Merge tag 'soc-ep93xx-dt-6.12' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/soc/soc
[linux-2.6-block.git] / arch / s390 / crypto / aes_s390.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 /*
3  * Cryptographic API.
4  *
5  * s390 implementation of the AES Cipher Algorithm.
6  *
7  * s390 Version:
8  *   Copyright IBM Corp. 2005, 2017
9  *   Author(s): Jan Glauber (jang@de.ibm.com)
10  *              Sebastian Siewior (sebastian@breakpoint.cc> SW-Fallback
11  *              Patrick Steuer <patrick.steuer@de.ibm.com>
12  *              Harald Freudenberger <freude@de.ibm.com>
13  *
14  * Derived from "crypto/aes_generic.c"
15  */
16
17 #define KMSG_COMPONENT "aes_s390"
18 #define pr_fmt(fmt) KMSG_COMPONENT ": " fmt
19
20 #include <crypto/aes.h>
21 #include <crypto/algapi.h>
22 #include <crypto/ghash.h>
23 #include <crypto/internal/aead.h>
24 #include <crypto/internal/cipher.h>
25 #include <crypto/internal/skcipher.h>
26 #include <crypto/scatterwalk.h>
27 #include <linux/err.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/cpufeature.h>
30 #include <linux/init.h>
31 #include <linux/mutex.h>
32 #include <linux/fips.h>
33 #include <linux/string.h>
34 #include <crypto/xts.h>
35 #include <asm/cpacf.h>
36
37 static u8 *ctrblk;
38 static DEFINE_MUTEX(ctrblk_lock);
39
40 static cpacf_mask_t km_functions, kmc_functions, kmctr_functions,
41                     kma_functions;
42
43 struct s390_aes_ctx {
44         u8 key[AES_MAX_KEY_SIZE];
45         int key_len;
46         unsigned long fc;
47         union {
48                 struct crypto_skcipher *skcipher;
49                 struct crypto_cipher *cip;
50         } fallback;
51 };
52
53 struct s390_xts_ctx {
54         union {
55                 u8 keys[64];
56                 struct {
57                         u8 key[32];
58                         u8 pcc_key[32];
59                 };
60         };
61         int key_len;
62         unsigned long fc;
63         struct crypto_skcipher *fallback;
64 };
65
66 struct gcm_sg_walk {
67         struct scatter_walk walk;
68         unsigned int walk_bytes;
69         u8 *walk_ptr;
70         unsigned int walk_bytes_remain;
71         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE];
72         unsigned int buf_bytes;
73         u8 *ptr;
74         unsigned int nbytes;
75 };
76
77 static int setkey_fallback_cip(struct crypto_tfm *tfm, const u8 *in_key,
78                 unsigned int key_len)
79 {
80         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
81
82         sctx->fallback.cip->base.crt_flags &= ~CRYPTO_TFM_REQ_MASK;
83         sctx->fallback.cip->base.crt_flags |= (tfm->crt_flags &
84                         CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
85
86         return crypto_cipher_setkey(sctx->fallback.cip, in_key, key_len);
87 }
88
89 static int aes_set_key(struct crypto_tfm *tfm, const u8 *in_key,
90                        unsigned int key_len)
91 {
92         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
93         unsigned long fc;
94
95         /* Pick the correct function code based on the key length */
96         fc = (key_len == 16) ? CPACF_KM_AES_128 :
97              (key_len == 24) ? CPACF_KM_AES_192 :
98              (key_len == 32) ? CPACF_KM_AES_256 : 0;
99
100         /* Check if the function code is available */
101         sctx->fc = (fc && cpacf_test_func(&km_functions, fc)) ? fc : 0;
102         if (!sctx->fc)
103                 return setkey_fallback_cip(tfm, in_key, key_len);
104
105         sctx->key_len = key_len;
106         memcpy(sctx->key, in_key, key_len);
107         return 0;
108 }
109
110 static void crypto_aes_encrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
111 {
112         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
113
114         if (unlikely(!sctx->fc)) {
115                 crypto_cipher_encrypt_one(sctx->fallback.cip, out, in);
116                 return;
117         }
118         cpacf_km(sctx->fc, &sctx->key, out, in, AES_BLOCK_SIZE);
119 }
120
121 static void crypto_aes_decrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
122 {
123         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
124
125         if (unlikely(!sctx->fc)) {
126                 crypto_cipher_decrypt_one(sctx->fallback.cip, out, in);
127                 return;
128         }
129         cpacf_km(sctx->fc | CPACF_DECRYPT,
130                  &sctx->key, out, in, AES_BLOCK_SIZE);
131 }
132
133 static int fallback_init_cip(struct crypto_tfm *tfm)
134 {
135         const char *name = tfm->__crt_alg->cra_name;
136         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
137
138         sctx->fallback.cip = crypto_alloc_cipher(name, 0,
139                                                  CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK);
140
141         if (IS_ERR(sctx->fallback.cip)) {
142                 pr_err("Allocating AES fallback algorithm %s failed\n",
143                        name);
144                 return PTR_ERR(sctx->fallback.cip);
145         }
146
147         return 0;
148 }
149
150 static void fallback_exit_cip(struct crypto_tfm *tfm)
151 {
152         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
153
154         crypto_free_cipher(sctx->fallback.cip);
155         sctx->fallback.cip = NULL;
156 }
157
158 static struct crypto_alg aes_alg = {
159         .cra_name               =       "aes",
160         .cra_driver_name        =       "aes-s390",
161         .cra_priority           =       300,
162         .cra_flags              =       CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER |
163                                         CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK,
164         .cra_blocksize          =       AES_BLOCK_SIZE,
165         .cra_ctxsize            =       sizeof(struct s390_aes_ctx),
166         .cra_module             =       THIS_MODULE,
167         .cra_init               =       fallback_init_cip,
168         .cra_exit               =       fallback_exit_cip,
169         .cra_u                  =       {
170                 .cipher = {
171                         .cia_min_keysize        =       AES_MIN_KEY_SIZE,
172                         .cia_max_keysize        =       AES_MAX_KEY_SIZE,
173                         .cia_setkey             =       aes_set_key,
174                         .cia_encrypt            =       crypto_aes_encrypt,
175                         .cia_decrypt            =       crypto_aes_decrypt,
176                 }
177         }
178 };
179
180 static int setkey_fallback_skcipher(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *key,
181                                     unsigned int len)
182 {
183         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
184
185         crypto_skcipher_clear_flags(sctx->fallback.skcipher,
186                                     CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
187         crypto_skcipher_set_flags(sctx->fallback.skcipher,
188                                   crypto_skcipher_get_flags(tfm) &
189                                   CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
190         return crypto_skcipher_setkey(sctx->fallback.skcipher, key, len);
191 }
192
193 static int fallback_skcipher_crypt(struct s390_aes_ctx *sctx,
194                                    struct skcipher_request *req,
195                                    unsigned long modifier)
196 {
197         struct skcipher_request *subreq = skcipher_request_ctx(req);
198
199         *subreq = *req;
200         skcipher_request_set_tfm(subreq, sctx->fallback.skcipher);
201         return (modifier & CPACF_DECRYPT) ?
