 259         err = skcipher_walk_aead_encrypt(&walk, req, true);
 260
 261         if (likely(use_neon)) {
 262                 while (walk.nbytes) {
 263                         u32 tail = walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE;
 264
 265                         if (walk.nbytes == walk.total)
 266                                 tail = 0;
 267
 268                         ce_aes_ccm_encrypt(walk.dst.virt.addr,
 269                                            walk.src.virt.addr,
 270                                            walk.nbytes - tail, ctx->key_enc,
 271                                            num_rounds(ctx), mac, walk.iv);
 272
 273                         err = skcipher_walk_done(&walk, tail);
 274                 }
 275                 if (!err)
 276                         ce_aes_ccm_final(mac, buf, ctx->key_enc,
 277                                          num_rounds(ctx));
 278
 279                 kernel_neon_end();
 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         bool use_neon = may_use_simd();
 303         int err;
 304
 305         err = ccm_init_mac(req, mac, len);
 306         if (err)
 307                 return err;
 308
 309         if (likely(use_neon))
 310                 kernel_neon_begin();
 311
 312         if (req->assoclen)
 313                 ccm_calculate_auth_mac(req, mac, use_neon);
 314
 315         /* preserve the original iv for the final round */
 316         memcpy(buf, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 317
 318         err = skcipher_walk_aead_decrypt(&walk, req, true);
 319
 320         if (likely(use_neon)) {
 321                 while (walk.nbytes) {
 322                         u32 tail = walk.nbytes % AES_BLOCK_SIZE;
 323
 324                         if (walk.nbytes == walk.total)
 325                                 tail = 0;
 326
 327                         ce_aes_ccm_decrypt(walk.dst.virt.addr,
 328                                            walk.src.virt.addr,
 329                                            walk.nbytes - tail, ctx->key_enc,
 330                                            num_rounds(ctx), mac, walk.iv);
 331
 332                         err = skcipher_walk_done(&walk, tail);
 333                 }
 334                 if (!err)
 335                         ce_aes_ccm_final(mac, buf, ctx->key_enc,
 336                                          num_rounds(ctx));
 337
 338                 kernel_neon_end();
 339         } else {
 340                 err = ccm_crypt_fallback(&walk, mac, buf, ctx, false);
 341         }
 342
 343         if (err)
 344                 return err;
 345
 346         /* compare calculated auth tag with the stored one */
 347         scatterwalk_map_and_copy(buf, req->src,
 348                                  req->assoclen + req->cryptlen - authsize,
 349                                  authsize, 0);
 350
 351         if (crypto_memneq(mac, buf, authsize))
 352                 return -EBADMSG;
 353         return 0;
 354 }
 355
 356 static struct aead_alg ccm_aes_alg = {
 357         .base = {
 358                 .cra_name               = "ccm(aes)",
 359                 .cra_driver_name        = "ccm-aes-ce",
 360                 .cra_priority           = 300,
 361                 .cra_blocksize          = 1,
 362                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct crypto_aes_ctx),
 363                 .cra_module             = THIS_MODULE,
 364         },
 365         .ivsize         = AES_BLOCK_SIZE,
 366         .chunksize      = AES_BLOCK_SIZE,
 367         .maxauthsize    = AES_BLOCK_SIZE,
 368         .setkey         = ccm_setkey,
 369         .setauthsize    = ccm_setauthsize,
 370         .encrypt        = ccm_encrypt,
 371         .decrypt        = ccm_decrypt,
 372 };
 373
 374 static int __init aes_mod_init(void)
 375 {
 376         if (!(elf_hwcap & HWCAP_AES))
 377                 return -ENODEV;
 378         return crypto_register_aead(&ccm_aes_alg);
 379 }
 380
 381 static void __exit aes_mod_exit(void)
 382 {
 383         crypto_unregister_aead(&ccm_aes_alg);
 384 }
 385
 386 module_init(aes_mod_init);
 387 module_exit(aes_mod_exit);
 388
 389 MODULE_DESCRIPTION("Synchronous AES in CCM mode using ARMv8 Crypto Extensions");
 390 MODULE_AUTHOR("Ard Biesheuvel <ard.biesheuvel@linaro.org>");
 391 MODULE_LICENSE("GPL v2");
 392 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ccm(aes)");