git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/checksum.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #include "bcachefs.h"
   3 #include "checksum.h"
   4 #include "super.h"
   5 #include "super-io.h"
   6
   7 #include <linux/crc32c.h>
   8 #include <linux/crypto.h>
   9 #include <linux/key.h>
  10 #include <linux/random.h>
  11 #include <linux/scatterlist.h>
  12 #include <crypto/algapi.h>
  13 #include <crypto/chacha.h>
  14 #include <crypto/hash.h>
  15 #include <crypto/poly1305.h>
  16 #include <keys/user-type.h>
  17
  18 static u64 bch2_checksum_init(unsigned type)
  19 {
  20         switch (type) {
  21         case BCH_CSUM_NONE:
  22                 return 0;
  23         case BCH_CSUM_CRC32C_NONZERO:
  24                 return U32_MAX;
  25         case BCH_CSUM_CRC64_NONZERO:
  26                 return U64_MAX;
  27         case BCH_CSUM_CRC32C:
  28                 return 0;
  29         case BCH_CSUM_CRC64:
  30                 return 0;
  31         default:
  32                 BUG();
  33         }
  34 }
  35
  36 static u64 bch2_checksum_final(unsigned type, u64 crc)
  37 {
  38         switch (type) {
  39         case BCH_CSUM_NONE:
  40                 return 0;
  41         case BCH_CSUM_CRC32C_NONZERO:
  42                 return crc ^ U32_MAX;
  43         case BCH_CSUM_CRC64_NONZERO:
  44                 return crc ^ U64_MAX;
  45         case BCH_CSUM_CRC32C:
  46                 return crc;
  47         case BCH_CSUM_CRC64:
  48                 return crc;
  49         default:
  50                 BUG();
  51         }
  52 }
  53
  54 static u64 bch2_checksum_update(unsigned type, u64 crc, const void *data, size_t len)
  55 {
  56         switch (type) {
  57         case BCH_CSUM_NONE:
  58                 return 0;
  59         case BCH_CSUM_CRC32C_NONZERO:
  60         case BCH_CSUM_CRC32C:
  61                 return crc32c(crc, data, len);
  62         case BCH_CSUM_CRC64_NONZERO:
  63         case BCH_CSUM_CRC64:
  64                 return crc64_be(crc, data, len);
  65         default:
  66                 BUG();
  67         }
  68 }
  69
  70 static inline void do_encrypt_sg(struct crypto_sync_skcipher *tfm,
  71                                  struct nonce nonce,
  72                                  struct scatterlist *sg, size_t len)
  73 {
  74         SYNC_SKCIPHER_REQUEST_ON_STACK(req, tfm);
  75         int ret;
  76
  77         skcipher_request_set_sync_tfm(req, tfm);
  78         skcipher_request_set_crypt(req, sg, sg, len, nonce.d);
  79
  80         ret = crypto_skcipher_encrypt(req);
  81         BUG_ON(ret);
  82 }
  83
  84 static inline void do_encrypt(struct crypto_sync_skcipher *tfm,
  85                               struct nonce nonce,
  86                               void *buf, size_t len)
  87 {
  88         struct scatterlist sg;
  89
  90         sg_init_one(&sg, buf, len);
  91         do_encrypt_sg(tfm, nonce, &sg, len);
  92 }
  93
  94 int bch2_chacha_encrypt_key(struct bch_key *key, struct nonce nonce,
  95                             void *buf, size_t len)
  96 {
  97         struct crypto_sync_skcipher *chacha20 =
  98                 crypto_alloc_sync_skcipher("chacha20", 0, 0);
  99         int ret;
 100
 101         if (!chacha20) {
 102                 pr_err("error requesting chacha20 module: %li", PTR_ERR(chacha20));
 103                 return PTR_ERR(chacha20);
 104         }
 105
 106         ret = crypto_skcipher_setkey(&chacha20->base,
 107                                      (void *) key, sizeof(*key));
 108         if (ret) {
 109                 pr_err("crypto_skcipher_setkey() error: %i", ret);
 110                 goto err;
