block/blk-crypto-profile.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Copyright 2019 Google LLC
   4  */
   5
   6 /**
   7  * DOC: blk-crypto profiles
   8  *
   9  * 'struct blk_crypto_profile' contains all generic inline encryption-related
  10  * state for a particular inline encryption device.  blk_crypto_profile serves
  11  * as the way that drivers for inline encryption hardware expose their crypto
  12  * capabilities and certain functions (e.g., functions to program and evict
  13  * keys) to upper layers.  Device drivers that want to support inline encryption
  14  * construct a crypto profile, then associate it with the disk's request_queue.
  15  *
  16  * If the device has keyslots, then its blk_crypto_profile also handles managing
  17  * these keyslots in a device-independent way, using the driver-provided
  18  * functions to program and evict keys as needed.  This includes keeping track
  19  * of which key and how many I/O requests are using each keyslot, getting
  20  * keyslots for I/O requests, and handling key eviction requests.
  21  *
  22  * For more information, see Documentation/block/inline-encryption.rst.
  23  */
  24
  25 #define pr_fmt(fmt) "blk-crypto: " fmt
  26
  27 #include <linux/blk-crypto-profile.h>
  28 #include <linux/device.h>
  29 #include <linux/atomic.h>
  30 #include <linux/mutex.h>
  31 #include <linux/pm_runtime.h>
  32 #include <linux/wait.h>
  33 #include <linux/blkdev.h>
  34 #include <linux/blk-integrity.h>
  35 #include "blk-crypto-internal.h"
  36
  37 struct blk_crypto_keyslot {
  38         atomic_t slot_refs;
  39         struct list_head idle_slot_node;
  40         struct hlist_node hash_node;
  41         const struct blk_crypto_key *key;
  42         struct blk_crypto_profile *profile;
  43 };
  44
  45 static inline void blk_crypto_hw_enter(struct blk_crypto_profile *profile)
  46 {
  47         /*
  48          * Calling into the driver requires profile->lock held and the device
  49          * resumed.  But we must resume the device first, since that can acquire
  50          * and release profile->lock via blk_crypto_reprogram_all_keys().
  51          */
  52         if (profile->dev)
  53                 pm_runtime_get_sync(profile->dev);
  54         down_write(&profile->lock);
  55 }
  56
  57 static inline void blk_crypto_hw_exit(struct blk_crypto_profile *profile)
  58 {
  59         up_write(&profile->lock);
  60         if (profile->dev)
  61                 pm_runtime_put_sync(profile->dev);
  62 }
  63
  64 /**
  65  * blk_crypto_profile_init() - Initialize a blk_crypto_profile
  66  * @profile: the blk_crypto_profile to initialize
  67  * @num_slots: the number of keyslots
  68  *
  69  * Storage drivers must call this when starting to set up a blk_crypto_profile,
  70  * before filling in additional fields.
  71  *
  72  * Return: 0 on success, or else a negative error code.
  73  */
  74 int blk_crypto_profile_init(struct blk_crypto_profile *profile,
  75                             unsigned int num_slots)
  76 {
  77         unsigned int slot;
  78         unsigned int i;
  79         unsigned int slot_hashtable_size;
  80
  81         memset(profile, 0, sizeof(*profile));
  82
  83         /*
  84          * profile->lock of an underlying device can nest inside profile->lock
  85          * of a device-mapper device, so use a dynamic lock class to avoid
  86          * false-positive lockdep reports.
  87          */
  88         lockdep_register_key(&profile->lockdep_key);
  89         __init_rwsem(&profile->lock, "&profile->lock", &profile->lockdep_key);
  90
  91         if (num_slots == 0)
  92                 return 0;
  93
  94         /* Initialize keyslot management data. */
  95
  96         profile->slots = kvcalloc(num_slots, sizeof(profile->slots[0]),
  97                                   GFP_KERNEL);
  98         if (!profile->slots)
  99                 goto err_destroy;
 100
 101         profile->num_slots = num_slots;
 102
 103         init_waitqueue_head(&profile->idle_slots_wait_queue);
 104         INIT_LIST_HEAD(&profile->idle_slots);
 105
 106         for (slot = 0; slot < num_slots; slot++) {
 107                 profile->slots[slot].profile = profile;
 108                 list_add_tail(&profile->slots[slot].idle_slot_node,
 109                               &profile->idle_slots);
 110         }
 111
 112         spin_lock_init(&profile->idle_slots_lock);
 113
 114         slot_hashtable_size = roundup_pow_of_two(num_slots);
 115         /*
 116          * hash_ptr() assumes bits != 0, so ensure the hash table has at least 2
 117          * buckets.  This only makes a difference when there is only 1 keyslot.
