blk-crypto: don't use struct request_queue for public interfaces
[platform/kernel/linux-starfive.git] / fs / crypto / inline_crypt.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Inline encryption support for fscrypt
4  *
5  * Copyright 2019 Google LLC
6  */
7
8 /*
9  * With "inline encryption", the block layer handles the decryption/encryption
10  * as part of the bio, instead of the filesystem doing the crypto itself via
11  * crypto API.  See Documentation/block/inline-encryption.rst.  fscrypt still
12  * provides the key and IV to use.
13  */
14
15 #include <linux/blk-crypto-profile.h>
16 #include <linux/blkdev.h>
17 #include <linux/buffer_head.h>
18 #include <linux/sched/mm.h>
19 #include <linux/slab.h>
20 #include <linux/uio.h>
21
22 #include "fscrypt_private.h"
23
24 static struct block_device **fscrypt_get_devices(struct super_block *sb,
25                                                  unsigned int *num_devs)
26 {
27         struct block_device **devs;
28
29         if (sb->s_cop->get_devices) {
30                 devs = sb->s_cop->get_devices(sb, num_devs);
31                 if (devs)
32                         return devs;
33         }
34         devs = kmalloc(sizeof(*devs), GFP_KERNEL);
35         if (!devs)
36                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
37         devs[0] = sb->s_bdev;
38         *num_devs = 1;
39         return devs;
40 }
41
42 static unsigned int fscrypt_get_dun_bytes(const struct fscrypt_info *ci)
43 {
44         struct super_block *sb = ci->ci_inode->i_sb;
45         unsigned int flags = fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy);
46         int ino_bits = 64, lblk_bits = 64;
47
48         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_DIRECT_KEY)
49                 return offsetofend(union fscrypt_iv, nonce);
50
51         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_64)
52                 return sizeof(__le64);
53
54         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32)
55                 return sizeof(__le32);
56
57         /* Default case: IVs are just the file logical block number */
58         if (sb->s_cop->get_ino_and_lblk_bits)
59                 sb->s_cop->get_ino_and_lblk_bits(sb, &ino_bits, &lblk_bits);
60         return DIV_ROUND_UP(lblk_bits, 8);
61 }
62
63 /*
64  * Log a message when starting to use blk-crypto (native) or blk-crypto-fallback
65  * for an encryption mode for the first time.  This is the blk-crypto
66  * counterpart to the message logged when starting to use the crypto API for the
67  * first time.  A limitation is that these messages don't convey which specific
68  * filesystems or files are using each implementation.  However, *usually*
69  * systems use just one implementation per mode, which makes these messages
70  * helpful for debugging problems where the "wrong" implementation is used.
71  */
72 static void fscrypt_log_blk_crypto_impl(struct fscrypt_mode *mode,
73                                         struct block_device **devs,
74                                         unsigned int num_devs,
75                                         const struct blk_crypto_config *cfg)
76 {
77         unsigned int i;
78
79         for (i = 0; i < num_devs; i++) {
80                 struct request_queue *q = bdev_get_queue(devs[i]);
81
82                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION_FALLBACK) ||
83                     __blk_crypto_cfg_supported(q->crypto_profile, cfg)) {
84                         if (!xchg(&mode->logged_blk_crypto_native, 1))
85                                 pr_info("fscrypt: %s using blk-crypto (native)\n",
86                                         mode->friendly_name);
87                 } else if (!xchg(&mode->logged_blk_crypto_fallback, 1)) {
88                         pr_info("fscrypt: %s using blk-crypto-fallback\n",
89                                 mode->friendly_name);
90                 }
91         }
92 }
93
94 /* Enable inline encryption for this file if supported. */
95 int fscrypt_select_encryption_impl(struct fscrypt_info *ci)
96 {
97         const struct inode *inode = ci->ci_inode;
98         struct super_block *sb = inode->i_sb;
99         struct blk_crypto_config crypto_cfg;
100         struct block_device **devs;
101         unsigned int num_devs;
102         unsigned int i;
103
104         /* The file must need contents encryption, not filenames encryption */
105         if (!S_ISREG(inode->i_mode))
106                 return 0;
107
108         /* The crypto mode must have a blk-crypto counterpart */
109         if (ci->ci_mode->blk_crypto_mode == BLK_ENCRYPTION_MODE_INVALID)
110                 return 0;
111
112         /* The filesystem must be mounted with -o inlinecrypt */
113         if (!(sb->s_flags & SB_INLINECRYPT))
114                 return 0;
115
116         /*
117          * When a page contains multiple logically contiguous filesystem blocks,
118          * some filesystem code only calls fscrypt_mergeable_bio() for the first
119          * block in the page. This is fine for most of fscrypt's IV generation
120          * strategies, where contiguous blocks imply contiguous IVs. But it
121          * doesn't work with IV_INO_LBLK_32. For now, simply exclude
122          * IV_INO_LBLK_32 with blocksize != PAGE_SIZE from inline encryption.