 111         }
 112
 113         do_encrypt(chacha20, nonce, buf, len);
 114 err:
 115         crypto_free_sync_skcipher(chacha20);
 116         return ret;
 117 }
 118
 119 static void gen_poly_key(struct bch_fs *c, struct shash_desc *desc,
 120                          struct nonce nonce)
 121 {
 122         u8 key[POLY1305_KEY_SIZE];
 123
 124         nonce.d[3] ^= BCH_NONCE_POLY;
 125
 126         memset(key, 0, sizeof(key));
 127         do_encrypt(c->chacha20, nonce, key, sizeof(key));
 128
 129         desc->tfm = c->poly1305;
 130         crypto_shash_init(desc);
 131         crypto_shash_update(desc, key, sizeof(key));
 132 }
 133
 134 struct bch_csum bch2_checksum(struct bch_fs *c, unsigned type,
 135                               struct nonce nonce, const void *data, size_t len)
 136 {
 137         switch (type) {
 138         case BCH_CSUM_NONE:
 139         case BCH_CSUM_CRC32C_NONZERO:
 140         case BCH_CSUM_CRC64_NONZERO:
 141         case BCH_CSUM_CRC32C:
 142         case BCH_CSUM_CRC64: {
 143                 u64 crc = bch2_checksum_init(type);
 144
 145                 crc = bch2_checksum_update(type, crc, data, len);
 146                 crc = bch2_checksum_final(type, crc);
 147
 148                 return (struct bch_csum) { .lo = cpu_to_le64(crc) };
 149         }
 150
 151         case BCH_CSUM_CHACHA20_POLY1305_80:
 152         case BCH_CSUM_CHACHA20_POLY1305_128: {
 153                 SHASH_DESC_ON_STACK(desc, c->poly1305);
 154                 u8 digest[POLY1305_DIGEST_SIZE];
 155                 struct bch_csum ret = { 0 };
 156
 157                 gen_poly_key(c, desc, nonce);
 158
 159                 crypto_shash_update(desc, data, len);
 160                 crypto_shash_final(desc, digest);
 161
 162                 memcpy(&ret, digest, bch_crc_bytes[type]);
 163                 return ret;
 164         }
 165         default:
 166                 BUG();
 167         }
 168 }
 169
 170 void bch2_encrypt(struct bch_fs *c, unsigned type,
 171                   struct nonce nonce, void *data, size_t len)
 172 {
 173         if (!bch2_csum_type_is_encryption(type))
 174                 return;
 175
 176         do_encrypt(c->chacha20, nonce, data, len);
 177 }
 178
 179 static struct bch_csum __bch2_checksum_bio(struct bch_fs *c, unsigned type,
 180                                            struct nonce nonce, struct bio *bio,
 181                                            struct bvec_iter *iter)
 182 {
 183         struct bio_vec bv;
 184
 185         switch (type) {
 186         case BCH_CSUM_NONE:
 187                 return (struct bch_csum) { 0 };
 188         case BCH_CSUM_CRC32C_NONZERO:
 189         case BCH_CSUM_CRC64_NONZERO:
 190         case BCH_CSUM_CRC32C:
 191         case BCH_CSUM_CRC64: {
 192                 u64 crc = bch2_checksum_init(type);
 193
 194 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 195                 __bio_for_each_segment(bv, bio, *iter, *iter) {
 196                         void *p = kmap_atomic(bv.bv_page) + bv.bv_offset;
 197                         crc = bch2_checksum_update(type,
 198                                 crc, p, bv.bv_len);
 199                         kunmap_atomic(p);
 200                 }
 201 #else
 202                 __bio_for_each_bvec(bv, bio, *iter, *iter)
 203                         crc = bch2_checksum_update(type, crc,
 204                                 page_address(bv.bv_page) + bv.bv_offset,
 205                                 bv.bv_len);
 206 #endif
 207                 crc = bch2_checksum_final(type, crc);
 208                 return (struct bch_csum) { .lo = cpu_to_le64(crc) };
 209         }
 210
