]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/uipc_ktls.c
busdma_bounce: Make the map waiting list per-bounce-zone.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / uipc_ktls.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 2014-2019 Netflix Inc.
5  *
6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
7  * modification, are permitted provided that the following conditions
8  * are met:
9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
25  * SUCH DAMAGE.
26  */
27
28 #include <sys/cdefs.h>
29 __FBSDID("$FreeBSD$");
30
31 #include "opt_inet.h"
32 #include "opt_inet6.h"
33 #include "opt_kern_tls.h"
34 #include "opt_ratelimit.h"
35 #include "opt_rss.h"
36
37 #include <sys/param.h>
38 #include <sys/kernel.h>
39 #include <sys/domainset.h>
40 #include <sys/endian.h>
41 #include <sys/ktls.h>
42 #include <sys/lock.h>
43 #include <sys/mbuf.h>
44 #include <sys/mutex.h>
45 #include <sys/rmlock.h>
46 #include <sys/proc.h>
47 #include <sys/protosw.h>
48 #include <sys/refcount.h>
49 #include <sys/smp.h>
50 #include <sys/socket.h>
51 #include <sys/socketvar.h>
52 #include <sys/sysctl.h>
53 #include <sys/taskqueue.h>
54 #include <sys/kthread.h>
55 #include <sys/uio.h>
56 #include <sys/vmmeter.h>
57 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__i386__)
58 #include <machine/pcb.h>
59 #endif
60 #include <machine/vmparam.h>
61 #include <net/if.h>
62 #include <net/if_var.h>
63 #ifdef RSS
64 #include <net/netisr.h>
65 #include <net/rss_config.h>
66 #endif
67 #include <net/route.h>
68 #include <net/route/nhop.h>
69 #if defined(INET) || defined(INET6)
70 #include <netinet/in.h>
71 #include <netinet/in_pcb.h>
72 #endif
73 #include <netinet/tcp_var.h>
74 #ifdef TCP_OFFLOAD
75 #include <netinet/tcp_offload.h>
76 #endif
77 #include <opencrypto/cryptodev.h>
78 #include <opencrypto/ktls.h>
79 #include <vm/uma_dbg.h>
80 #include <vm/vm.h>
81 #include <vm/vm_pageout.h>
82 #include <vm/vm_page.h>
83 #include <vm/vm_pagequeue.h>
84
85 struct ktls_wq {
86         struct mtx      mtx;
87         STAILQ_HEAD(, mbuf) m_head;
88         STAILQ_HEAD(, socket) so_head;
89         bool            running;
90         int             lastallocfail;
91 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
92
93 struct ktls_alloc_thread {
94         uint64_t wakeups;
95         uint64_t allocs;
96         struct thread *td;
97         int running;
98 };
99
100 struct ktls_domain_info {
101         int count;
102         int cpu[MAXCPU];
103         struct ktls_alloc_thread alloc_td;
104 };
105
106 struct ktls_domain_info ktls_domains[MAXMEMDOM];
107 static struct ktls_wq *ktls_wq;
108 static struct proc *ktls_proc;
109 static uma_zone_t ktls_session_zone;
110 static uma_zone_t ktls_buffer_zone;
111 static uint16_t ktls_cpuid_lookup[MAXCPU];
112 static int ktls_init_state;
113 static struct sx ktls_init_lock;
114 SX_SYSINIT(ktls_init_lock, &ktls_init_lock, "ktls init");
115
116 SYSCTL_NODE(_kern_ipc, OID_AUTO, tls, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
117     "Kernel TLS offload");
118 SYSCTL_NODE(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, stats, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
119     "Kernel TLS offload stats");
120
121 #ifdef RSS
122 static int ktls_bind_threads = 1;
123 #else
124 static int ktls_bind_threads;
125 #endif
126 SYSCTL_INT(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, bind_threads, CTLFLAG_RDTUN,
127     &ktls_bind_threads, 0,
128     "Bind crypto threads to cores (1) or cores and domains (2) at boot");
129
130 static u_int ktls_maxlen = 16384;
131 SYSCTL_UINT(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, maxlen, CTLFLAG_RDTUN,
132     &ktls_maxlen, 0, "Maximum TLS record size");
133
134 static int ktls_number_threads;
135 SYSCTL_INT(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, threads, CTLFLAG_RD,
136     &ktls_number_threads, 0,
137     "Number of TLS threads in thread-pool");
138
139 unsigned int ktls_ifnet_max_rexmit_pct = 2;
140 SYSCTL_UINT(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, ifnet_max_rexmit_pct, CTLFLAG_RWTUN,
141     &ktls_ifnet_max_rexmit_pct, 2,
142     "Max percent bytes retransmitted before ifnet TLS is disabled");
143
144 static bool ktls_offload_enable;
145 SYSCTL_BOOL(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, enable, CTLFLAG_RWTUN,
146     &ktls_offload_enable, 0,
147     "Enable support for kernel TLS offload");
148
149 static bool ktls_cbc_enable = true;
