7d1e2ec722538acd39d0890396e9ce1739d674ef
[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 int fscrypt_get_num_devices(struct super_block *sb)
25 {
26         if (sb->s_cop->get_num_devices)
27                 return sb->s_cop->get_num_devices(sb);
28         return 1;
29 }
30
31 static void fscrypt_get_devices(struct super_block *sb, int num_devs,
32                                 struct request_queue **devs)
33 {
34         if (num_devs == 1)
35                 devs[0] = bdev_get_queue(sb->s_bdev);
36         else
37                 sb->s_cop->get_devices(sb, devs);
38 }
39
40 static unsigned int fscrypt_get_dun_bytes(const struct fscrypt_info *ci)
41 {
42         struct super_block *sb = ci->ci_inode->i_sb;
43         unsigned int flags = fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy);
44         int ino_bits = 64, lblk_bits = 64;
45
46         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_DIRECT_KEY)
47                 return offsetofend(union fscrypt_iv, nonce);
48
49         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_64)
50                 return sizeof(__le64);
51
52         if (flags & FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32)
53                 return sizeof(__le32);
54
55         /* Default case: IVs are just the file logical block number */
56         if (sb->s_cop->get_ino_and_lblk_bits)
57                 sb->s_cop->get_ino_and_lblk_bits(sb, &ino_bits, &lblk_bits);
58         return DIV_ROUND_UP(lblk_bits, 8);
59 }
60
61 /*
62  * Log a message when starting to use blk-crypto (native) or blk-crypto-fallback
63  * for an encryption mode for the first time.  This is the blk-crypto
64  * counterpart to the message logged when starting to use the crypto API for the
65  * first time.  A limitation is that these messages don't convey which specific
66  * filesystems or files are using each implementation.  However, *usually*
67  * systems use just one implementation per mode, which makes these messages
68  * helpful for debugging problems where the "wrong" implementation is used.
69  */
70 static void fscrypt_log_blk_crypto_impl(struct fscrypt_mode *mode,
71                                         struct request_queue **devs,
72                                         int num_devs,
73                                         const struct blk_crypto_config *cfg)
74 {
75         int i;
76
77         for (i = 0; i < num_devs; i++) {
78                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION_FALLBACK) ||
79                     __blk_crypto_cfg_supported(devs[i]->crypto_profile, cfg)) {
80                         if (!xchg(&mode->logged_blk_crypto_native, 1))
81                                 pr_info("fscrypt: %s using blk-crypto (native)\n",
82                                         mode->friendly_name);
83                 } else if (!xchg(&mode->logged_blk_crypto_fallback, 1)) {
84                         pr_info("fscrypt: %s using blk-crypto-fallback\n",
85                                 mode->friendly_name);
86                 }
87         }
88 }
89
90 /* Enable inline encryption for this file if supported. */
91 int fscrypt_select_encryption_impl(struct fscrypt_info *ci)
92 {
93         const struct inode *inode = ci->ci_inode;
94         struct super_block *sb = inode->i_sb;
95         struct blk_crypto_config crypto_cfg;
96         int num_devs;
97         struct request_queue **devs;
98         int i;
99
100         /* The file must need contents encryption, not filenames encryption */
101         if (!S_ISREG(inode->i_mode))
102                 return 0;
103
104         /* The crypto mode must have a blk-crypto counterpart */
105         if (ci->ci_mode->blk_crypto_mode == BLK_ENCRYPTION_MODE_INVALID)
106                 return 0;
107
108         /* The filesystem must be mounted with -o inlinecrypt */
109         if (!(sb->s_flags & SB_INLINECRYPT))
110                 return 0;
111
112         /*
113          * When a page contains multiple logically contiguous filesystem blocks,
114          * some filesystem code only calls fscrypt_mergeable_bio() for the first
115          * block in the page. This is fine for most of fscrypt's IV generation
116          * strategies, where contiguous blocks imply contiguous IVs. But it
117          * doesn't work with IV_INO_LBLK_32. For now, simply exclude
118          * IV_INO_LBLK_32 with blocksize != PAGE_SIZE from inline encryption.
119          */
120         if ((fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy) &
121              FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32) &&
122             sb->s_blocksize != PAGE_SIZE)
123                 return 0;
124
125         /*
126          * On all the filesystem's devices, blk-crypto must support the crypto
127          * configuration that the file would use.