202                 crypto_skcipher_decrypt(subreq) :
203                 crypto_skcipher_encrypt(subreq);
204 }
205
206 static int ecb_aes_set_key(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
207                            unsigned int key_len)
208 {
209         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
210         unsigned long fc;
211
212         /* Pick the correct function code based on the key length */
213         fc = (key_len == 16) ? CPACF_KM_AES_128 :
214              (key_len == 24) ? CPACF_KM_AES_192 :
215              (key_len == 32) ? CPACF_KM_AES_256 : 0;
216
217         /* Check if the function code is available */
218         sctx->fc = (fc && cpacf_test_func(&km_functions, fc)) ? fc : 0;
219         if (!sctx->fc)
220                 return setkey_fallback_skcipher(tfm, in_key, key_len);
221
222         sctx->key_len = key_len;
223         memcpy(sctx->key, in_key, key_len);
224         return 0;
225 }
226
227 static int ecb_aes_crypt(struct skcipher_request *req, unsigned long modifier)
228 {
229         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
230         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
231         struct skcipher_walk walk;
232         unsigned int nbytes, n;
233         int ret;
234
235         if (unlikely(!sctx->fc))
236                 return fallback_skcipher_crypt(sctx, req, modifier);
237
238         ret = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
239         while ((nbytes = walk.nbytes) != 0) {
240                 /* only use complete blocks */
241                 n = nbytes & ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
242                 cpacf_km(sctx->fc | modifier, sctx->key,
243                          walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr, n);
244                 ret = skcipher_walk_done(&walk, nbytes - n);
245         }
246         return ret;
247 }
248
249 static int ecb_aes_encrypt(struct skcipher_request *req)
250 {
251         return ecb_aes_crypt(req, 0);
252 }
253
254 static int ecb_aes_decrypt(struct skcipher_request *req)
255 {
256         return ecb_aes_crypt(req, CPACF_DECRYPT);
257 }
258
259 static int fallback_init_skcipher(struct crypto_skcipher *tfm)
260 {
261         const char *name = crypto_tfm_alg_name(&tfm->base);
262         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
263
264         sctx->fallback.skcipher = crypto_alloc_skcipher(name, 0,
265                                 CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK | CRYPTO_ALG_ASYNC);
266
267         if (IS_ERR(sctx->fallback.skcipher)) {
268                 pr_err("Allocating AES fallback algorithm %s failed\n",
269                        name);
270                 return PTR_ERR(sctx->fallback.skcipher);
271         }
272
273         crypto_skcipher_set_reqsize(tfm, sizeof(struct skcipher_request) +
274                                     crypto_skcipher_reqsize(sctx->fallback.skcipher));
275         return 0;
276 }
277
278 static void fallback_exit_skcipher(struct crypto_skcipher *tfm)
279 {
280         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
281
282         crypto_free_skcipher(sctx->fallback.skcipher);
283 }
284
285 static struct skcipher_alg ecb_aes_alg = {
286         .base.cra_name          =       "ecb(aes)",
287         .base.cra_driver_name   =       "ecb-aes-s390",
288         .base.cra_priority      =       401,    /* combo: aes + ecb + 1 */
289         .base.cra_flags         =       CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK,
290         .base.cra_blocksize     =       AES_BLOCK_SIZE,
291         .base.cra_ctxsize       =       sizeof(struct s390_aes_ctx),
292         .base.cra_module        =       THIS_MODULE,
293         .init                   =       fallback_init_skcipher,
294         .exit                   =       fallback_exit_skcipher,
295         .min_keysize            =       AES_MIN_KEY_SIZE,
296         .max_keysize            =       AES_MAX_KEY_SIZE,
297         .setkey                 =       ecb_aes_set_key,
298         .encrypt                =       ecb_aes_encrypt,
299         .decrypt                =       ecb_aes_decrypt,
300 };
301
302 static int cbc_aes_set_key(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
303                            unsigned int key_len)
304 {
305         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
306         unsigned long fc;
307
308         /* Pick the correct function code based on the key length */
309         fc = (key_len == 16) ? CPACF_KMC_AES_128 :
310              (key_len == 24) ? CPACF_KMC_AES_192 :
311              (key_len == 32) ? CPACF_KMC_AES_256 : 0;
312
313         /* Check if the function code is available */
314         sctx->fc = (fc && cpacf_test_func(&kmc_functions, fc)) ? fc : 0;
315         if (!sctx->fc)
316                 return setkey_fallback_skcipher(tfm, in_key, key_len);
317
318         sctx->key_len = key_len;
319         memcpy(sctx->key, in_key, key_len);
320         return 0;
321 }
322
323 static int cbc_aes_crypt(struct skcipher_request *req, unsigned long modifier)
324 {
325         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
