security/integrity/ima/ima_crypto.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2005,2006,2007,2008 IBM Corporation
   3  *
   4  * Authors:
   5  * Mimi Zohar <zohar@us.ibm.com>
   6  * Kylene Hall <kjhall@us.ibm.com>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation, version 2 of the License.
  11  *
  12  * File: ima_crypto.c
  13  *      Calculates md5/sha1 file hash, template hash, boot-aggreate hash
  14  */
  15
  16 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
  17
  18 #include <linux/kernel.h>
  19 #include <linux/moduleparam.h>
  20 #include <linux/ratelimit.h>
  21 #include <linux/file.h>
  22 #include <linux/crypto.h>
  23 #include <linux/scatterlist.h>
  24 #include <linux/err.h>
  25 #include <linux/slab.h>
  26 #include <crypto/hash.h>
  27 #include <crypto/hash_info.h>
  28 #include "ima.h"
  29
  30 struct ahash_completion {
  31         struct completion completion;
  32         int err;
  33 };
  34
  35 /* minimum file size for ahash use */
  36 static unsigned long ima_ahash_minsize;
  37 module_param_named(ahash_minsize, ima_ahash_minsize, ulong, 0644);
  38 MODULE_PARM_DESC(ahash_minsize, "Minimum file size for ahash use");
  39
  40 /* default is 0 - 1 page. */
  41 static int ima_maxorder;
  42 static unsigned int ima_bufsize = PAGE_SIZE;
  43
  44 static int param_set_bufsize(const char *val, const struct kernel_param *kp)
  45 {
  46         unsigned long long size;
  47         int order;
  48
  49         size = memparse(val, NULL);
  50         order = get_order(size);
  51         if (order >= MAX_ORDER)
  52                 return -EINVAL;
  53         ima_maxorder = order;
  54         ima_bufsize = PAGE_SIZE << order;
  55         return 0;
  56 }
  57
  58 static struct kernel_param_ops param_ops_bufsize = {
  59         .set = param_set_bufsize,
  60         .get = param_get_uint,
  61 };
  62 #define param_check_bufsize(name, p) __param_check(name, p, unsigned int)
  63
  64 module_param_named(ahash_bufsize, ima_bufsize, bufsize, 0644);
  65 MODULE_PARM_DESC(ahash_bufsize, "Maximum ahash buffer size");
  66
  67 static struct crypto_shash *ima_shash_tfm;
  68 static struct crypto_ahash *ima_ahash_tfm;
  69
  70 /**
  71  * ima_kernel_read - read file content
  72  *
  73  * This is a function for reading file content instead of kernel_read().
  74  * It does not perform locking checks to ensure it cannot be blocked.
  75  * It does not perform security checks because it is irrelevant for IMA.
  76  *
  77  */
  78 static int ima_kernel_read(struct file *file, loff_t offset,
  79                            char *addr, unsigned long count)
  80 {
  81         mm_segment_t old_fs;
  82         char __user *buf = addr;
  83         ssize_t ret = -EINVAL;
  84
  85         if (!(file->f_mode & FMODE_READ))
  86                 return -EBADF;
  87
  88         old_fs = get_fs();
  89         set_fs(get_ds());
  90         if (file->f_op->read)
  91                 ret = file->f_op->read(file, buf, count, &offset);
  92         else if (file->f_op->aio_read)
  93                 ret = do_sync_read(file, buf, count, &offset);
  94         else if (file->f_op->read_iter)
  95                 ret = new_sync_read(file, buf, count, &offset);
  96         set_fs(old_fs);
  97         return ret;
  98 }
  99
 100 int __init ima_init_crypto(void)
 101 {
 102         long rc;
 103
 104         ima_shash_tfm = crypto_alloc_shash(hash_algo_name[ima_hash_algo], 0, 0);
 105         if (IS_ERR(ima_shash_tfm)) {
 106                 rc = PTR_ERR(ima_shash_tfm);
 107                 pr_err("Can not allocate %s (reason: %ld)\n",
 108                        hash_algo_name[ima_hash_algo], rc);
 109                 return rc;
 110         }
 111         return 0;
 112 }
 113
 114 static struct crypto_shash *ima_alloc_tfm(enum hash_algo algo)
 115 {
 116         struct crypto_shash *tfm = ima_shash_tfm;
 117         int rc;
 118
 119         if (algo < 0 || algo >= HASH_ALGO__LAST)
 120                 algo = ima_hash_algo;
 121
 122         if (algo != ima_hash_algo) {
 123                 tfm = crypto_alloc_shash(hash_algo_name[algo], 0, 0);
 124                 if (IS_ERR(tfm)) {
 125                         rc = PTR_ERR(tfm);
 126                         pr_err("Can not allocate %s (reason: %d)\n",
 127                                hash_algo_name[algo], rc);
 128                 }
 129         }
 130         return tfm;
 131 }
 132
 133 static void ima_free_tfm(struct crypto_shash *tfm)
 134 {
 135         if (tfm != ima_shash_tfm)
 136                 crypto_free_shash(tfm);
 137 }
 138
 139 /**
 140  * ima_alloc_pages() - Allocate contiguous pages.