128          */
129         crypto_cfg.crypto_mode = ci->ci_mode->blk_crypto_mode;
130         crypto_cfg.data_unit_size = sb->s_blocksize;
131         crypto_cfg.dun_bytes = fscrypt_get_dun_bytes(ci);
132         num_devs = fscrypt_get_num_devices(sb);
133         devs = kmalloc_array(num_devs, sizeof(*devs), GFP_KERNEL);
134         if (!devs)
135                 return -ENOMEM;
136         fscrypt_get_devices(sb, num_devs, devs);
137
138         for (i = 0; i < num_devs; i++) {
139                 if (!blk_crypto_config_supported(devs[i], &crypto_cfg))
140                         goto out_free_devs;
141         }
142
143         fscrypt_log_blk_crypto_impl(ci->ci_mode, devs, num_devs, &crypto_cfg);
144
145         ci->ci_inlinecrypt = true;
146 out_free_devs:
147         kfree(devs);
148
149         return 0;
150 }
151
152 int fscrypt_prepare_inline_crypt_key(struct fscrypt_prepared_key *prep_key,
153                                      const u8 *raw_key,
154                                      const struct fscrypt_info *ci)
155 {
156         const struct inode *inode = ci->ci_inode;
157         struct super_block *sb = inode->i_sb;
158         enum blk_crypto_mode_num crypto_mode = ci->ci_mode->blk_crypto_mode;
159         struct blk_crypto_key *blk_key;
160         struct request_queue **devs;
161         unsigned int num_devs;
162         unsigned int i;
163         int err;
164
165         blk_key = kmalloc(sizeof(*blk_key), GFP_KERNEL);
166         if (!blk_key)
167                 return -ENOMEM;
168
169         err = blk_crypto_init_key(blk_key, raw_key, crypto_mode,
170                                   fscrypt_get_dun_bytes(ci), sb->s_blocksize);
171         if (err) {
172                 fscrypt_err(inode, "error %d initializing blk-crypto key", err);
173                 goto fail;
174         }
175
176         /* Start using blk-crypto on all the filesystem's block devices. */
177         num_devs = fscrypt_get_num_devices(sb);
178         devs = kmalloc_array(num_devs, sizeof(*devs), GFP_KERNEL);
179         if (!devs) {
180                 err = -ENOMEM;
181                 goto fail;
182         }
183         fscrypt_get_devices(sb, num_devs, devs);
184         for (i = 0; i < num_devs; i++) {
185                 err = blk_crypto_start_using_key(blk_key, devs[i]);
186                 if (err)
187                         break;
188         }
189         kfree(devs);
190         if (err) {
191                 fscrypt_err(inode, "error %d starting to use blk-crypto", err);
192                 goto fail;
193         }
194
195         /*
196          * Pairs with the smp_load_acquire() in fscrypt_is_key_prepared().
197          * I.e., here we publish ->blk_key with a RELEASE barrier so that
198          * concurrent tasks can ACQUIRE it.  Note that this concurrency is only
199          * possible for per-mode keys, not for per-file keys.
200          */
201         smp_store_release(&prep_key->blk_key, blk_key);
202         return 0;
203
204 fail:
205         kfree_sensitive(blk_key);
206         return err;
207 }
208
209 void fscrypt_destroy_inline_crypt_key(struct super_block *sb,
210                                       struct fscrypt_prepared_key *prep_key)
211 {
212         struct blk_crypto_key *blk_key = prep_key->blk_key;
213         struct request_queue **devs;
214         unsigned int num_devs;
215         unsigned int i;
216
217         if (!blk_key)
218                 return;
219
220         /* Evict the key from all the filesystem's block devices. */
221         num_devs = fscrypt_get_num_devices(sb);
222         devs = kmalloc_array(num_devs, sizeof(*devs), GFP_KERNEL);
223         if (devs) {
224                 fscrypt_get_devices(sb, num_devs, devs);
225                 for (i = 0; i < num_devs; i++)
226                         blk_crypto_evict_key(devs[i], blk_key);
227                 kfree(devs);
228         }
229         kfree_sensitive(blk_key);
230 }
231
232 bool __fscrypt_inode_uses_inline_crypto(const struct inode *inode)
233 {
234         return inode->i_crypt_info->ci_inlinecrypt;
235 }
236 EXPORT_SYMBOL_GPL(__fscrypt_inode_uses_inline_crypto);
237
238 static void fscrypt_generate_dun(const struct fscrypt_info *ci, u64 lblk_num,
239                                  u64 dun[BLK_CRYPTO_DUN_ARRAY_SIZE])
240 {
241         union fscrypt_iv iv;
242         int i;
243
244         fscrypt_generate_iv(&iv, lblk_num, ci);
245
246         BUILD_BUG_ON(FSCRYPT_MAX_IV_SIZE > BLK_CRYPTO_MAX_IV_SIZE);
247         memset(dun, 0, BLK_CRYPTO_MAX_IV_SIZE);
248         for (i = 0; i < ci->ci_mode->ivsize/sizeof(dun[0]); i++)
249                 dun[i] = le64_to_cpu(iv.dun[i]);
250 }
251
252 /**
253  * fscrypt_set_bio_crypt_ctx() - prepare a file contents bio for inline crypto
254  * @bio: a bio which will eventually be submitted to the file
255  * @inode: the file's inode
256  * @first_lblk: the first file logical block number in the I/O
257  * @gfp_mask: memory allocation flags - these must be a waiting mask so that
258  *                                      bio_crypt_set_ctx can't fail.