326         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
327         struct skcipher_walk walk;
328         unsigned int nbytes, n;
329         int ret;
330         struct {
331                 u8 iv[AES_BLOCK_SIZE];
332                 u8 key[AES_MAX_KEY_SIZE];
333         } param;
334
335         if (unlikely(!sctx->fc))
336                 return fallback_skcipher_crypt(sctx, req, modifier);
337
338         ret = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
339         if (ret)
340                 return ret;
341         memcpy(param.iv, walk.iv, AES_BLOCK_SIZE);
342         memcpy(param.key, sctx->key, sctx->key_len);
343         while ((nbytes = walk.nbytes) != 0) {
344                 /* only use complete blocks */
345                 n = nbytes & ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
346                 cpacf_kmc(sctx->fc | modifier, &param,
347                           walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr, n);
348                 memcpy(walk.iv, param.iv, AES_BLOCK_SIZE);
349                 ret = skcipher_walk_done(&walk, nbytes - n);
350         }
351         memzero_explicit(&param, sizeof(param));
352         return ret;
353 }
354
355 static int cbc_aes_encrypt(struct skcipher_request *req)
356 {
357         return cbc_aes_crypt(req, 0);
358 }
359
360 static int cbc_aes_decrypt(struct skcipher_request *req)
361 {
362         return cbc_aes_crypt(req, CPACF_DECRYPT);
363 }
364
365 static struct skcipher_alg cbc_aes_alg = {
366         .base.cra_name          =       "cbc(aes)",
367         .base.cra_driver_name   =       "cbc-aes-s390",
368         .base.cra_priority      =       402,    /* ecb-aes-s390 + 1 */
369         .base.cra_flags         =       CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK,
370         .base.cra_blocksize     =       AES_BLOCK_SIZE,
371         .base.cra_ctxsize       =       sizeof(struct s390_aes_ctx),
372         .base.cra_module        =       THIS_MODULE,
373         .init                   =       fallback_init_skcipher,
374         .exit                   =       fallback_exit_skcipher,
375         .min_keysize            =       AES_MIN_KEY_SIZE,
376         .max_keysize            =       AES_MAX_KEY_SIZE,
377         .ivsize                 =       AES_BLOCK_SIZE,
378         .setkey                 =       cbc_aes_set_key,
379         .encrypt                =       cbc_aes_encrypt,
380         .decrypt                =       cbc_aes_decrypt,
381 };
382
383 static int xts_fallback_setkey(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *key,
384                                unsigned int len)
385 {
386         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
387
388         crypto_skcipher_clear_flags(xts_ctx->fallback, CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
389         crypto_skcipher_set_flags(xts_ctx->fallback,
390                                   crypto_skcipher_get_flags(tfm) &
391                                   CRYPTO_TFM_REQ_MASK);
392         return crypto_skcipher_setkey(xts_ctx->fallback, key, len);
393 }
394
395 static int xts_aes_set_key(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
396                            unsigned int key_len)
397 {
398         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
399         unsigned long fc;
400         int err;
401
402         err = xts_fallback_setkey(tfm, in_key, key_len);
403         if (err)
404                 return err;
405
406         /* Pick the correct function code based on the key length */
407         fc = (key_len == 32) ? CPACF_KM_XTS_128 :
408              (key_len == 64) ? CPACF_KM_XTS_256 : 0;
409
410         /* Check if the function code is available */
411         xts_ctx->fc = (fc && cpacf_test_func(&km_functions, fc)) ? fc : 0;
412         if (!xts_ctx->fc)
413                 return 0;
414
415         /* Split the XTS key into the two subkeys */
416         key_len = key_len / 2;
417         xts_ctx->key_len = key_len;
418         memcpy(xts_ctx->key, in_key, key_len);
419         memcpy(xts_ctx->pcc_key, in_key + key_len, key_len);
420         return 0;
421 }
422
423 static int xts_aes_crypt(struct skcipher_request *req, unsigned long modifier)
424 {
425         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
426         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
427         struct skcipher_walk walk;
428         unsigned int offset, nbytes, n;
429         int ret;
430         struct {
431                 u8 key[32];
432                 u8 tweak[16];
433                 u8 block[16];
434                 u8 bit[16];
435                 u8 xts[16];
436         } pcc_param;
437         struct {
438                 u8 key[32];
439                 u8 init[16];
440         } xts_param;
441
442         if (req->cryptlen < AES_BLOCK_SIZE)
443                 return -EINVAL;
444
445         if (unlikely(!xts_ctx->fc || (req->cryptlen % AES_BLOCK_SIZE) != 0)) {
446                 struct skcipher_request *subreq = skcipher_request_ctx(req);
447
448                 *subreq = *req;
449                 skcipher_request_set_tfm(subreq, xts_ctx->fallback);
450                 return (modifier & CPACF_DECRYPT) ?