 141  * @max_size:       Maximum amount of memory to allocate.
 142  * @allocated_size: Returned size of actual allocation.
 143  * @last_warn:      Should the min_size allocation warn or not.
 144  *
 145  * Tries to do opportunistic allocation for memory first trying to allocate
 146  * max_size amount of memory and then splitting that until zero order is
 147  * reached. Allocation is tried without generating allocation warnings unless
 148  * last_warn is set. Last_warn set affects only last allocation of zero order.
 149  *
 150  * By default, ima_maxorder is 0 and it is equivalent to kmalloc(GFP_KERNEL)
 151  *
 152  * Return pointer to allocated memory, or NULL on failure.
 153  */
 154 static void *ima_alloc_pages(loff_t max_size, size_t *allocated_size,
 155                              int last_warn)
 156 {
 157         void *ptr;
 158         int order = ima_maxorder;
 159         gfp_t gfp_mask = __GFP_WAIT | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY;
 160
 161         if (order)
 162                 order = min(get_order(max_size), order);
 163
 164         for (; order; order--) {
 165                 ptr = (void *)__get_free_pages(gfp_mask, order);
 166                 if (ptr) {
 167                         *allocated_size = PAGE_SIZE << order;
 168                         return ptr;
 169                 }
 170         }
 171
 172         /* order is zero - one page */
 173
 174         gfp_mask = GFP_KERNEL;
 175
 176         if (!last_warn)
 177                 gfp_mask |= __GFP_NOWARN;
 178
 179         ptr = (void *)__get_free_pages(gfp_mask, 0);
 180         if (ptr) {
 181                 *allocated_size = PAGE_SIZE;
 182                 return ptr;
 183         }
 184
 185         *allocated_size = 0;
 186         return NULL;
 187 }
 188
 189 /**
 190  * ima_free_pages() - Free pages allocated by ima_alloc_pages().
 191  * @ptr:  Pointer to allocated pages.
 192  * @size: Size of allocated buffer.
 193  */
 194 static void ima_free_pages(void *ptr, size_t size)
 195 {
 196         if (!ptr)
 197                 return;
 198         free_pages((unsigned long)ptr, get_order(size));
 199 }
 200
 201 static struct crypto_ahash *ima_alloc_atfm(enum hash_algo algo)
 202 {
 203         struct crypto_ahash *tfm = ima_ahash_tfm;
 204         int rc;
 205
 206         if (algo < 0 || algo >= HASH_ALGO__LAST)
 207                 algo = ima_hash_algo;
 208
 209         if (algo != ima_hash_algo || !tfm) {
 210                 tfm = crypto_alloc_ahash(hash_algo_name[algo], 0, 0);
 211                 if (!IS_ERR(tfm)) {
 212                         if (algo == ima_hash_algo)
 213                                 ima_ahash_tfm = tfm;
 214                 } else {
 215                         rc = PTR_ERR(tfm);
 216                         pr_err("Can not allocate %s (reason: %d)\n",
 217                                hash_algo_name[algo], rc);
 218                 }
 219         }
 220         return tfm;
 221 }
 222
 223 static void ima_free_atfm(struct crypto_ahash *tfm)
 224 {
 225         if (tfm != ima_ahash_tfm)
 226                 crypto_free_ahash(tfm);
 227 }
 228
 229 static void ahash_complete(struct crypto_async_request *req, int err)
 230 {
 231         struct ahash_completion *res = req->data;
 232
 233         if (err == -EINPROGRESS)
 234                 return;
 235         res->err = err;
 236         complete(&res->completion);
 237 }
 238
 239 static int ahash_wait(int err, struct ahash_completion *res)
 240 {
 241         switch (err) {
 242         case 0:
 243                 break;
 244         case -EINPROGRESS:
 245         case -EBUSY:
 246                 wait_for_completion(&res->completion);
 247                 reinit_completion(&res->completion);
 248                 err = res->err;
 249                 /* fall through */
 250         default:
 251                 pr_crit_ratelimited("ahash calculation failed: err: %d\n", err);
 252         }
 253
 254         return err;
 255 }
 256
 257 static int ima_calc_file_hash_atfm(struct file *file,
 258                                    struct ima_digest_data *hash,
 259                                    struct crypto_ahash *tfm)
 260 {
 261         loff_t i_size, offset;
 262         char *rbuf[2] = { NULL, };
 263         int rc, read = 0, rbuf_len, active = 0, ahash_rc = 0;
 264         struct ahash_request *req;
 265         struct scatterlist sg[1];
 266         struct ahash_completion res;
 267         size_t rbuf_size[2];
 268
 269         hash->length = crypto_ahash_digestsize(tfm);
 270
 271         req = ahash_request_alloc(tfm, GFP_KERNEL);
 272         if (!req)
 273                 return -ENOMEM;
 274
 275         init_completion(&res.completion);
 276         ahash_request_set_callback(req, CRYPTO_TFM_REQ_MAY_BACKLOG |
 277                                    CRYPTO_TFM_REQ_MAY_SLEEP,
 278                                    ahash_complete, &res);
 279
 280         rc = ahash_wait(crypto_ahash_init(req), &res);
 281         if (rc)
 282                 goto out1;
 283
 284         i_size = i_size_read(file_inode(file));
 285
 286         if (i_size == 0)
 287                 goto out2;
 288
 289         /*
 290          * Try to allocate maximum size of memory.
 291          * Fail if even a single page cannot be allocated.
 292          */
 293         rbuf[0] = ima_alloc_pages(i_size, &rbuf_size[0], 1);
 294         if (!rbuf[0]) {
 295                 rc = -ENOMEM;
 296                 goto out1;
 297         }
 298
 299         /* Only allocate one buffer if that is enough. */
 300         if (i_size > rbuf_size[0]) {
 301                 /*
 302                  * Try to allocate secondary buffer. If that fails fallback to
 303                  * using single buffering. Use previous memory allocation size
 304                  * as baseline for possible allocation size.
 305                  */
 306                 rbuf[1] = ima_alloc_pages(i_size - rbuf_size[0],
 307                                           &rbuf_size[1], 0);
 308         }
 309
 310         if (!(file->f_mode & FMODE_READ)) {
 311                 file->f_mode |= FMODE_READ;
 312                 read = 1;
 313         }
 314
 315         for (offset = 0; offset < i_size; offset += rbuf_len) {
 316                 if (!rbuf[1] && offset) {
 317                         /* Not using two buffers, and it is not the first
 318                          * read/request, wait for the completion of the
 319                          * previous ahash_update() request.
 320                          */
 321                         rc = ahash_wait(ahash_rc, &res);
 322                         if (rc)
 323                                 goto out3;
 324                 }
 325                 /* read buffer */
 326                 rbuf_len = min_t(loff_t, i_size - offset, rbuf_size[active]);
 327                 rc = ima_kernel_read(file, offset, rbuf[active], rbuf_len);
 328                 if (rc != rbuf_len)
 329                         goto out3;
 330
 331                 if (rbuf[1] && offset) {
 332                         /* Using two buffers, and it is not the first
 333                          * read/request, wait for the completion of the
 334                          * previous ahash_update() request.
