xref: /openbmc/linux/crypto/cmac.c (revision 93b5e86a)
193b5e86aSJussi Kivilinna /*
293b5e86aSJussi Kivilinna  * CMAC: Cipher Block Mode for Authentication
393b5e86aSJussi Kivilinna  *
493b5e86aSJussi Kivilinna  * Copyright © 2013 Jussi Kivilinna <jussi.kivilinna@iki.fi>
593b5e86aSJussi Kivilinna  *
693b5e86aSJussi Kivilinna  * Based on work by:
793b5e86aSJussi Kivilinna  *  Copyright © 2013 Tom St Denis <tstdenis@elliptictech.com>
893b5e86aSJussi Kivilinna  * Based on crypto/xcbc.c:
993b5e86aSJussi Kivilinna  *  Copyright © 2006 USAGI/WIDE Project,
1093b5e86aSJussi Kivilinna  *   Author: Kazunori Miyazawa <miyazawa@linux-ipv6.org>
1193b5e86aSJussi Kivilinna  *
1293b5e86aSJussi Kivilinna  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
1393b5e86aSJussi Kivilinna  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
1493b5e86aSJussi Kivilinna  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
1593b5e86aSJussi Kivilinna  * (at your option) any later version.
1693b5e86aSJussi Kivilinna  *
1793b5e86aSJussi Kivilinna  */
1893b5e86aSJussi Kivilinna 
1993b5e86aSJussi Kivilinna #include <crypto/internal/hash.h>
2093b5e86aSJussi Kivilinna #include <linux/err.h>
2193b5e86aSJussi Kivilinna #include <linux/kernel.h>
2293b5e86aSJussi Kivilinna #include <linux/module.h>
2393b5e86aSJussi Kivilinna 
2493b5e86aSJussi Kivilinna /*
2593b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
2693b5e86aSJussi Kivilinna  * | <parent tfm>
2793b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
2893b5e86aSJussi Kivilinna  * | cmac_tfm_ctx
2993b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
3093b5e86aSJussi Kivilinna  * | consts (block size * 2)
3193b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
3293b5e86aSJussi Kivilinna  */
3393b5e86aSJussi Kivilinna struct cmac_tfm_ctx {
3493b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *child;
3593b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 ctx[];
3693b5e86aSJussi Kivilinna };
3793b5e86aSJussi Kivilinna 
3893b5e86aSJussi Kivilinna /*
3993b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4093b5e86aSJussi Kivilinna  * | <shash desc>
4193b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4293b5e86aSJussi Kivilinna  * | cmac_desc_ctx
4393b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4493b5e86aSJussi Kivilinna  * | odds (block size)
4593b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4693b5e86aSJussi Kivilinna  * | prev (block size)
4793b5e86aSJussi Kivilinna  * +------------------------
4893b5e86aSJussi Kivilinna  */
4993b5e86aSJussi Kivilinna struct cmac_desc_ctx {
5093b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned int len;
5193b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 ctx[];
5293b5e86aSJussi Kivilinna };
5393b5e86aSJussi Kivilinna 
5493b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_setkey(struct crypto_shash *parent,
5593b5e86aSJussi Kivilinna 				     const u8 *inkey, unsigned int keylen)
5693b5e86aSJussi Kivilinna {
5793b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(parent);
5893b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *ctx = crypto_shash_ctx(parent);
5993b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned int bs = crypto_shash_blocksize(parent);
6093b5e86aSJussi Kivilinna 	__be64 *consts = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1);
6193b5e86aSJussi Kivilinna 	u64 _const[2];
6293b5e86aSJussi Kivilinna 	int i, err = 0;
6393b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 msb_mask, gfmask;
6493b5e86aSJussi Kivilinna 
6593b5e86aSJussi Kivilinna 	err = crypto_cipher_setkey(ctx->child, inkey, keylen);
6693b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err)
6793b5e86aSJussi Kivilinna 		return err;
6893b5e86aSJussi Kivilinna 
6993b5e86aSJussi Kivilinna 	/* encrypt the zero block */