451                         crypto_skcipher_decrypt(subreq) :
452                         crypto_skcipher_encrypt(subreq);
453         }
454
455         ret = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
456         if (ret)
457                 return ret;
458         offset = xts_ctx->key_len & 0x10;
459         memset(pcc_param.block, 0, sizeof(pcc_param.block));
460         memset(pcc_param.bit, 0, sizeof(pcc_param.bit));
461         memset(pcc_param.xts, 0, sizeof(pcc_param.xts));
462         memcpy(pcc_param.tweak, walk.iv, sizeof(pcc_param.tweak));
463         memcpy(pcc_param.key + offset, xts_ctx->pcc_key, xts_ctx->key_len);
464         cpacf_pcc(xts_ctx->fc, pcc_param.key + offset);
465
466         memcpy(xts_param.key + offset, xts_ctx->key, xts_ctx->key_len);
467         memcpy(xts_param.init, pcc_param.xts, 16);
468
469         while ((nbytes = walk.nbytes) != 0) {
470                 /* only use complete blocks */
471                 n = nbytes & ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
472                 cpacf_km(xts_ctx->fc | modifier, xts_param.key + offset,
473                          walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr, n);
474                 ret = skcipher_walk_done(&walk, nbytes - n);
475         }
476         memzero_explicit(&pcc_param, sizeof(pcc_param));
477         memzero_explicit(&xts_param, sizeof(xts_param));
478         return ret;
479 }
480
481 static int xts_aes_encrypt(struct skcipher_request *req)
482 {
483         return xts_aes_crypt(req, 0);
484 }
485
486 static int xts_aes_decrypt(struct skcipher_request *req)
487 {
488         return xts_aes_crypt(req, CPACF_DECRYPT);
489 }
490
491 static int xts_fallback_init(struct crypto_skcipher *tfm)
492 {
493         const char *name = crypto_tfm_alg_name(&tfm->base);
494         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
495
496         xts_ctx->fallback = crypto_alloc_skcipher(name, 0,
497                                 CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK | CRYPTO_ALG_ASYNC);
498
499         if (IS_ERR(xts_ctx->fallback)) {
500                 pr_err("Allocating XTS fallback algorithm %s failed\n",
501                        name);
502                 return PTR_ERR(xts_ctx->fallback);
503         }
504         crypto_skcipher_set_reqsize(tfm, sizeof(struct skcipher_request) +
505                                     crypto_skcipher_reqsize(xts_ctx->fallback));
506         return 0;
507 }
508
509 static void xts_fallback_exit(struct crypto_skcipher *tfm)
510 {
511         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
512
513         crypto_free_skcipher(xts_ctx->fallback);
514 }
515
516 static struct skcipher_alg xts_aes_alg = {
517         .base.cra_name          =       "xts(aes)",
518         .base.cra_driver_name   =       "xts-aes-s390",
519         .base.cra_priority      =       402,    /* ecb-aes-s390 + 1 */
520         .base.cra_flags         =       CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK,
521         .base.cra_blocksize     =       AES_BLOCK_SIZE,
522         .base.cra_ctxsize       =       sizeof(struct s390_xts_ctx),
523         .base.cra_module        =       THIS_MODULE,
524         .init                   =       xts_fallback_init,
525         .exit                   =       xts_fallback_exit,
526         .min_keysize            =       2 * AES_MIN_KEY_SIZE,
527         .max_keysize            =       2 * AES_MAX_KEY_SIZE,
528         .ivsize                 =       AES_BLOCK_SIZE,
529         .setkey                 =       xts_aes_set_key,
530         .encrypt                =       xts_aes_encrypt,
531         .decrypt                =       xts_aes_decrypt,
532 };
533
534 static int fullxts_aes_set_key(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
535                                unsigned int key_len)
536 {
537         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
538         unsigned long fc;
539         int err;
540
541         err = xts_fallback_setkey(tfm, in_key, key_len);
542         if (err)
543                 return err;
544
545         /* Pick the correct function code based on the key length */
546         fc = (key_len == 32) ? CPACF_KM_XTS_128_FULL :
547              (key_len == 64) ? CPACF_KM_XTS_256_FULL : 0;
548
549         /* Check if the function code is available */
550         xts_ctx->fc = (fc && cpacf_test_func(&km_functions, fc)) ? fc : 0;
551         if (!xts_ctx->fc)
552                 return 0;
553
554         /* Store double-key */
555         memcpy(xts_ctx->keys, in_key, key_len);
556         xts_ctx->key_len = key_len;
557         return 0;
558 }
559
560 static int fullxts_aes_crypt(struct skcipher_request *req,  unsigned long modifier)
561 {
562         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
563         struct s390_xts_ctx *xts_ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
564         unsigned int offset, nbytes, n;
565         struct skcipher_walk walk;
566         int ret;
567         struct {
568                 __u8 key[64];
569                 __u8 tweak[16];
570                 __u8 nap[16];
571         } fxts_param = {
572                 .nap = {0},
573         };
574
575         if (req->cryptlen < AES_BLOCK_SIZE)
576                 return -EINVAL;
577
578         if (unlikely(!xts_ctx->fc || (req->cryptlen % AES_BLOCK_SIZE) != 0)) {
579                 struct skcipher_request *subreq = skcipher_request_ctx(req);
580
581                 *subreq = *req;
582                 skcipher_request_set_tfm(subreq, xts_ctx->fallback);
583                 return (modifier & CPACF_DECRYPT) ?
