include/net/tls.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2016-2017, Mellanox Technologies. All rights reserved.
   3  * Copyright (c) 2016-2017, Dave Watson <[email protected]>. All rights reserved.
   4  *
   5  * This software is available to you under a choice of one of two
   6  * licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
   7  * General Public License (GPL) Version 2, available from the file
   8  * COPYING in the main directory of this source tree, or the
   9  * OpenIB.org BSD license below:
  10  *
  11  *     Redistribution and use in source and binary forms, with or
  12  *     without modification, are permitted provided that the following
  13  *     conditions are met:
  14  *
  15  *      - Redistributions of source code must retain the above
  16  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  17  *        disclaimer.
  18  *
  19  *      - Redistributions in binary form must reproduce the above
  20  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  21  *        disclaimer in the documentation and/or other materials
  22  *        provided with the distribution.
  23  *
  24  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  25  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
  26  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  27  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
  28  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
  29  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
  30  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  31  * SOFTWARE.
  32  */
  33
  34 #ifndef _TLS_OFFLOAD_H
  35 #define _TLS_OFFLOAD_H
  36
  37 #include <linux/types.h>
  38 #include <asm/byteorder.h>
  39 #include <linux/crypto.h>
  40 #include <linux/socket.h>
  41 #include <linux/tcp.h>
  42 #include <linux/skmsg.h>
  43
  44 #include <net/tcp.h>
  45 #include <net/strparser.h>
  46 #include <crypto/aead.h>
  47 #include <uapi/linux/tls.h>
  48
  49
  50 /* Maximum data size carried in a TLS record */
  51 #define TLS_MAX_PAYLOAD_SIZE            ((size_t)1 << 14)
  52
  53 #define TLS_HEADER_SIZE                 5
  54 #define TLS_NONCE_OFFSET                TLS_HEADER_SIZE
  55
  56 #define TLS_CRYPTO_INFO_READY(info)     ((info)->cipher_type)
  57
  58 #define TLS_RECORD_TYPE_DATA            0x17
  59
  60 #define TLS_AAD_SPACE_SIZE              13
  61 #define TLS_DEVICE_NAME_MAX             32
  62
  63 #define MAX_IV_SIZE                     16
  64
  65 /* For AES-CCM, the full 16-bytes of IV is made of '4' fields of given sizes.
  66  *
  67  * IV[16] = b0[1] || implicit nonce[4] || explicit nonce[8] || length[3]
  68  *
  69  * The field 'length' is encoded in field 'b0' as '(length width - 1)'.
  70  * Hence b0 contains (3 - 1) = 2.
  71  */
  72 #define TLS_AES_CCM_IV_B0_BYTE          2
  73
  74 /*
  75  * This structure defines the routines for Inline TLS driver.
  76  * The following routines are optional and filled with a
  77  * null pointer if not defined.
  78  *
  79  * @name: Its the name of registered Inline tls device
  80  * @dev_list: Inline tls device list
  81  * int (*feature)(struct tls_device *device);
  82  *     Called to return Inline TLS driver capability
  83  *
  84  * int (*hash)(struct tls_device *device, struct sock *sk);
  85  *     This function sets Inline driver for listen and program
  86  *     device specific functioanlity as required
  87  *
  88  * void (*unhash)(struct tls_device *device, struct sock *sk);
  89  *     This function cleans listen state set by Inline TLS driver
  90  *
  91  * void (*release)(struct kref *kref);
  92  *     Release the registered device and allocated resources
  93  * @kref: Number of reference to tls_device
  94  */
  95 struct tls_device {
  96         char name[TLS_DEVICE_NAME_MAX];
  97         struct list_head dev_list;
  98         int  (*feature)(struct tls_device *device);
  99         int  (*hash)(struct tls_device *device, struct sock *sk);
 100         void (*unhash)(struct tls_device *device, struct sock *sk);
 101         void (*release)(struct kref *kref);
 102         struct kref kref;
 103 };
 104
 105 enum {
 106         TLS_BASE,
 107         TLS_SW,
 108 #ifdef CONFIG_TLS_DEVICE
 109         TLS_HW,
 110 #endif
 111         TLS_HW_RECORD,
 112         TLS_NUM_CONFIG,
 113 };
 114
 115 /* TLS records are maintained in 'struct tls_rec'. It stores the memory pages
 116  * allocated or mapped for each TLS record. After encryption, the records are
 117  * stores in a linked list.