 118          */
 119         if (slot_hashtable_size < 2)
 120                 slot_hashtable_size = 2;
 121
 122         profile->log_slot_ht_size = ilog2(slot_hashtable_size);
 123         profile->slot_hashtable =
 124                 kvmalloc_array(slot_hashtable_size,
 125                                sizeof(profile->slot_hashtable[0]), GFP_KERNEL);
 126         if (!profile->slot_hashtable)
 127                 goto err_destroy;
 128         for (i = 0; i < slot_hashtable_size; i++)
 129                 INIT_HLIST_HEAD(&profile->slot_hashtable[i]);
 130
 131         return 0;
 132
 133 err_destroy:
 134         blk_crypto_profile_destroy(profile);
 135         return -ENOMEM;
 136 }
 137 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_profile_init);
 138
 139 static void blk_crypto_profile_destroy_callback(void *profile)
 140 {
 141         blk_crypto_profile_destroy(profile);
 142 }
 143
 144 /**
 145  * devm_blk_crypto_profile_init() - Resource-managed blk_crypto_profile_init()
 146  * @dev: the device which owns the blk_crypto_profile
 147  * @profile: the blk_crypto_profile to initialize
 148  * @num_slots: the number of keyslots
 149  *
 150  * Like blk_crypto_profile_init(), but causes blk_crypto_profile_destroy() to be
 151  * called automatically on driver detach.
 152  *
 153  * Return: 0 on success, or else a negative error code.
 154  */
 155 int devm_blk_crypto_profile_init(struct device *dev,
 156                                  struct blk_crypto_profile *profile,
 157                                  unsigned int num_slots)
 158 {
 159         int err = blk_crypto_profile_init(profile, num_slots);
 160
 161         if (err)
 162                 return err;
 163
 164         return devm_add_action_or_reset(dev,
 165                                         blk_crypto_profile_destroy_callback,
 166                                         profile);
 167 }
 168 EXPORT_SYMBOL_GPL(devm_blk_crypto_profile_init);
 169
 170 static inline struct hlist_head *
 171 blk_crypto_hash_bucket_for_key(struct blk_crypto_profile *profile,
 172                                const struct blk_crypto_key *key)
 173 {
 174         return &profile->slot_hashtable[
 175                         hash_ptr(key, profile->log_slot_ht_size)];
 176 }
 177
 178 static void
 179 blk_crypto_remove_slot_from_lru_list(struct blk_crypto_keyslot *slot)
 180 {
 181         struct blk_crypto_profile *profile = slot->profile;
 182         unsigned long flags;
 183
 184         spin_lock_irqsave(&profile->idle_slots_lock, flags);
 185         list_del(&slot->idle_slot_node);
 186         spin_unlock_irqrestore(&profile->idle_slots_lock, flags);
 187 }
 188
 189 static struct blk_crypto_keyslot *
 190 blk_crypto_find_keyslot(struct blk_crypto_profile *profile,
 191                         const struct blk_crypto_key *key)
 192 {
 193         const struct hlist_head *head =
 194                 blk_crypto_hash_bucket_for_key(profile, key);
 195         struct blk_crypto_keyslot *slotp;
 196
 197         hlist_for_each_entry(slotp, head, hash_node) {
 198                 if (slotp->key == key)
 199                         return slotp;
 200         }
 201         return NULL;
 202 }
 203
 204 static struct blk_crypto_keyslot *
 205 blk_crypto_find_and_grab_keyslot(struct blk_crypto_profile *profile,
 206                                  const struct blk_crypto_key *key)
 207 {
 208         struct blk_crypto_keyslot *slot;
 209
 210         slot = blk_crypto_find_keyslot(profile, key);
 211         if (!slot)
 212                 return NULL;
 213         if (atomic_inc_return(&slot->slot_refs) == 1) {
 214                 /* Took first reference to this slot; remove it from LRU list */
 215                 blk_crypto_remove_slot_from_lru_list(slot);
 216         }
 217         return slot;
 218 }
 219
 220 /**
 221  * blk_crypto_keyslot_index() - Get the index of a keyslot
 222  * @slot: a keyslot that blk_crypto_get_keyslot() returned
 223  *
 224  * Return: the 0-based index of the keyslot within the device's keyslots.
