arch/arm/crypto/aes-neonbs-glue.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Bit sliced AES using NEON instructions
   4  *
   5  * Copyright (C) 2017 Linaro Ltd <ard.biesheuvel@linaro.org>
   6  */
   7
   8 #include <asm/neon.h>
   9 #include <asm/simd.h>
  10 #include <crypto/aes.h>
  11 #include <crypto/ctr.h>
  12 #include <crypto/internal/simd.h>
  13 #include <crypto/internal/skcipher.h>
  14 #include <crypto/scatterwalk.h>
  15 #include <crypto/xts.h>
  16 #include <linux/module.h>
  17
  18 MODULE_AUTHOR("Ard Biesheuvel <ard.biesheuvel@linaro.org>");
  19 MODULE_LICENSE("GPL v2");
  20
  21 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecb(aes)");
  22 MODULE_ALIAS_CRYPTO("cbc(aes)");
  23 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ctr(aes)");
  24 MODULE_ALIAS_CRYPTO("xts(aes)");
  25
  26 asmlinkage void aesbs_convert_key(u8 out[], u32 const rk[], int rounds);
  27
  28 asmlinkage void aesbs_ecb_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  29                                   int rounds, int blocks);
  30 asmlinkage void aesbs_ecb_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  31                                   int rounds, int blocks);
  32
  33 asmlinkage void aesbs_cbc_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  34                                   int rounds, int blocks, u8 iv[]);
  35
  36 asmlinkage void aesbs_ctr_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  37                                   int rounds, int blocks, u8 ctr[], u8 final[]);
  38
  39 asmlinkage void aesbs_xts_encrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  40                                   int rounds, int blocks, u8 iv[], int);
  41 asmlinkage void aesbs_xts_decrypt(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  42                                   int rounds, int blocks, u8 iv[], int);
  43
  44 struct aesbs_ctx {
  45         int     rounds;
  46         u8      rk[13 * (8 * AES_BLOCK_SIZE) + 32] __aligned(AES_BLOCK_SIZE);
  47 };
  48
  49 struct aesbs_cbc_ctx {
  50         struct aesbs_ctx        key;
  51         struct crypto_skcipher  *enc_tfm;
  52 };
  53
  54 struct aesbs_xts_ctx {
  55         struct aesbs_ctx        key;
  56         struct crypto_cipher    *cts_tfm;
  57         struct crypto_cipher    *tweak_tfm;
  58 };
  59
  60 struct aesbs_ctr_ctx {
  61         struct aesbs_ctx        key;            /* must be first member */
  62         struct crypto_aes_ctx   fallback;
  63 };
  64
  65 static int aesbs_setkey(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
  66                         unsigned int key_len)
  67 {
  68         struct aesbs_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
  69         struct crypto_aes_ctx rk;
  70         int err;
  71
  72         err = aes_expandkey(&rk, in_key, key_len);
  73         if (err)
  74                 return err;
  75
  76         ctx->rounds = 6 + key_len / 4;
  77
  78         kernel_neon_begin();
  79         aesbs_convert_key(ctx->rk, rk.key_enc, ctx->rounds);
  80         kernel_neon_end();
  81
  82         return 0;
  83 }
  84
  85 static int __ecb_crypt(struct skcipher_request *req,
  86                        void (*fn)(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
  87                                   int rounds, int blocks))
  88 {
  89         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
  90         struct aesbs_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
  91         struct skcipher_walk walk;
  92         int err;
  93
  94         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
  95
  96         while (walk.nbytes >= AES_BLOCK_SIZE) {
  97                 unsigned int blocks = walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE;
  98
  99                 if (walk.nbytes < walk.total)
 100                         blocks = round_down(blocks,
 101                                             walk.stride / AES_BLOCK_SIZE);
 102
 103                 kernel_neon_begin();
 104                 fn(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr, ctx->rk,
 105                    ctx->rounds, blocks);
 106                 kernel_neon_end();
 107                 err = skcipher_walk_done(&walk,
 108                                          walk.nbytes - blocks * AES_BLOCK_SIZE);
 109         }
 110
 111         return err;
 112 }
 113
 114 static int ecb_encrypt(struct skcipher_request *req)
 115 {
 116         return __ecb_crypt(req, aesbs_ecb_encrypt);
 117 }
 118
 119 static int ecb_decrypt(struct skcipher_request *req)
 120 {
 121         return __ecb_crypt(req, aesbs_ecb_decrypt);
 122 }
 123
 124 static int aesbs_cbc_setkey(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
 125                             unsigned int key_len)
 126 {
 127         struct aesbs_cbc_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 128         struct crypto_aes_ctx rk;
 129         int err;
 130
 131         err = aes_expandkey(&rk, in_key, key_len);
 132         if (err)
 133                 return err;
 134
 135         ctx->key.rounds = 6 + key_len / 4;
 136
 137         kernel_neon_begin();
 138         aesbs_convert_key(ctx->key.rk, rk.key_enc, ctx->key.rounds);
 139         kernel_neon_end();
 140         memzero_explicit(&rk, sizeof(rk));
 141
 142         return crypto_skcipher_setkey(ctx->enc_tfm, in_key, key_len);
 143 }
 144
 145 static int cbc_encrypt(struct skcipher_request *req)
 146 {