 118  */
 119 struct tls_rec {
 120         struct list_head list;
 121         int tx_ready;
 122         int tx_flags;
 123         int inplace_crypto;
 124
 125         struct sk_msg msg_plaintext;
 126         struct sk_msg msg_encrypted;
 127
 128         /* AAD | msg_plaintext.sg.data | sg_tag */
 129         struct scatterlist sg_aead_in[2];
 130         /* AAD | msg_encrypted.sg.data (data contains overhead for hdr & iv & tag) */
 131         struct scatterlist sg_aead_out[2];
 132
 133         char content_type;
 134         struct scatterlist sg_content_type;
 135
 136         char aad_space[TLS_AAD_SPACE_SIZE];
 137         u8 iv_data[MAX_IV_SIZE];
 138         struct aead_request aead_req;
 139         u8 aead_req_ctx[];
 140 };
 141
 142 struct tls_msg {
 143         struct strp_msg rxm;
 144         u8 control;
 145 };
 146
 147 struct tx_work {
 148         struct delayed_work work;
 149         struct sock *sk;
 150 };
 151
 152 struct tls_sw_context_tx {
 153         struct crypto_aead *aead_send;
 154         struct crypto_wait async_wait;
 155         struct tx_work tx_work;
 156         struct tls_rec *open_rec;
 157         struct list_head tx_list;
 158         atomic_t encrypt_pending;
 159         int async_notify;
 160         int async_capable;
 161
 162 #define BIT_TX_SCHEDULED        0
 163         unsigned long tx_bitmask;
 164 };
 165
 166 struct tls_sw_context_rx {
 167         struct crypto_aead *aead_recv;
 168         struct crypto_wait async_wait;
 169         struct strparser strp;
 170         struct sk_buff_head rx_list;    /* list of decrypted 'data' records */
 171         void (*saved_data_ready)(struct sock *sk);
 172
 173         struct sk_buff *recv_pkt;
 174         u8 control;
 175         int async_capable;
 176         bool decrypted;
 177         atomic_t decrypt_pending;
 178         bool async_notify;
 179 };
 180
 181 struct tls_record_info {
 182         struct list_head list;
 183         u32 end_seq;
 184         int len;
 185         int num_frags;
 186         skb_frag_t frags[MAX_SKB_FRAGS];
 187 };
 188
 189 struct tls_offload_context_tx {
 190         struct crypto_aead *aead_send;
 191         spinlock_t lock;        /* protects records list */
 192         struct list_head records_list;
 193         struct tls_record_info *open_record;
 194         struct tls_record_info *retransmit_hint;
 195         u64 hint_record_sn;
 196         u64 unacked_record_sn;
 197
 198         struct scatterlist sg_tx_data[MAX_SKB_FRAGS];
 199         void (*sk_destruct)(struct sock *sk);
 200         u8 driver_state[];
 201         /* The TLS layer reserves room for driver specific state
 202          * Currently the belief is that there is not enough
 203          * driver specific state to justify another layer of indirection
 204          */
 205 #define TLS_DRIVER_STATE_SIZE (max_t(size_t, 8, sizeof(void *)))
 206 };
 207
 208 #define TLS_OFFLOAD_CONTEXT_SIZE_TX                                            \
 209         (ALIGN(sizeof(struct tls_offload_context_tx), sizeof(void *)) +        \
 210          TLS_DRIVER_STATE_SIZE)
 211
 212 struct cipher_context {
 213         char *iv;
 214         char *rec_seq;
 215 };
 216
 217 union tls_crypto_context {
 218         struct tls_crypto_info info;
 219         union {
 220                 struct tls12_crypto_info_aes_gcm_128 aes_gcm_128;
 221                 struct tls12_crypto_info_aes_gcm_256 aes_gcm_256;
 222         };
 223 };
 224
 225 struct tls_prot_info {
 226         u16 version;
 227         u16 cipher_type;
 228         u16 prepend_size;
 229         u16 tag_size;
 230         u16 overhead_size;
 231         u16 iv_size;
 232         u16 salt_size;
 233         u16 rec_seq_size;
 234         u16 aad_size;
 235         u16 tail_size;
 236 };
 237
 238 struct tls_context {
 239         struct tls_prot_info prot_info;
 240
 241         union tls_crypto_context crypto_send;
 242         union tls_crypto_context crypto_recv;
 243
 244         struct list_head list;
 245         struct net_device *netdev;
 246         refcount_t refcount;
 247
 248         void *priv_ctx_tx;
 249         void *priv_ctx_rx;