 225  */
 226 unsigned int blk_crypto_keyslot_index(struct blk_crypto_keyslot *slot)
 227 {
 228         return slot - slot->profile->slots;
 229 }
 230 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_keyslot_index);
 231
 232 /**
 233  * blk_crypto_get_keyslot() - Get a keyslot for a key, if needed.
 234  * @profile: the crypto profile of the device the key will be used on
 235  * @key: the key that will be used
 236  * @slot_ptr: If a keyslot is allocated, an opaque pointer to the keyslot struct
 237  *            will be stored here.  blk_crypto_put_keyslot() must be called
 238  *            later to release it.  Otherwise, NULL will be stored here.
 239  *
 240  * If the device has keyslots, this gets a keyslot that's been programmed with
 241  * the specified key.  If the key is already in a slot, this reuses it;
 242  * otherwise this waits for a slot to become idle and programs the key into it.
 243  *
 244  * Context: Process context. Takes and releases profile->lock.
 245  * Return: BLK_STS_OK on success, meaning that either a keyslot was allocated or
 246  *         one wasn't needed; or a blk_status_t error on failure.
 247  */
 248 blk_status_t blk_crypto_get_keyslot(struct blk_crypto_profile *profile,
 249                                     const struct blk_crypto_key *key,
 250                                     struct blk_crypto_keyslot **slot_ptr)
 251 {
 252         struct blk_crypto_keyslot *slot;
 253         int slot_idx;
 254         int err;
 255
 256         *slot_ptr = NULL;
 257
 258         /*
 259          * If the device has no concept of "keyslots", then there is no need to
 260          * get one.
 261          */
 262         if (profile->num_slots == 0)
 263                 return BLK_STS_OK;
 264
 265         down_read(&profile->lock);
 266         slot = blk_crypto_find_and_grab_keyslot(profile, key);
 267         up_read(&profile->lock);
 268         if (slot)
 269                 goto success;
 270
 271         for (;;) {
 272                 blk_crypto_hw_enter(profile);
 273                 slot = blk_crypto_find_and_grab_keyslot(profile, key);
 274                 if (slot) {
 275                         blk_crypto_hw_exit(profile);
 276                         goto success;
 277                 }
 278
 279                 /*
 280                  * If we're here, that means there wasn't a slot that was
 281                  * already programmed with the key. So try to program it.
 282                  */
 283                 if (!list_empty(&profile->idle_slots))
 284                         break;
 285
 286                 blk_crypto_hw_exit(profile);
 287                 wait_event(profile->idle_slots_wait_queue,
 288                            !list_empty(&profile->idle_slots));
 289         }
 290
 291         slot = list_first_entry(&profile->idle_slots, struct blk_crypto_keyslot,
 292                                 idle_slot_node);
 293         slot_idx = blk_crypto_keyslot_index(slot);
 294
 295         err = profile->ll_ops.keyslot_program(profile, key, slot_idx);
 296         if (err) {
 297                 wake_up(&profile->idle_slots_wait_queue);
 298                 blk_crypto_hw_exit(profile);
 299                 return errno_to_blk_status(err);
 300         }
 301
 302         /* Move this slot to the hash list for the new key. */
 303         if (slot->key)
 304                 hlist_del(&slot->hash_node);
 305         slot->key = key;
 306         hlist_add_head(&slot->hash_node,
 307                        blk_crypto_hash_bucket_for_key(profile, key));
 308
 309         atomic_set(&slot->slot_refs, 1);
 310
 311         blk_crypto_remove_slot_from_lru_list(slot);
 312
 313         blk_crypto_hw_exit(profile);
 314 success:
 315         *slot_ptr = slot;
 316         return BLK_STS_OK;
 317 }
 318
 319 /**
 320  * blk_crypto_put_keyslot() - Release a reference to a keyslot
 321  * @slot: The keyslot to release the reference of
 322  *
 323  * Context: Any context.
