xref: /openbmc/linux/crypto/cmac.c (revision 2874c5fd)
12874c5fdSThomas Gleixner // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
293b5e86aSJussi Kivilinna /*
393b5e86aSJussi Kivilinna  * CMAC: Cipher Block Mode for Authentication
493b5e86aSJussi Kivilinna  *
593b5e86aSJussi Kivilinna  * Copyright © 2013 Jussi Kivilinna <jussi.kivilinna@iki.fi>
693b5e86aSJussi Kivilinna  *
793b5e86aSJussi Kivilinna  * Based on work by:
893b5e86aSJussi Kivilinna  *  Copyright © 2013 Tom St Denis <tstdenis@elliptictech.com>
993b5e86aSJussi Kivilinna  * Based on crypto/xcbc.c:
1093b5e86aSJussi Kivilinna  *  Copyright © 2006 USAGI/WIDE Project,
1193b5e86aSJussi Kivilinna  *   Author: Kazunori Miyazawa <miyazawa@linux-ipv6.org>
1293b5e86aSJussi Kivilinna  */
1393b5e86aSJussi Kivilinna 
1493b5e86aSJussi Kivilinna #include <crypto/internal/hash.h>
1593b5e86aSJussi Kivilinna #include <linux/err.h>
1693b5e86aSJussi Kivilinna #include <linux/kernel.h>
1793b5e86aSJussi Kivilinna #include <linux/module.h>
1893b5e86aSJussi Kivilinna 
1993b5e86aSJussi Kivilinna /*
2093b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
2193b5e86aSJussi Kivilinna  * | <parent tfm>
2293b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
2393b5e86aSJussi Kivilinna  * | cmac_tfm_ctx
2493b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
2593b5e86aSJussi Kivilinna  * | consts (block size * 2)
2693b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
2793b5e86aSJussi Kivilinna  */
2893b5e86aSJussi Kivilinna struct cmac_tfm_ctx {
2993b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *child;
3093b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 ctx[];
3193b5e86aSJussi Kivilinna };
3293b5e86aSJussi Kivilinna 
3393b5e86aSJussi Kivilinna /*
3493b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
3593b5e86aSJussi Kivilinna  * | <shash desc>
3693b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
3793b5e86aSJussi Kivilinna  * | cmac_desc_ctx
3893b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
3993b5e86aSJussi Kivilinna  * | odds (block size)
4093b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4193b5e86aSJussi Kivilinna  * | prev (block size)
4293b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4393b5e86aSJussi Kivilinna  */
4493b5e86aSJussi Kivilinna struct cmac_desc_ctx {
4593b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned int len;
4693b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 ctx[];
4793b5e86aSJussi Kivilinna };
4893b5e86aSJussi Kivilinna 
4993b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_setkey(struct crypto_shash *parent,
5093b5e86aSJussi Kivilinna 				     const u8 *inkey, unsigned int keylen)
5193b5e86aSJussi Kivilinna {
5293b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(parent);
5393b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *ctx = crypto_shash_ctx(parent);
5493b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned int bs = crypto_shash_blocksize(parent);
55f16743e0SEric Biggers 	__be64 *consts = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx,
56f16743e0SEric Biggers 				   (alignmask | (__alignof__(__be64) - 1)) + 1);
5793b5e86aSJussi Kivilinna 	u64 _const[2];
5893b5e86aSJussi Kivilinna 	int i, err = 0;
5993b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 msb_mask, gfmask;
6093b5e86aSJussi Kivilinna 
6193b5e86aSJussi Kivilinna 	err = crypto_cipher_setkey(ctx->child, inkey, keylen);
6293b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err)
6393b5e86aSJussi Kivilinna 		return err;
6493b5e86aSJussi Kivilinna 
