Quelle  aes-gcm-p10-glue.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
/*
 * Glue code for accelerated AES-GCM stitched implementation for ppc64le.
 *
 * Copyright 2022- IBM Inc. All rights reserved
 */

#include <linux/unaligned.h>
#include <asm/simd.h>
#include <asm/switch_to.h>
#include <crypto/gcm.h>
#include <crypto/aes.h>
#include <crypto/algapi.h>
#include <crypto/b128ops.h>
#include <crypto/gf128mul.h>
#include <crypto/internal/simd.h>
#include <crypto/internal/aead.h>
#include <crypto/internal/hash.h>
#include <crypto/internal/skcipher.h>
#include <crypto/scatterwalk.h>
#include <linux/cpufeature.h>
#include <linux/crypto.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>

#define PPC_ALIGN  16
#define GCM_IV_SIZE  12
#define RFC4106_NONCE_SIZE 4

MODULE_DESCRIPTION("PPC64le AES-GCM with Stitched implementation");
MODULE_AUTHOR("Danny Tsen );
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_ALIAS_CRYPTO("aes");

asmlinkage int aes_p10_set_encrypt_key(const u8 *userKey, const int bits,
           void *key);
asmlinkage void aes_p10_encrypt(const u8 *in, u8 *out, const void *key);
asmlinkage void aes_p10_gcm_encrypt(const u8 *in, u8 *out, size_t len,
        void *rkey, u8 *iv, void *Xi);
asmlinkage void aes_p10_gcm_decrypt(const u8 *in, u8 *out, size_t len,
        void *rkey, u8 *iv, void *Xi);
asmlinkage void gcm_init_htable(unsigned char htable[], unsigned char Xi[]);
asmlinkage void gcm_ghash_p10(unsigned char *Xi, unsigned char *Htable,
         unsigned char *aad, unsigned int alen);
asmlinkage void gcm_update(u8 *iv, void *Xi);

struct aes_key {
 u8 key[AES_MAX_KEYLENGTH];
 u64 rounds;
};

struct gcm_ctx {
 u8 iv[16];
 u8 ivtag[16];
 u8 aad_hash[16];
 u64 aadLen;
 u64 Plen; /* offset 56 - used in aes_p10_gcm_{en/de}crypt */
 u8 pblock[16];
};
struct Hash_ctx {
 u8 H[16]; /* subkey */
 u8 Htable[256]; /* Xi, Hash table(offset 32) */
};

struct p10_aes_gcm_ctx {
 struct aes_key enc_key;
 u8 nonce[RFC4106_NONCE_SIZE];
};

static void vsx_begin(void)
{
 preempt_disable();
 pagefault_disable();
 enable_kernel_vsx();
}

static void vsx_end(void)
{
 disable_kernel_vsx();
 pagefault_enable();
 preempt_enable();
}

static void set_subkey(unsigned char *hash)
{
 *(u64 *)&hash[0] = be64_to_cpup((__be64 *)&hash[0]);
 *(u64 *)&hash[8] = be64_to_cpup((__be64 *)&hash[8]);
}

/*
 * Compute aad if any.
 *   - Hash aad and copy to Xi.
 */
static void set_aad(struct gcm_ctx *gctx, struct Hash_ctx *hash,
      unsigned char *aad, int alen)
{
 int i;
 u8 nXi[16] = {0, };

 gctx->aadLen = alen;
 i = alen & ~0xf;
 if (i) {
  gcm_ghash_p10(nXi, hash->Htable+32, aad, i);
  aad += i;
  alen -= i;
 }
 if (alen) {
  for (i = 0; i < alen; i++)
   nXi[i] ^= aad[i];

  memset(gctx->aad_hash, 0, 16);
  gcm_ghash_p10(gctx->aad_hash, hash->Htable+32, nXi, 16);
 } else {
  memcpy(gctx->aad_hash, nXi, 16);
 }

 memcpy(hash->Htable, gctx->aad_hash, 16);
}

static void gcmp10_init(struct gcm_ctx *gctx, u8 *iv, unsigned char *rdkey,
   struct Hash_ctx *hash, u8 *assoc, unsigned int assoclen)
{
 __be32 counter = cpu_to_be32(1);

 aes_p10_encrypt(hash->H, hash->H, rdkey);
 set_subkey(hash->H);
 gcm_init_htable(hash->Htable+32, hash->H);

 *((__be32 *)(iv+12)) = counter;

 gctx->Plen = 0;

 /*
 * Encrypt counter vector as iv tag and increment counter.
 */
 aes_p10_encrypt(iv, gctx->ivtag, rdkey);

 counter = cpu_to_be32(2);
 *((__be32 *)(iv+12)) = counter;
 memcpy(gctx->iv, iv, 16);

 gctx->aadLen = assoclen;
 memset(gctx->aad_hash, 0, 16);
 if (assoclen)
  set_aad(gctx, hash, assoc, assoclen);
}

static void finish_tag(struct gcm_ctx *gctx, struct Hash_ctx *hash, int len)
{
 int i;
 unsigned char len_ac[16 + PPC_ALIGN];
 unsigned char *aclen = PTR_ALIGN((void *)len_ac, PPC_ALIGN);
 __be64 clen = cpu_to_be64(len << 3);
 __be64 alen = cpu_to_be64(gctx->aadLen << 3);

 if (len == 0 && gctx->aadLen == 0) {
  memcpy(hash->Htable, gctx->ivtag, 16);
  return;
 }