584                         crypto_skcipher_decrypt(subreq) :
585                         crypto_skcipher_encrypt(subreq);
586         }
587
588         ret = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
589         if (ret)
590                 return ret;
591
592         offset = xts_ctx->key_len & 0x20;
593         memcpy(fxts_param.key + offset, xts_ctx->keys, xts_ctx->key_len);
594         memcpy(fxts_param.tweak, req->iv, AES_BLOCK_SIZE);
595         fxts_param.nap[0] = 0x01; /* initial alpha power (1, little-endian) */
596
597         while ((nbytes = walk.nbytes) != 0) {
598                 /* only use complete blocks */
599                 n = nbytes & ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
600                 cpacf_km(xts_ctx->fc | modifier, fxts_param.key + offset,
601                          walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr, n);
602                 ret = skcipher_walk_done(&walk, nbytes - n);
603         }
604         memzero_explicit(&fxts_param, sizeof(fxts_param));
605         return ret;
606 }
607
608 static int fullxts_aes_encrypt(struct skcipher_request *req)
609 {
610         return fullxts_aes_crypt(req, 0);
611 }
612
613 static int fullxts_aes_decrypt(struct skcipher_request *req)
614 {
615         return fullxts_aes_crypt(req, CPACF_DECRYPT);
616 }
617
618 static struct skcipher_alg fullxts_aes_alg = {
619         .base.cra_name          =       "xts(aes)",
620         .base.cra_driver_name   =       "full-xts-aes-s390",
621         .base.cra_priority      =       403,    /* aes-xts-s390 + 1 */
622         .base.cra_flags         =       CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK,
623         .base.cra_blocksize     =       AES_BLOCK_SIZE,
624         .base.cra_ctxsize       =       sizeof(struct s390_xts_ctx),
625         .base.cra_module        =       THIS_MODULE,
626         .init                   =       xts_fallback_init,
627         .exit                   =       xts_fallback_exit,
628         .min_keysize            =       2 * AES_MIN_KEY_SIZE,
629         .max_keysize            =       2 * AES_MAX_KEY_SIZE,
630         .ivsize                 =       AES_BLOCK_SIZE,
631         .setkey                 =       fullxts_aes_set_key,
632         .encrypt                =       fullxts_aes_encrypt,
633         .decrypt                =       fullxts_aes_decrypt,
634 };
635
636 static int ctr_aes_set_key(struct crypto_skcipher *tfm, const u8 *in_key,
637                            unsigned int key_len)
638 {
639         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
640         unsigned long fc;
641
642         /* Pick the correct function code based on the key length */
643         fc = (key_len == 16) ? CPACF_KMCTR_AES_128 :
644              (key_len == 24) ? CPACF_KMCTR_AES_192 :
645              (key_len == 32) ? CPACF_KMCTR_AES_256 : 0;
646
647         /* Check if the function code is available */
648         sctx->fc = (fc && cpacf_test_func(&kmctr_functions, fc)) ? fc : 0;
649         if (!sctx->fc)
650                 return setkey_fallback_skcipher(tfm, in_key, key_len);
651
652         sctx->key_len = key_len;
653         memcpy(sctx->key, in_key, key_len);
654         return 0;
655 }
656
657 static unsigned int __ctrblk_init(u8 *ctrptr, u8 *iv, unsigned int nbytes)
658 {
659         unsigned int i, n;
660
661         /* only use complete blocks, max. PAGE_SIZE */
662         memcpy(ctrptr, iv, AES_BLOCK_SIZE);
663         n = (nbytes > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : nbytes & ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
664         for (i = (n / AES_BLOCK_SIZE) - 1; i > 0; i--) {
665                 memcpy(ctrptr + AES_BLOCK_SIZE, ctrptr, AES_BLOCK_SIZE);
666                 crypto_inc(ctrptr + AES_BLOCK_SIZE, AES_BLOCK_SIZE);
667                 ctrptr += AES_BLOCK_SIZE;
668         }
669         return n;
670 }
671
672 static int ctr_aes_crypt(struct skcipher_request *req)
673 {
674         struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
675         struct s390_aes_ctx *sctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
676         u8 buf[AES_BLOCK_SIZE], *ctrptr;
677         struct skcipher_walk walk;
678         unsigned int n, nbytes;
679         int ret, locked;
680
681         if (unlikely(!sctx->fc))
682                 return fallback_skcipher_crypt(sctx, req, 0);
683
684         locked = mutex_trylock(&ctrblk_lock);
685
686         ret = skcipher_walk_virt(&walk, req, false);
687         while ((nbytes = walk.nbytes) >= AES_BLOCK_SIZE) {
688                 n = AES_BLOCK_SIZE;
689
690                 if (nbytes >= 2*AES_BLOCK_SIZE && locked)
691                         n = __ctrblk_init(ctrblk, walk.iv, nbytes);
692                 ctrptr = (n > AES_BLOCK_SIZE) ? ctrblk : walk.iv;
693                 cpacf_kmctr(sctx->fc, sctx->key, walk.dst.virt.addr,
694                             walk.src.virt.addr, n, ctrptr);
695                 if (ctrptr == ctrblk)
696                         memcpy(walk.iv, ctrptr + n - AES_BLOCK_SIZE,
697                                AES_BLOCK_SIZE);
698                 crypto_inc(walk.iv, AES_BLOCK_SIZE);
699                 ret = skcipher_walk_done(&walk, nbytes - n);
700         }
701         if (locked)
702                 mutex_unlock(&ctrblk_lock);
703         /*
704          * final block may be < AES_BLOCK_SIZE, copy only nbytes
705          */
706         if (nbytes) {
707                 memset(buf, 0, AES_BLOCK_SIZE);
708                 memcpy(buf, walk.src.virt.addr, nbytes);
709                 cpacf_kmctr(sctx->fc, sctx->key, buf, buf,
710                             AES_BLOCK_SIZE, walk.iv);
711                 memcpy(walk.dst.virt.addr, buf, nbytes);
712                 crypto_inc(walk.iv, AES_BLOCK_SIZE);