 335                          */
 336                         rc = ahash_wait(ahash_rc, &res);
 337                         if (rc)
 338                                 goto out3;
 339                 }
 340
 341                 sg_init_one(&sg[0], rbuf[active], rbuf_len);
 342                 ahash_request_set_crypt(req, sg, NULL, rbuf_len);
 343
 344                 ahash_rc = crypto_ahash_update(req);
 345
 346                 if (rbuf[1])
 347                         active = !active; /* swap buffers, if we use two */
 348         }
 349         /* wait for the last update request to complete */
 350         rc = ahash_wait(ahash_rc, &res);
 351 out3:
 352         if (read)
 353                 file->f_mode &= ~FMODE_READ;
 354         ima_free_pages(rbuf[0], rbuf_size[0]);
 355         ima_free_pages(rbuf[1], rbuf_size[1]);
 356 out2:
 357         if (!rc) {
 358                 ahash_request_set_crypt(req, NULL, hash->digest, 0);
 359                 rc = ahash_wait(crypto_ahash_final(req), &res);
 360         }
 361 out1:
 362         ahash_request_free(req);
 363         return rc;
 364 }
 365
 366 static int ima_calc_file_ahash(struct file *file, struct ima_digest_data *hash)
 367 {
 368         struct crypto_ahash *tfm;
 369         int rc;
 370
 371         tfm = ima_alloc_atfm(hash->algo);
 372         if (IS_ERR(tfm))
 373                 return PTR_ERR(tfm);
 374
 375         rc = ima_calc_file_hash_atfm(file, hash, tfm);
 376
 377         ima_free_atfm(tfm);
 378
 379         return rc;
 380 }
 381
 382 static int ima_calc_file_hash_tfm(struct file *file,
 383                                   struct ima_digest_data *hash,
 384                                   struct crypto_shash *tfm)
 385 {
 386         loff_t i_size, offset = 0;
 387         char *rbuf;
 388         int rc, read = 0;
 389         SHASH_DESC_ON_STACK(shash, tfm);
 390
 391         shash->tfm = tfm;
 392         shash->flags = 0;
 393
 394         hash->length = crypto_shash_digestsize(tfm);
 395
 396         rc = crypto_shash_init(shash);
 397         if (rc != 0)
 398                 return rc;
 399
 400         i_size = i_size_read(file_inode(file));
 401
 402         if (i_size == 0)
 403                 goto out;
 404
 405         rbuf = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
 406         if (!rbuf)
 407                 return -ENOMEM;
 408
 409         if (!(file->f_mode & FMODE_READ)) {
 410                 file->f_mode |= FMODE_READ;
 411                 read = 1;
 412         }
 413
 414         while (offset < i_size) {
 415                 int rbuf_len;
 416
 417                 rbuf_len = ima_kernel_read(file, offset, rbuf, PAGE_SIZE);
 418                 if (rbuf_len < 0) {
 419                         rc = rbuf_len;
 420                         break;
 421                 }
 422                 if (rbuf_len == 0)
 423                         break;
 424                 offset += rbuf_len;
 425
 426                 rc = crypto_shash_update(shash, rbuf, rbuf_len);
 427                 if (rc)
 428                         break;
 429         }
 430         if (read)
 431                 file->f_mode &= ~FMODE_READ;
 432         kfree(rbuf);
 433 out:
 434         if (!rc)
 435                 rc = crypto_shash_final(shash, hash->digest);
 436         return rc;
 437 }
 438
 439 static int ima_calc_file_shash(struct file *file, struct ima_digest_data *hash)
 440 {
 441         struct crypto_shash *tfm;
 442         int rc;
 443
 444         tfm = ima_alloc_tfm(hash->algo);
 445         if (IS_ERR(tfm))
 446                 return PTR_ERR(tfm);
 447
 448         rc = ima_calc_file_hash_tfm(file, hash, tfm);
 449
 450         ima_free_tfm(tfm);
 451
 452         return rc;
 453 }
 454
 455 /*
 456  * ima_calc_file_hash - calculate file hash
 457  *
 458  * Asynchronous hash (ahash) allows using HW acceleration for calculating
 459  * a hash. ahash performance varies for different data sizes on different
 460  * crypto accelerators. shash performance might be better for smaller files.
 461  * The 'ima.ahash_minsize' module parameter allows specifying the best
 462  * minimum file size for using ahash on the system.
 463  *
 464  * If the ima.ahash_minsize parameter is not specified, this function uses
 465  * shash for the hash calculation.  If ahash fails, it falls back to using
 466  * shash.