 147         struct skcipher_request *subreq = skcipher_request_ctx(req);
 148         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 149         struct aesbs_cbc_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 150
 151         skcipher_request_set_tfm(subreq, ctx->enc_tfm);
 152         skcipher_request_set_callback(subreq,
 153                                       skcipher_request_flags(req),
 154                                       NULL, NULL);
 155         skcipher_request_set_crypt(subreq, req->src, req->dst,
 156                                    req->cryptlen, req->iv);
 157
 158         return crypto_skcipher_encrypt(subreq);
 159 }
 160
 161 static int cbc_decrypt(struct skcipher_request *req)
 162 {
 163         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 164         struct aesbs_cbc_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 165         struct skcipher_walk walk;
 166         int err;
 167
 168         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
 169
 170         while (walk.nbytes >= AES_BLOCK_SIZE) {
 171                 unsigned int blocks = walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE;
 172
 173                 if (walk.nbytes < walk.total)
 174                         blocks = round_down(blocks,
 175                                             walk.stride / AES_BLOCK_SIZE);
 176
 177                 kernel_neon_begin();
 178                 aesbs_cbc_decrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 179                                   ctx->key.rk, ctx->key.rounds, blocks,
 180                                   walk.iv);
 181                 kernel_neon_end();
 182                 err = skcipher_walk_done(&walk,
 183                                          walk.nbytes - blocks * AES_BLOCK_SIZE);
 184         }
 185
 186         return err;
 187 }
 188
 189 static int cbc_init(struct crypto_skcipher *tfm)
 190 {
 191         struct aesbs_cbc_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 192         unsigned int reqsize;
 193
 194         ctx->enc_tfm = crypto_alloc_skcipher("cbc(aes)", 0, CRYPTO_ALG_ASYNC);
 195         if (IS_ERR(ctx->enc_tfm))
 196                 return PTR_ERR(ctx->enc_tfm);
 197
 198         reqsize = sizeof(struct skcipher_request);
 199         reqsize += crypto_skcipher_reqsize(ctx->enc_tfm);
 200         crypto_skcipher_set_reqsize(tfm, reqsize);
 201
 202         return 0;
 203 }
 204
 205 static void cbc_exit(struct crypto_skcipher *tfm)
 206 {
 207         struct aesbs_cbc_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 208
 209         crypto_free_skcipher(ctx->enc_tfm);
 210 }
 211
 212 static int aesbs_ctr_setkey_sync(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
 213                                  unsigned int key_len)
 214 {
 215         struct aesbs_ctr_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 216         int err;
 217
 218         err = aes_expandkey(&ctx->fallback, in_key, key_len);
 219         if (err)
 220                 return err;
 221
 222         ctx->key.rounds = 6 + key_len / 4;
 223
 224         kernel_neon_begin();
 225         aesbs_convert_key(ctx->key.rk, ctx->fallback.key_enc, ctx->key.rounds);
 226         kernel_neon_end();
 227
 228         return 0;
 229 }
 230
 231 static int ctr_encrypt(struct skcipher_request *req)
 232 {
 233         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 234         struct aesbs_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 235         struct skcipher_walk walk;
 236         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
 237         int err;
 238
 239         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
 240
 241         while (walk.nbytes > 0) {
 242                 unsigned int blocks = walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE;
 243                 u8 *final = (walk.total % AES_BLOCK_SIZE) ? buf : NULL;
 244
 245                 if (walk.nbytes < walk.total) {
 246                         blocks = round_down(blocks,
 247                                             walk.stride / AES_BLOCK_SIZE);
 248                         final = NULL;
 249                 }
 250
 251                 kernel_neon_begin();
 252                 aesbs_ctr_encrypt(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
 253                                   ctx->rk, ctx->rounds, blocks, walk.iv, final);
 254                 kernel_neon_end();
 255
 256                 if (final) {
 257                         u8 *dst = walk.dst.virt.addr + blocks * AES_BLOCK_SIZE;
 258                         u8 *src = walk.src.virt.addr + blocks * AES_BLOCK_SIZE;
 259
 260                         crypto_xor_cpy(dst, src, final,
 261                                        walk.total % AES_BLOCK_SIZE);
 262
 263                         err = skcipher_walk_done(&walk, 0);
 264                         break;
 265                 }
 266                 err = skcipher_walk_done(&walk,
 267                                          walk.nbytes - blocks * AES_BLOCK_SIZE);
 268         }
 269
 270         return err;
 271 }
 272
 273 static void ctr_encrypt_one(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *src, u8 *dst)
 274 {
 275         struct aesbs_ctr_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 276         unsigned long flags;
 277
 278         /*
 279          * Temporarily disable interrupts to avoid races where
 280          * cachelines are evicted when the CPU is interrupted
 281          * to do something else.