7093b5e86aSJussi Kivilinna 	memset(consts, 0, bs);
7193b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_cipher_encrypt_one(ctx->child, (u8 *)consts, (u8 *)consts);
7293b5e86aSJussi Kivilinna 
7393b5e86aSJussi Kivilinna 	switch (bs) {
7493b5e86aSJussi Kivilinna 	case 16:
7593b5e86aSJussi Kivilinna 		gfmask = 0x87;
7693b5e86aSJussi Kivilinna 		_const[0] = be64_to_cpu(consts[1]);
7793b5e86aSJussi Kivilinna 		_const[1] = be64_to_cpu(consts[0]);
7893b5e86aSJussi Kivilinna 
7993b5e86aSJussi Kivilinna 		/* gf(2^128) multiply zero-ciphertext with u and u^2 */
8093b5e86aSJussi Kivilinna 		for (i = 0; i < 4; i += 2) {
8193b5e86aSJussi Kivilinna 			msb_mask = ((s64)_const[1] >> 63) & gfmask;
8293b5e86aSJussi Kivilinna 			_const[1] = (_const[1] << 1) | (_const[0] >> 63);
8393b5e86aSJussi Kivilinna 			_const[0] = (_const[0] << 1) ^ msb_mask;
8493b5e86aSJussi Kivilinna 
8593b5e86aSJussi Kivilinna 			consts[i + 0] = cpu_to_be64(_const[1]);
8693b5e86aSJussi Kivilinna 			consts[i + 1] = cpu_to_be64(_const[0]);
8793b5e86aSJussi Kivilinna 		}
8893b5e86aSJussi Kivilinna 
8993b5e86aSJussi Kivilinna 		break;
9093b5e86aSJussi Kivilinna 	case 8:
9193b5e86aSJussi Kivilinna 		gfmask = 0x1B;
9293b5e86aSJussi Kivilinna 		_const[0] = be64_to_cpu(consts[0]);
9393b5e86aSJussi Kivilinna 
9493b5e86aSJussi Kivilinna 		/* gf(2^64) multiply zero-ciphertext with u and u^2 */
9593b5e86aSJussi Kivilinna 		for (i = 0; i < 2; i++) {
9693b5e86aSJussi Kivilinna 			msb_mask = ((s64)_const[0] >> 63) & gfmask;
9793b5e86aSJussi Kivilinna 			_const[0] = (_const[0] << 1) ^ msb_mask;
9893b5e86aSJussi Kivilinna 
9993b5e86aSJussi Kivilinna 			consts[i] = cpu_to_be64(_const[0]);
10093b5e86aSJussi Kivilinna 		}
10193b5e86aSJussi Kivilinna 
10293b5e86aSJussi Kivilinna 		break;
10393b5e86aSJussi Kivilinna 	}
10493b5e86aSJussi Kivilinna 
10593b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
10693b5e86aSJussi Kivilinna }
10793b5e86aSJussi Kivilinna 
10893b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_init(struct shash_desc *pdesc)
10993b5e86aSJussi Kivilinna {
11093b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(pdesc->tfm);
11193b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_desc_ctx *ctx = shash_desc_ctx(pdesc);
11293b5e86aSJussi Kivilinna 	int bs = crypto_shash_blocksize(pdesc->tfm);
11393b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *prev = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1) + bs;
11493b5e86aSJussi Kivilinna 
11593b5e86aSJussi Kivilinna 	ctx->len = 0;
11693b5e86aSJussi Kivilinna 	memset(prev, 0, bs);
11793b5e86aSJussi Kivilinna 
11893b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
11993b5e86aSJussi Kivilinna }
12093b5e86aSJussi Kivilinna 
12193b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_update(struct shash_desc *pdesc, const u8 *p,
12293b5e86aSJussi Kivilinna 				     unsigned int len)
12393b5e86aSJussi Kivilinna {
12493b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_shash *parent = pdesc->tfm;
12593b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(parent);
12693b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *tctx = crypto_shash_ctx(parent);
12793b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_desc_ctx *ctx = shash_desc_ctx(pdesc);
12893b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *tfm = tctx->child;
12993b5e86aSJussi Kivilinna 	int bs = crypto_shash_blocksize(parent);
13093b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *odds = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1);
13193b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *prev = odds + bs;
13293b5e86aSJussi Kivilinna 
13393b5e86aSJussi Kivilinna 	/* checking the data can fill the block */
13493b5e86aSJussi Kivilinna 	if ((ctx->len + len) <= bs) {
13593b5e86aSJussi Kivilinna 		memcpy(odds + ctx->len, p, len);
13693b5e86aSJussi Kivilinna 		ctx->len += len;