 /*
 * Len is in bits.
 */
 *((__be64 *)(aclen)) = alen;
 *((__be64 *)(aclen+8)) = clen;

 /*
 * hash (AAD len and len)
 */
 gcm_ghash_p10(hash->Htable, hash->Htable+32, aclen, 16);

 for (i = 0; i < 16; i++)
  hash->Htable[i] ^= gctx->ivtag[i];
}

static int set_authsize(struct crypto_aead *tfm, unsigned int authsize)
{
 switch (authsize) {
 case 4:
 case 8:
 case 12:
 case 13:
 case 14:
 case 15:
 case 16:
  break;
 default:
  return -EINVAL;
 }

 return 0;
}

static int p10_aes_gcm_setkey(struct crypto_aead *aead, const u8 *key,
         unsigned int keylen)
{
 struct crypto_tfm *tfm = crypto_aead_tfm(aead);
 struct p10_aes_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 int ret;

 vsx_begin();
 ret = aes_p10_set_encrypt_key(key, keylen * 8, &ctx->enc_key);
 vsx_end();

 return ret ? -EINVAL : 0;
}

static int p10_aes_gcm_crypt(struct aead_request *req, u8 *riv,
        int assoclen, int enc)
{
 struct crypto_tfm *tfm = req->base.tfm;
 struct p10_aes_gcm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 u8 databuf[sizeof(struct gcm_ctx) + PPC_ALIGN];
 struct gcm_ctx *gctx = PTR_ALIGN((void *)databuf, PPC_ALIGN);
 u8 hashbuf[sizeof(struct Hash_ctx) + PPC_ALIGN];
 struct Hash_ctx *hash = PTR_ALIGN((void *)hashbuf, PPC_ALIGN);
 struct skcipher_walk walk;
 u8 *assocmem = NULL;
 u8 *assoc;
 unsigned int cryptlen = req->cryptlen;
 unsigned char ivbuf[AES_BLOCK_SIZE+PPC_ALIGN];
 unsigned char *iv = PTR_ALIGN((void *)ivbuf, PPC_ALIGN);
 int ret;
 unsigned long auth_tag_len = crypto_aead_authsize(__crypto_aead_cast(tfm));
 u8 otag[16];
 int total_processed = 0;
 int nbytes;

 memset(databuf, 0, sizeof(databuf));
 memset(hashbuf, 0, sizeof(hashbuf));
 memset(ivbuf, 0, sizeof(ivbuf));
 memcpy(iv, riv, GCM_IV_SIZE);

 /* Linearize assoc, if not already linear */
 if (req->src->length >= assoclen && req->src->length) {
  assoc = sg_virt(req->src); /* ppc64 is !HIGHMEM */
 } else {
  gfp_t flags = (req->base.flags & CRYPTO_TFM_REQ_MAY_SLEEP) ?
         GFP_KERNEL : GFP_ATOMIC;

  /* assoc can be any length, so must be on heap */
  assocmem = kmalloc(assoclen, flags);
  if (unlikely(!assocmem))
   return -ENOMEM;
  assoc = assocmem;

  scatterwalk_map_and_copy(assoc, req->src, 0, assoclen, 0);
 }

 vsx_begin();
 gcmp10_init(gctx, iv, (unsigned char *) &ctx->enc_key, hash, assoc, assoclen);
 vsx_end();

 kfree(assocmem);

 if (enc)
  ret = skcipher_walk_aead_encrypt(&walk, req, false);
 else
  ret = skcipher_walk_aead_decrypt(&walk, req, false);
 if (ret)
  return ret;

 while ((nbytes = walk.nbytes) > 0 && ret == 0) {
  const u8 *src = walk.src.virt.addr;
  u8 *dst = walk.dst.virt.addr;
  u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];

  if (unlikely(nbytes > 0 && nbytes < AES_BLOCK_SIZE))
   src = dst = memcpy(buf, src, nbytes);

  vsx_begin();
  if (enc)
   aes_p10_gcm_encrypt(src, dst, nbytes,
         &ctx->enc_key, gctx->iv, hash->Htable);
  else
   aes_p10_gcm_decrypt(src, dst, nbytes,
         &ctx->enc_key, gctx->iv, hash->Htable);

  if (unlikely(nbytes > 0 && nbytes < AES_BLOCK_SIZE))
   memcpy(walk.dst.virt.addr, buf, nbytes);

  vsx_end();

  total_processed += walk.nbytes;
  ret = skcipher_walk_done(&walk, 0);
 }

 if (ret)
  return ret;

 /* Finalize hash */
 vsx_begin();
 gcm_update(gctx->iv, hash->Htable);
 finish_tag(gctx, hash, total_processed);
 vsx_end();