123          */
124         if ((fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy) &
125              FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32) &&
126             sb->s_blocksize != PAGE_SIZE)
127                 return 0;
128
129         /*
130          * On all the filesystem's block devices, blk-crypto must support the
131          * crypto configuration that the file would use.
132          */
133         crypto_cfg.crypto_mode = ci->ci_mode->blk_crypto_mode;
134         crypto_cfg.data_unit_size = sb->s_blocksize;
135         crypto_cfg.dun_bytes = fscrypt_get_dun_bytes(ci);
136
137         devs = fscrypt_get_devices(sb, &num_devs);
138         if (IS_ERR(devs))
139                 return PTR_ERR(devs);
140
141         for (i = 0; i < num_devs; i++) {
142                 if (!blk_crypto_config_supported(devs[i], &crypto_cfg))
143                         goto out_free_devs;
144         }
145
146         fscrypt_log_blk_crypto_impl(ci->ci_mode, devs, num_devs, &crypto_cfg);
147
148         ci->ci_inlinecrypt = true;
149 out_free_devs:
150         kfree(devs);
151
152         return 0;
153 }
154
155 int fscrypt_prepare_inline_crypt_key(struct fscrypt_prepared_key *prep_key,
156                                      const u8 *raw_key,
157                                      const struct fscrypt_info *ci)
158 {
159         const struct inode *inode = ci->ci_inode;
160         struct super_block *sb = inode->i_sb;
161         enum blk_crypto_mode_num crypto_mode = ci->ci_mode->blk_crypto_mode;
162         struct blk_crypto_key *blk_key;
163         struct block_device **devs;
164         unsigned int num_devs;
165         unsigned int i;
166         int err;
167
168         blk_key = kmalloc(sizeof(*blk_key), GFP_KERNEL);
169         if (!blk_key)
170                 return -ENOMEM;
171
172         err = blk_crypto_init_key(blk_key, raw_key, crypto_mode,
173                                   fscrypt_get_dun_bytes(ci), sb->s_blocksize);
174         if (err) {
175                 fscrypt_err(inode, "error %d initializing blk-crypto key", err);
176                 goto fail;
177         }
178
179         /* Start using blk-crypto on all the filesystem's block devices. */
180         devs = fscrypt_get_devices(sb, &num_devs);
181         if (IS_ERR(devs)) {
182                 err = PTR_ERR(devs);
183                 goto fail;
184         }
185         for (i = 0; i < num_devs; i++) {
186                 err = blk_crypto_start_using_key(devs[i], blk_key);
187                 if (err)
188                         break;
189         }
190         kfree(devs);
191         if (err) {
192                 fscrypt_err(inode, "error %d starting to use blk-crypto", err);
193                 goto fail;
194         }
195
196         /*
197          * Pairs with the smp_load_acquire() in fscrypt_is_key_prepared().