 211         case BCH_CSUM_CHACHA20_POLY1305_80:
 212         case BCH_CSUM_CHACHA20_POLY1305_128: {
 213                 SHASH_DESC_ON_STACK(desc, c->poly1305);
 214                 u8 digest[POLY1305_DIGEST_SIZE];
 215                 struct bch_csum ret = { 0 };
 216
 217                 gen_poly_key(c, desc, nonce);
 218
 219 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 220                 __bio_for_each_segment(bv, bio, *iter, *iter) {
 221                         void *p = kmap_atomic(bv.bv_page) + bv.bv_offset;
 222
 223                         crypto_shash_update(desc, p, bv.bv_len);
 224                         kunmap_atomic(p);
 225                 }
 226 #else
 227                 __bio_for_each_bvec(bv, bio, *iter, *iter)
 228                         crypto_shash_update(desc,
 229                                 page_address(bv.bv_page) + bv.bv_offset,
 230                                 bv.bv_len);
 231 #endif
 232                 crypto_shash_final(desc, digest);
 233
 234                 memcpy(&ret, digest, bch_crc_bytes[type]);
 235                 return ret;
 236         }
 237         default:
 238                 BUG();
 239         }
 240 }
 241
 242 struct bch_csum bch2_checksum_bio(struct bch_fs *c, unsigned type,
 243                                   struct nonce nonce, struct bio *bio)
 244 {
 245         struct bvec_iter iter = bio->bi_iter;
 246
 247         return __bch2_checksum_bio(c, type, nonce, bio, &iter);
 248 }
 249
 250 void bch2_encrypt_bio(struct bch_fs *c, unsigned type,
 251                       struct nonce nonce, struct bio *bio)
 252 {
 253         struct bio_vec bv;
 254         struct bvec_iter iter;
 255         struct scatterlist sgl[16], *sg = sgl;
 256         size_t bytes = 0;
 257
 258         if (!bch2_csum_type_is_encryption(type))
 259                 return;
 260
 261         sg_init_table(sgl, ARRAY_SIZE(sgl));
 262
 263         bio_for_each_segment(bv, bio, iter) {
 264                 if (sg == sgl + ARRAY_SIZE(sgl)) {
 265                         sg_mark_end(sg - 1);
 266                         do_encrypt_sg(c->chacha20, nonce, sgl, bytes);
 267
 268                         nonce = nonce_add(nonce, bytes);
 269                         bytes = 0;
 270
 271                         sg_init_table(sgl, ARRAY_SIZE(sgl));
 272                         sg = sgl;
 273                 }
 274
 275                 sg_set_page(sg++, bv.bv_page, bv.bv_len, bv.bv_offset);
 276                 bytes += bv.bv_len;
 277         }
 278
 279         sg_mark_end(sg - 1);
 280         do_encrypt_sg(c->chacha20, nonce, sgl, bytes);
 281 }
 282
 283 struct bch_csum bch2_checksum_merge(unsigned type, struct bch_csum a,
 284                                     struct bch_csum b, size_t b_len)
 285 {
 286         BUG_ON(!bch2_checksum_mergeable(type));
 287
 288         while (b_len) {
 289                 unsigned b = min_t(unsigned, b_len, PAGE_SIZE);
 290
 291                 a.lo = bch2_checksum_update(type, a.lo,
 292                                 page_address(ZERO_PAGE(0)), b);
 293                 b_len -= b;
 294         }
 295
 296         a.lo ^= b.lo;
 297         a.hi ^= b.hi;
 298         return a;
 299 }
 300
 301 int bch2_rechecksum_bio(struct bch_fs *c, struct bio *bio,
 302                         struct bversion version,
 303                         struct bch_extent_crc_unpacked crc_old,
 304                         struct bch_extent_crc_unpacked *crc_a,
 305                         struct bch_extent_crc_unpacked *crc_b,
 306                         unsigned len_a, unsigned len_b,
 307                         unsigned new_csum_type)
 308 {
 309         struct bvec_iter iter = bio->bi_iter;