 250
 251         u8 tx_conf:3;
 252         u8 rx_conf:3;
 253
 254         struct cipher_context tx;
 255         struct cipher_context rx;
 256
 257         struct scatterlist *partially_sent_record;
 258         u16 partially_sent_offset;
 259
 260         unsigned long flags;
 261         bool in_tcp_sendpages;
 262         bool pending_open_record_frags;
 263
 264         int (*push_pending_record)(struct sock *sk, int flags);
 265
 266         void (*sk_write_space)(struct sock *sk);
 267         void (*sk_destruct)(struct sock *sk);
 268         void (*sk_proto_close)(struct sock *sk, long timeout);
 269
 270         int  (*setsockopt)(struct sock *sk, int level,
 271                            int optname, char __user *optval,
 272                            unsigned int optlen);
 273         int  (*getsockopt)(struct sock *sk, int level,
 274                            int optname, char __user *optval,
 275                            int __user *optlen);
 276         int  (*hash)(struct sock *sk);
 277         void (*unhash)(struct sock *sk);
 278 };
 279
 280 struct tls_offload_context_rx {
 281         /* sw must be the first member of tls_offload_context_rx */
 282         struct tls_sw_context_rx sw;
 283         atomic64_t resync_req;
 284         u8 driver_state[];
 285         /* The TLS layer reserves room for driver specific state
 286          * Currently the belief is that there is not enough
 287          * driver specific state to justify another layer of indirection
 288          */
 289 };
 290
 291 #define TLS_OFFLOAD_CONTEXT_SIZE_RX                                     \
 292         (ALIGN(sizeof(struct tls_offload_context_rx), sizeof(void *)) + \
 293          TLS_DRIVER_STATE_SIZE)
 294
 295 int wait_on_pending_writer(struct sock *sk, long *timeo);
 296 int tls_sk_query(struct sock *sk, int optname, char __user *optval,
 297                 int __user *optlen);
 298 int tls_sk_attach(struct sock *sk, int optname, char __user *optval,
 299                   unsigned int optlen);
 300
 301 int tls_set_sw_offload(struct sock *sk, struct tls_context *ctx, int tx);
 302 int tls_sw_sendmsg(struct sock *sk, struct msghdr *msg, size_t size);
 303 int tls_sw_sendpage(struct sock *sk, struct page *page,
 304                     int offset, size_t size, int flags);
 305 void tls_sw_close(struct sock *sk, long timeout);
 306 void tls_sw_free_resources_tx(struct sock *sk);
 307 void tls_sw_free_resources_rx(struct sock *sk);
 308 void tls_sw_release_resources_rx(struct sock *sk);
 309 int tls_sw_recvmsg(struct sock *sk, struct msghdr *msg, size_t len,
 310                    int nonblock, int flags, int *addr_len);
 311 bool tls_sw_stream_read(const struct sock *sk);
 312 ssize_t tls_sw_splice_read(struct socket *sock, loff_t *ppos,
 313                            struct pipe_inode_info *pipe,
 314                            size_t len, unsigned int flags);
 315
 316 int tls_set_device_offload(struct sock *sk, struct tls_context *ctx);
 317 int tls_device_sendmsg(struct sock *sk, struct msghdr *msg, size_t size);
 318 int tls_device_sendpage(struct sock *sk, struct page *page,
 319                         int offset, size_t size, int flags);
 320 void tls_device_sk_destruct(struct sock *sk);
 321 void tls_device_free_resources_tx(struct sock *sk);
 322 void tls_device_init(void);
 323 void tls_device_cleanup(void);
 324 int tls_tx_records(struct sock *sk, int flags);
 325
 326 struct tls_record_info *tls_get_record(struct tls_offload_context_tx *context,
 327                                        u32 seq, u64 *p_record_sn);
 328
 329 static inline bool tls_record_is_start_marker(struct tls_record_info *rec)
 330 {
 331         return rec->len == 0;
 332 }
 333
 334 static inline u32 tls_record_start_seq(struct tls_record_info *rec)
 335 {
 336         return rec->end_seq - rec->len;
 337 }
 338
 339 void tls_sk_destruct(struct sock *sk, struct tls_context *ctx);
 340 int tls_push_sg(struct sock *sk, struct tls_context *ctx,
 341                 struct scatterlist *sg, u16 first_offset,
 342                 int flags);
 343 int tls_push_partial_record(struct sock *sk, struct tls_context *ctx,