150 SYSCTL_BOOL(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, cbc_enable, CTLFLAG_RWTUN,
151     &ktls_cbc_enable, 1,
152     "Enable Support of AES-CBC crypto for kernel TLS");
153
154 static bool ktls_sw_buffer_cache = true;
155 SYSCTL_BOOL(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, sw_buffer_cache, CTLFLAG_RDTUN,
156     &ktls_sw_buffer_cache, 1,
157     "Enable caching of output buffers for SW encryption");
158
159 static int ktls_max_alloc = 128;
160 SYSCTL_INT(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, max_alloc, CTLFLAG_RWTUN,
161     &ktls_max_alloc, 128,
162     "Max number of 16k buffers to allocate in thread context");
163
164 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_tasks_active);
165 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, tasks_active, CTLFLAG_RD,
166     &ktls_tasks_active, "Number of active tasks");
167
168 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_cnt_tx_pending);
169 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, sw_tx_pending, CTLFLAG_RD,
170     &ktls_cnt_tx_pending,
171     "Number of TLS 1.0 records waiting for earlier TLS records");
172
173 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_cnt_tx_queued);
174 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, sw_tx_inqueue, CTLFLAG_RD,
175     &ktls_cnt_tx_queued,
176     "Number of TLS records in queue to tasks for SW encryption");
177
178 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_cnt_rx_queued);
179 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, sw_rx_inqueue, CTLFLAG_RD,
180     &ktls_cnt_rx_queued,
181     "Number of TLS sockets in queue to tasks for SW decryption");
182
183 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_offload_total);
184 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, offload_total,
185     CTLFLAG_RD, &ktls_offload_total,
186     "Total successful TLS setups (parameters set)");
187
188 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_offload_enable_calls);
189 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, enable_calls,
190     CTLFLAG_RD, &ktls_offload_enable_calls,
191     "Total number of TLS enable calls made");
192
193 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_offload_active);
194 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, active, CTLFLAG_RD,
195     &ktls_offload_active, "Total Active TLS sessions");
196
197 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_offload_corrupted_records);
198 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, corrupted_records, CTLFLAG_RD,
199     &ktls_offload_corrupted_records, "Total corrupted TLS records received");
200
201 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_offload_failed_crypto);
202 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, failed_crypto, CTLFLAG_RD,
203     &ktls_offload_failed_crypto, "Total TLS crypto failures");
204
205 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_switch_to_ifnet);
206 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, switch_to_ifnet, CTLFLAG_RD,
207     &ktls_switch_to_ifnet, "TLS sessions switched from SW to ifnet");
208
209 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_switch_to_sw);
210 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, switch_to_sw, CTLFLAG_RD,
211     &ktls_switch_to_sw, "TLS sessions switched from ifnet to SW");
212
213 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_switch_failed);
214 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, switch_failed, CTLFLAG_RD,
215     &ktls_switch_failed, "TLS sessions unable to switch between SW and ifnet");
216
217 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_disable_fail);
218 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, ifnet_disable_failed, CTLFLAG_RD,
219     &ktls_ifnet_disable_fail, "TLS sessions unable to switch to SW from ifnet");
220
221 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_disable_ok);
222 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_stats, OID_AUTO, ifnet_disable_ok, CTLFLAG_RD,
223     &ktls_ifnet_disable_ok, "TLS sessions able to switch to SW from ifnet");
224
225 SYSCTL_NODE(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, sw, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
226     "Software TLS session stats");
227 SYSCTL_NODE(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, ifnet, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