713                 ret = skcipher_walk_done(&walk, 0);
714         }
715
716         return ret;
717 }
718
719 static struct skcipher_alg ctr_aes_alg = {
720         .base.cra_name          =       "ctr(aes)",
721         .base.cra_driver_name   =       "ctr-aes-s390",
722         .base.cra_priority      =       402,    /* ecb-aes-s390 + 1 */
723         .base.cra_flags         =       CRYPTO_ALG_NEED_FALLBACK,
724         .base.cra_blocksize     =       1,
725         .base.cra_ctxsize       =       sizeof(struct s390_aes_ctx),
726         .base.cra_module        =       THIS_MODULE,
727         .init                   =       fallback_init_skcipher,
728         .exit                   =       fallback_exit_skcipher,
729         .min_keysize            =       AES_MIN_KEY_SIZE,
730         .max_keysize            =       AES_MAX_KEY_SIZE,
731         .ivsize                 =       AES_BLOCK_SIZE,
732         .setkey                 =       ctr_aes_set_key,
733         .encrypt                =       ctr_aes_crypt,
734         .decrypt                =       ctr_aes_crypt,
735         .chunksize              =       AES_BLOCK_SIZE,
736 };
737
738 static int gcm_aes_setkey(struct crypto_aead *tfm, const u8 *key,
739                           unsigned int keylen)
740 {
741         struct s390_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(tfm);
742
743         switch (keylen) {
744         case AES_KEYSIZE_128:
745                 ctx->fc = CPACF_KMA_GCM_AES_128;
746                 break;
747         case AES_KEYSIZE_192:
748                 ctx->fc = CPACF_KMA_GCM_AES_192;
749                 break;
750         case AES_KEYSIZE_256:
751                 ctx->fc = CPACF_KMA_GCM_AES_256;
752                 break;
753         default:
754                 return -EINVAL;
755         }
756
757         memcpy(ctx->key, key, keylen);
758         ctx->key_len = keylen;
759         return 0;
760 }
761
762 static int gcm_aes_setauthsize(struct crypto_aead *tfm, unsigned int authsize)
763 {
764         switch (authsize) {
765         case 4:
766         case 8:
767         case 12:
768         case 13:
769         case 14:
770         case 15:
771         case 16:
772                 break;
773         default:
774                 return -EINVAL;
775         }
776
777         return 0;
778 }
779
780 static void gcm_walk_start(struct gcm_sg_walk *gw, struct scatterlist *sg,
781                            unsigned int len)
782 {
783         memset(gw, 0, sizeof(*gw));
784         gw->walk_bytes_remain = len;
785         scatterwalk_start(&gw->walk, sg);
786 }
787
788 static inline unsigned int _gcm_sg_clamp_and_map(struct gcm_sg_walk *gw)
789 {
790         struct scatterlist *nextsg;
791
792         gw->walk_bytes = scatterwalk_clamp(&gw->walk, gw->walk_bytes_remain);
793         while (!gw->walk_bytes) {
794                 nextsg = sg_next(gw->walk.sg);
795                 if (!nextsg)
796                         return 0;
797                 scatterwalk_start(&gw->walk, nextsg);
798                 gw->walk_bytes = scatterwalk_clamp(&gw->walk,
799                                                    gw->walk_bytes_remain);
800         }
801         gw->walk_ptr = scatterwalk_map(&gw->walk);
802         return gw->walk_bytes;
803 }
804
805 static inline void _gcm_sg_unmap_and_advance(struct gcm_sg_walk *gw,
806                                              unsigned int nbytes)
807 {
808         gw->walk_bytes_remain -= nbytes;
809         scatterwalk_unmap(gw->walk_ptr);
810         scatterwalk_advance(&gw->walk, nbytes);
811         scatterwalk_done(&gw->walk, 0, gw->walk_bytes_remain);
812         gw->walk_ptr = NULL;
813 }
814
815 static int gcm_in_walk_go(struct gcm_sg_walk *gw, unsigned int minbytesneeded)
816 {
817         int n;
818
819         if (gw->buf_bytes && gw->buf_bytes >= minbytesneeded) {
820                 gw->ptr = gw->buf;
821                 gw->nbytes = gw->buf_bytes;
822                 goto out;
823         }
824
825         if (gw->walk_bytes_remain == 0) {
826                 gw->ptr = NULL;
827                 gw->nbytes = 0;
828                 goto out;
829         }
830
831         if (!_gcm_sg_clamp_and_map(gw)) {
832                 gw->ptr = NULL;
833                 gw->nbytes = 0;
834                 goto out;
835         }
836
837         if (!gw->buf_bytes && gw->walk_bytes >= minbytesneeded) {
838                 gw->ptr = gw->walk_ptr;
839                 gw->nbytes = gw->walk_bytes;
840                 goto out;
841         }
842
843         while (1) {
844                 n = min(gw->walk_bytes, AES_BLOCK_SIZE - gw->buf_bytes);
845                 memcpy(gw->buf + gw->buf_bytes, gw->walk_ptr, n);
846                 gw->buf_bytes += n;
847                 _gcm_sg_unmap_and_advance(gw, n);
848                 if (gw->buf_bytes >= minbytesneeded) {
849                         gw->ptr = gw->buf;
850                         gw->nbytes = gw->buf_bytes;
851                         goto out;
852                 }
853                 if (!_gcm_sg_clamp_and_map(gw)) {
854                         gw->ptr = NULL;
855                         gw->nbytes = 0;
856                         goto out;
857                 }
858         }
859
860 out:
861         return gw->nbytes;
862 }
863
864 static int gcm_out_walk_go(struct gcm_sg_walk *gw, unsigned int minbytesneeded)
865 {
866         if (gw->walk_bytes_remain == 0) {
867                 gw->ptr = NULL;
868                 gw->nbytes = 0;
869                 goto out;
870         }
871
872         if (!_gcm_sg_clamp_and_map(gw)) {
873                 gw->ptr = NULL;
874                 gw->nbytes = 0;
875                 goto out;
876         }
877
878         if (gw->walk_bytes >= minbytesneeded) {