 344                             int flags);
 345 bool tls_free_partial_record(struct sock *sk, struct tls_context *ctx);
 346
 347 static inline struct tls_msg *tls_msg(struct sk_buff *skb)
 348 {
 349         return (struct tls_msg *)strp_msg(skb);
 350 }
 351
 352 static inline bool tls_is_partially_sent_record(struct tls_context *ctx)
 353 {
 354         return !!ctx->partially_sent_record;
 355 }
 356
 357 static inline int tls_complete_pending_work(struct sock *sk,
 358                                             struct tls_context *ctx,
 359                                             int flags, long *timeo)
 360 {
 361         int rc = 0;
 362
 363         if (unlikely(sk->sk_write_pending))
 364                 rc = wait_on_pending_writer(sk, timeo);
 365
 366         if (!rc && tls_is_partially_sent_record(ctx))
 367                 rc = tls_push_partial_record(sk, ctx, flags);
 368
 369         return rc;
 370 }
 371
 372 static inline bool tls_is_pending_open_record(struct tls_context *tls_ctx)
 373 {
 374         return tls_ctx->pending_open_record_frags;
 375 }
 376
 377 static inline bool is_tx_ready(struct tls_sw_context_tx *ctx)
 378 {
 379         struct tls_rec *rec;
 380
 381         rec = list_first_entry(&ctx->tx_list, struct tls_rec, list);
 382         if (!rec)
 383                 return false;
 384
 385         return READ_ONCE(rec->tx_ready);
 386 }
 387
 388 struct sk_buff *
 389 tls_validate_xmit_skb(struct sock *sk, struct net_device *dev,
 390                       struct sk_buff *skb);
 391
 392 static inline bool tls_is_sk_tx_device_offloaded(struct sock *sk)
 393 {
 394 #ifdef CONFIG_SOCK_VALIDATE_XMIT
 395         return sk_fullsock(sk) &&
 396                (smp_load_acquire(&sk->sk_validate_xmit_skb) ==
 397                &tls_validate_xmit_skb);
 398 #else
 399         return false;
 400 #endif
 401 }
 402
 403 static inline void tls_err_abort(struct sock *sk, int err)
 404 {
 405         sk->sk_err = err;
 406         sk->sk_error_report(sk);
 407 }
 408
 409 static inline bool tls_bigint_increment(unsigned char *seq, int len)
 410 {
 411         int i;
 412
 413         for (i = len - 1; i >= 0; i--) {
 414                 ++seq[i];
 415                 if (seq[i] != 0)
 416                         break;
 417         }
 418
 419         return (i == -1);
 420 }
 421
 422 static inline struct tls_context *tls_get_ctx(const struct sock *sk)
 423 {
 424         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 425
 426         return icsk->icsk_ulp_data;
 427 }
 428
 429 static inline void tls_advance_record_sn(struct sock *sk,
 430                                          struct cipher_context *ctx,
 431                                          int version)
 432 {
 433         struct tls_context *tls_ctx = tls_get_ctx(sk);
 434         struct tls_prot_info *prot = &tls_ctx->prot_info;
 435
 436         if (tls_bigint_increment(ctx->rec_seq, prot->rec_seq_size))
 437                 tls_err_abort(sk, EBADMSG);
 438
 439         if (version != TLS_1_3_VERSION) {
 440                 tls_bigint_increment(ctx->iv + TLS_CIPHER_AES_GCM_128_SALT_SIZE,
 441                                      prot->iv_size);
 442         }
 443 }
 444
 445 static inline void tls_fill_prepend(struct tls_context *ctx,
 446                              char *buf,
 447                              size_t plaintext_len,
 448                              unsigned char record_type,
 449                              int version)
 450 {
 451         struct tls_prot_info *prot = &ctx->prot_info;
 452         size_t pkt_len, iv_size = prot->iv_size;
 453
 454         pkt_len = plaintext_len + prot->tag_size;
 455         if (version != TLS_1_3_VERSION) {
 456                 pkt_len += iv_size;
 457
 458                 memcpy(buf + TLS_NONCE_OFFSET,
 459                        ctx->tx.iv + TLS_CIPHER_AES_GCM_128_SALT_SIZE, iv_size);
 460         }
 461
 462         /* we cover nonce explicit here as well, so buf should be of
 463          * size KTLS_DTLS_HEADER_SIZE + KTLS_DTLS_NONCE_EXPLICIT_SIZE
 464          */
 465         buf[0] = version == TLS_1_3_VERSION ?