 310         struct nonce nonce = extent_nonce(version, crc_old);
 311         struct bch_csum merged = { 0 };
 312         struct crc_split {
 313                 struct bch_extent_crc_unpacked  *crc;
 314                 unsigned                        len;
 315                 unsigned                        csum_type;
 316                 struct bch_csum                 csum;
 317         } splits[3] = {
 318                 { crc_a, len_a, new_csum_type },
 319                 { crc_b, len_b, new_csum_type },
 320                 { NULL,  bio_sectors(bio) - len_a - len_b, new_csum_type },
 321         }, *i;
 322         bool mergeable = crc_old.csum_type == new_csum_type &&
 323                 bch2_checksum_mergeable(new_csum_type);
 324         unsigned crc_nonce = crc_old.nonce;
 325
 326         BUG_ON(len_a + len_b > bio_sectors(bio));
 327         BUG_ON(crc_old.uncompressed_size != bio_sectors(bio));
 328         BUG_ON(crc_old.compression_type);
 329         BUG_ON(bch2_csum_type_is_encryption(crc_old.csum_type) !=
 330                bch2_csum_type_is_encryption(new_csum_type));
 331
 332         for (i = splits; i < splits + ARRAY_SIZE(splits); i++) {
 333                 iter.bi_size = i->len << 9;
 334                 if (mergeable || i->crc)
 335                         i->csum = __bch2_checksum_bio(c, i->csum_type,
 336                                                       nonce, bio, &iter);
 337                 else
 338                         bio_advance_iter(bio, &iter, i->len << 9);
 339                 nonce = nonce_add(nonce, i->len << 9);
 340         }
 341
 342         if (mergeable)
 343                 for (i = splits; i < splits + ARRAY_SIZE(splits); i++)
 344                         merged = bch2_checksum_merge(new_csum_type, merged,
 345                                                      i->csum, i->len << 9);
 346         else
 347                 merged = bch2_checksum_bio(c, crc_old.csum_type,
 348                                 extent_nonce(version, crc_old), bio);
 349
 350         if (bch2_crc_cmp(merged, crc_old.csum))
 351                 return -EIO;
 352
 353         for (i = splits; i < splits + ARRAY_SIZE(splits); i++) {
 354                 if (i->crc)
 355                         *i->crc = (struct bch_extent_crc_unpacked) {
 356                                 .csum_type              = i->csum_type,
 357                                 .compressed_size        = i->len,
 358                                 .uncompressed_size      = i->len,
 359                                 .offset                 = 0,
 360                                 .live_size              = i->len,
 361                                 .nonce                  = crc_nonce,
 362                                 .csum                   = i->csum,
 363                         };
 364
 365                 if (bch2_csum_type_is_encryption(new_csum_type))
 366                         crc_nonce += i->len;
 367         }
 368
 369         return 0;
 370 }
 371
 372 #ifdef __KERNEL__
 373 int bch2_request_key(struct bch_sb *sb, struct bch_key *key)
 374 {
 375         char key_description[60];
 376         struct key *keyring_key;
 377         const struct user_key_payload *ukp;
 378         int ret;
 379
 380         snprintf(key_description, sizeof(key_description),
 381                  "bcachefs:%pUb", &sb->user_uuid);
 382
 383         keyring_key = request_key(&key_type_logon, key_description, NULL);
 384         if (IS_ERR(keyring_key))
 385                 return PTR_ERR(keyring_key);
 386
 387         down_read(&keyring_key->sem);
 388         ukp = dereference_key_locked(keyring_key);
 389         if (ukp->datalen == sizeof(*key)) {
