net/ipv4/esp4.c

   1 #include <linux/config.h>
   2 #include <linux/module.h>
   3 #include <net/ip.h>
   4 #include <net/xfrm.h>
   5 #include <net/esp.h>
   6 #include <asm/scatterlist.h>
   7 #include <linux/crypto.h>
   8 #include <linux/kernel.h>
   9 #include <linux/pfkeyv2.h>
  10 #include <linux/random.h>
  11 #include <net/icmp.h>
  12 #include <net/protocol.h>
  13 #include <net/udp.h>
  14
  15 /* decapsulation data for use when post-processing */
  16 struct esp_decap_data {
  17         xfrm_address_t  saddr;
  18         __u16           sport;
  19         __u8            proto;
  20 };
  21
  22 static int esp_output(struct xfrm_state *x, struct sk_buff *skb)
  23 {
  24         int err;
  25         struct iphdr *top_iph;
  26         struct ip_esp_hdr *esph;
  27         struct crypto_tfm *tfm;
  28         struct esp_data *esp;
  29         struct sk_buff *trailer;
  30         int blksize;
  31         int clen;
  32         int alen;
  33         int nfrags;
  34
  35         /* Strip IP+ESP header. */
  36         __skb_pull(skb, skb->h.raw - skb->data);
  37         /* Now skb is pure payload to encrypt */
  38
  39         err = -ENOMEM;
  40
  41         /* Round to block size */
  42         clen = skb->len;
  43
  44         esp = x->data;
  45         alen = esp->auth.icv_trunc_len;
  46         tfm = esp->conf.tfm;
  47         blksize = ALIGN(crypto_tfm_alg_blocksize(tfm), 4);
  48         clen = ALIGN(clen + 2, blksize);
  49         if (esp->conf.padlen)
  50                 clen = ALIGN(clen, esp->conf.padlen);
  51
  52         if ((nfrags = skb_cow_data(skb, clen-skb->len+alen, &trailer)) < 0)
  53                 goto error;
  54
  55         /* Fill padding... */
  56         do {
  57                 int i;
  58                 for (i=0; i<clen-skb->len - 2; i++)
  59                         *(u8*)(trailer->tail + i) = i+1;
  60         } while (0);
  61         *(u8*)(trailer->tail + clen-skb->len - 2) = (clen - skb->len)-2;
  62         pskb_put(skb, trailer, clen - skb->len);
  63
  64         __skb_push(skb, skb->data - skb->nh.raw);
  65         top_iph = skb->nh.iph;
  66         esph = (struct ip_esp_hdr *)(skb->nh.raw + top_iph->ihl*4);
  67         top_iph->tot_len = htons(skb->len + alen);
  68         *(u8*)(trailer->tail - 1) = top_iph->protocol;
  69
  70         /* this is non-NULL only with UDP Encapsulation */
  71         if (x->encap) {
  72                 struct xfrm_encap_tmpl *encap = x->encap;
  73                 struct udphdr *uh;
  74                 u32 *udpdata32;
  75
  76                 uh = (struct udphdr *)esph;
  77                 uh->source = encap->encap_sport;
  78                 uh->dest = encap->encap_dport;
  79                 uh->len = htons(skb->len + alen - top_iph->ihl*4);
  80                 uh->check = 0;
  81
  82                 switch (encap->encap_type) {
  83                 default:
  84                 case UDP_ENCAP_ESPINUDP:
  85                         esph = (struct ip_esp_hdr *)(uh + 1);
  86                         break;
  87                 case UDP_ENCAP_ESPINUDP_NON_IKE:
  88                         udpdata32 = (u32 *)(uh + 1);
  89                         udpdata32[0] = udpdata32[1] = 0;
  90                         esph = (struct ip_esp_hdr *)(udpdata32 + 2);
  91                         break;
  92                 }
  93
  94                 top_iph->protocol = IPPROTO_UDP;
  95         } else
  96                 top_iph->protocol = IPPROTO_ESP;
  97
  98         esph->spi = x->id.spi;
  99         esph->seq_no = htonl(++x->replay.oseq);
 100
 101         if (esp->conf.ivlen)
 102                 crypto_cipher_set_iv(tfm, esp->conf.ivec, crypto_tfm_alg_ivsize(tfm));
 103
 104         do {
 105                 struct scatterlist *sg = &esp->sgbuf[0];
 106