879                 gw->ptr = gw->walk_ptr;
880                 gw->nbytes = gw->walk_bytes;
881                 goto out;
882         }
883
884         scatterwalk_unmap(gw->walk_ptr);
885         gw->walk_ptr = NULL;
886
887         gw->ptr = gw->buf;
888         gw->nbytes = sizeof(gw->buf);
889
890 out:
891         return gw->nbytes;
892 }
893
894 static int gcm_in_walk_done(struct gcm_sg_walk *gw, unsigned int bytesdone)
895 {
896         if (gw->ptr == NULL)
897                 return 0;
898
899         if (gw->ptr == gw->buf) {
900                 int n = gw->buf_bytes - bytesdone;
901                 if (n > 0) {
902                         memmove(gw->buf, gw->buf + bytesdone, n);
903                         gw->buf_bytes = n;
904                 } else
905                         gw->buf_bytes = 0;
906         } else
907                 _gcm_sg_unmap_and_advance(gw, bytesdone);
908
909         return bytesdone;
910 }
911
912 static int gcm_out_walk_done(struct gcm_sg_walk *gw, unsigned int bytesdone)
913 {
914         int i, n;
915
916         if (gw->ptr == NULL)
917                 return 0;
918
919         if (gw->ptr == gw->buf) {
920                 for (i = 0; i < bytesdone; i += n) {
921                         if (!_gcm_sg_clamp_and_map(gw))
922                                 return i;
923                         n = min(gw->walk_bytes, bytesdone - i);
924                         memcpy(gw->walk_ptr, gw->buf + i, n);
925                         _gcm_sg_unmap_and_advance(gw, n);
926                 }
927         } else
928                 _gcm_sg_unmap_and_advance(gw, bytesdone);
929
930         return bytesdone;
931 }
932
933 static int gcm_aes_crypt(struct aead_request *req, unsigned int flags)
934 {
935         struct crypto_aead *tfm = crypto_aead_reqtfm(req);
936         struct s390_aes_ctx *ctx = crypto_aead_ctx(tfm);
937         unsigned int ivsize = crypto_aead_ivsize(tfm);
938         unsigned int taglen = crypto_aead_authsize(tfm);
939         unsigned int aadlen = req->assoclen;
940         unsigned int pclen = req->cryptlen;
941         int ret = 0;
942
943         unsigned int n, len, in_bytes, out_bytes,
944                      min_bytes, bytes, aad_bytes, pc_bytes;
945         struct gcm_sg_walk gw_in, gw_out;
946         u8 tag[GHASH_DIGEST_SIZE];
947
948         struct {
949                 u32 _[3];               /* reserved */
950                 u32 cv;                 /* Counter Value */
951                 u8 t[GHASH_DIGEST_SIZE];/* Tag */
952                 u8 h[AES_BLOCK_SIZE];   /* Hash-subkey */
953                 u64 taadl;              /* Total AAD Length */
954                 u64 tpcl;               /* Total Plain-/Cipher-text Length */
955                 u8 j0[GHASH_BLOCK_SIZE];/* initial counter value */
956                 u8 k[AES_MAX_KEY_SIZE]; /* Key */
957         } param;
958
959         /*
960          * encrypt
961          *   req->src: aad||plaintext
962          *   req->dst: aad||ciphertext||tag
963          * decrypt
964          *   req->src: aad||ciphertext||tag
965          *   req->dst: aad||plaintext, return 0 or -EBADMSG
966          * aad, plaintext and ciphertext may be empty.
967          */
968         if (flags & CPACF_DECRYPT)
969                 pclen -= taglen;
970         len = aadlen + pclen;
971
972         memset(&param, 0, sizeof(param));
973         param.cv = 1;
974         param.taadl = aadlen * 8;
975         param.tpcl = pclen * 8;
976         memcpy(param.j0, req->iv, ivsize);
977         *(u32 *)(param.j0 + ivsize) = 1;
978         memcpy(param.k, ctx->key, ctx->key_len);
979
980         gcm_walk_start(&gw_in, req->src, len);
981         gcm_walk_start(&gw_out, req->dst, len);
982
983         do {
984                 min_bytes = min_t(unsigned int,
985                                   aadlen > 0 ? aadlen : pclen, AES_BLOCK_SIZE);
986                 in_bytes = gcm_in_walk_go(&gw_in, min_bytes);
987                 out_bytes = gcm_out_walk_go(&gw_out, min_bytes);
988                 bytes = min(in_bytes, out_bytes);
989
990                 if (aadlen + pclen <= bytes) {
991                         aad_bytes = aadlen;
992                         pc_bytes = pclen;
993                         flags |= CPACF_KMA_LAAD | CPACF_KMA_LPC;
994                 } else {
995                         if (aadlen <= bytes) {
996                                 aad_bytes = aadlen;
997                                 pc_bytes = (bytes - aadlen) &
998                                            ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
999                                 flags |= CPACF_KMA_LAAD;
1000                         } else {
1001                                 aad_bytes = bytes & ~(AES_BLOCK_SIZE - 1);
1002                                 pc_bytes = 0;
1003                         }
1004                 }
1005
1006                 if (aad_bytes > 0)
1007                         memcpy(gw_out.ptr, gw_in.ptr, aad_bytes);
1008
1009                 cpacf_kma(ctx->fc | flags, &param,
1010                           gw_out.ptr + aad_bytes,
1011                           gw_in.ptr + aad_bytes, pc_bytes,
1012                           gw_in.ptr, aad_bytes);
1013
1014                 n = aad_bytes + pc_bytes;
1015                 if (gcm_in_walk_done(&gw_in, n) != n)
1016                         return -ENOMEM;
1017                 if (gcm_out_walk_done(&gw_out, n) != n)
1018                         return -ENOMEM;
1019                 aadlen -= aad_bytes;
1020                 pclen -= pc_bytes;
1021         } while (aadlen + pclen > 0);
1022
1023         if (flags & CPACF_DECRYPT) {
1024                 scatterwalk_map_and_copy(tag, req->src, len, taglen, 0);
1025                 if (crypto_memneq(tag, param.t, taglen))
