This is a compatible implementation of the block chaining modes used by the Loop-AES block device encryption system (http://loop-aes.sf.net/). It implements two modes: lmk2 and lmk3. They correspond to the modes used in Loop-AES v2.x and Loop-AES v3.x and are intended to be full compatible. Both modes operate on full 512 byte sectors. They use CBC with an IV derived from the sector number, the data and (for lmk3 only) an extra 128-bit IV seed. Signed-off-by: Max Vozeler <max@xxxxxxxxxxxxx> Cc: Jari Ruusu <jariruusu@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx> --- MAINTAINERS | 6 + crypto/Kconfig | 17 ++ crypto/Makefile | 1 + crypto/lmk.c | 434 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ crypto/testmgr.c | 30 +++ crypto/testmgr.h | 564 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 6 files changed, 1052 insertions(+), 0 deletions(-) create mode 100644 crypto/lmk.c diff --git a/MAINTAINERS b/MAINTAINERS index efd2ef2..370efcd 100644 --- a/MAINTAINERS +++ b/MAINTAINERS @@ -4611,6 +4611,12 @@ T: git git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/linville/wireless-testing.g S: Maintained F: drivers/net/wireless/rtl818x/rtl8187* +LMK BLOCK CHAINING MODE +P: Max Vozeler +M: max@xxxxxxxxxxxxx +S: Maintained +F: crypto/lmk.c + S3 SAVAGE FRAMEBUFFER DRIVER M: Antonino Daplas <adaplas@xxxxxxxxx> L: linux-fbdev@xxxxxxxxxxxxxxx diff --git a/crypto/Kconfig b/crypto/Kconfig index 81c185a..00d5413 100644 --- a/crypto/Kconfig +++ b/crypto/Kconfig @@ -243,6 +243,23 @@ config CRYPTO_XTS key size 256, 384 or 512 bits. This implementation currently can't handle a sectorsize which is not a multiple of 16 bytes. +config CRYPTO_LMK + tristate "LMK support (EXPERIMENTAL)" + depends on EXPERIMENTAL + select CRYPTO_BLKCIPHER + select CRYPTO_MANAGER + select CRYPTO_MD5 + help + LMK block cipher modes (lmk2/lmk3). + + These modes are compatible with Loop-AES. Use them with a + dm-crypt cipher string aes-lmk2-plain64-multi:64 (for Loop-AES + v2.x) or aes-lmk2-plain64-multi:64 (for Loop-AES v3.x). + + The key for lmk3 must be 256, 320 or 384 bits. The first 128, + 192 or 256 bits in the key are used for the cipher, the rest + is used as an extra input to the IV calculation. + config CRYPTO_FPU tristate select CRYPTO_BLKCIPHER diff --git a/crypto/Makefile b/crypto/Makefile index 9e8f619..547a5b0 100644 --- a/crypto/Makefile +++ b/crypto/Makefile @@ -53,6 +53,7 @@ obj-$(CONFIG_CRYPTO_PCBC) += pcbc.o obj-$(CONFIG_CRYPTO_CTS) += cts.o obj-$(CONFIG_CRYPTO_LRW) += lrw.o obj-$(CONFIG_CRYPTO_XTS) += xts.o +obj-$(CONFIG_CRYPTO_LMK) += lmk.o obj-$(CONFIG_CRYPTO_CTR) += ctr.o obj-$(CONFIG_CRYPTO_GCM) += gcm.o obj-$(CONFIG_CRYPTO_CCM) += ccm.o diff --git a/crypto/lmk.c b/crypto/lmk.c new file mode 100644 index 0000000..f7577cd --- /dev/null +++ b/crypto/lmk.c @@ -0,0 +1,434 @@ +/* + * Loop-AES compatible block chaining modes (lmk2, lmk3) + * + * Copyright (c) 2009 Max Vozeler <max@xxxxxxxxxxxxx> + * + * With inspiration and code from cbc.c and xts.c + * + * This program is free software; you can redistribute it and/or + * modify it under the terms of the GNU General Public License as + * published by the Free Software Foundation; either version 2 of + * the License, or (at your option) any later version. + * + */ + +#include <crypto/algapi.h> +#include <crypto/hash.h> +#include <crypto/md5.h> +#include <linux/err.h> +#include <linux/init.h> +#include <linux/kernel.h> +#include <linux/module.h> +#include <linux/scatterlist.h> +#include <linux/slab.h> + +#define LMK_BLOCK_SIZE 512 +#define LMK3_IVSEED_SIZE 16 + +struct lmk_ctx { + struct crypto_cipher *child; + struct crypto_shash *hash; + u8 ivseed[LMK3_IVSEED_SIZE]; + size_t ivseedsize; +}; + +static int setkey(struct crypto_tfm *parent, const u8 *key, + unsigned int keylen) +{ + struct lmk_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(parent); + struct crypto_cipher *child = ctx->child; + int err; + + crypto_cipher_clear_flags(child, CRYPTO_TFM_REQ_MASK); + crypto_cipher_set_flags(child, crypto_tfm_get_flags(parent) & + CRYPTO_TFM_REQ_MASK); + + err = crypto_cipher_setkey(child, key, keylen - ctx->ivseedsize); + + crypto_tfm_set_flags(parent, crypto_cipher_get_flags(child) & + CRYPTO_TFM_RES_MASK); + + if (!err && ctx->ivseedsize) { + if (keylen < ctx->ivseedsize) + return -EINVAL; + + memcpy(ctx->ivseed, key + keylen - ctx->ivseedsize, + ctx->ivseedsize); + } + + return err; +} + +static inline void cpu_to_le32_array(u32 *buf, unsigned int words) +{ + while (words--) { + __cpu_to_le32s(buf); + buf++; + } +} + +static int tweakiv_seed(struct shash_desc *desc, u8 *ivseed, size_t ivseedsize) +{ + u8 buf[64]; + int err = 0; + + memcpy(buf, ivseed, ivseedsize); + memset(buf + ivseedsize, 0, sizeof(buf) - ivseedsize); + + err = crypto_shash_update(desc, buf, sizeof(buf)); + + memset(buf, 0, sizeof(buf)); + + return err; +} + +static int tweakiv(struct lmk_ctx *ctx, + u8 *ivout, const u8 *ivin, + const u8 *data, size_t datalen) +{ + u64 iv; + u32 tmp[16]; + int err = 0; + struct { + struct shash_desc desc; + char ctx[crypto_shash_descsize(ctx->hash)]; + } sdesc; + struct md5_state md5state; + + sdesc.desc.tfm = ctx->hash; + sdesc.desc.flags = CRYPTO_TFM_REQ_MAY_SLEEP; + + err = crypto_shash_init(&sdesc.desc); + if (err) + goto cleanup; + + if (ctx->ivseedsize) { + err = tweakiv_seed(&sdesc.desc, ctx->ivseed, ctx->ivseedsize); + if (err) + goto cleanup; + } + + /* Add data blocks 1-28 */ + err = crypto_shash_update(&sdesc.desc, data + 16, 16*28); + if (err) + goto cleanup; + + /* Truncate inputiv to 56-bits. */ + iv = le64_to_cpup((__le64 *)ivin); + iv &= ~((u64) 255 << 56); + + /* Add buffer of data blocks 29-31, inputiv, format magic */ + memcpy(tmp, data + 16*29, 16*3); + + tmp[12] = iv & 0xffffffff; + tmp[13] = (iv >> 32 & 0xffffffff) | 0x80000000; + tmp[14] = 4024; /* format magic for lmk2 and lmk3 */ + tmp[15] = 0; + cpu_to_le32_array(tmp + 12, 4); + + err = crypto_shash_update(&sdesc.desc, (u8 *)tmp, sizeof(tmp)); + if (err) + goto cleanup; + + /* + * This mode uses md5 without padding, so we need _export() + * rather than final(). + */ + + err = crypto_shash_export(&sdesc.desc, &md5state); + if (err) + goto cleanup; + + cpu_to_le32_array(md5state.hash, sizeof(md5state.hash) / sizeof(u32)); + memcpy(ivout, &md5state.hash, sizeof(md5state.hash)); + +cleanup: + memset(tmp, 0, sizeof(tmp)); + + return err; +} + +static int encrypt_segment(struct crypto_blkcipher *tfm, + struct blkcipher_walk *walk) +{ + int err; + struct lmk_ctx *ctx = crypto_blkcipher_ctx(tfm); + struct crypto_cipher *child = ctx->child; + void (*fn)(struct crypto_tfm *, u8 *, const u8 *) = + crypto_cipher_alg(child)->cia_encrypt; + + unsigned int bsize = crypto_cipher_blocksize(child); + unsigned int nbytes = walk->nbytes; + u8 *src = walk->src.virt.addr; + u8 *dst = walk->dst.virt.addr; + + u8 iv[bsize]; + + err = tweakiv(ctx, iv, walk->iv, src, nbytes); + if (err) + return err; + + do { + crypto_xor(iv, src, bsize); + fn(crypto_cipher_tfm(child), dst, iv); + + memcpy(iv, dst, bsize); + + src += bsize; + dst += bsize; + } while ((nbytes -= bsize) >= bsize); + + return 0; +} + +static int decrypt_segment(struct crypto_blkcipher *tfm, + struct blkcipher_walk *walk) +{ + int err; + + struct lmk_ctx *ctx = crypto_blkcipher_ctx(tfm); + struct