228     "Hardware (ifnet) TLS session stats");
229 #ifdef TCP_OFFLOAD
230 SYSCTL_NODE(_kern_ipc_tls, OID_AUTO, toe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
231     "TOE TLS session stats");
232 #endif
233
234 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_sw_cbc);
235 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_sw, OID_AUTO, cbc, CTLFLAG_RD, &ktls_sw_cbc,
236     "Active number of software TLS sessions using AES-CBC");
237
238 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_sw_gcm);
239 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_sw, OID_AUTO, gcm, CTLFLAG_RD, &ktls_sw_gcm,
240     "Active number of software TLS sessions using AES-GCM");
241
242 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_sw_chacha20);
243 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_sw, OID_AUTO, chacha20, CTLFLAG_RD,
244     &ktls_sw_chacha20,
245     "Active number of software TLS sessions using Chacha20-Poly1305");
246
247 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_cbc);
248 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, cbc, CTLFLAG_RD,
249     &ktls_ifnet_cbc,
250     "Active number of ifnet TLS sessions using AES-CBC");
251
252 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_gcm);
253 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, gcm, CTLFLAG_RD,
254     &ktls_ifnet_gcm,
255     "Active number of ifnet TLS sessions using AES-GCM");
256
257 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_chacha20);
258 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, chacha20, CTLFLAG_RD,
259     &ktls_ifnet_chacha20,
260     "Active number of ifnet TLS sessions using Chacha20-Poly1305");
261
262 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_reset);
263 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, reset, CTLFLAG_RD,
264     &ktls_ifnet_reset, "TLS sessions updated to a new ifnet send tag");
265
266 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_reset_dropped);
267 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, reset_dropped, CTLFLAG_RD,
268     &ktls_ifnet_reset_dropped,
269     "TLS sessions dropped after failing to update ifnet send tag");
270
271 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_ifnet_reset_failed);
272 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, reset_failed, CTLFLAG_RD,
273     &ktls_ifnet_reset_failed,
274     "TLS sessions that failed to allocate a new ifnet send tag");
275
276 static int ktls_ifnet_permitted;
277 SYSCTL_UINT(_kern_ipc_tls_ifnet, OID_AUTO, permitted, CTLFLAG_RWTUN,
278     &ktls_ifnet_permitted, 1,
279     "Whether to permit hardware (ifnet) TLS sessions");
280
281 #ifdef TCP_OFFLOAD
282 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_toe_cbc);
283 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_toe, OID_AUTO, cbc, CTLFLAG_RD,
284     &ktls_toe_cbc,
285     "Active number of TOE TLS sessions using AES-CBC");
286
287 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_toe_gcm);
288 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_toe, OID_AUTO, gcm, CTLFLAG_RD,
289     &ktls_toe_gcm,
290     "Active number of TOE TLS sessions using AES-GCM");
291
292 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(ktls_toe_chacha20);
293 SYSCTL_COUNTER_U64(_kern_ipc_tls_toe, OID_AUTO, chacha20, CTLFLAG_RD,
294     &ktls_toe_chacha20,
295     "Active number of TOE TLS sessions using Chacha20-Poly1305");
296 #endif
297
298 static MALLOC_DEFINE(M_KTLS, "ktls", "Kernel TLS");
299
300 static void ktls_cleanup(struct ktls_session *tls);
301 #if defined(INET) || defined(INET6)
302 static void ktls_reset_send_tag(void *context, int pending);
303 #endif
304 static void ktls_work_thread(void *ctx);
305 static void ktls_alloc_thread(void *ctx);
306
307 #if defined(INET) || defined(INET6)
308 static u_int
309 ktls_get_cpu(struct socket *so)
310 {
311         struct inpcb *inp;
312 #ifdef NUMA
313         struct ktls_domain_info *di;
314 #endif
315         u_int cpuid;
316
317         inp = sotoinpcb(so);
318 #ifdef RSS
319         cpuid = rss_hash2cpuid(inp->inp_flowid, inp->inp_flowtype);
320         if (cpuid != NETISR_CPUID_NONE)
321                 return (cpuid);
322 #endif
323         /*
324          * Just use the flowid to shard connections in a repeatable
325          * fashion.  Note that TLS 1.0 sessions rely on the
326          * serialization provided by having the same connection use
327          * the same queue.