13793b5e86aSJussi Kivilinna 		return 0;
13893b5e86aSJussi Kivilinna 	}
13993b5e86aSJussi Kivilinna 
14093b5e86aSJussi Kivilinna 	/* filling odds with new data and encrypting it */
14193b5e86aSJussi Kivilinna 	memcpy(odds + ctx->len, p, bs - ctx->len);
14293b5e86aSJussi Kivilinna 	len -= bs - ctx->len;
14393b5e86aSJussi Kivilinna 	p += bs - ctx->len;
14493b5e86aSJussi Kivilinna 
14593b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_xor(prev, odds, bs);
14693b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_cipher_encrypt_one(tfm, prev, prev);
14793b5e86aSJussi Kivilinna 
14893b5e86aSJussi Kivilinna 	/* clearing the length */
14993b5e86aSJussi Kivilinna 	ctx->len = 0;
15093b5e86aSJussi Kivilinna 
15193b5e86aSJussi Kivilinna 	/* encrypting the rest of data */
15293b5e86aSJussi Kivilinna 	while (len > bs) {
15393b5e86aSJussi Kivilinna 		crypto_xor(prev, p, bs);
15493b5e86aSJussi Kivilinna 		crypto_cipher_encrypt_one(tfm, prev, prev);
15593b5e86aSJussi Kivilinna 		p += bs;
15693b5e86aSJussi Kivilinna 		len -= bs;
15793b5e86aSJussi Kivilinna 	}
15893b5e86aSJussi Kivilinna 
15993b5e86aSJussi Kivilinna 	/* keeping the surplus of blocksize */
16093b5e86aSJussi Kivilinna 	if (len) {
16193b5e86aSJussi Kivilinna 		memcpy(odds, p, len);
16293b5e86aSJussi Kivilinna 		ctx->len = len;
16393b5e86aSJussi Kivilinna 	}
16493b5e86aSJussi Kivilinna 
16593b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
16693b5e86aSJussi Kivilinna }
16793b5e86aSJussi Kivilinna 
16893b5e86aSJussi Kivilinna static int crypto_cmac_digest_final(struct shash_desc *pdesc, u8 *out)
16993b5e86aSJussi Kivilinna {
17093b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_shash *parent = pdesc->tfm;
17193b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask = crypto_shash_alignmask(parent);
17293b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *tctx = crypto_shash_ctx(parent);
17393b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_desc_ctx *ctx = shash_desc_ctx(pdesc);
17493b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *tfm = tctx->child;
17593b5e86aSJussi Kivilinna 	int bs = crypto_shash_blocksize(parent);
17693b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *consts = PTR_ALIGN((void *)tctx->ctx, alignmask + 1);
17793b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *odds = PTR_ALIGN((void *)ctx->ctx, alignmask + 1);
17893b5e86aSJussi Kivilinna 	u8 *prev = odds + bs;
17993b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned int offset = 0;
18093b5e86aSJussi Kivilinna 
18193b5e86aSJussi Kivilinna 	if (ctx->len != bs) {
18293b5e86aSJussi Kivilinna 		unsigned int rlen;
18393b5e86aSJussi Kivilinna 		u8 *p = odds + ctx->len;
18493b5e86aSJussi Kivilinna 
18593b5e86aSJussi Kivilinna 		*p = 0x80;
18693b5e86aSJussi Kivilinna 		p++;
18793b5e86aSJussi Kivilinna 
18893b5e86aSJussi Kivilinna 		rlen = bs - ctx->len - 1;
18993b5e86aSJussi Kivilinna 		if (rlen)
19093b5e86aSJussi Kivilinna 			memset(p, 0, rlen);
19193b5e86aSJussi Kivilinna 
19293b5e86aSJussi Kivilinna 		offset += bs;
19393b5e86aSJussi Kivilinna 	}
19493b5e86aSJussi Kivilinna 
19593b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_xor(prev, odds, bs);
19693b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_xor(prev, consts + offset, bs);
19793b5e86aSJussi Kivilinna 
19893b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_cipher_encrypt_one(tfm, out, prev);
19993b5e86aSJussi Kivilinna 
20093b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
20193b5e86aSJussi Kivilinna }
20293b5e86aSJussi Kivilinna 
20393b5e86aSJussi Kivilinna static int cmac_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
20493b5e86aSJussi Kivilinna {
20593b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_cipher *cipher;
20693b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_instance *inst = (void *)tfm->__crt_alg;