 107                 if (unlikely(nfrags > ESP_NUM_FAST_SG)) {
 108                         sg = kmalloc(sizeof(struct scatterlist)*nfrags, GFP_ATOMIC);
 109                         if (!sg)
 110                                 goto error;
 111                 }
 112                 skb_to_sgvec(skb, sg, esph->enc_data+esp->conf.ivlen-skb->data, clen);
 113                 crypto_cipher_encrypt(tfm, sg, sg, clen);
 114                 if (unlikely(sg != &esp->sgbuf[0]))
 115                         kfree(sg);
 116         } while (0);
 117
 118         if (esp->conf.ivlen) {
 119                 memcpy(esph->enc_data, esp->conf.ivec, crypto_tfm_alg_ivsize(tfm));
 120                 crypto_cipher_get_iv(tfm, esp->conf.ivec, crypto_tfm_alg_ivsize(tfm));
 121         }
 122
 123         if (esp->auth.icv_full_len) {
 124                 esp->auth.icv(esp, skb, (u8*)esph-skb->data,
 125                               sizeof(struct ip_esp_hdr) + esp->conf.ivlen+clen, trailer->tail);
 126                 pskb_put(skb, trailer, alen);
 127         }
 128
 129         ip_send_check(top_iph);
 130
 131         err = 0;
 132
 133 error:
 134         return err;
 135 }
 136
 137 /*
 138  * Note: detecting truncated vs. non-truncated authentication data is very
 139  * expensive, so we only support truncated data, which is the recommended
 140  * and common case.
 141  */
 142 static int esp_input(struct xfrm_state *x, struct xfrm_decap_state *decap, struct sk_buff *skb)
 143 {
 144         struct iphdr *iph;
 145         struct ip_esp_hdr *esph;
 146         struct esp_data *esp = x->data;
 147         struct sk_buff *trailer;
 148         int blksize = ALIGN(crypto_tfm_alg_blocksize(esp->conf.tfm), 4);
 149         int alen = esp->auth.icv_trunc_len;
 150         int elen = skb->len - sizeof(struct ip_esp_hdr) - esp->conf.ivlen - alen;
 151         int nfrags;
 152         int encap_len = 0;
 153
 154         if (!pskb_may_pull(skb, sizeof(struct ip_esp_hdr)))
 155                 goto out;
 156
 157         if (elen <= 0 || (elen & (blksize-1)))
 158                 goto out;
 159
 160         /* If integrity check is required, do this. */
 161         if (esp->auth.icv_full_len) {
 162                 u8 sum[esp->auth.icv_full_len];
 163                 u8 sum1[alen];
 164
 165                 esp->auth.icv(esp, skb, 0, skb->len-alen, sum);
 166
 167                 if (skb_copy_bits(skb, skb->len-alen, sum1, alen))
 168                         BUG();
 169
 170                 if (unlikely(memcmp(sum, sum1, alen))) {
 171                         x->stats.integrity_failed++;
 172                         goto out;
 173                 }
 174         }
 175
 176         if ((nfrags = skb_cow_data(skb, 0, &trailer)) < 0)
 177                 goto out;
 178
 179         skb->ip_summed = CHECKSUM_NONE;
 180
 181         esph = (struct ip_esp_hdr*)skb->data;
 182         iph = skb->nh.iph;
 183
 184         /* Get ivec. This can be wrong, check against another impls. */
 185         if (esp->conf.ivlen)
 186                 crypto_cipher_set_iv(esp->conf.tfm, esph->enc_data, crypto_tfm_alg_ivsize(esp->conf.tfm));
 187
 188         {
 189                 u8 nexthdr[2];
 190                 struct scatterlist *sg = &esp->sgbuf[0];
 191                 u8 workbuf[60];
 192                 int padlen;
 193
 194                 if (unlikely(nfrags > ESP_NUM_FAST_SG)) {
 195                         sg = kmalloc(sizeof(struct scatterlist)*nfrags, GFP_ATOMIC);
 196                         if (!sg)
 197                                 goto out;
 198                 }
 199                 skb_to_sgvec(skb, sg, sizeof(struct ip_esp_hdr) + esp->conf.ivlen, elen);
 200                 crypto_cipher_decrypt(esp->conf.tfm, sg, sg, elen);
 201                 if (unlikely(sg != &esp->sgbuf[0]))
 202                         kfree(sg);