crypto_cipher *child = ctx->child; + void (*fn)(struct crypto_tfm *, u8 *, const u8 *) = + crypto_cipher_alg(child)->cia_decrypt; + + unsigned int bsize = crypto_cipher_blocksize(child); + unsigned int nbytes = walk->nbytes; + u8 *src = walk->src.virt.addr; + u8 *dst = walk->dst.virt.addr; + unsigned long offset; + + u8 iv[bsize]; + + memcpy(iv, src, bsize); + offset = bsize; + do { + u8 tmpiv[bsize]; + memcpy(tmpiv, src+offset, bsize); + + fn(crypto_cipher_tfm(child), dst+offset, src+offset); + crypto_xor(dst+offset, iv, bsize); + + memcpy(iv, tmpiv, bsize); + + offset += bsize; + } while ((nbytes -= bsize) >= (2*bsize)); + + err = tweakiv(ctx, iv, walk->iv, dst, walk->nbytes); + if (err) + return err; + + fn(crypto_cipher_tfm(child), dst, src); + crypto_xor(dst, iv, bsize); + + memcpy(walk->iv, iv, bsize); + return 0; +} + +static int crypt(struct blkcipher_desc *desc, + struct scatterlist *dst, + struct scatterlist *src, + unsigned int nbytes, + int (*fn)(struct crypto_blkcipher *, struct blkcipher_walk *)) +{ + struct blkcipher_walk walk; + struct crypto_blkcipher *tfm = desc->tfm; + int err; + + blkcipher_walk_init(&walk, dst, src, nbytes); + + err = blkcipher_walk_virt(desc, &walk); + if (!walk.nbytes) + return err; + + while ((nbytes = walk.nbytes)) { + err = fn(tfm, &walk); + if (err) + return err; + + err = blkcipher_walk_done(desc, &walk, 0); + if (err) + return err; + } + + return 0; +} + +static int encrypt(struct blkcipher_desc *desc, + struct scatterlist *dst, struct scatterlist *src, + unsigned int nbytes) +{ + return crypt(desc, dst, src, nbytes, encrypt_segment); +} + +static int decrypt(struct blkcipher_desc *desc, + struct scatterlist *dst, struct scatterlist *src, + unsigned int nbytes) +{ + return crypt(desc, dst, src, nbytes, decrypt_segment); +} + +static int init_tfm(struct crypto_tfm *tfm, size_t ivseedsize) +{ + struct crypto_instance *inst = (void *)tfm->__crt_alg; + struct crypto_spawn *spawn = crypto_instance_ctx(inst); + struct lmk_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm); + struct crypto_cipher *cipher; + struct crypto_shash *hash; + u32 *flags = &tfm->crt_flags; + + cipher = crypto_spawn_cipher(spawn); + if (IS_ERR(cipher)) + return PTR_ERR(cipher); + + if (crypto_cipher_blocksize(cipher) != 16) { + *flags |= CRYPTO_TFM_RES_BAD_BLOCK_LEN; + crypto_free_cipher(cipher); + return -EINVAL; + } + + ctx->child = cipher; + + hash = crypto_alloc_shash("md5", 0, 0); + if (IS_ERR(hash)) { + crypto_free_cipher(cipher); + return PTR_ERR(hash); + } + + ctx->hash = hash; + ctx->ivseedsize = ivseedsize; + + return 0; +} + +static int lmk2_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm) +{ + return init_tfm(tfm, 0); +} + +static int lmk3_init_tfm(struct crypto_tfm *tfm) +{ + return init_tfm(tfm, LMK3_IVSEED_SIZE); +} + +static void exit_tfm(struct crypto_tfm *tfm) +{ + struct lmk_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm); + + memset(ctx->ivseed, 0, sizeof(ctx->ivseed)); + + crypto_free_cipher(ctx->child); + crypto_free_shash(ctx->hash); +} + +static struct crypto_instance *alloc(struct rtattr **tb, const char *name, + size_t ivseedsize, + int (*init_tfm_func)(struct crypto_tfm *)) +{ + struct crypto_instance *inst; + struct crypto_alg *alg; + int err; + + err = crypto_check_attr_type(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_BLKCIPHER); + if (err) + return ERR_PTR(err); + + alg = crypto_get_attr_alg(tb, CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER, + CRYPTO_ALG_TYPE_MASK); + if (IS_ERR(alg)) + return ERR_CAST(alg); + + inst = ERR_PTR(-EINVAL); + if (!is_power_of_2(alg->cra_blocksize)) + goto