1026                         ret = -EBADMSG;
1027         } else
1028                 scatterwalk_map_and_copy(param.t, req->dst, len, taglen, 1);
1029
1030         memzero_explicit(&param, sizeof(param));
1031         return ret;
1032 }
1033
1034 static int gcm_aes_encrypt(struct aead_request *req)
1035 {
1036         return gcm_aes_crypt(req, CPACF_ENCRYPT);
1037 }
1038
1039 static int gcm_aes_decrypt(struct aead_request *req)
1040 {
1041         return gcm_aes_crypt(req, CPACF_DECRYPT);
1042 }
1043
1044 static struct aead_alg gcm_aes_aead = {
1045         .setkey                 = gcm_aes_setkey,
1046         .setauthsize            = gcm_aes_setauthsize,
1047         .encrypt                = gcm_aes_encrypt,
1048         .decrypt                = gcm_aes_decrypt,
1049
1050         .ivsize                 = GHASH_BLOCK_SIZE - sizeof(u32),
1051         .maxauthsize            = GHASH_DIGEST_SIZE,
1052         .chunksize              = AES_BLOCK_SIZE,
1053
1054         .base                   = {
1055                 .cra_blocksize          = 1,
1056                 .cra_ctxsize            = sizeof(struct s390_aes_ctx),
1057                 .cra_priority           = 900,
1058                 .cra_name               = "gcm(aes)",
1059                 .cra_driver_name        = "gcm-aes-s390",
1060                 .cra_module             = THIS_MODULE,
1061         },
1062 };
1063
1064 static struct crypto_alg *aes_s390_alg;
1065 static struct skcipher_alg *aes_s390_skcipher_algs[5];
1066 static int aes_s390_skciphers_num;
1067 static struct aead_alg *aes_s390_aead_alg;
1068
1069 static int aes_s390_register_skcipher(struct skcipher_alg *alg)
1070 {
1071         int ret;
1072
1073         ret = crypto_register_skcipher(alg);
1074         if (!ret)
1075                 aes_s390_skcipher_algs[aes_s390_skciphers_num++] = alg;
1076         return ret;
1077 }
1078
1079 static void aes_s390_fini(void)
1080 {
1081         if (aes_s390_alg)
1082                 crypto_unregister_alg(aes_s390_alg);
1083         while (aes_s390_skciphers_num--)
1084                 crypto_unregister_skcipher(aes_s390_skcipher_algs[aes_s390_skciphers_num]);
1085         if (ctrblk)
1086                 free_page((unsigned long) ctrblk);
1087
1088         if (aes_s390_aead_alg)
1089                 crypto_unregister_aead(aes_s390_aead_alg);
1090 }
1091
1092 static int __init aes_s390_init(void)
1093 {
1094         int ret;
1095
1096         /* Query available functions for KM, KMC, KMCTR and KMA */
1097         cpacf_query(CPACF_KM, &km_functions);
1098         cpacf_query(CPACF_KMC, &kmc_functions);
1099         cpacf_query(CPACF_KMCTR, &kmctr_functions);
1100         cpacf_query(CPACF_KMA, &kma_functions);
1101
1102         if (cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_AES_128) ||
1103             cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_AES_192) ||
1104             cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_AES_256)) {
1105                 ret = crypto_register_alg(&aes_alg);
1106                 if (ret)
1107                         goto out_err;
1108                 aes_s390_alg = &aes_alg;
1109                 ret = aes_s390_register_skcipher(&ecb_aes_alg);
1110                 if (ret)
1111                         goto out_err;
1112         }
1113
1114         if (cpacf_test_func(&kmc_functions, CPACF_KMC_AES_128) ||
1115             cpacf_test_func(&kmc_functions, CPACF_KMC_AES_192) ||
1116             cpacf_test_func(&kmc_functions, CPACF_KMC_AES_256)) {
1117                 ret = aes_s390_register_skcipher(&cbc_aes_alg);
1118                 if (ret)
1119                         goto out_err;
1120         }
1121
1122         if (cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_XTS_128_FULL) ||
1123             cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_XTS_256_FULL)) {
1124                 ret = aes_s390_register_skcipher(&fullxts_aes_alg);
1125                 if (ret)
1126                         goto out_err;
1127         }
1128
1129         if (cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_XTS_128) ||
1130             cpacf_test_func(&km_functions, CPACF_KM_XTS_256)) {
1131                 ret = aes_s390_register_skcipher(&xts_aes_alg);
1132                 if (ret)
1133                         goto out_err;
1134         }
1135
1136         if (cpacf_test_func(&kmctr_functions, CPACF_KMCTR_AES_128) ||
1137             cpacf_test_func(&kmctr_functions, CPACF_KMCTR_AES_192) ||
1138             cpacf_test_func(&kmctr_functions, CPACF_KMCTR_AES_256)) {
1139                 ctrblk = (u8 *) __get_free_page(GFP_KERNEL);
1140                 if (!ctrblk) {
1141                         ret = -ENOMEM;
1142                         goto out_err;
1143                 }
1144                 ret = aes_s390_register_skcipher(&ctr_aes_alg);
1145                 if (ret)
1146                         goto out_err;
1147         }
1148
1149         if (cpacf_test_func(&kma_functions, CPACF_KMA_GCM_AES_128) ||
1150             cpacf_test_func(&kma_functions, CPACF_KMA_GCM_AES_192) ||
1151             cpacf_test_func(&kma_functions, CPACF_KMA_GCM_AES_256)) {
1152                 ret = crypto_register_aead(&gcm_aes_aead);
1153                 if (ret)
1154                         goto out_err;
1155                 aes_s390_aead_alg = &gcm_aes_aead;
1156         }
1157
1158         return 0;
1159 out_err:
1160         aes_s390_fini();
1161         return ret;
1162 }
1163
1164 module_cpu_feature_match(S390_CPU_FEATURE_MSA, aes_s390_init);
1165 module_exit(aes_s390_fini);
1166
1167 MODULE_ALIAS_CRYPTO("aes-all");
1168
1169 MODULE_DESCRIPTION("Rijndael (AES) Cipher Algorithm");
1170 MODULE_LICENSE("GPL");
1171 MODULE_IMPORT_NS(CRYPTO_INTERNAL);