 203
 204                 if (skb_copy_bits(skb, skb->len-alen-2, nexthdr, 2))
 205                         BUG();
 206
 207                 padlen = nexthdr[0];
 208                 if (padlen+2 >= elen)
 209                         goto out;
 210
 211                 /* ... check padding bits here. Silly. :-) */
 212
 213                 if (x->encap && decap && decap->decap_type) {
 214                         struct esp_decap_data *encap_data;
 215                         struct udphdr *uh = (struct udphdr *) (iph+1);
 216
 217                         encap_data = (struct esp_decap_data *) (decap->decap_data);
 218                         encap_data->proto = 0;
 219
 220                         switch (decap->decap_type) {
 221                         case UDP_ENCAP_ESPINUDP:
 222                         case UDP_ENCAP_ESPINUDP_NON_IKE:
 223                                 encap_data->proto = AF_INET;
 224                                 encap_data->saddr.a4 = iph->saddr;
 225                                 encap_data->sport = uh->source;
 226                                 encap_len = (void*)esph - (void*)uh;
 227                                 break;
 228
 229                         default:
 230                                 goto out;
 231                         }
 232                 }
 233
 234                 iph->protocol = nexthdr[1];
 235                 pskb_trim(skb, skb->len - alen - padlen - 2);
 236                 memcpy(workbuf, skb->nh.raw, iph->ihl*4);
 237                 skb->h.raw = skb_pull(skb, sizeof(struct ip_esp_hdr) + esp->conf.ivlen);
 238                 skb->nh.raw += encap_len + sizeof(struct ip_esp_hdr) + esp->conf.ivlen;
 239                 memcpy(skb->nh.raw, workbuf, iph->ihl*4);
 240                 skb->nh.iph->tot_len = htons(skb->len);
 241         }
 242
 243         return 0;
 244
 245 out:
 246         return -EINVAL;
 247 }
 248
 249 static int esp_post_input(struct xfrm_state *x, struct xfrm_decap_state *decap, struct sk_buff *skb)
 250 {
 251
 252         if (x->encap) {
 253                 struct xfrm_encap_tmpl *encap;
 254                 struct esp_decap_data *decap_data;
 255
 256                 encap = x->encap;
 257                 decap_data = (struct esp_decap_data *)(decap->decap_data);
 258
 259                 /* first, make sure that the decap type == the encap type */
 260                 if (encap->encap_type != decap->decap_type)
 261                         return -EINVAL;
 262
 263                 switch (encap->encap_type) {
 264                 default:
 265                 case UDP_ENCAP_ESPINUDP:
 266                 case UDP_ENCAP_ESPINUDP_NON_IKE:
 267                         /*
 268                          * 1) if the NAT-T peer's IP or port changed then
 269                          *    advertize the change to the keying daemon.
 270                          *    This is an inbound SA, so just compare
 271                          *    SRC ports.
 272                          */
 273                         if (decap_data->proto == AF_INET &&
 274                             (decap_data->saddr.a4 != x->props.saddr.a4 ||
 275                              decap_data->sport != encap->encap_sport)) {
 276                                 xfrm_address_t ipaddr;
 277
 278                                 ipaddr.a4 = decap_data->saddr.a4;
 279                                 km_new_mapping(x, &ipaddr, decap_data->sport);
 280
 281                                 /* XXX: perhaps add an extra
 282                                  * policy check here, to see
 283                                  * if we should allow or
 284                                  * reject a packet from a
 285                                  * different source
 286                                  * address/port.