out_put_alg; + + inst = crypto_alloc_instance(name, alg); + if (IS_ERR(inst)) + goto out_put_alg; + + inst->alg.cra_flags = CRYPTO_ALG_TYPE_BLKCIPHER; + inst->alg.cra_priority = alg->cra_priority; + inst->alg.cra_blocksize = LMK_BLOCK_SIZE; + inst->alg.cra_alignmask = alg->cra_alignmask; + inst->alg.cra_type = &crypto_blkcipher_type; + + /* We access the data as u32s when xoring. */ + inst->alg.cra_alignmask |= __alignof__(u32) - 1; + + inst->alg.cra_blkcipher.ivsize = alg->cra_blocksize; + + /* Key size includes IV tweak key for lmk3 */ + inst->alg.cra_blkcipher.min_keysize = + alg->cra_cipher.cia_min_keysize + ivseedsize; + inst->alg.cra_blkcipher.max_keysize = + alg->cra_cipher.cia_max_keysize + ivseedsize; + + inst->alg.cra_ctxsize = sizeof(struct lmk_ctx); + + inst->alg.cra_init = init_tfm_func; + inst->alg.cra_exit = exit_tfm; + + inst->alg.cra_blkcipher.setkey = setkey; + inst->alg.cra_blkcipher.encrypt = encrypt; + inst->alg.cra_blkcipher.decrypt = decrypt; + +out_put_alg: + crypto_mod_put(alg); + return inst; +} + +static struct crypto_instance *lmk2_alloc(struct rtattr **tb) +{ + return alloc(tb, "lmk2", 0, lmk2_init_tfm); +} + +static struct crypto_instance *lmk3_alloc(struct rtattr **tb) +{ + return alloc(tb, "lmk3", LMK3_IVSEED_SIZE, lmk3_init_tfm); +} + +static void free(struct crypto_instance *inst) +{ + crypto_drop_spawn(crypto_instance_ctx(inst)); + kfree(inst); +} + +static struct crypto_template lmk2_tmpl = { + .name = "lmk2", + .alloc = lmk2_alloc, + .free = free, + .module = THIS_MODULE, +}; + +static struct crypto_template lmk3_tmpl = { + .name = "lmk3", + .alloc = lmk3_alloc, + .free = free, + .module = THIS_MODULE, +}; + +static int __init crypto_module_init(void) +{ + int err; + + err = crypto_register_template(&lmk2_tmpl); + if (err) + return err; + + err = crypto_register_template(&lmk3_tmpl); + if (err) + crypto_unregister_template(&lmk2_tmpl); + + return err; +} + +static void __exit crypto_module_exit(void) +{ + crypto_unregister_template(&lmk2_tmpl); + crypto_unregister_template(&lmk3_tmpl); +} + +module_init(crypto_module_init); +module_exit(crypto_module_exit); + +MODULE_LICENSE("GPL"); +MODULE_DESCRIPTION("LMK block cipher chaining algorithm"); diff --git a/crypto/testmgr.c b/crypto/testmgr.c index c494d76..8de7196 100644 --- a/crypto/testmgr.c +++ b/crypto/testmgr.c @@ -2113,6 +2113,36 @@ static const struct alg_test_desc alg_test_descs[] = { } } }, { + .alg = "lmk2(aes)", + .test = alg_test_skcipher, + .suite = { + .cipher = { + .enc = { + .vecs = aes_lmk2_enc_tv_template, + .count = AES_LMK2_ENC_TEST_VECTORS + }, + .dec = { + .vecs = aes_lmk2_dec_tv_template, + .count = AES_LMK2_DEC_TEST_VECTORS + } + } + } + }, { + .alg = "lmk3(aes)", + .test = alg_test_skcipher, + .suite = { + .cipher = { + .enc = { + .vecs = aes_lmk3_enc_tv_template, + .count = AES_LMK3_ENC_TEST_VECTORS + }, + .dec = { + .vecs = aes_lmk3_dec_tv_template, + .count = AES_LMK3_DEC_TEST_VECTORS + } + } + } + }, { .alg = "lrw(aes)", .test = alg_test_skcipher, .suite = { diff --git a/crypto/testmgr.h b/crypto/testmgr.h index fb76517..13177fd 100644 --- a/crypto/testmgr.h +++ b/crypto/testmgr.h @@ -3134,6 +3134,570 @@ static struct cipher_testvec aes_cbc_dec_tv_template[] = { }, }; +#define AES_LMK2_ENC_TEST_VECTORS 1 +#define AES_LMK2_DEC_TEST_VECTORS 1 + +static struct cipher_testvec aes_lmk2_enc_tv_template[] = { + { + .key = zeroed_string, + .klen = 16, + .iv = "\x01\x23\x45\x67\x89\xab\xcd\xef", + .input = "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" + "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00" 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