259  *
260  * If the contents of the file should be encrypted (or decrypted) with inline
261  * encryption, then assign the appropriate encryption context to the bio.
262  *
263  * Normally the bio should be newly allocated (i.e. no pages added yet), as
264  * otherwise fscrypt_mergeable_bio() won't work as intended.
265  *
266  * The encryption context will be freed automatically when the bio is freed.
267  */
268 void fscrypt_set_bio_crypt_ctx(struct bio *bio, const struct inode *inode,
269                                u64 first_lblk, gfp_t gfp_mask)
270 {
271         const struct fscrypt_info *ci;
272         u64 dun[BLK_CRYPTO_DUN_ARRAY_SIZE];
273
274         if (!fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
275                 return;
276         ci = inode->i_crypt_info;
277
278         fscrypt_generate_dun(ci, first_lblk, dun);
279         bio_crypt_set_ctx(bio, ci->ci_enc_key.blk_key, dun, gfp_mask);
280 }
281 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_set_bio_crypt_ctx);
282
283 /* Extract the inode and logical block number from a buffer_head. */
284 static bool bh_get_inode_and_lblk_num(const struct buffer_head *bh,
285                                       const struct inode **inode_ret,
286                                       u64 *lblk_num_ret)
287 {
288         struct page *page = bh->b_page;
289         const struct address_space *mapping;
290         const struct inode *inode;
291
292         /*
293          * The ext4 journal (jbd2) can submit a buffer_head it directly created
294          * for a non-pagecache page.  fscrypt doesn't care about these.
295          */
296         mapping = page_mapping(page);
297         if (!mapping)
298                 return false;
299         inode = mapping->host;
300
301         *inode_ret = inode;
302         *lblk_num_ret = ((u64)page->index << (PAGE_SHIFT - inode->i_blkbits)) +
303                         (bh_offset(bh) >> inode->i_blkbits);
304         return true;
305 }
306
307 /**
308  * fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh() - prepare a file contents bio for inline
309  *                                  crypto
310  * @bio: a bio which will eventually be submitted to the file
311  * @first_bh: the first buffer_head for which I/O will be submitted
312  * @gfp_mask: memory allocation flags
313  *
314  * Same as fscrypt_set_bio_crypt_ctx(), except this takes a buffer_head instead
315  * of an inode and block number directly.
316  */
317 void fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh(struct bio *bio,
318                                   const struct buffer_head *first_bh,
319                                   gfp_t gfp_mask)
320 {
321         const struct inode *inode;
322         u64 first_lblk;
323
324         if (bh_get_inode_and_lblk_num(first_bh, &inode, &first_lblk))
325                 fscrypt_set_bio_crypt_ctx(bio, inode, first_lblk, gfp_mask);
326 }
327 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh);
328
329 /**
330  * fscrypt_mergeable_bio() - test whether data can be added to a bio
331  * @bio: the bio being built up
332  * @inode: the inode for the next part of the I/O
333  * @next_lblk: the next file logical block number in the I/O
334  *
335  * When building a bio which may contain data which should undergo inline
336  * encryption (or decryption) via fscrypt, filesystems should call this function
337  * to ensure that the resulting bio contains only contiguous data unit numbers.
338  * This will return false if the next part of the I/O cannot be merged with the
339  * bio because either the encryption key would be different or the encryption
340  * data unit numbers would be discontiguous.
341  *
342  * fscrypt_set_bio_crypt_ctx() must have already been called on the bio.
343  *
344  * This function isn't required in cases where crypto-mergeability is ensured in
345  * another way, such as I/O targeting only a single file (and thus a single key)
346  * combined with fscrypt_limit_io_blocks() to ensure DUN contiguity.
347  *
348  * Return: true iff the I/O is mergeable
349  */
350 bool fscrypt_mergeable_bio(struct bio *bio, const struct inode *inode,
351                            u64 next_lblk)
352 {
353         const struct bio_crypt_ctx *bc = bio->bi_crypt_context;
354         u64 next_dun[BLK_CRYPTO_DUN_ARRAY_SIZE];
355
356         if (!!bc != fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
357                 return false;
358         if (!bc)
359                 return true;
360
361         /*
362          * Comparing the key pointers is good enough, as all I/O for each key
363          * uses the same pointer.  I.e., there's currently no need to support
364          * merging requests where the keys are the same but the pointers differ.