 287                                  */
 288                         }
 289
 290                         /*
 291                          * 2) ignore UDP/TCP checksums in case
 292                          *    of NAT-T in Transport Mode, or
 293                          *    perform other post-processing fixes
 294                          *    as per * draft-ietf-ipsec-udp-encaps-06,
 295                          *    section 3.1.2
 296                          */
 297                         if (!x->props.mode)
 298                                 skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
 299
 300                         break;
 301                 }
 302         }
 303         return 0;
 304 }
 305
 306 static u32 esp4_get_max_size(struct xfrm_state *x, int mtu)
 307 {
 308         struct esp_data *esp = x->data;
 309         u32 blksize = ALIGN(crypto_tfm_alg_blocksize(esp->conf.tfm), 4);
 310
 311         if (x->props.mode) {
 312                 mtu = ALIGN(mtu + 2, blksize);
 313         } else {
 314                 /* The worst case. */
 315                 mtu = ALIGN(mtu + 2, 4) + blksize - 4;
 316         }
 317         if (esp->conf.padlen)
 318                 mtu = ALIGN(mtu, esp->conf.padlen);
 319
 320         return mtu + x->props.header_len + esp->auth.icv_trunc_len;
 321 }
 322
 323 static void esp4_err(struct sk_buff *skb, u32 info)
 324 {
 325         struct iphdr *iph = (struct iphdr*)skb->data;
 326         struct ip_esp_hdr *esph = (struct ip_esp_hdr*)(skb->data+(iph->ihl<<2));
 327         struct xfrm_state *x;
 328
 329         if (skb->h.icmph->type != ICMP_DEST_UNREACH ||
 330             skb->h.icmph->code != ICMP_FRAG_NEEDED)
 331                 return;
 332
 333         x = xfrm_state_lookup((xfrm_address_t *)&iph->daddr, esph->spi, IPPROTO_ESP, AF_INET);
 334         if (!x)
 335                 return;
 336         NETDEBUG(KERN_DEBUG "pmtu discovery on SA ESP/%08x/%08x\n",
 337                  ntohl(esph->spi), ntohl(iph->daddr));
 338         xfrm_state_put(x);
 339 }
 340
 341 static void esp_destroy(struct xfrm_state *x)
 342 {
 343         struct esp_data *esp = x->data;
 344
 345         if (!esp)
 346                 return;
 347
 348         crypto_free_tfm(esp->conf.tfm);
 349         esp->conf.tfm = NULL;
 350         kfree(esp->conf.ivec);
 351         esp->conf.ivec = NULL;
 352         crypto_free_tfm(esp->auth.tfm);
 353         esp->auth.tfm = NULL;
 354         kfree(esp->auth.work_icv);
 355         esp->auth.work_icv = NULL;
 356         kfree(esp);
 357 }
 358
 359 static int esp_init_state(struct xfrm_state *x)
 360 {
 361         struct esp_data *esp = NULL;
 362
 363         /* null auth and encryption can have zero length keys */
 364         if (x->aalg) {
 365                 if (x->aalg->alg_key_len > 512)
 366                         goto error;
 367         }
 368         if (x->ealg == NULL)
 369                 goto error;
 370
 371         esp = kmalloc(sizeof(*esp), GFP_KERNEL);
 372         if (esp == NULL)
 373                 return -ENOMEM;
 374
 375         memset(esp, 0, sizeof(*esp));
 376
 377         if (x->aalg) {
 378                 struct xfrm_algo_desc *aalg_desc;
 379
 380                 esp->auth.key = x->aalg->alg_key;
 381                 esp->auth.key_len = (x->aalg->alg_key_len+7)/8;
 382                 esp->auth.tfm = crypto_alloc_tfm(x->aalg->alg_name, 0);
 383                 if (esp->auth.tfm == NULL)
 384                         goto error;
 385                 esp->auth.icv = esp_hmac_digest;
 386
 387                 aalg_desc = xfrm_aalg_get_byname(x->aalg->alg_name, 0);
 388                 BUG_ON(!aalg_desc);
 389
 390                 if (aalg_desc->uinfo.auth.icv_fullbits/8 !=
 391                     crypto_tfm_alg_digestsize(esp->auth.tfm)) {
 392                         NETDEBUG(KERN_INFO "ESP: %s digestsize %u != %hu\n",
 393                                  x->aalg->alg_name,
 394                                  crypto_tfm_alg_digestsize(esp->auth.tfm),
 395                                  aalg_desc->uinfo.auth.icv_fullbits/8);
 396                         goto error;
 397                 }
 398
 399                 esp->auth.icv_full_len = aalg_desc->uinfo.auth.icv_fullbits/8;