 282          */
 283         local_irq_save(flags);
 284         aes_encrypt(&ctx->fallback, dst, src);
 285         local_irq_restore(flags);
 286 }
 287
 288 static int ctr_encrypt_sync(struct skcipher_request *req)
 289 {
 290         if (!crypto_simd_usable())
 291                 return crypto_ctr_encrypt_walk(req, ctr_encrypt_one);
 292
 293         return ctr_encrypt(req);
 294 }
 295
 296 static int aesbs_xts_setkey(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
 297                             unsigned int key_len)
 298 {
 299         struct aesbs_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 300         int err;
 301
 302         err = xts_verify_key(tfm, in_key, key_len);
 303         if (err)
 304                 return err;
 305
 306         key_len /= 2;
 307         err = crypto_cipher_setkey(ctx->cts_tfm, in_key, key_len);
 308         if (err)
 309                 return err;
 310         err = crypto_cipher_setkey(ctx->tweak_tfm, in_key + key_len, key_len);
 311         if (err)
 312                 return err;
 313
 314         return aesbs_setkey(tfm, in_key, key_len);
 315 }
 316
 317 static int xts_init(struct crypto_skcipher *tfm)
 318 {
 319         struct aesbs_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 320
 321         ctx->cts_tfm = crypto_alloc_cipher("aes", 0, 0);
 322         if (IS_ERR(ctx->cts_tfm))
 323                 return PTR_ERR(ctx->cts_tfm);
 324
 325         ctx->tweak_tfm = crypto_alloc_cipher("aes", 0, 0);
 326         if (IS_ERR(ctx->tweak_tfm))
 327                 crypto_free_cipher(ctx->cts_tfm);
 328
 329         return PTR_ERR_OR_ZERO(ctx->tweak_tfm);
 330 }
 331
 332 static void xts_exit(struct crypto_skcipher *tfm)
 333 {
 334         struct aesbs_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 335
 336         crypto_free_cipher(ctx->tweak_tfm);
 337         crypto_free_cipher(ctx->cts_tfm);
 338 }
 339
 340 static int __xts_crypt(struct skcipher_request *req, bool encrypt,
 341                        void (*fn)(u8 out[], u8 const in[], u8 const rk[],
 342                                   int rounds, int blocks, u8 iv[], int))
 343 {
 344         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
 345         struct aesbs_xts_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
 346         int tail = req->cryptlen % AES_BLOCK_SIZE;
 347         struct skcipher_request subreq;
 348         u8 buf[2 * AES_BLOCK_SIZE];
 349         struct skcipher_walk walk;
 350         int err;
 351
 352         if (req->cryptlen < AES_BLOCK_SIZE)
 353                 return -EINVAL;
 354
 355         if (unlikely(tail)) {
 356                 skcipher_request_set_tfm(&subreq, tfm);
 357                 skcipher_request_set_callback(&subreq,
 358                                               skcipher_request_flags(req),
 359                                               NULL, NULL);
 360                 skcipher_request_set_crypt(&subreq, req->src, req->dst,
 361                                            req->cryptlen - tail, req->iv);
 362                 req = &subreq;
 363         }
 364
 365         err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
 366         if (err)
 367                 return err;
 368
 369         crypto_cipher_encrypt_one(ctx->tweak_tfm, walk.iv, walk.iv);
 370
 371         while (walk.nbytes >= AES_BLOCK_SIZE) {
 372                 unsigned int blocks = walk.nbytes / AES_BLOCK_SIZE;
 373                 int reorder_last_tweak = !encrypt && tail > 0;
 374
 375                 if (walk.nbytes < walk.total) {
 376                         blocks = round_down(blocks,
 377                                             walk.stride / AES_BLOCK_SIZE);
 378                         reorder_last_tweak = 0;
 379                 }
 380
 381                 kernel_neon_begin();