328          */
329 #ifdef NUMA
330         if (ktls_bind_threads > 1 && inp->inp_numa_domain != M_NODOM) {
331                 di = &ktls_domains[inp->inp_numa_domain];
332                 cpuid = di->cpu[inp->inp_flowid % di->count];
333         } else
334 #endif
335                 cpuid = ktls_cpuid_lookup[inp->inp_flowid % ktls_number_threads];
336         return (cpuid);
337 }
338 #endif
339
340 static int
341 ktls_buffer_import(void *arg, void **store, int count, int domain, int flags)
342 {
343         vm_page_t m;
344         int i, req;
345
346         KASSERT((ktls_maxlen & PAGE_MASK) == 0,
347             ("%s: ktls max length %d is not page size-aligned",
348             __func__, ktls_maxlen));
349
350         req = VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NODUMP | malloc2vm_flags(flags);
351         for (i = 0; i < count; i++) {
352                 m = vm_page_alloc_noobj_contig_domain(domain, req,
353                     atop(ktls_maxlen), 0, ~0ul, PAGE_SIZE, 0,
354                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
355                 if (m == NULL)
356                         break;
357                 store[i] = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
358         }
359         return (i);
360 }
361
362 static void
363 ktls_buffer_release(void *arg __unused, void **store, int count)
364 {
365         vm_page_t m;
366         int i, j;
367
368         for (i = 0; i < count; i++) {
369                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)store[i]));
370                 for (j = 0; j < atop(ktls_maxlen); j++) {
371                         (void)vm_page_unwire_noq(m + j);
372                         vm_page_free(m + j);
373                 }
374         }
375 }
376
377 static void
378 ktls_free_mext_contig(struct mbuf *m)
379 {
380         M_ASSERTEXTPG(m);
381         uma_zfree(ktls_buffer_zone, (void *)PHYS_TO_DMAP(m->m_epg_pa[0]));
382 }
383
384 static int
385 ktls_init(void)
386 {
387         struct thread *td;
388         struct pcpu *pc;
389         int count, domain, error, i;
390
391         ktls_wq = malloc(sizeof(*ktls_wq) * (mp_maxid + 1), M_KTLS,
392             M_WAITOK | M_ZERO);
393
394         ktls_session_zone = uma_zcreate("ktls_session",
395             sizeof(struct ktls_session),
396             NULL, NULL, NULL, NULL,
397             UMA_ALIGN_CACHE, 0);
398
399         if (ktls_sw_buffer_cache) {
400                 ktls_buffer_zone = uma_zcache_create("ktls_buffers",
401                     roundup2(ktls_maxlen, PAGE_SIZE), NULL, NULL, NULL, NULL,
402                     ktls_buffer_import, ktls_buffer_release, NULL,
403                     UMA_ZONE_FIRSTTOUCH);
404         }
405
406         /*
407          * Initialize the workqueues to run the TLS work.  We create a
408          * work queue for each CPU.
409          */
410         CPU_FOREACH(i) {
411                 STAILQ_INIT(&ktls_wq[i].m_head);
412                 STAILQ_INIT(&ktls_wq[i].so_head);
413                 mtx_init(&ktls_wq[i].mtx, "ktls work queue", NULL, MTX_DEF);
414                 if (ktls_bind_threads > 1) {
415                         pc = pcpu_find(i);
416                         domain = pc->pc_domain;
417                         count = ktls_domains[domain].count;
418                         ktls_domains[domain].cpu[count] = i;
419                         ktls_domains[domain].count++;
420                 }
421                 ktls_cpuid_lookup[ktls_number_threads] = i;
422                 ktls_number_threads++;
423         }
424
425         /*
426          * If we somehow have an empty domain, fall back to choosing
427          * among all KTLS threads.
428          */
429         if (ktls_bind_threads > 1) {
430                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
431                         if (ktls_domains[i].count == 0) {
432                                 ktls_bind_threads = 1;
433                                 break;
434                         }
435                 }
436         }
437
438         /* Start kthreads for each workqueue. */
439         CPU_FOREACH(i) {
440                 error = kproc_kthread_add(ktls_work_thread, &ktls_wq[i],
441                     &ktls_proc, &td, 0, 0, "KTLS", "thr_%d", i);
442                 if (error) {
443                         printf("Can't add KTLS thread %d error %d\n", i, error);
444                         return (error);
445                 }
446         }
447
448         /*
449          * Start an allocation thread per-domain to perform blocking allocations
450          * of 16k physically contiguous TLS crypto destination buffers.