 400                 esp->auth.icv_trunc_len = aalg_desc->uinfo.auth.icv_truncbits/8;
 401
 402                 esp->auth.work_icv = kmalloc(esp->auth.icv_full_len, GFP_KERNEL);
 403                 if (!esp->auth.work_icv)
 404                         goto error;
 405         }
 406         esp->conf.key = x->ealg->alg_key;
 407         esp->conf.key_len = (x->ealg->alg_key_len+7)/8;
 408         if (x->props.ealgo == SADB_EALG_NULL)
 409                 esp->conf.tfm = crypto_alloc_tfm(x->ealg->alg_name, CRYPTO_TFM_MODE_ECB);
 410         else
 411                 esp->conf.tfm = crypto_alloc_tfm(x->ealg->alg_name, CRYPTO_TFM_MODE_CBC);
 412         if (esp->conf.tfm == NULL)
 413                 goto error;
 414         esp->conf.ivlen = crypto_tfm_alg_ivsize(esp->conf.tfm);
 415         esp->conf.padlen = 0;
 416         if (esp->conf.ivlen) {
 417                 esp->conf.ivec = kmalloc(esp->conf.ivlen, GFP_KERNEL);
 418                 if (unlikely(esp->conf.ivec == NULL))
 419                         goto error;
 420                 get_random_bytes(esp->conf.ivec, esp->conf.ivlen);
 421         }
 422         if (crypto_cipher_setkey(esp->conf.tfm, esp->conf.key, esp->conf.key_len))
 423                 goto error;
 424         x->props.header_len = sizeof(struct ip_esp_hdr) + esp->conf.ivlen;
 425         if (x->props.mode)
 426                 x->props.header_len += sizeof(struct iphdr);
 427         if (x->encap) {
 428                 struct xfrm_encap_tmpl *encap = x->encap;
 429
 430                 switch (encap->encap_type) {
 431                 default:
 432                         goto error;
 433                 case UDP_ENCAP_ESPINUDP:
 434                         x->props.header_len += sizeof(struct udphdr);
 435                         break;
 436                 case UDP_ENCAP_ESPINUDP_NON_IKE:
 437                         x->props.header_len += sizeof(struct udphdr) + 2 * sizeof(u32);
 438                         break;
 439                 }
 440         }
 441         x->data = esp;
 442         x->props.trailer_len = esp4_get_max_size(x, 0) - x->props.header_len;
 443         return 0;
 444
 445 error:
 446         x->data = esp;
 447         esp_destroy(x);
 448         x->data = NULL;
 449         return -EINVAL;
 450 }
 451
 452 static struct xfrm_type esp_type =
 453 {
 454         .description    = "ESP4",
 455         .owner          = THIS_MODULE,
 456         .proto          = IPPROTO_ESP,
 457         .init_state     = esp_init_state,
 458         .destructor     = esp_destroy,
 459         .get_max_size   = esp4_get_max_size,
 460         .input          = esp_input,
 461         .post_input     = esp_post_input,
 462         .output         = esp_output
 463 };
 464
 465 static struct net_protocol esp4_protocol = {
 466         .handler        =       xfrm4_rcv,
 467         .err_handler    =       esp4_err,
 468         .no_policy      =       1,
 469 };
 470
 471 static int __init esp4_init(void)
 472 {
 473         struct xfrm_decap_state decap;
 474
 475         if (sizeof(struct esp_decap_data)  >
 476             sizeof(decap.decap_data)) {
 477                 extern void decap_data_too_small(void);
 478
 479                 decap_data_too_small();
 480         }
 481
 482         if (xfrm_register_type(&esp_type, AF_INET) < 0) {
 483                 printk(KERN_INFO "ip esp init: can't add xfrm type\n");
 484                 return -EAGAIN;
 485         }
 486         if (inet_add_protocol(&esp4_protocol, IPPROTO_ESP) < 0) {
 487                 printk(KERN_INFO "ip esp init: can't add protocol\n");
 488                 xfrm_unregister_type(&esp_type, AF_INET);
 489                 return -EAGAIN;
 490         }
 491         return 0;
 492 }
 493
 494 static void __exit esp4_fini(void)
 495 {
 496         if (inet_del_protocol(&esp4_protocol, IPPROTO_ESP) < 0)
 497                 printk(KERN_INFO "ip esp close: can't remove protocol\n");
 498         if (xfrm_unregister_type(&esp_type, AF_INET) < 0)
 499                 printk(KERN_INFO "ip esp close: can't remove xfrm type\n");
 500 }
 501
 502 module_init(esp4_init);
 503 module_exit(esp4_fini);
 504 MODULE_LICENSE("GPL");