 467  */
 468 int ima_calc_file_hash(struct file *file, struct ima_digest_data *hash)
 469 {
 470         loff_t i_size;
 471         int rc;
 472
 473         i_size = i_size_read(file_inode(file));
 474
 475         if (ima_ahash_minsize && i_size >= ima_ahash_minsize) {
 476                 rc = ima_calc_file_ahash(file, hash);
 477                 if (!rc)
 478                         return 0;
 479         }
 480
 481         return ima_calc_file_shash(file, hash);
 482 }
 483
 484 /*
 485  * Calculate the hash of template data
 486  */
 487 static int ima_calc_field_array_hash_tfm(struct ima_field_data *field_data,
 488                                          struct ima_template_desc *td,
 489                                          int num_fields,
 490                                          struct ima_digest_data *hash,
 491                                          struct crypto_shash *tfm)
 492 {
 493         SHASH_DESC_ON_STACK(shash, tfm);
 494         int rc, i;
 495
 496         shash->tfm = tfm;
 497         shash->flags = 0;
 498
 499         hash->length = crypto_shash_digestsize(tfm);
 500
 501         rc = crypto_shash_init(shash);
 502         if (rc != 0)
 503                 return rc;
 504
 505         for (i = 0; i < num_fields; i++) {
 506                 u8 buffer[IMA_EVENT_NAME_LEN_MAX + 1] = { 0 };
 507                 u8 *data_to_hash = field_data[i].data;
 508                 u32 datalen = field_data[i].len;
 509
 510                 if (strcmp(td->name, IMA_TEMPLATE_IMA_NAME) != 0) {
 511                         rc = crypto_shash_update(shash,
 512                                                 (const u8 *) &field_data[i].len,
 513                                                 sizeof(field_data[i].len));
 514                         if (rc)
 515                                 break;
 516                 } else if (strcmp(td->fields[i]->field_id, "n") == 0) {
 517                         memcpy(buffer, data_to_hash, datalen);
 518                         data_to_hash = buffer;
 519                         datalen = IMA_EVENT_NAME_LEN_MAX + 1;
 520                 }
 521                 rc = crypto_shash_update(shash, data_to_hash, datalen);
 522                 if (rc)
 523                         break;
 524         }
 525
 526         if (!rc)
 527                 rc = crypto_shash_final(shash, hash->digest);
 528
 529         return rc;
 530 }
 531
 532 int ima_calc_field_array_hash(struct ima_field_data *field_data,
 533                               struct ima_template_desc *desc, int num_fields,
 534                               struct ima_digest_data *hash)
 535 {
 536         struct crypto_shash *tfm;
 537         int rc;
 538
 539         tfm = ima_alloc_tfm(hash->algo);
 540         if (IS_ERR(tfm))
 541                 return PTR_ERR(tfm);
 542
 543         rc = ima_calc_field_array_hash_tfm(field_data, desc, num_fields,
 544                                            hash, tfm);
 545
 546         ima_free_tfm(tfm);
 547
 548         return rc;
 549 }
 550
 551 static void __init ima_pcrread(int idx, u8 *pcr)
 552 {
 553         if (!ima_used_chip)
 554                 return;
 555
 556         if (tpm_pcr_read(TPM_ANY_NUM, idx, pcr) != 0)
 557                 pr_err("Error Communicating to TPM chip\n");
 558 }
 559
 560 /*
 561  * Calculate the boot aggregate hash
 562  */
 563 static int __init ima_calc_boot_aggregate_tfm(char *digest,
 564                                               struct crypto_shash *tfm)
 565 {
 566         u8 pcr_i[TPM_DIGEST_SIZE];
 567         int rc, i;
 568         SHASH_DESC_ON_STACK(shash, tfm);
 569
 570         shash->tfm = tfm;
 571         shash->flags = 0;
 572
 573         rc = crypto_shash_init(shash);
 574         if (rc != 0)
 575                 return rc;
 576
 577         /* cumulative sha1 over tpm registers 0-7 */
 578         for (i = TPM_PCR0; i < TPM_PCR8; i++) {
 579                 ima_pcrread(i, pcr_i);
 580                 /* now accumulate with current aggregate */
 581                 rc = crypto_shash_update(shash, pcr_i, TPM_DIGEST_SIZE);
 582         }
 583         if (!rc)
 584                 crypto_shash_final(shash, digest);
 585         return rc;
 586 }
 587
 588 int __init ima_calc_boot_aggregate(struct ima_digest_data *hash)
 589 {
 590         struct crypto_shash *tfm;
 591         int rc;
 592
 593         tfm = ima_alloc_tfm(hash->algo);
 594         if (IS_ERR(tfm))
 595                 return PTR_ERR(tfm);
 596
 597         hash->length = crypto_shash_digestsize(tfm);
 598         rc = ima_calc_boot_aggregate_tfm(hash->digest, tfm);
 599
 600         ima_free_tfm(tfm);
 601
 602         return rc;
 603 }