6593b5e86aSJussi Kivilinna 	/* encrypt the zero block */
6693b5e86aSJussi Kivilinna 	memset(consts, 0, bs);
6793b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_cipher_encrypt_one(ctx->child, (u8 *)consts, (u8 *)consts);
6893b5e86aSJussi Kivilinna 
6993b5e86aSJussi Kivilinna 	switch (bs) {
7093b5e86aSJussi Kivilinna 	case 16:
7193b5e86aSJussi Kivilinna 		gfmask = 0x87;
7293b5e86aSJussi Kivilinna 		_const[0] = be64_to_cpu(consts[1]);
7393b5e86aSJussi Kivilinna 		_const[1] = be64_to_cpu(consts[0]);
7493b5e86aSJussi Kivilinna 
7593b5e86aSJussi Kivilinna 		/* gf(2^128) multiply zero-ciphertext with u and u^2 */
7693b5e86aSJussi Kivilinna 		for (i = 0; i < 4; i += 2) {
7793b5e86aSJussi Kivilinna 			msb_mask = ((s64)_const[1] >> 63) & gfmask;
7893b5e86aSJussi Kivilinna 			_const[1] = (_const[1] << 1) | (_const[0] >> 63);
7993b5e86aSJussi Kivilinna 			_const[0] = (_const[0] << 1) ^ msb_mask;
8093b5e86aSJussi Kivilinna 
8193b5e86aSJussi Kivilinna 			consts[i + 0] = cpu_to_be64(_const[1]);
8293b5e86aSJussi Kivilinna 			consts[i + 1] = cpu_to_be64(_const[0]);
8393b5e86aSJussi Kivilinna 		}
8493b5e86aSJussi Kivilinna 
8593b5e86aSJussi Kivilinna 		break;
8693b5e86aSJussi Kivilinna 	case 8:
8793b5e86aSJussi Kivilinna 		gfmask = 0x1B;
8893b5e86aSJussi Kivilinna 		_const[0] = be64_to_cpu(consts[0]);
8993b5e86aSJussi Kivilinna 
9093b5e86aSJussi Kivilinna 		/* gf(2^64) multiply zero-ciphertext with u and u^2 */
9193b5e86aSJussi Kivilinna 		for (i = 0; i < 2; i++) {
9293b5e86aSJussi Kivilinna 			msb_mask = ((s64)_const[0] >> 63) & gfmask;
9393b5e86aSJussi Kivilinna 			_const[0] = (_const[0] << 1) ^ msb_mask;
9493b5e86aSJussi Kivilinna 
9593b5e86aSJussi Kivilinna 			consts[i] = cpu_to_be64(_const[0]);
9693b5e86aSJussi Kivilinna 		}
9793b5e86aSJussi Kivilinna 
9893b5e86aSJussi Kivilinna 		break;
9993b5e86aSJussi Kivilinna 	}
10093b5e86aSJussi Kivilinna 
10193b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
10293b5e86aSJussi Kivilinna }
10393b5e86aSJussi Kivilinna 
10493b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_init(struct shash_desc *pdesc)
10593b5e86aSJussi Kivilinna {
10693b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(pdesc->tfm);
10793b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_desc_ctx *ctx = shash_desc_ctx(pdesc);
10893b5e86aSJussi Kivilinna 	int bs = crypto_shash_blocksize(pdesc->tfm);
10993b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *prev = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1) + bs;
11093b5e86aSJussi Kivilinna 
11193b5e86aSJussi Kivilinna 	ctx->len = 0;
11293b5e86aSJussi Kivilinna 	memset(prev, 0, bs);
11393b5e86aSJussi Kivilinna 
11493b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
11593b5e86aSJussi Kivilinna }
11693b5e86aSJussi Kivilinna 
11793b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_update(struct shash_desc *pdesc, const u8 *p,
11893b5e86aSJussi Kivilinna 				     unsigned int len)
11993b5e86aSJussi Kivilinna {
12093b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_shash *parent = pdesc->tfm;
12193b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(parent);
12293b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *tctx = crypto_shash_ctx(parent);
12393b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_desc_ctx *ctx = shash_desc_ctx(pdesc);
12493b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *tfm = tctx->child;
12593b5e86aSJussi Kivilinna 	int bs = crypto_shash_blocksize(parent);
12693b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *odds = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1);
