fs/crypto/fscrypt_private.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 /*
   3  * fscrypt_private.h
   4  *
   5  * Copyright (C) 2015, Google, Inc.
   6  *
   7  * Originally written by Michael Halcrow, Ildar Muslukhov, and Uday Savagaonkar.
   8  * Heavily modified since then.
   9  */
  10
  11 #ifndef _FSCRYPT_PRIVATE_H
  12 #define _FSCRYPT_PRIVATE_H
  13
  14 #include <linux/fscrypt.h>
  15 #include <crypto/hash.h>
  16
  17 #define CONST_STRLEN(str)       (sizeof(str) - 1)
  18
  19 #define FS_KEY_DERIVATION_NONCE_SIZE    16
  20
  21 #define FSCRYPT_MIN_KEY_SIZE            16
  22
  23 #define FSCRYPT_CONTEXT_V1      1
  24 #define FSCRYPT_CONTEXT_V2      2
  25
  26 struct fscrypt_context_v1 {
  27         u8 version; /* FSCRYPT_CONTEXT_V1 */
  28         u8 contents_encryption_mode;
  29         u8 filenames_encryption_mode;
  30         u8 flags;
  31         u8 master_key_descriptor[FSCRYPT_KEY_DESCRIPTOR_SIZE];
  32         u8 nonce[FS_KEY_DERIVATION_NONCE_SIZE];
  33 };
  34
  35 struct fscrypt_context_v2 {
  36         u8 version; /* FSCRYPT_CONTEXT_V2 */
  37         u8 contents_encryption_mode;
  38         u8 filenames_encryption_mode;
  39         u8 flags;
  40         u8 __reserved[4];
  41         u8 master_key_identifier[FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE];
  42         u8 nonce[FS_KEY_DERIVATION_NONCE_SIZE];
  43 };
  44
  45 /**
  46  * fscrypt_context - the encryption context of an inode
  47  *
  48  * This is the on-disk equivalent of an fscrypt_policy, stored alongside each
  49  * encrypted file usually in a hidden extended attribute.  It contains the
  50  * fields from the fscrypt_policy, in order to identify the encryption algorithm
  51  * and key with which the file is encrypted.  It also contains a nonce that was
  52  * randomly generated by fscrypt itself; this is used as KDF input or as a tweak
  53  * to cause different files to be encrypted differently.
  54  */
  55 union fscrypt_context {
  56         u8 version;
  57         struct fscrypt_context_v1 v1;
  58         struct fscrypt_context_v2 v2;
  59 };
  60
  61 /*
  62  * Return the size expected for the given fscrypt_context based on its version
  63  * number, or 0 if the context version is unrecognized.
  64  */
  65 static inline int fscrypt_context_size(const union fscrypt_context *ctx)
  66 {
  67         switch (ctx->version) {
  68         case FSCRYPT_CONTEXT_V1:
  69                 BUILD_BUG_ON(sizeof(ctx->v1) != 28);
  70                 return sizeof(ctx->v1);
  71         case FSCRYPT_CONTEXT_V2:
  72                 BUILD_BUG_ON(sizeof(ctx->v2) != 40);
  73                 return sizeof(ctx->v2);
  74         }
  75         return 0;
  76 }
  77
  78 #undef fscrypt_policy
  79 union fscrypt_policy {
  80         u8 version;
  81         struct fscrypt_policy_v1 v1;
  82         struct fscrypt_policy_v2 v2;
  83 };
  84
  85 /*
  86  * Return the size expected for the given fscrypt_policy based on its version
  87  * number, or 0 if the policy version is unrecognized.
  88  */
  89 static inline int fscrypt_policy_size(const union fscrypt_policy *policy)
  90 {
  91         switch (policy->version) {
  92         case FSCRYPT_POLICY_V1:
  93                 return sizeof(policy->v1);
  94         case FSCRYPT_POLICY_V2:
  95                 return sizeof(policy->v2);
  96         }
  97         return 0;
  98 }
  99
 100 /* Return the contents encryption mode of a valid encryption policy */
 101 static inline u8
 102 fscrypt_policy_contents_mode(const union fscrypt_policy *policy)
 103 {
 104         switch (policy->version) {
 105         case FSCRYPT_POLICY_V1:
 106                 return policy->v1.contents_encryption_mode;
 107         case FSCRYPT_POLICY_V2:
 108                 return policy->v2.contents_encryption_mode;
 109         }
 110         BUG();
 111 }
 112
 113 /* Return the filenames encryption mode of a valid encryption policy */
 114 static inline u8
 115 fscrypt_policy_fnames_mode(const union fscrypt_policy *policy)
 116 {
 117         switch (policy->version) {
 118         case FSCRYPT_POLICY_V1:
 119                 return policy->v1.filenames_encryption_mode;
 120         case FSCRYPT_POLICY_V2:
 121                 return policy->v2.filenames_encryption_mode;
 122         }
 123         BUG();
 124 }
 125
 126 /* Return the flags (FSCRYPT_POLICY_FLAG*) of a valid encryption policy */
 127 static inline u8
 128 fscrypt_policy_flags(const union fscrypt_policy *policy)
 129 {
 130         switch (policy->version) {
 131         case FSCRYPT_POLICY_V1:
 132                 return policy->v1.flags;
 133         case FSCRYPT_POLICY_V2:
 134                 return policy->v2.flags;
 135         }
 136         BUG();
 137 }
 138
 139 /**
 140  * For encrypted symlinks, the ciphertext length is stored at the beginning
 141  * of the string in little-endian format.