 390                 memcpy(key, ukp->data, ukp->datalen);
 391                 ret = 0;
 392         } else {
 393                 ret = -EINVAL;
 394         }
 395         up_read(&keyring_key->sem);
 396         key_put(keyring_key);
 397
 398         return ret;
 399 }
 400 #else
 401 #include <keyutils.h>
 402 #include <uuid/uuid.h>
 403
 404 int bch2_request_key(struct bch_sb *sb, struct bch_key *key)
 405 {
 406         key_serial_t key_id;
 407         char key_description[60];
 408         char uuid[40];
 409
 410         uuid_unparse_lower(sb->user_uuid.b, uuid);
 411         sprintf(key_description, "bcachefs:%s", uuid);
 412
 413         key_id = request_key("user", key_description, NULL,
 414                              KEY_SPEC_USER_KEYRING);
 415         if (key_id < 0)
 416                 return -errno;
 417
 418         if (keyctl_read(key_id, (void *) key, sizeof(*key)) != sizeof(*key))
 419                 return -1;
 420
 421         return 0;
 422 }
 423 #endif
 424
 425 int bch2_decrypt_sb_key(struct bch_fs *c,
 426                         struct bch_sb_field_crypt *crypt,
 427                         struct bch_key *key)
 428 {
 429         struct bch_encrypted_key sb_key = crypt->key;
 430         struct bch_key user_key;
 431         int ret = 0;
 432
 433         /* is key encrypted? */
 434         if (!bch2_key_is_encrypted(&sb_key))
 435                 goto out;
 436
 437         ret = bch2_request_key(c->disk_sb.sb, &user_key);
 438         if (ret) {
 439                 bch_err(c, "error requesting encryption key: %i", ret);
 440                 goto err;
 441         }
 442
 443         /* decrypt real key: */
 444         ret = bch2_chacha_encrypt_key(&user_key, bch2_sb_key_nonce(c),
 445                              &sb_key, sizeof(sb_key));
 446         if (ret)
 447                 goto err;
 448
 449         if (bch2_key_is_encrypted(&sb_key)) {
 450                 bch_err(c, "incorrect encryption key");
 451                 ret = -EINVAL;
 452                 goto err;
 453         }
 454 out:
 455         *key = sb_key.key;
 456 err:
 457         memzero_explicit(&sb_key, sizeof(sb_key));
 458         memzero_explicit(&user_key, sizeof(user_key));
 459         return ret;
 460 }
 461
 462 static int bch2_alloc_ciphers(struct bch_fs *c)
 463 {
 464         if (!c->chacha20)
 465                 c->chacha20 = crypto_alloc_sync_skcipher("chacha20", 0, 0);
 466         if (IS_ERR(c->chacha20)) {
 467                 bch_err(c, "error requesting chacha20 module: %li",
 468                         PTR_ERR(c->chacha20));
 469                 return PTR_ERR(c->chacha20);
 470         }
 471
 472         if (!c->poly1305)
 473                 c->poly1305 = crypto_alloc_shash("poly1305", 0, 0);
 474         if (IS_ERR(c->poly1305)) {
 475                 bch_err(c, "error requesting poly1305 module: %li",
 476                         PTR_ERR(c->poly1305));
 477                 return PTR_ERR(c->poly1305);
 478         }
 479
 480         return 0;
 481 }
 482
 483 int bch2_disable_encryption(struct bch_fs *c)
 484 {
 485         struct bch_sb_field_crypt *crypt;
 486         struct bch_key key;
 487         int ret = -EINVAL;
 488
 489         mutex_lock(&c->sb_lock);
 490
 491         crypt = bch2_sb_get_crypt(c->disk_sb.sb);
 492         if (!crypt)
 493                 goto out;
 494
 495         /* is key encrypted? */
 496         ret = 0;
 497         if (bch2_key_is_encrypted(&crypt->key))
 498                 goto out;
 499
 500         ret = bch2_decrypt_sb_key(c, crypt, &key);
 501         if (ret)
 502                 goto out;
 503
 504         crypt->key.magic        = BCH_KEY_MAGIC;