12793b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *prev = odds + bs;
12893b5e86aSJussi Kivilinna 
12993b5e86aSJussi Kivilinna 	/* checking the data can fill the block */
13093b5e86aSJussi Kivilinna 	if ((ctx->len + len) <= bs) {
13193b5e86aSJussi Kivilinna 		memcpy(odds + ctx->len, p, len);
13293b5e86aSJussi Kivilinna 		ctx->len += len;
13393b5e86aSJussi Kivilinna 		return 0;
13493b5e86aSJussi Kivilinna 	}
13593b5e86aSJussi Kivilinna 
13693b5e86aSJussi Kivilinna 	/* filling odds with new data and encrypting it */
13793b5e86aSJussi Kivilinna 	memcpy(odds + ctx->len, p, bs - ctx->len);
13893b5e86aSJussi Kivilinna 	len -= bs - ctx->len;
13993b5e86aSJussi Kivilinna 	p += bs - ctx->len;
14093b5e86aSJussi Kivilinna 
14193b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_xor(prev, odds, bs);
14293b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_cipher_encrypt_one(tfm, prev, prev);
14393b5e86aSJussi Kivilinna 
14493b5e86aSJussi Kivilinna 	/* clearing the length */
14593b5e86aSJussi Kivilinna 	ctx->len = 0;
14693b5e86aSJussi Kivilinna 
14793b5e86aSJussi Kivilinna 	/* encrypting the rest of data */
14893b5e86aSJussi Kivilinna 	while (len > bs) {
14993b5e86aSJussi Kivilinna 		crypto_xor(prev, p, bs);
15093b5e86aSJussi Kivilinna 		crypto_cipher_encrypt_one(tfm, prev, prev);
15193b5e86aSJussi Kivilinna 		p += bs;
15293b5e86aSJussi Kivilinna 		len -= bs;
15393b5e86aSJussi Kivilinna 	}
15493b5e86aSJussi Kivilinna 
15593b5e86aSJussi Kivilinna 	/* keeping the surplus of blocksize */
15693b5e86aSJussi Kivilinna 	if (len) {
15793b5e86aSJussi Kivilinna 		memcpy(odds, p, len);
15893b5e86aSJussi Kivilinna 		ctx->len = len;
15993b5e86aSJussi Kivilinna 	}
16093b5e86aSJussi Kivilinna 
16193b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
16293b5e86aSJussi Kivilinna }
16393b5e86aSJussi Kivilinna 
16493b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_final(struct shash_desc *pdesc, u8 *out)
16593b5e86aSJussi Kivilinna {
16693b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_shash *parent = pdesc->tfm;
16793b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(parent);
16893b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *tctx = crypto_shash_ctx(parent);
16993b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_desc_ctx *ctx = shash_desc_ctx(pdesc);
17093b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *tfm = tctx->child;
17193b5e86aSJussi Kivilinna 	int bs = crypto_shash_blocksize(parent);
172f16743e0SEric Biggers 	u8 *consts = PTR_ALIGN((void *)tctx->ctx,
173f16743e0SEric Biggers 			       (alignmask | (__alignof__(__be64) - 1)) + 1);
17493b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *odds = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1);
17593b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *prev = odds + bs;
17693b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned int offset = 0;
17793b5e86aSJussi Kivilinna 
17893b5e86aSJussi Kivilinna 	if (ctx->len != bs) {
17993b5e86aSJussi Kivilinna 		unsigned int rlen;
18093b5e86aSJussi Kivilinna 		u8 *p = odds + ctx->len;
18193b5e86aSJussi Kivilinna 
18293b5e86aSJussi Kivilinna 		*p = 0x80;
18393b5e86aSJussi Kivilinna 		p++;
18493b5e86aSJussi Kivilinna 
18593b5e86aSJussi Kivilinna 		rlen = bs - ctx->len - 1;
18693b5e86aSJussi Kivilinna 		if (rlen)
18793b5e86aSJussi Kivilinna 			memset(p, 0, rlen);
18893b5e86aSJussi Kivilinna 
18993b5e86aSJussi Kivilinna 		offset += bs;
19093b5e86aSJussi Kivilinna 	}
19193b5e86aSJussi Kivilinna 