 142  */
 143 struct fscrypt_symlink_data {
 144         __le16 len;
 145         char encrypted_path[1];
 146 } __packed;
 147
 148 /*
 149  * fscrypt_info - the "encryption key" for an inode
 150  *
 151  * When an encrypted file's key is made available, an instance of this struct is
 152  * allocated and stored in ->i_crypt_info.  Once created, it remains until the
 153  * inode is evicted.
 154  */
 155 struct fscrypt_info {
 156
 157         /* The actual crypto transform used for encryption and decryption */
 158         struct crypto_skcipher *ci_ctfm;
 159
 160         /* True if the key should be freed when this fscrypt_info is freed */
 161         bool ci_owns_key;
 162
 163         /*
 164          * Encryption mode used for this inode.  It corresponds to either the
 165          * contents or filenames encryption mode, depending on the inode type.
 166          */
 167         struct fscrypt_mode *ci_mode;
 168
 169         /* Back-pointer to the inode */
 170         struct inode *ci_inode;
 171
 172         /*
 173          * The master key with which this inode was unlocked (decrypted).  This
 174          * will be NULL if the master key was found in a process-subscribed
 175          * keyring rather than in the filesystem-level keyring.
 176          */
 177         struct key *ci_master_key;
 178
 179         /*
 180          * Link in list of inodes that were unlocked with the master key.
 181          * Only used when ->ci_master_key is set.
 182          */
 183         struct list_head ci_master_key_link;
 184
 185         /*
 186          * If non-NULL, then encryption is done using the master key directly
 187          * and ci_ctfm will equal ci_direct_key->dk_ctfm.
 188          */
 189         struct fscrypt_direct_key *ci_direct_key;
 190
 191         /* The encryption policy used by this inode */
 192         union fscrypt_policy ci_policy;
 193
 194         /* This inode's nonce, copied from the fscrypt_context */
 195         u8 ci_nonce[FS_KEY_DERIVATION_NONCE_SIZE];
 196 };
 197
 198 typedef enum {
 199         FS_DECRYPT = 0,
 200         FS_ENCRYPT,
 201 } fscrypt_direction_t;
 202
 203 /* crypto.c */
 204 extern struct kmem_cache *fscrypt_info_cachep;
 205 extern int fscrypt_initialize(unsigned int cop_flags);
 206 extern int fscrypt_crypt_block(const struct inode *inode,
 207                                fscrypt_direction_t rw, u64 lblk_num,
 208                                struct page *src_page, struct page *dest_page,
 209                                unsigned int len, unsigned int offs,
 210                                gfp_t gfp_flags);
 211 extern struct page *fscrypt_alloc_bounce_page(gfp_t gfp_flags);
 212
 213 extern void __printf(3, 4) __cold
 214 fscrypt_msg(const struct inode *inode, const char *level, const char *fmt, ...);
 215
 216 #define fscrypt_warn(inode, fmt, ...)           \
 217         fscrypt_msg((inode), KERN_WARNING, fmt, ##__VA_ARGS__)
 218 #define fscrypt_err(inode, fmt, ...)            \
 219         fscrypt_msg((inode), KERN_ERR, fmt, ##__VA_ARGS__)
 220
 221 #define FSCRYPT_MAX_IV_SIZE     32
 222
 223 union fscrypt_iv {
 224         struct {
 225                 /* logical block number within the file */
 226                 __le64 lblk_num;
 227
 228                 /* per-file nonce; only set in DIRECT_KEY mode */
 229                 u8 nonce[FS_KEY_DERIVATION_NONCE_SIZE];
 230         };
 231         u8 raw[FSCRYPT_MAX_IV_SIZE];
 232 };
 233
 234 void fscrypt_generate_iv(union fscrypt_iv *iv, u64 lblk_num,
 235                          const struct fscrypt_info *ci);
 236
 237 /* fname.c */
 238 extern int fscrypt_fname_encrypt(const struct inode *inode,
 239                                  const struct qstr *iname,
 240                                  u8 *out, unsigned int olen);
 241 extern bool fscrypt_fname_encrypted_size(const struct inode *inode,
 242                                          u32 orig_len, u32 max_len,
 243                                          u32 *encrypted_len_ret);
 244 extern const struct dentry_operations fscrypt_d_ops;
 245
 246 /* hkdf.c */
 247
 248 struct fscrypt_hkdf {
 249         struct crypto_shash *hmac_tfm;
 250 };
 251
 252 extern int fscrypt_init_hkdf(struct fscrypt_hkdf *hkdf, const u8 *master_key,
 253                              unsigned int master_key_size);
 254
 255 /*
 256  * The list of contexts in which fscrypt uses HKDF.  These values are used as
 257  * the first byte of the HKDF application-specific info string to guarantee that
 258  * info strings are never repeated between contexts.  This ensures that all HKDF
 259  * outputs are unique and cryptographically isolated, i.e. knowledge of one
 260  * output doesn't reveal another.