 324  */
 325 void blk_crypto_put_keyslot(struct blk_crypto_keyslot *slot)
 326 {
 327         struct blk_crypto_profile *profile = slot->profile;
 328         unsigned long flags;
 329
 330         if (atomic_dec_and_lock_irqsave(&slot->slot_refs,
 331                                         &profile->idle_slots_lock, flags)) {
 332                 list_add_tail(&slot->idle_slot_node, &profile->idle_slots);
 333                 spin_unlock_irqrestore(&profile->idle_slots_lock, flags);
 334                 wake_up(&profile->idle_slots_wait_queue);
 335         }
 336 }
 337
 338 /**
 339  * __blk_crypto_cfg_supported() - Check whether the given crypto profile
 340  *                                supports the given crypto configuration.
 341  * @profile: the crypto profile to check
 342  * @cfg: the crypto configuration to check for
 343  *
 344  * Return: %true if @profile supports the given @cfg.
 345  */
 346 bool __blk_crypto_cfg_supported(struct blk_crypto_profile *profile,
 347                                 const struct blk_crypto_config *cfg)
 348 {
 349         if (!profile)
 350                 return false;
 351         if (!(profile->modes_supported[cfg->crypto_mode] & cfg->data_unit_size))
 352                 return false;
 353         if (profile->max_dun_bytes_supported < cfg->dun_bytes)
 354                 return false;
 355         return true;
 356 }
 357
 358 /*
 359  * This is an internal function that evicts a key from an inline encryption
 360  * device that can be either a real device or the blk-crypto-fallback "device".
 361  * It is used only by blk_crypto_evict_key(); see that function for details.
 362  */
 363 int __blk_crypto_evict_key(struct blk_crypto_profile *profile,
 364                            const struct blk_crypto_key *key)
 365 {
 366         struct blk_crypto_keyslot *slot;
 367         int err;
 368
 369         if (profile->num_slots == 0) {
 370                 if (profile->ll_ops.keyslot_evict) {
 371                         blk_crypto_hw_enter(profile);
 372                         err = profile->ll_ops.keyslot_evict(profile, key, -1);
 373                         blk_crypto_hw_exit(profile);
 374                         return err;
 375                 }
 376                 return 0;
 377         }
 378
 379         blk_crypto_hw_enter(profile);
 380         slot = blk_crypto_find_keyslot(profile, key);
 381         if (!slot) {
 382                 /*
 383                  * Not an error, since a key not in use by I/O is not guaranteed
 384                  * to be in a keyslot.  There can be more keys than keyslots.
 385                  */
 386                 err = 0;
 387                 goto out;
 388         }
 389
 390         if (WARN_ON_ONCE(atomic_read(&slot->slot_refs) != 0)) {
 391                 /* BUG: key is still in use by I/O */
 392                 err = -EBUSY;
 393                 goto out_remove;
 394         }
 395         err = profile->ll_ops.keyslot_evict(profile, key,
 396                                             blk_crypto_keyslot_index(slot));
 397 out_remove:
 398         /*
 399          * Callers free the key even on error, so unlink the key from the hash
 400          * table and clear slot->key even on error.
 401          */
 402         hlist_del(&slot->hash_node);
 403         slot->key = NULL;
 404 out:
 405         blk_crypto_hw_exit(profile);
 406         return err;
 407 }
 408
 409 /**
 410  * blk_crypto_reprogram_all_keys() - Re-program all keyslots.
 411  * @profile: The crypto profile
 412  *
 413  * Re-program all keyslots that are supposed to have a key programmed.  This is
 414  * intended only for use by drivers for hardware that loses its keys on reset.
 415  *
 416  * Context: Process context. Takes and releases profile->lock.
 417  */
 418 void blk_crypto_reprogram_all_keys(struct blk_crypto_profile *profile)
 419 {
 420         unsigned int slot;
 421
 422         if (profile->num_slots == 0)
 423                 return;
 424
 425         /* This is for device initialization, so don't resume the device */
 426         down_write(&profile->lock);
 427         for (slot = 0; slot < profile->num_slots; slot++) {
 428                 const struct blk_crypto_key *key = profile->slots[slot].key;
 429                 int err;
 430
 431                 if (!key)
 432                         continue;
 433
 434                 err = profile->ll_ops.keyslot_program(profile, key, slot);
 435                 WARN_ON(err);
 436         }
 437         up_write(&profile->lock);
 438 }
 439 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_reprogram_all_keys);
 440
 441 void blk_crypto_profile_destroy(struct blk_crypto_profile *profile)
 442 {
 443         if (!profile)
 444                 return;
 445         lockdep_unregister_key(&profile->lockdep_key);
 446         kvfree(profile->slot_hashtable);
 447         kvfree_sensitive(profile->slots,
 448                          sizeof(profile->slots[0]) * profile->num_slots);
 449         memzero_explicit(profile, sizeof(*profile));
 450 }
 451 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_profile_destroy);
 452
 453 bool blk_crypto_register(struct blk_crypto_profile *profile,
 454                          struct request_queue *q)
 455 {
 456         if (blk_integrity_queue_supports_integrity(q)) {
 457                 pr_warn("Integrity and hardware inline encryption are not supported together. Disabling hardware inline encryption.\n");
 458                 return false;
 459         }
 460         q->crypto_profile = profile;
 461         return true;
 462 }
 463 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_register);
 464
 465 /**
 466  * blk_crypto_intersect_capabilities() - restrict supported crypto capabilities
 467  *                                       by child device
 468  * @parent: the crypto profile for the parent device
 469  * @child: the crypto profile for the child device, or NULL
 470  *
 471  * This clears all crypto capabilities in @parent that aren't set in @child.  If
 472  * @child is NULL, then this clears all parent capabilities.