20793b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_spawn *spawn = crypto_instance_ctx(inst);
20893b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
20993b5e86aSJussi Kivilinna 
21093b5e86aSJussi Kivilinna 	cipher = crypto_spawn_cipher(spawn);
21193b5e86aSJussi Kivilinna 	if (IS_ERR(cipher))
21293b5e86aSJussi Kivilinna 		return PTR_ERR(cipher);
21393b5e86aSJussi Kivilinna 
21493b5e86aSJussi Kivilinna 	ctx->child = cipher;
21593b5e86aSJussi Kivilinna 
21693b5e86aSJussi Kivilinna 	return 0;
21793b5e86aSJussi Kivilinna };
21893b5e86aSJussi Kivilinna 
21993b5e86aSJussi Kivilinna static void cmac_exit_tfm(struct crypto_tfm *tfm)
22093b5e86aSJussi Kivilinna {
22193b5e86aSJussi Kivilinna 	struct cmac_tfm_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
22293b5e86aSJussi Kivilinna 	crypto_free_cipher(ctx->child);
22393b5e86aSJussi Kivilinna }
22493b5e86aSJussi Kivilinna 
22593b5e86aSJussi Kivilinna static int cmac_create(struct crypto_template *tmpl, struct rtattr **tb)
22693b5e86aSJussi Kivilinna {
22793b5e86aSJussi Kivilinna 	struct shash_instance *inst;
22893b5e86aSJussi Kivilinna 	struct crypto_alg *alg;
22993b5e86aSJussi Kivilinna 	unsigned long alignmask;
23093b5e86aSJussi Kivilinna 	int err;
23193b5e86aSJussi Kivilinna 
23293b5e86aSJussi Kivilinna 	err = crypto_check_attr_type(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_SHASH);
23393b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err)
23493b5e86aSJussi Kivilinna 		return err;
23593b5e86aSJussi Kivilinna 
23693b5e86aSJussi Kivilinna 	alg = crypto_get_attr_alg(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
23793b5e86aSJussi Kivilinna 				  CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
23893b5e86aSJussi Kivilinna 	if (IS_ERR(alg))
23993b5e86aSJussi Kivilinna 		return PTR_ERR(alg);
24093b5e86aSJussi Kivilinna 
24193b5e86aSJussi Kivilinna 	switch (alg->cra_blocksize) {
24293b5e86aSJussi Kivilinna 	case 16:
24393b5e86aSJussi Kivilinna 	case 8:
24493b5e86aSJussi Kivilinna 		break;
24593b5e86aSJussi Kivilinna 	default:
24693b5e86aSJussi Kivilinna 		goto out_put_alg;
24793b5e86aSJussi Kivilinna 	}
24893b5e86aSJussi Kivilinna 
24993b5e86aSJussi Kivilinna 	inst = shash_alloc_instance("cmac", alg);
25093b5e86aSJussi Kivilinna 	err = PTR_ERR(inst);
25193b5e86aSJussi Kivilinna 	if (IS_ERR(inst))
25293b5e86aSJussi Kivilinna 		goto out_put_alg;
25393b5e86aSJussi Kivilinna 
25493b5e86aSJussi Kivilinna 	err = crypto_init_spawn(shash_instance_ctx(inst), alg,
25593b5e86aSJussi Kivilinna 				shash_crypto_instance(inst),
25693b5e86aSJussi Kivilinna 				CRYPTO_ALG_TYPE_MASK);
25793b5e86aSJussi Kivilinna 	if (err)
25893b5e86aSJussi Kivilinna 		goto out_free_inst;
25993b5e86aSJussi Kivilinna 
26093b5e86aSJussi Kivilinna 	alignmask = alg->cra_alignmask | (sizeof(long) - 1);
26193b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_alignmask = alignmask;
26293b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_priority = alg->cra_priority;
26393b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_blocksize = alg->cra_blocksize;
26493b5e86aSJussi Kivilinna 
26593b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.digestsize = alg->cra_blocksize;
26693b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.descsize =
26793b5e86aSJussi Kivilinna 		ALIGN(sizeof(struct cmac_desc_ctx), crypto_tfm_ctx_alignment())
26893b5e86aSJussi Kivilinna 		+ (alignmask & ~(crypto_tfm_ctx_alignment() - 1))
26993b5e86aSJussi Kivilinna 		+ alg->cra_blocksize * 2;
27093b5e86aSJussi Kivilinna 
27193b5e86aSJussi Kivilinna 	inst->alg.base.cra_ctxsize =
27293b5e86aSJussi Kivilinna 		ALIGN(sizeof(struct cmac_tfm_ctx), alignmask + 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 
31193b5e86aSJussi Kivilinna module_init(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");
316