 382                 fn(walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr, ctx->key.rk,
 383                    ctx->key.rounds, blocks, walk.iv, reorder_last_tweak);
 384                 kernel_neon_end();
 385                 err = skcipher_walk_done(&walk,
 386                                          walk.nbytes - blocks * AES_BLOCK_SIZE);
 387         }
 388
 389         if (err || likely(!tail))
 390                 return err;
 391
 392         /* handle ciphertext stealing */
 393         scatterwalk_map_and_copy(buf, req->dst, req->cryptlen - AES_BLOCK_SIZE,
 394                                  AES_BLOCK_SIZE, 0);
 395         memcpy(buf + AES_BLOCK_SIZE, buf, tail);
 396         scatterwalk_map_and_copy(buf, req->src, req->cryptlen, tail, 0);
 397
 398         crypto_xor(buf, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 399
 400         if (encrypt)
 401                 crypto_cipher_encrypt_one(ctx->cts_tfm, buf, buf);
 402         else
 403                 crypto_cipher_decrypt_one(ctx->cts_tfm, buf, buf);
 404
 405         crypto_xor(buf, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
 406
 407         scatterwalk_map_and_copy(buf, req->dst, req->cryptlen - AES_BLOCK_SIZE,
 408                                  AES_BLOCK_SIZE + tail, 1);
 409         return 0;
 410 }
 411
 412 static int xts_encrypt(struct skcipher_request *req)
 413 {
 414         return __xts_crypt(req, true, aesbs_xts_encrypt);
 415 }
 416
 417 static int xts_decrypt(struct skcipher_request *req)
 418 {
 419         return __xts_crypt(req, false, aesbs_xts_decrypt);
 420 }
 421
 422 static struct skcipher_alg aes_algs[] = { {
 423         .base.cra_name          = "__ecb(aes)",
 424         .base.cra_driver_name   = "__ecb-aes-neonbs",
 425         .base.cra_priority      = 250,
 426         .base.cra_blocksize     = AES_BLOCK_SIZE,
 427         .base.cra_ctxsize       = sizeof(struct aesbs_ctx),
 428         .base.cra_module        = THIS_MODULE,
 429         .base.cra_flags         = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 430
 431         .min_keysize            = AES_MIN_KEY_SIZE,
 432         .max_keysize            = AES_MAX_KEY_SIZE,
 433         .walksize               = 8 * AES_BLOCK_SIZE,
 434         .setkey                 = aesbs_setkey,
 435         .encrypt                = ecb_encrypt,
 436         .decrypt                = ecb_decrypt,
 437 }, {
 438         .base.cra_name          = "__cbc(aes)",
 439         .base.cra_driver_name   = "__cbc-aes-neonbs",
 440         .base.cra_priority      = 250,
 441         .base.cra_blocksize     = AES_BLOCK_SIZE,
 442         .base.cra_ctxsize       = sizeof(struct aesbs_cbc_ctx),
 443         .base.cra_module        = THIS_MODULE,
 444         .base.cra_flags         = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 445
 446         .min_keysize            = AES_MIN_KEY_SIZE,
 447         .max_keysize            = AES_MAX_KEY_SIZE,
 448         .walksize               = 8 * AES_BLOCK_SIZE,
 449         .ivsize                 = AES_BLOCK_SIZE,
 450         .setkey                 = aesbs_cbc_setkey,
 451         .encrypt                = cbc_encrypt,
 452         .decrypt                = cbc_decrypt,
 453         .init                   = cbc_init,
 454         .exit                   = cbc_exit,
 455 }, {
 456         .base.cra_name          = "__ctr(aes)",
 457         .base.cra_driver_name   = "__ctr-aes-neonbs",
 458         .base.cra_priority      = 250,
 459         .base.cra_blocksize     = 1,
 460         .base.cra_ctxsize       = sizeof(struct aesbs_ctx),
 461         .base.cra_module        = THIS_MODULE,
 462         .base.cra_flags         = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 463
 464         .min_keysize            = AES_MIN_KEY_SIZE,