 /* copy Xi to end of dst */
 if (enc)
  scatterwalk_map_and_copy(hash->Htable, req->dst, req->assoclen + cryptlen,
      auth_tag_len, 1);
 else {
  scatterwalk_map_and_copy(otag, req->src,
      req->assoclen + cryptlen - auth_tag_len,
      auth_tag_len, 0);

  if (crypto_memneq(otag, hash->Htable, auth_tag_len)) {
   memzero_explicit(hash->Htable, 16);
   return -EBADMSG;
  }
 }

 return 0;
}

static int rfc4106_setkey(struct crypto_aead *tfm, const u8 *inkey,
     unsigned int keylen)
{
 struct p10_aes_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(tfm);
 int err;

 keylen -= RFC4106_NONCE_SIZE;
 err = p10_aes_gcm_setkey(tfm, inkey, keylen);
 if (err)
  return err;

 memcpy(ctx->nonce, inkey + keylen, RFC4106_NONCE_SIZE);
 return 0;
}

static int rfc4106_setauthsize(struct crypto_aead *tfm, unsigned int authsize)
{
 return crypto_rfc4106_check_authsize(authsize);
}

static int rfc4106_encrypt(struct aead_request *req)
{
 struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 struct p10_aes_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 u8 iv[AES_BLOCK_SIZE];

 memcpy(iv, ctx->nonce, RFC4106_NONCE_SIZE);
 memcpy(iv + RFC4106_NONCE_SIZE, req->iv, GCM_RFC4106_IV_SIZE);

 return crypto_ipsec_check_assoclen(req->assoclen) ?:
        p10_aes_gcm_crypt(req, iv, req->assoclen - GCM_RFC4106_IV_SIZE, 1);
}

static int rfc4106_decrypt(struct aead_request *req)
{
 struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 struct p10_aes_gcm_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 u8 iv[AES_BLOCK_SIZE];

 memcpy(iv, ctx->nonce, RFC4106_NONCE_SIZE);
 memcpy(iv + RFC4106_NONCE_SIZE, req->iv, GCM_RFC4106_IV_SIZE);

 return crypto_ipsec_check_assoclen(req->assoclen) ?:
        p10_aes_gcm_crypt(req, iv, req->assoclen - GCM_RFC4106_IV_SIZE, 0);
}

static int p10_aes_gcm_encrypt(struct aead_request *req)
{
 return p10_aes_gcm_crypt(req, req->iv, req->assoclen, 1);
}

static int p10_aes_gcm_decrypt(struct aead_request *req)
{
 return p10_aes_gcm_crypt(req, req->iv, req->assoclen, 0);
}

static struct aead_alg gcm_aes_algs[] = {{
 .ivsize   = GCM_IV_SIZE,
 .maxauthsize  = 16,

 .setauthsize  = set_authsize,
 .setkey   = p10_aes_gcm_setkey,
 .encrypt  = p10_aes_gcm_encrypt,
 .decrypt  = p10_aes_gcm_decrypt,

 .base.cra_name  = "__gcm(aes)",
 .base.cra_driver_name = "__aes_gcm_p10",
 .base.cra_priority = 2100,
 .base.cra_blocksize = 1,
 .base.cra_ctxsize = sizeof(struct p10_aes_gcm_ctx)+
      4 * sizeof(u64[2]),
 .base.cra_module = THIS_MODULE,
 .base.cra_flags  = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
}, {
 .ivsize   = GCM_RFC4106_IV_SIZE,
 .maxauthsize  = 16,
 .setkey   = rfc4106_setkey,
 .setauthsize  = rfc4106_setauthsize,
 .encrypt  = rfc4106_encrypt,
 .decrypt  = rfc4106_decrypt,

 .base.cra_name  = "__rfc4106(gcm(aes))",
 .base.cra_driver_name = "__rfc4106_aes_gcm_p10",
 .base.cra_priority = 2100,
 .base.cra_blocksize = 1,
 .base.cra_ctxsize = sizeof(struct p10_aes_gcm_ctx) +
      4 * sizeof(u64[2]),
 .base.cra_module = THIS_MODULE,
 .base.cra_flags  = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
}};

static struct simd_aead_alg *p10_simd_aeads[ARRAY_SIZE(gcm_aes_algs)];

static int __init p10_init(void)
{
 int ret;

 if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_ARCH_31))
  return 0;

 ret = simd_register_aeads_compat(gcm_aes_algs,
      ARRAY_SIZE(gcm_aes_algs),
      p10_simd_aeads);
 if (ret) {
  simd_unregister_aeads(gcm_aes_algs, ARRAY_SIZE(gcm_aes_algs),
          p10_simd_aeads);
  return ret;
 }
 return 0;
}

static void __exit p10_exit(void)
{
 simd_unregister_aeads(gcm_aes_algs, ARRAY_SIZE(gcm_aes_algs),
         p10_simd_aeads);
}

module_init(p10_init);
module_exit(p10_exit);