19293b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_xor(prev, odds, bs);
19393b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_xor(prev, consts + offset, bs);
19493b5e86aSJussi Kivilinna 
19593b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_cipher_encrypt_one(tfm, out, prev);
19693b5e86aSJussi Kivilinna 
19793b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
19893b5e86aSJussi Kivilinna }
19993b5e86aSJussi Kivilinna 
20093b5e86aSJussi Kivilinna static int cmac_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
20193b5e86aSJussi Kivilinna {
20293b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *cipher;
20393b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_instance *inst = (void *)tfm->__crt_alg;
20493b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_spawn *spawn = crypto_instance_ctx(inst);
20593b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
20693b5e86aSJussi Kivilinna 
20793b5e86aSJussi Kivilinna 	cipher = crypto_spawn_cipher(spawn);
20893b5e86aSJussi Kivilinna 	if (IS_ERR(cipher))
20993b5e86aSJussi Kivilinna 		return PTR_ERR(cipher);
21093b5e86aSJussi Kivilinna 
21193b5e86aSJussi Kivilinna 	ctx->child = cipher;
21293b5e86aSJussi Kivilinna 
21393b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
21493b5e86aSJussi Kivilinna };
21593b5e86aSJussi Kivilinna 
21693b5e86aSJussi Kivilinna static void cmac_exit_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
21793b5e86aSJussi Kivilinna {
21893b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
21993b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_free_cipher(ctx->child);
22093b5e86aSJussi Kivilinna }
22193b5e86aSJussi Kivilinna 
22293b5e86aSJussi Kivilinna static int cmac_create(struct crypto_template *tmpl, struct rtattr **tb)
22393b5e86aSJussi Kivilinna {
22493b5e86aSJussi Kivilinna 	struct shash_instance *inst;
22593b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_alg *alg;
22693b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask;
22793b5e86aSJussi Kivilinna 	int err;
22893b5e86aSJussi Kivilinna 
22993b5e86aSJussi Kivilinna 	err = crypto_check_attr_type(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_SHASH);
23093b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err)
23193b5e86aSJussi Kivilinna 		return err;
23293b5e86aSJussi Kivilinna 
23393b5e86aSJussi Kivilinna 	alg = crypto_get_attr_alg(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
23493b5e86aSJussi Kivilinna 				  CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
23593b5e86aSJussi Kivilinna 	if (IS_ERR(alg))
23693b5e86aSJussi Kivilinna 		return PTR_ERR(alg);
23793b5e86aSJussi Kivilinna 
23893b5e86aSJussi Kivilinna 	switch (alg->cra_blocksize) {
23993b5e86aSJussi Kivilinna 	case 16:
24093b5e86aSJussi Kivilinna 	case 8:
24193b5e86aSJussi Kivilinna 		break;
24293b5e86aSJussi Kivilinna 	default:
24348ee41bfSEric Biggers 		err = -EINVAL;
24493b5e86aSJussi Kivilinna 		goto out_put_alg;
24593b5e86aSJussi Kivilinna 	}
24693b5e86aSJussi Kivilinna 
24793b5e86aSJussi Kivilinna 	inst = shash_alloc_instance("cmac", alg);
24893b5e86aSJussi Kivilinna 	err = PTR_ERR(inst);
24993b5e86aSJussi Kivilinna 	if (IS_ERR(inst))
25093b5e86aSJussi Kivilinna 		goto out_put_alg;
25193b5e86aSJussi Kivilinna 
25293b5e86aSJussi Kivilinna 	err = crypto_init_spawn(shash_instance_ctx(inst), alg,
25393b5e86aSJussi Kivilinna 				shash_crypto_instance(inst),
25493b5e86aSJussi Kivilinna 				CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
25593b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err)
25693b5e86aSJussi Kivilinna 		goto out_free_inst;
