Quelle  sm4-ce-ccm-glue.c   Sprache: C

/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later */
/*
 * SM4-CCM AEAD Algorithm using ARMv8 Crypto Extensions
 * as specified in rfc8998
 * https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8998
 *
 * Copyright (C) 2022 Tianjia Zhang <tianjia.zhang@linux.alibaba.com>
 */

#include <linux/module.h>
#include <linux/crypto.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/cpufeature.h>
#include <asm/neon.h>
#include <crypto/scatterwalk.h>
#include <crypto/internal/aead.h>
#include <crypto/internal/skcipher.h>
#include <crypto/sm4.h>
#include "sm4-ce.h"

asmlinkage void sm4_ce_cbcmac_update(const u32 *rkey_enc, u8 *mac,
         const u8 *src, unsigned int nblocks);
asmlinkage void sm4_ce_ccm_enc(const u32 *rkey_enc, u8 *dst, const u8 *src,
          u8 *iv, unsigned int nbytes, u8 *mac);
asmlinkage void sm4_ce_ccm_dec(const u32 *rkey_enc, u8 *dst, const u8 *src,
          u8 *iv, unsigned int nbytes, u8 *mac);
asmlinkage void sm4_ce_ccm_final(const u32 *rkey_enc, u8 *iv, u8 *mac);


static int ccm_setkey(struct crypto_aead *tfm, const u8 *key,
        unsigned int key_len)
{
 struct sm4_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(tfm);

 if (key_len != SM4_KEY_SIZE)
  return -EINVAL;

 kernel_neon_begin();
 sm4_ce_expand_key(key, ctx->rkey_enc, ctx->rkey_dec,
     crypto_sm4_fk, crypto_sm4_ck);
 kernel_neon_end();

 return 0;
}

static int ccm_setauthsize(struct crypto_aead *tfm, unsigned int authsize)
{
 if ((authsize & 1) || authsize < 4)
  return -EINVAL;
 return 0;
}

static int ccm_format_input(u8 info[], struct aead_request *req,
       unsigned int msglen)
{
 struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 unsigned int l = req->iv[0] + 1;
 unsigned int m;
 __be32 len;

 /* verify that CCM dimension 'L': 2 <= L <= 8 */
 if (l < 2 || l > 8)
  return -EINVAL;
 if (l < 4 && msglen >> (8 * l))
  return -EOVERFLOW;

 memset(&req->iv[SM4_BLOCK_SIZE - l], 0, l);

 memcpy(info, req->iv, SM4_BLOCK_SIZE);

 m = crypto_aead_authsize(aead);

 /* format flags field per RFC 3610/NIST 800-38C */
 *info |= ((m - 2) / 2) << 3;
 if (req->assoclen)
  *info |= (1 << 6);

 /*
 * format message length field,
 * Linux uses a u32 type to represent msglen
 */
 if (l >= 4)
  l = 4;

 len = cpu_to_be32(msglen);
 memcpy(&info[SM4_BLOCK_SIZE - l], (u8 *)&len + 4 - l, l);

 return 0;
}

static void ccm_calculate_auth_mac(struct aead_request *req, u8 mac[])
{
 struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 struct sm4_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 struct __packed { __be16 l; __be32 h; } aadlen;
 u32 assoclen = req->assoclen;
 struct scatter_walk walk;
 unsigned int len;

 if (assoclen < 0xff00) {
  aadlen.l = cpu_to_be16(assoclen);
  len = 2;
 } else {
  aadlen.l = cpu_to_be16(0xfffe);
  put_unaligned_be32(assoclen, &aadlen.h);
  len = 6;
 }

 sm4_ce_crypt_block(ctx->rkey_enc, mac, mac);
 crypto_xor(mac, (const u8 *)&aadlen, len);

 scatterwalk_start(&walk, req->src);

 do {
  unsigned int n, orig_n;
  const u8 *p;

  orig_n = scatterwalk_next(&walk, assoclen);
  p = walk.addr;
  n = orig_n;

  while (n > 0) {
   unsigned int l, nblocks;

   if (len == SM4_BLOCK_SIZE) {
    if (n < SM4_BLOCK_SIZE) {
     sm4_ce_crypt_block(ctx->rkey_enc,
          mac, mac);

     len = 0;
    } else {
     nblocks = n / SM4_BLOCK_SIZE;
     sm4_ce_cbcmac_update(ctx->rkey_enc,
            mac, p, nblocks);

     p += nblocks * SM4_BLOCK_SIZE;
     n %= SM4_BLOCK_SIZE;

     continue;
    }
   }

   l = min(n, SM4_BLOCK_SIZE - len);
   if (l) {
    crypto_xor(mac + len, p, l);
    len += l;
    p += l;
    n -= l;
   }
  }

  scatterwalk_done_src(&walk, orig_n);
  assoclen -= orig_n;
 } while (assoclen);
}

static int ccm_crypt(struct aead_request *req, struct skcipher_walk *walk,
       u32 *rkey_enc, u8 mac[],
       void (*sm4_ce_ccm_crypt)(const u32 *rkey_enc, u8 *dst,
     const u8 *src, u8 *iv,
     unsigned int nbytes, u8 *mac))
{
 u8 __aligned(8) ctr0[SM4_BLOCK_SIZE];
 int err = 0;