365          */
366         if (bc->bc_key != inode->i_crypt_info->ci_enc_key.blk_key)
367                 return false;
368
369         fscrypt_generate_dun(inode->i_crypt_info, next_lblk, next_dun);
370         return bio_crypt_dun_is_contiguous(bc, bio->bi_iter.bi_size, next_dun);
371 }
372 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_mergeable_bio);
373
374 /**
375  * fscrypt_mergeable_bio_bh() - test whether data can be added to a bio
376  * @bio: the bio being built up
377  * @next_bh: the next buffer_head for which I/O will be submitted
378  *
379  * Same as fscrypt_mergeable_bio(), except this takes a buffer_head instead of
380  * an inode and block number directly.
381  *
382  * Return: true iff the I/O is mergeable
383  */
384 bool fscrypt_mergeable_bio_bh(struct bio *bio,
385                               const struct buffer_head *next_bh)
386 {
387         const struct inode *inode;
388         u64 next_lblk;
389
390         if (!bh_get_inode_and_lblk_num(next_bh, &inode, &next_lblk))
391                 return !bio->bi_crypt_context;
392
393         return fscrypt_mergeable_bio(bio, inode, next_lblk);
394 }
395 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_mergeable_bio_bh);
396
397 /**
398  * fscrypt_dio_supported() - check whether a DIO (direct I/O) request is
399  *                           supported as far as encryption is concerned
400  * @iocb: the file and position the I/O is targeting
401  * @iter: the I/O data segment(s)
402  *
403  * Return: %true if there are no encryption constraints that prevent DIO from
404  *         being supported; %false if DIO is unsupported.  (Note that in the
405  *         %true case, the filesystem might have other, non-encryption-related
406  *         constraints that prevent DIO from actually being supported.)
407  */
408 bool fscrypt_dio_supported(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
409 {
410         const struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
411         const unsigned int blocksize = i_blocksize(inode);
412
413         /* If the file is unencrypted, no veto from us. */
414         if (!fscrypt_needs_contents_encryption(inode))
415                 return true;
416
417         /* We only support DIO with inline crypto, not fs-layer crypto. */
418         if (!fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
419                 return false;
420
421         /*
422          * Since the granularity of encryption is filesystem blocks, the file
423          * position and total I/O length must be aligned to the filesystem block
424          * size -- not just to the block device's logical block size as is
425          * traditionally the case for DIO on many filesystems.
426          *
427          * We require that the user-provided memory buffers be filesystem block
428          * aligned too.  It is simpler to have a single alignment value required
429          * for all properties of the I/O, as is normally the case for DIO.
430          * Also, allowing less aligned buffers would imply that data units could
431          * cross bvecs, which would greatly complicate the I/O stack, which
432          * assumes that bios can be split at any bvec boundary.
433          */
434         if (!IS_ALIGNED(iocb->ki_pos | iov_iter_alignment(iter), blocksize))
435                 return false;
436
437         return true;
438 }
439 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_dio_supported);
440
441 /**
442  * fscrypt_limit_io_blocks() - limit I/O blocks to avoid discontiguous DUNs
443  * @inode: the file on which I/O is being done
444  * @lblk: the block at which the I/O is being started from
445  * @nr_blocks: the number of blocks we want to submit starting at @lblk
446  *
447  * Determine the limit to the number of blocks that can be submitted in a bio
448  * targeting @lblk without causing a data unit number (DUN) discontiguity.
449  *
450  * This is normally just @nr_blocks, as normally the DUNs just increment along
451  * with the logical blocks.  (Or the file is not encrypted.)
452  *
453  * In rare cases, fscrypt can be using an IV generation method that allows the
454  * DUN to wrap around within logically contiguous blocks, and that wraparound
455  * will occur.  If this happens, a value less than @nr_blocks will be returned
456  * so that the wraparound doesn't occur in the middle of a bio, which would
457  * cause encryption/decryption to produce wrong results.
458  *
459  * Return: the actual number of blocks that can be submitted
460  */
461 u64 fscrypt_limit_io_blocks(const struct inode *inode, u64 lblk, u64 nr_blocks)
462 {
463         const struct fscrypt_info *ci;
464         u32 dun;
465
466         if (!fscrypt_inode_uses_inline_crypto(inode))
467                 return nr_blocks;
468
469         if (nr_blocks <= 1)
470                 return nr_blocks;
471
472         ci = inode->i_crypt_info;
473         if (!(fscrypt_policy_flags(&ci->ci_policy) &
474               FSCRYPT_POLICY_FLAG_IV_INO_LBLK_32))
475                 return nr_blocks;
476
477         /* With IV_INO_LBLK_32, the DUN can wrap around from U32_MAX to 0. */
478
479         dun = ci->ci_hashed_ino + lblk;
480
481         return min_t(u64, nr_blocks, (u64)U32_MAX + 1 - dun);
482 }
483 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_limit_io_blocks);