 465         .max_keysize            = AES_MAX_KEY_SIZE,
 466         .chunksize              = AES_BLOCK_SIZE,
 467         .walksize               = 8 * AES_BLOCK_SIZE,
 468         .ivsize                 = AES_BLOCK_SIZE,
 469         .setkey                 = aesbs_setkey,
 470         .encrypt                = ctr_encrypt,
 471         .decrypt                = ctr_encrypt,
 472 }, {
 473         .base.cra_name          = "ctr(aes)",
 474         .base.cra_driver_name   = "ctr-aes-neonbs-sync",
 475         .base.cra_priority      = 250 - 1,
 476         .base.cra_blocksize     = 1,
 477         .base.cra_ctxsize       = sizeof(struct aesbs_ctr_ctx),
 478         .base.cra_module        = THIS_MODULE,
 479
 480         .min_keysize            = AES_MIN_KEY_SIZE,
 481         .max_keysize            = AES_MAX_KEY_SIZE,
 482         .chunksize              = AES_BLOCK_SIZE,
 483         .walksize               = 8 * AES_BLOCK_SIZE,
 484         .ivsize                 = AES_BLOCK_SIZE,
 485         .setkey                 = aesbs_ctr_setkey_sync,
 486         .encrypt                = ctr_encrypt_sync,
 487         .decrypt                = ctr_encrypt_sync,
 488 }, {
 489         .base.cra_name          = "__xts(aes)",
 490         .base.cra_driver_name   = "__xts-aes-neonbs",
 491         .base.cra_priority      = 250,
 492         .base.cra_blocksize     = AES_BLOCK_SIZE,
 493         .base.cra_ctxsize       = sizeof(struct aesbs_xts_ctx),
 494         .base.cra_module        = THIS_MODULE,
 495         .base.cra_flags         = CRYPTO_ALG_INTERNAL,
 496
 497         .min_keysize            = 2 * AES_MIN_KEY_SIZE,
 498         .max_keysize            = 2 * AES_MAX_KEY_SIZE,
 499         .walksize               = 8 * AES_BLOCK_SIZE,
 500         .ivsize                 = AES_BLOCK_SIZE,
 501         .setkey                 = aesbs_xts_setkey,
 502         .encrypt                = xts_encrypt,
 503         .decrypt                = xts_decrypt,
 504         .init                   = xts_init,
 505         .exit                   = xts_exit,
 506 } };
 507
 508 static struct simd_skcipher_alg *aes_simd_algs[ARRAY_SIZE(aes_algs)];
 509
 510 static void aes_exit(void)
 511 {
 512         int i;
 513
 514         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(aes_simd_algs); i++)
 515                 if (aes_simd_algs[i])
 516                         simd_skcipher_free(aes_simd_algs[i]);
 517
 518         crypto_unregister_skciphers(aes_algs, ARRAY_SIZE(aes_algs));
 519 }
 520
 521 static int __init aes_init(void)
 522 {
 523         struct simd_skcipher_alg *simd;
 524         const char *basename;
 525         const char *algname;
 526         const char *drvname;
 527         int err;
 528         int i;
 529
 530         if (!(elf_hwcap & HWCAP_NEON))
 531                 return -ENODEV;
 532
 533         err = crypto_register_skciphers(aes_algs, ARRAY_SIZE(aes_algs));
 534         if (err)
 535                 return err;
 536
 537         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(aes_algs); i++) {
 538                 if (!(aes_algs[i].base.cra_flags & CRYPTO_ALG_INTERNAL))
 539                         continue;
 540
 541                 algname = aes_algs[i].base.cra_name + 2;
 542                 drvname = aes_algs[i].base.cra_driver_name + 2;
 543                 basename = aes_algs[i].base.cra_driver_name;
 544                 simd = simd_skcipher_create_compat(algname, drvname, basename);
 545                 err = PTR_ERR(simd);
 546                 if (IS_ERR(simd))
 547                         goto unregister_simds;
 548
 549                 aes_simd_algs[i] = simd;
 550         }
 551         return 0;
 552
 553 unregister_simds:
 554         aes_exit();
 555         return err;
 556 }
 557
 558 late_initcall(aes_init);
 559 module_exit(aes_exit);