 /* preserve the initial ctr0 for the TAG */
 memcpy(ctr0, walk->iv, SM4_BLOCK_SIZE);
 crypto_inc(walk->iv, SM4_BLOCK_SIZE);

 kernel_neon_begin();

 if (req->assoclen)
  ccm_calculate_auth_mac(req, mac);

 while (walk->nbytes && walk->nbytes != walk->total) {
  unsigned int tail = walk->nbytes % SM4_BLOCK_SIZE;

  sm4_ce_ccm_crypt(rkey_enc, walk->dst.virt.addr,
     walk->src.virt.addr, walk->iv,
     walk->nbytes - tail, mac);

  kernel_neon_end();

  err = skcipher_walk_done(walk, tail);

  kernel_neon_begin();
 }

 if (walk->nbytes) {
  sm4_ce_ccm_crypt(rkey_enc, walk->dst.virt.addr,
     walk->src.virt.addr, walk->iv,
     walk->nbytes, mac);

  sm4_ce_ccm_final(rkey_enc, ctr0, mac);

  kernel_neon_end();

  err = skcipher_walk_done(walk, 0);
 } else {
  sm4_ce_ccm_final(rkey_enc, ctr0, mac);

  kernel_neon_end();
 }

 return err;
}

static int ccm_encrypt(struct aead_request *req)
{
 struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 struct sm4_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 u8 __aligned(8) mac[SM4_BLOCK_SIZE];
 struct skcipher_walk walk;
 int err;

 err = ccm_format_input(mac, req, req->cryptlen);
 if (err)
  return err;

 err = skcipher_walk_aead_encrypt(&walk, req, false);
 if (err)
  return err;

 err = ccm_crypt(req, &walk, ctx->rkey_enc, mac, sm4_ce_ccm_enc);
 if (err)
  return err;

 /* copy authtag to end of dst */
 scatterwalk_map_and_copy(mac, req->dst, req->assoclen + req->cryptlen,
     crypto_aead_authsize(aead), 1);

 return 0;
}

static int ccm_decrypt(struct aead_request *req)
{
 struct crypto_aead *aead = crypto_aead_reqtfm(req);
 unsigned int authsize = crypto_aead_authsize(aead);
 struct sm4_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(aead);
 u8 __aligned(8) mac[SM4_BLOCK_SIZE];
 u8 authtag[SM4_BLOCK_SIZE];
 struct skcipher_walk walk;
 int err;

 err = ccm_format_input(mac, req, req->cryptlen - authsize);
 if (err)
  return err;

 err = skcipher_walk_aead_decrypt(&walk, req, false);
 if (err)
  return err;

 err = ccm_crypt(req, &walk, ctx->rkey_enc, mac, sm4_ce_ccm_dec);
 if (err)
  return err;

 /* compare calculated auth tag with the stored one */
 scatterwalk_map_and_copy(authtag, req->src,
     req->assoclen + req->cryptlen - authsize,
     authsize, 0);

 if (crypto_memneq(authtag, mac, authsize))
  return -EBADMSG;

 return 0;
}

static struct aead_alg sm4_ccm_alg = {
 .base = {
  .cra_name  = "ccm(sm4)",
  .cra_driver_name = "ccm-sm4-ce",
  .cra_priority  = 400,
  .cra_blocksize  = 1,
  .cra_ctxsize  = sizeof(struct sm4_ctx),
  .cra_module  = THIS_MODULE,
 },
 .ivsize  = SM4_BLOCK_SIZE,
 .chunksize = SM4_BLOCK_SIZE,
 .maxauthsize = SM4_BLOCK_SIZE,
 .setkey  = ccm_setkey,
 .setauthsize = ccm_setauthsize,
 .encrypt = ccm_encrypt,
 .decrypt = ccm_decrypt,
};

static int __init sm4_ce_ccm_init(void)
{
 return crypto_register_aead(&sm4_ccm_alg);
}

static void __exit sm4_ce_ccm_exit(void)
{
 crypto_unregister_aead(&sm4_ccm_alg);
}

module_cpu_feature_match(SM4, sm4_ce_ccm_init);
module_exit(sm4_ce_ccm_exit);

MODULE_DESCRIPTION("Synchronous SM4 in CCM mode using ARMv8 Crypto Extensions");
MODULE_ALIAS_CRYPTO("ccm(sm4)");
MODULE_AUTHOR("Tianjia Zhang ");
MODULE_LICENSE("GPL v2");