 466                    TLS_RECORD_TYPE_DATA : record_type;
 467         /* Note that VERSION must be TLS_1_2 for both TLS1.2 and TLS1.3 */
 468         buf[1] = TLS_1_2_VERSION_MINOR;
 469         buf[2] = TLS_1_2_VERSION_MAJOR;
 470         /* we can use IV for nonce explicit according to spec */
 471         buf[3] = pkt_len >> 8;
 472         buf[4] = pkt_len & 0xFF;
 473 }
 474
 475 static inline void tls_make_aad(char *buf,
 476                                 size_t size,
 477                                 char *record_sequence,
 478                                 int record_sequence_size,
 479                                 unsigned char record_type,
 480                                 int version)
 481 {
 482         if (version != TLS_1_3_VERSION) {
 483                 memcpy(buf, record_sequence, record_sequence_size);
 484                 buf += 8;
 485         } else {
 486                 size += TLS_CIPHER_AES_GCM_128_TAG_SIZE;
 487         }
 488
 489         buf[0] = version == TLS_1_3_VERSION ?
 490                   TLS_RECORD_TYPE_DATA : record_type;
 491         buf[1] = TLS_1_2_VERSION_MAJOR;
 492         buf[2] = TLS_1_2_VERSION_MINOR;
 493         buf[3] = size >> 8;
 494         buf[4] = size & 0xFF;
 495 }
 496
 497 static inline void xor_iv_with_seq(int version, char *iv, char *seq)
 498 {
 499         int i;
 500
 501         if (version == TLS_1_3_VERSION) {
 502                 for (i = 0; i < 8; i++)
 503                         iv[i + 4] ^= seq[i];
 504         }
 505 }
 506
 507
 508 static inline struct tls_sw_context_rx *tls_sw_ctx_rx(
 509                 const struct tls_context *tls_ctx)
 510 {
 511         return (struct tls_sw_context_rx *)tls_ctx->priv_ctx_rx;
 512 }
 513
 514 static inline struct tls_sw_context_tx *tls_sw_ctx_tx(
 515                 const struct tls_context *tls_ctx)
 516 {
 517         return (struct tls_sw_context_tx *)tls_ctx->priv_ctx_tx;
 518 }
 519
 520 static inline struct tls_offload_context_tx *
 521 tls_offload_ctx_tx(const struct tls_context *tls_ctx)
 522 {
 523         return (struct tls_offload_context_tx *)tls_ctx->priv_ctx_tx;
 524 }
 525
 526 static inline bool tls_sw_has_ctx_tx(const struct sock *sk)
 527 {
 528         struct tls_context *ctx = tls_get_ctx(sk);
 529
 530         if (!ctx)
 531                 return false;
 532         return !!tls_sw_ctx_tx(ctx);
 533 }
 534
 535 void tls_sw_write_space(struct sock *sk, struct tls_context *ctx);
 536 void tls_device_write_space(struct sock *sk, struct tls_context *ctx);
 537
 538 static inline struct tls_offload_context_rx *
 539 tls_offload_ctx_rx(const struct tls_context *tls_ctx)
 540 {
 541         return (struct tls_offload_context_rx *)tls_ctx->priv_ctx_rx;
 542 }
 543
 544 /* The TLS context is valid until sk_destruct is called */
 545 static inline void tls_offload_rx_resync_request(struct sock *sk, __be32 seq)
 546 {
 547         struct tls_context *tls_ctx = tls_get_ctx(sk);
 548         struct tls_offload_context_rx *rx_ctx = tls_offload_ctx_rx(tls_ctx);
 549
 550         atomic64_set(&rx_ctx->resync_req, ((((uint64_t)seq) << 32) | 1));
 551 }
 552
 553
 554 int tls_proccess_cmsg(struct sock *sk, struct msghdr *msg,
 555                       unsigned char *record_type);
 556 void tls_register_device(struct tls_device *device);
 557 void tls_unregister_device(struct tls_device *device);
 558 int tls_device_decrypted(struct sock *sk, struct sk_buff *skb);
 559 int decrypt_skb(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
 560                 struct scatterlist *sgout);
 561
 562 struct sk_buff *tls_validate_xmit_skb(struct sock *sk,
 563                                       struct net_device *dev,
 564                                       struct sk_buff *skb);
 565
 566 int tls_sw_fallback_init(struct sock *sk,
 567                          struct tls_offload_context_tx *offload_ctx,
 568                          struct tls_crypto_info *crypto_info);
 569
 570 int tls_set_device_offload_rx(struct sock *sk, struct tls_context *ctx);
 571
 572 void tls_device_offload_cleanup_rx(struct sock *sk);
 573 void handle_device_resync(struct sock *sk, u32 seq, u64 rcd_sn);
 574
 575 #endif /* _TLS_OFFLOAD_H */