198          * I.e., here we publish ->blk_key with a RELEASE barrier so that
199          * concurrent tasks can ACQUIRE it.  Note that this concurrency is only
200          * possible for per-mode keys, not for per-file keys.
201          */
202         smp_store_release(&prep_key->blk_key, blk_key);
203         return 0;
204
205 fail:
206         kfree_sensitive(blk_key);
207         return err;
208 }
209
210 void fscrypt_destroy_inline_crypt_key(struct super_block *sb,
211                                       struct fscrypt_prepared_key *prep_key)
212 {
213         struct blk_crypto_key *blk_key = prep_key->blk_key;
214         struct block_device **devs;
215         unsigned int num_devs;
216         unsigned int i;
217
218         if (!blk_key)
219                 return;
220
221         /* Evict the key from all the filesystem's block devices. */
222         devs = fscrypt_get_devices(sb, &num_devs);
223         if (!IS_ERR(devs)) {
224                 for (i = 0; i < num_devs; i++)
225                         blk_crypto_evict_key(devs[i], blk_key);
226                 kfree(devs);
227         }
228         kfree_sensitive(blk_key);
229 }
230
231 bool __fscrypt_inode_uses_inline_crypto(const struct inode *inode)
232 {
233         return inode->i_crypt_info->ci_inlinecrypt;
234 }
235 EXPORT_SYMBOL_GPL(__fscrypt_inode_uses_inline_crypto);
236
237 static void fscrypt_generate_dun(const struct fscrypt_info *ci, u64 lblk_num,
238                                  u64 dun[BLK_CRYPTO_DUN_ARRAY_SIZE])
239 {
240         union fscrypt_iv iv;
241         int i;
242
243         fscrypt_generate_iv(&iv, lblk_num, ci);
244
245         BUILD_BUG_ON(FSCRYPT_MAX_IV_SIZE > BLK_CRYPTO_MAX_IV_SIZE);
246         memset(dun, 0, BLK_CRYPTO_MAX_IV_SIZE);
247         for (i = 0; i < ci->ci_mode->ivsize/sizeof(dun[0]); i++)
248                 dun[i] = le64_to_cpu(iv.dun[i]);
249 }
250
251 /**
252  * fscrypt_set_bio_crypt_ctx() - prepare a file contents bio for inline crypto
253  * @bio: a bio which will eventually be submitted to the file
254  * @inode: the file's inode
255  * @first_lblk: the first file logical block number in the I/O
256  * @gfp_mask: memory allocation flags - these must be a waiting mask so that
257  *                                      bio_crypt_set_ctx can't fail.
258  *
259  * If the contents of the file should be encrypted (or decrypted) with inline
260  * encryption, then assign the appropriate encryption context to the bio.
261  *
262  * Normally the bio should be newly allocated (i.e. no pages added yet), as
263  * otherwise fscrypt_mergeable_bio() won't work as intended.
264  *
265  * The encryption context will be freed automatically when the bio is freed.
266  */
267 void fscrypt_set_bio_crypt_ctx(struct bio *bio, const struct inode *inode,
268                                u64 first_lblk, gfp_t gfp_mask)
269 {
270         const struct fscrypt_info *ci;
271         u64 dun[BLK_CRYPTO_DUN_ARRAY_SIZE];
272
273         if (!fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
274                 return;
275         ci = inode->i_crypt_info;
276
277         fscrypt_generate_dun(ci, first_lblk, dun);
278         bio_crypt_set_ctx(bio, ci->ci_enc_key.blk_key, dun, gfp_mask);
279 }
280 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_set_bio_crypt_ctx);
281
282 /* Extract the inode and logical block number from a buffer_head. */
283 static bool bh_get_inode_and_lblk_num(const struct buffer_head *bh,
284                                       const struct inode **inode_ret,
285                                       u64 *lblk_num_ret)
286 {
287         struct page *page = bh->b_page;
288         const struct address_space *mapping;
289         const struct inode *inode;
290
291         /*
292          * The ext4 journal (jbd2) can submit a buffer_head it directly created
293          * for a non-pagecache page.  fscrypt doesn't care about these.