25793b5e86aSJussi Kivilinna 
258db91af0fSArd Biesheuvel 	alignmask = alg->cra_alignmask;
25993b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_alignmask = alignmask;
26093b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_priority = alg->cra_priority;
26193b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_blocksize = alg->cra_blocksize;
26293b5e86aSJussi Kivilinna 
26393b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.digestsize = alg->cra_blocksize;
26493b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.descsize =
26593b5e86aSJussi Kivilinna 		ALIGN(sizeof(struct cmac_desc_ctx), crypto_tfm_ctx_alignment())
26693b5e86aSJussi Kivilinna 		+ (alignmask & ~(crypto_tfm_ctx_alignment() - 1))
26793b5e86aSJussi Kivilinna 		+ alg->cra_blocksize * 2;
26893b5e86aSJussi Kivilinna 
26993b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_ctxsize =
270f16743e0SEric Biggers 		ALIGN(sizeof(struct cmac_tfm_ctx), crypto_tfm_ctx_alignment())
271f16743e0SEric Biggers 		+ ((alignmask | (__alignof__(__be64) - 1)) &
272f16743e0SEric Biggers 		   ~(crypto_tfm_ctx_alignment() - 1))
27393b5e86aSJussi Kivilinna 		+ alg->cra_blocksize * 2;
27493b5e86aSJussi Kivilinna 
27593b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_init = cmac_init_tfm;
27693b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_exit = cmac_exit_tfm;
27793b5e86aSJussi Kivilinna 
27893b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.init = crypto_cmac_digest_init;
27993b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.update = crypto_cmac_digest_update;
28093b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.final = crypto_cmac_digest_final;
28193b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.setkey = crypto_cmac_digest_setkey;
28293b5e86aSJussi Kivilinna 
28393b5e86aSJussi Kivilinna 	err = shash_register_instance(tmpl, inst);
28493b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err) {
28593b5e86aSJussi Kivilinna out_free_inst:
28693b5e86aSJussi Kivilinna 		shash_free_instance(shash_crypto_instance(inst));
28793b5e86aSJussi Kivilinna 	}
28893b5e86aSJussi Kivilinna 
28993b5e86aSJussi Kivilinna out_put_alg:
29093b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_mod_put(alg);
29193b5e86aSJussi Kivilinna 	return err;
29293b5e86aSJussi Kivilinna }
29393b5e86aSJussi Kivilinna 
29493b5e86aSJussi Kivilinna static struct crypto_template crypto_cmac_tmpl = {
29593b5e86aSJussi Kivilinna 	.name = "cmac",
29693b5e86aSJussi Kivilinna 	.create = cmac_create,
29793b5e86aSJussi Kivilinna 	.free = shash_free_instance,
29893b5e86aSJussi Kivilinna 	.module = THIS_MODULE,
29993b5e86aSJussi Kivilinna };
30093b5e86aSJussi Kivilinna 
30193b5e86aSJussi Kivilinna static int __init crypto_cmac_module_init(void)
30293b5e86aSJussi Kivilinna {
30393b5e86aSJussi Kivilinna 	return crypto_register_template(&crypto_cmac_tmpl);
30493b5e86aSJussi Kivilinna }
30593b5e86aSJussi Kivilinna 
30693b5e86aSJussi Kivilinna static void __exit crypto_cmac_module_exit(void)
30793b5e86aSJussi Kivilinna {
30893b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_unregister_template(&crypto_cmac_tmpl);
30993b5e86aSJussi Kivilinna }
31093b5e86aSJussi Kivilinna 
311c4741b23SEric Biggers subsys_initcall(crypto_cmac_module_init);
31293b5e86aSJussi Kivilinna module_exit(crypto_cmac_module_exit);
31393b5e86aSJussi Kivilinna 
31493b5e86aSJussi Kivilinna MODULE_LICENSE("GPL");
31593b5e86aSJussi Kivilinna MODULE_DESCRIPTION("CMAC keyed hash algorithm");
3164943ba16SKees Cook MODULE_ALIAS_CRYPTO("cmac");
317