 473  *
 474  * Only use this when setting up the crypto profile for a layered device, before
 475  * it's been exposed yet.
 476  */
 477 void blk_crypto_intersect_capabilities(struct blk_crypto_profile *parent,
 478                                        const struct blk_crypto_profile *child)
 479 {
 480         if (child) {
 481                 unsigned int i;
 482
 483                 parent->max_dun_bytes_supported =
 484                         min(parent->max_dun_bytes_supported,
 485                             child->max_dun_bytes_supported);
 486                 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(child->modes_supported); i++)
 487                         parent->modes_supported[i] &= child->modes_supported[i];
 488         } else {
 489                 parent->max_dun_bytes_supported = 0;
 490                 memset(parent->modes_supported, 0,
 491                        sizeof(parent->modes_supported));
 492         }
 493 }
 494 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_intersect_capabilities);
 495
 496 /**
 497  * blk_crypto_has_capabilities() - Check whether @target supports at least all
 498  *                                 the crypto capabilities that @reference does.
 499  * @target: the target profile
 500  * @reference: the reference profile
 501  *
 502  * Return: %true if @target supports all the crypto capabilities of @reference.
 503  */
 504 bool blk_crypto_has_capabilities(const struct blk_crypto_profile *target,
 505                                  const struct blk_crypto_profile *reference)
 506 {
 507         int i;
 508
 509         if (!reference)
 510                 return true;
 511
 512         if (!target)
 513                 return false;
 514
 515         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(target->modes_supported); i++) {
 516                 if (reference->modes_supported[i] & ~target->modes_supported[i])
 517                         return false;
 518         }
 519
 520         if (reference->max_dun_bytes_supported >
 521             target->max_dun_bytes_supported)
 522                 return false;
 523
 524         return true;
 525 }
 526 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_has_capabilities);
 527
 528 /**
 529  * blk_crypto_update_capabilities() - Update the capabilities of a crypto
 530  *                                    profile to match those of another crypto
 531  *                                    profile.
 532  * @dst: The crypto profile whose capabilities to update.
 533  * @src: The crypto profile whose capabilities this function will update @dst's
 534  *       capabilities to.
 535  *
 536  * Blk-crypto requires that crypto capabilities that were
 537  * advertised when a bio was created continue to be supported by the
 538  * device until that bio is ended. This is turn means that a device cannot
 539  * shrink its advertised crypto capabilities without any explicit
 540  * synchronization with upper layers. So if there's no such explicit
 541  * synchronization, @src must support all the crypto capabilities that
 542  * @dst does (i.e. we need blk_crypto_has_capabilities(@src, @dst)).
 543  *
 544  * Note also that as long as the crypto capabilities are being expanded, the
 545  * order of updates becoming visible is not important because it's alright
 546  * for blk-crypto to see stale values - they only cause blk-crypto to
 547  * believe that a crypto capability isn't supported when it actually is (which
 548  * might result in blk-crypto-fallback being used if available, or the bio being
 549  * failed).
 550  */
 551 void blk_crypto_update_capabilities(struct blk_crypto_profile *dst,
 552                                     const struct blk_crypto_profile *src)
 553 {
 554         memcpy(dst->modes_supported, src->modes_supported,
 555                sizeof(dst->modes_supported));
 556
 557         dst->max_dun_bytes_supported = src->max_dun_bytes_supported;
 558 }
 559 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_crypto_update_capabilities);