 505         crypt->key.key          = key;
 506
 507         SET_BCH_SB_ENCRYPTION_TYPE(c->disk_sb.sb, 0);
 508         bch2_write_super(c);
 509 out:
 510         mutex_unlock(&c->sb_lock);
 511
 512         return ret;
 513 }
 514
 515 int bch2_enable_encryption(struct bch_fs *c, bool keyed)
 516 {
 517         struct bch_encrypted_key key;
 518         struct bch_key user_key;
 519         struct bch_sb_field_crypt *crypt;
 520         int ret = -EINVAL;
 521
 522         mutex_lock(&c->sb_lock);
 523
 524         /* Do we already have an encryption key? */
 525         if (bch2_sb_get_crypt(c->disk_sb.sb))
 526                 goto err;
 527
 528         ret = bch2_alloc_ciphers(c);
 529         if (ret)
 530                 goto err;
 531
 532         key.magic = BCH_KEY_MAGIC;
 533         get_random_bytes(&key.key, sizeof(key.key));
 534
 535         if (keyed) {
 536                 ret = bch2_request_key(c->disk_sb.sb, &user_key);
 537                 if (ret) {
 538                         bch_err(c, "error requesting encryption key: %i", ret);
 539                         goto err;
 540                 }
 541
 542                 ret = bch2_chacha_encrypt_key(&user_key, bch2_sb_key_nonce(c),
 543                                               &key, sizeof(key));
 544                 if (ret)
 545                         goto err;
 546         }
 547
 548         ret = crypto_skcipher_setkey(&c->chacha20->base,
 549                         (void *) &key.key, sizeof(key.key));
 550         if (ret)
 551                 goto err;
 552
 553         crypt = bch2_sb_resize_crypt(&c->disk_sb, sizeof(*crypt) / sizeof(u64));
 554         if (!crypt) {
 555                 ret = -ENOMEM; /* XXX this technically could be -ENOSPC */
 556                 goto err;
 557         }
 558
 559         crypt->key = key;
 560
 561         /* write superblock */
 562         SET_BCH_SB_ENCRYPTION_TYPE(c->disk_sb.sb, 1);
 563         bch2_write_super(c);
 564 err:
 565         mutex_unlock(&c->sb_lock);
 566         memzero_explicit(&user_key, sizeof(user_key));
 567         memzero_explicit(&key, sizeof(key));
 568         return ret;
 569 }
 570
 571 void bch2_fs_encryption_exit(struct bch_fs *c)
 572 {
 573         if (!IS_ERR_OR_NULL(c->poly1305))
 574                 crypto_free_shash(c->poly1305);
 575         if (!IS_ERR_OR_NULL(c->chacha20))
 576                 crypto_free_sync_skcipher(c->chacha20);
 577         if (!IS_ERR_OR_NULL(c->sha256))
 578                 crypto_free_shash(c->sha256);
 579 }
 580
 581 int bch2_fs_encryption_init(struct bch_fs *c)
 582 {
 583         struct bch_sb_field_crypt *crypt;
 584         struct bch_key key;
 585         int ret = 0;
 586
 587         pr_verbose_init(c->opts, "");
 588
 589         c->sha256 = crypto_alloc_shash("sha256", 0, 0);
 590         if (IS_ERR(c->sha256)) {
 591                 bch_err(c, "error requesting sha256 module");
 592                 ret = PTR_ERR(c->sha256);
 593                 goto out;
 594         }
 595
 596         crypt = bch2_sb_get_crypt(c->disk_sb.sb);
 597         if (!crypt)
 598                 goto out;
 599
 600         ret = bch2_alloc_ciphers(c);
 601         if (ret)
 602                 goto out;
 603
 604         ret = bch2_decrypt_sb_key(c, crypt, &key);
 605         if (ret)
 606                 goto out;
 607
 608         ret = crypto_skcipher_setkey(&c->chacha20->base,
 609                         (void *) &key.key, sizeof(key.key));
 610         if (ret)
 611                 goto out;
 612 out:
 613         memzero_explicit(&key, sizeof(key));
 614         pr_verbose_init(c->opts, "ret %i", ret);
 615         return ret;
 616 }