 261  */
 262 #define HKDF_CONTEXT_KEY_IDENTIFIER     1
 263 #define HKDF_CONTEXT_PER_FILE_KEY       2
 264 #define HKDF_CONTEXT_DIRECT_KEY         3
 265 #define HKDF_CONTEXT_IV_INO_LBLK_64_KEY 4
 266
 267 extern int fscrypt_hkdf_expand(const struct fscrypt_hkdf *hkdf, u8 context,
 268                                const u8 *info, unsigned int infolen,
 269                                u8 *okm, unsigned int okmlen);
 270
 271 extern void fscrypt_destroy_hkdf(struct fscrypt_hkdf *hkdf);
 272
 273 /* keyring.c */
 274
 275 /*
 276  * fscrypt_master_key_secret - secret key material of an in-use master key
 277  */
 278 struct fscrypt_master_key_secret {
 279
 280         /*
 281          * For v2 policy keys: HKDF context keyed by this master key.
 282          * For v1 policy keys: not set (hkdf.hmac_tfm == NULL).
 283          */
 284         struct fscrypt_hkdf     hkdf;
 285
 286         /* Size of the raw key in bytes.  Set even if ->raw isn't set. */
 287         u32                     size;
 288
 289         /* For v1 policy keys: the raw key.  Wiped for v2 policy keys. */
 290         u8                      raw[FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE];
 291
 292 } __randomize_layout;
 293
 294 /*
 295  * fscrypt_master_key - an in-use master key
 296  *
 297  * This represents a master encryption key which has been added to the
 298  * filesystem and can be used to "unlock" the encrypted files which were
 299  * encrypted with it.
 300  */
 301 struct fscrypt_master_key {
 302
 303         /*
 304          * The secret key material.  After FS_IOC_REMOVE_ENCRYPTION_KEY is
 305          * executed, this is wiped and no new inodes can be unlocked with this
 306          * key; however, there may still be inodes in ->mk_decrypted_inodes
 307          * which could not be evicted.  As long as some inodes still remain,
 308          * FS_IOC_REMOVE_ENCRYPTION_KEY can be retried, or
 309          * FS_IOC_ADD_ENCRYPTION_KEY can add the secret again.
 310          *
 311          * Locking: protected by key->sem (outer) and mk_secret_sem (inner).
 312          * The reason for two locks is that key->sem also protects modifying
 313          * mk_users, which ranks it above the semaphore for the keyring key
 314          * type, which is in turn above page faults (via keyring_read).  But
 315          * sometimes filesystems call fscrypt_get_encryption_info() from within
 316          * a transaction, which ranks it below page faults.  So we need a
 317          * separate lock which protects mk_secret but not also mk_users.
 318          */
 319         struct fscrypt_master_key_secret        mk_secret;
 320         struct rw_semaphore                     mk_secret_sem;
 321
 322         /*
 323          * For v1 policy keys: an arbitrary key descriptor which was assigned by
 324          * userspace (->descriptor).
 325          *
 326          * For v2 policy keys: a cryptographic hash of this key (->identifier).
 327          */
 328         struct fscrypt_key_specifier            mk_spec;
 329
 330         /*
 331          * Keyring which contains a key of type 'key_type_fscrypt_user' for each
 332          * user who has added this key.  Normally each key will be added by just
 333          * one user, but it's possible that multiple users share a key, and in
 334          * that case we need to keep track of those users so that one user can't
 335          * remove the key before the others want it removed too.
 336          *
 337          * This is NULL for v1 policy keys; those can only be added by root.