294          */
295         mapping = page_mapping(page);
296         if (!mapping)
297                 return false;
298         inode = mapping->host;
299
300         *inode_ret = inode;
301         *lblk_num_ret = ((u64)page->index << (PAGE_SHIFT - inode->i_blkbits)) +
302                         (bh_offset(bh) >> inode->i_blkbits);
303         return true;
304 }
305
306 /**
307  * fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh() - prepare a file contents bio for inline
308  *                                  crypto
309  * @bio: a bio which will eventually be submitted to the file
310  * @first_bh: the first buffer_head for which I/O will be submitted
311  * @gfp_mask: memory allocation flags
312  *
313  * Same as fscrypt_set_bio_crypt_ctx(), except this takes a buffer_head instead
314  * of an inode and block number directly.
315  */
316 void fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh(struct bio *bio,
317                                   const struct buffer_head *first_bh,
318                                   gfp_t gfp_mask)
319 {
320         const struct inode *inode;
321         u64 first_lblk;
322
323         if (bh_get_inode_and_lblk_num(first_bh, &inode, &first_lblk))
324                 fscrypt_set_bio_crypt_ctx(bio, inode, first_lblk, gfp_mask);
325 }
326 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh);
327
328 /**
329  * fscrypt_mergeable_bio() - test whether data can be added to a bio
330  * @bio: the bio being built up
331  * @inode: the inode for the next part of the I/O
332  * @next_lblk: the next file logical block number in the I/O
333  *
334  * When building a bio which may contain data which should undergo inline
335  * encryption (or decryption) via fscrypt, filesystems should call this function
336  * to ensure that the resulting bio contains only contiguous data unit numbers.
337  * This will return false if the next part of the I/O cannot be merged with the
338  * bio because either the encryption key would be different or the encryption
339  * data unit numbers would be discontiguous.
340  *
341  * fscrypt_set_bio_crypt_ctx() must have already been called on the bio.
342  *
343  * This function isn't required in cases where crypto-mergeability is ensured in
344  * another way, such as I/O targeting only a single file (and thus a single key)
345  * combined with fscrypt_limit_io_blocks() to ensure DUN contiguity.
346  *
347  * Return: true iff the I/O is mergeable
348  */
349 bool fscrypt_mergeable_bio(struct bio *bio, const struct inode *inode,
350                            u64 next_lblk)
351 {
352         const struct bio_crypt_ctx *bc = bio->bi_crypt_context;
353         u64 next_dun[BLK_CRYPTO_DUN_ARRAY_SIZE];
354
355         if (!!bc != fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
356                 return false;
357         if (!bc)
358                 return true;
359
360         /*
361          * Comparing the key pointers is good enough, as all I/O for each key
362          * uses the same pointer.  I.e., there's currently no need to support
363          * merging requests where the keys are the same but the pointers differ.
364          */
365         if (bc->bc_key != inode->i_crypt_info->ci_enc_key.blk_key)
366                 return false;
367
368         fscrypt_generate_dun(inode->i_crypt_info, next_lblk, next_dun);
369         return bio_crypt_dun_is_contiguous(bc, bio->bi_iter.bi_size, next_dun);
370 }
371 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_mergeable_bio);
372
373 /**
374  * fscrypt_mergeable_bio_bh() - test whether data can be added to a bio
375  * @bio: the bio being built up
376  * @next_bh: the next buffer_head for which I/O will be submitted
377  *
378  * Same as fscrypt_mergeable_bio(), except this takes a buffer_head instead of
379  * an inode and block number directly.