 338          *
 339          * Locking: in addition to this keyrings own semaphore, this is
 340          * protected by the master key's key->sem, so we can do atomic
 341          * search+insert.  It can also be searched without taking any locks, but
 342          * in that case the returned key may have already been removed.
 343          */
 344         struct key              *mk_users;
 345
 346         /*
 347          * Length of ->mk_decrypted_inodes, plus one if mk_secret is present.
 348          * Once this goes to 0, the master key is removed from ->s_master_keys.
 349          * The 'struct fscrypt_master_key' will continue to live as long as the
 350          * 'struct key' whose payload it is, but we won't let this reference
 351          * count rise again.
 352          */
 353         refcount_t              mk_refcount;
 354
 355         /*
 356          * List of inodes that were unlocked using this key.  This allows the
 357          * inodes to be evicted efficiently if the key is removed.
 358          */
 359         struct list_head        mk_decrypted_inodes;
 360         spinlock_t              mk_decrypted_inodes_lock;
 361
 362         /* Crypto API transforms for DIRECT_KEY policies, allocated on-demand */
 363         struct crypto_skcipher  *mk_direct_tfms[__FSCRYPT_MODE_MAX + 1];
 364
 365         /*
 366          * Crypto API transforms for filesystem-layer implementation of
 367          * IV_INO_LBLK_64 policies, allocated on-demand.
 368          */
 369         struct crypto_skcipher  *mk_iv_ino_lblk_64_tfms[__FSCRYPT_MODE_MAX + 1];
 370
 371 } __randomize_layout;
 372
 373 static inline bool
 374 is_master_key_secret_present(const struct fscrypt_master_key_secret *secret)
 375 {
 376         /*
 377          * The READ_ONCE() is only necessary for fscrypt_drop_inode() and
 378          * fscrypt_key_describe().  These run in atomic context, so they can't
 379          * take ->mk_secret_sem and thus 'secret' can change concurrently which
 380          * would be a data race.  But they only need to know whether the secret
 381          * *was* present at the time of check, so READ_ONCE() suffices.
 382          */
 383         return READ_ONCE(secret->size) != 0;
 384 }
 385
 386 static inline const char *master_key_spec_type(
 387                                 const struct fscrypt_key_specifier *spec)
 388 {
 389         switch (spec->type) {
 390         case FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR:
 391                 return "descriptor";
 392         case FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER:
 393                 return "identifier";
 394         }
 395         return "[unknown]";
 396 }
 397
 398 static inline int master_key_spec_len(const struct fscrypt_key_specifier *spec)
 399 {
 400         switch (spec->type) {
 401         case FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR:
 402                 return FSCRYPT_KEY_DESCRIPTOR_SIZE;
 403         case FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER:
 404                 return FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE;
 405         }
 406         return 0;
 407 }
 408
 409 extern struct key *
 410 fscrypt_find_master_key(struct super_block *sb,
 411                         const struct fscrypt_key_specifier *mk_spec);
 412
 413 extern int fscrypt_verify_key_added(struct super_block *sb,
 414                                     const u8 identifier[FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE]);
 415
 416 extern int __init fscrypt_init_keyring(void);
 417
 418 /* keysetup.c */
 419
 420 struct fscrypt_mode {
 421         const char *friendly_name;
 422         const char *cipher_str;
 423         int keysize;
 424         int ivsize;
 425         int logged_impl_name;
 426 };
 427
 428 extern struct fscrypt_mode fscrypt_modes[];
 429
 430 extern struct crypto_skcipher *
 431 fscrypt_allocate_skcipher(struct fscrypt_mode *mode, const u8 *raw_key,
 432                           const struct inode *inode);
 433
 434 extern int fscrypt_set_derived_key(struct fscrypt_info *ci,
 435                                    const u8 *derived_key);
 436
 437 /* keysetup_v1.c */
 438
 439 extern void fscrypt_put_direct_key(struct fscrypt_direct_key *dk);
 440
 441 extern int fscrypt_setup_v1_file_key(struct fscrypt_info *ci,
 442                                      const u8 *raw_master_key);
 443
 444 extern int fscrypt_setup_v1_file_key_via_subscribed_keyrings(
 445                                         struct fscrypt_info *ci);
 446 /* policy.c */
 447
 448 extern bool fscrypt_policies_equal(const union fscrypt_policy *policy1,
 449                                    const union fscrypt_policy *policy2);
 450 extern bool fscrypt_supported_policy(const union fscrypt_policy *policy_u,
 451                                      const struct inode *inode);
 452 extern int fscrypt_policy_from_context(union fscrypt_policy *policy_u,
 453                                        const union fscrypt_context *ctx_u,
 454                                        int ctx_size);
 455
 456 #endif /* _FSCRYPT_PRIVATE_H */