380  *
381  * Return: true iff the I/O is mergeable
382  */
383 bool fscrypt_mergeable_bio_bh(struct bio *bio,
384                               const struct buffer_head *next_bh)
385 {
386         const struct inode *inode;
387         u64 next_lblk;
388
389         if (!bh_get_inode_and_lblk_num(next_bh, &inode, &next_lblk))
390                 return !bio->bi_crypt_context;
391
392         return fscrypt_mergeable_bio(bio, inode, next_lblk);
393 }
394 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_mergeable_bio_bh);
395
396 /**
397  * fscrypt_dio_supported() - check whether DIO (direct I/O) is supported on an
398  *                           inode, as far as encryption is concerned
399  * @inode: the inode in question
400  *
401  * Return: %true if there are no encryption constraints that prevent DIO from
402  *         being supported; %false if DIO is unsupported.  (Note that in the
403  *         %true case, the filesystem might have other, non-encryption-related
404  *         constraints that prevent DIO from actually being supported.  Also, on
405  *         encrypted files the filesystem is still responsible for only allowing
406  *         DIO when requests are filesystem-block-aligned.)
407  */
408 bool fscrypt_dio_supported(struct inode *inode)
409 {
410         int err;
411
412         /* If the file is unencrypted, no veto from us. */
413         if (!fscrypt_needs_contents_encryption(inode))
414                 return true;
415
416         /*
417          * We only support DIO with inline crypto, not fs-layer crypto.
418          *
419          * To determine whether the inode is using inline crypto, we have to set
420          * up the key if it wasn't already done.  This is because in the current
421          * design of fscrypt, the decision of whether to use inline crypto or
422          * not isn't made until the inode's encryption key is being set up.  In
423          * the DIO read/write case, the key will always be set up already, since
424          * the file will be open.  But in the case of statx(), the key might not
425          * be set up yet, as the file might not have been opened yet.
426          */
427         err = fscrypt_require_key(inode);
428         if (err) {
429                 /*
430                  * Key unavailable or couldn't be set up.  This edge case isn't
431                  * worth worrying about; just report that DIO is unsupported.
432                  */
433                 return false;
434         }
435         return fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode);
436 }
437 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_dio_supported);
438
439 /**
440  * fscrypt_limit_io_blocks() - limit I/O blocks to avoid discontiguous DUNs
441  * @inode: the file on which I/O is being done
442  * @lblk: the block at which the I/O is being started from
443  * @nr_blocks: the number of blocks we want to submit starting at @lblk
444  *
445  * Determine the limit to the number of blocks that can be submitted in a bio
446  * targeting @lblk without causing a data unit number (DUN) discontiguity.
447  *
448  * This is normally just @nr_blocks, as normally the DUNs just increment along
449  * with the logical blocks.  (Or the file is not encrypted.)
450  *
451  * In rare cases, fscrypt can be using an IV generation method that allows the
452  * DUN to wrap around within logically contiguous blocks, and that wraparound
453  * will occur.  If this happens, a value less than @nr_blocks will be returned
454  * so that the wraparound doesn't occur in the middle of a bio, which would
455  * cause encryption/decryption to produce wrong results.
456  *
457  * Return: the actual number of blocks that can be submitted
458  */
459 u64 fscrypt_limit_io_blocks(const struct inode *inode, u64 lblk, u64 nr_blocks)
460 {
461         const struct fscrypt_info *ci;
462         u32 dun;
463
464         if (!fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
465                 return nr_blocks;
466
467         if (nr_blocks <= 1)
468                 return nr_blocks;
469
470         ci = inode->i_crypt_info;
471         if (!(fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy) &
472               FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32))
473                 return nr_blocks;
474
475         /* With IV_INO_LBLK_32, the DUN can wrap around from U32_MAX to 0. */
476
477         dun = ci->ci_hashed_ino + lblk;
478
479         return min_t(u64, nr_blocks, (u64)U32_MAX + 1 - dun);
480 }
481 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_limit_io_blocks);