451          */
452         if (ktls_sw_buffer_cache) {
453                 for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
454                         if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
455                                 continue;
456                         if (CPU_EMPTY(&cpuset_domain[domain]))
457                                 continue;
458                         error = kproc_kthread_add(ktls_alloc_thread,
459                             &ktls_domains[domain], &ktls_proc,
460                             &ktls_domains[domain].alloc_td.td,
461                             0, 0, "KTLS", "alloc_%d", domain);
462                         if (error) {
463                                 printf("Can't add KTLS alloc thread %d error %d\n",
464                                     domain, error);
465                                 return (error);
466                         }
467                 }
468         }
469
470         if (bootverbose)
471                 printf("KTLS: Initialized %d threads\n", ktls_number_threads);
472         return (0);
473 }
474
475 static int
476 ktls_start_kthreads(void)
477 {
478         int error, state;
479
480 start:
481         state = atomic_load_acq_int(&ktls_init_state);
482         if (__predict_true(state > 0))
483                 return (0);
484         if (state < 0)
485                 return (ENXIO);
486
487         sx_xlock(&ktls_init_lock);
488         if (ktls_init_state != 0) {
489                 sx_xunlock(&ktls_init_lock);
490                 goto start;
491         }
492
493         error = ktls_init();
494         if (error == 0)
495                 state = 1;
496         else
497                 state = -1;
498         atomic_store_rel_int(&ktls_init_state, state);
499         sx_xunlock(&ktls_init_lock);
500         return (error);
501 }
502
503 #if defined(INET) || defined(INET6)
504 static int
505 ktls_create_session(struct socket *so, struct tls_enable *en,
506     struct ktls_session **tlsp)
507 {
508         struct ktls_session *tls;
509         int error;
510
511         /* Only TLS 1.0 - 1.3 are supported. */
512         if (en->tls_vmajor != TLS_MAJOR_VER_ONE)
513                 return (EINVAL);
514         if (en->tls_vminor < TLS_MINOR_VER_ZERO ||
515             en->tls_vminor > TLS_MINOR_VER_THREE)
516                 return (EINVAL);
517
518         if (en->auth_key_len < 0 || en->auth_key_len > TLS_MAX_PARAM_SIZE)
519                 return (EINVAL);
520         if (en->cipher_key_len < 0 || en->cipher_key_len > TLS_MAX_PARAM_SIZE)
521                 return (EINVAL);
522         if (en->iv_len < 0 || en->iv_len > sizeof(tls->params.iv))
523                 return (EINVAL);
524
525         /* All supported algorithms require a cipher key. */
526         if (en->cipher_key_len == 0)
527                 return (EINVAL);
528
529         /* No flags are currently supported. */
530         if (en->flags != 0)
531                 return (EINVAL);
532
533         /* Common checks for supported algorithms. */
534         switch (en->cipher_algorithm) {
535         case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
536                 /*
537                  * auth_algorithm isn't used, but permit GMAC values
538                  * for compatibility.
539                  */
540                 switch (en->auth_algorithm) {
541                 case 0:
542 #ifdef COMPAT_FREEBSD12
543                 /* XXX: Really 13.0-current COMPAT. */
544                 case CRYPTO_AES_128_NIST_GMAC:
545                 case CRYPTO_AES_192_NIST_GMAC:
546                 case CRYPTO_AES_256_NIST_GMAC:
547 #endif
548                         break;
549                 default:
550                         return (EINVAL);
551                 }
552                 if (en->auth_key_len != 0)
553                         return (EINVAL);
554                 switch (en->tls_vminor) {
555                 case TLS_MINOR_VER_TWO:
556                         if (en->iv_len != TLS_AEAD_GCM_LEN)
557                                 return (EINVAL);
558                         break;
559                 case TLS_MINOR_VER_THREE:
560                         if (en->iv_len != TLS_1_3_GCM_IV_LEN)
561                                 return (EINVAL);
562                         break;
563                 default:
564                         return (EINVAL);
565                 }
566                 break;
567         case CRYPTO_AES_CBC:
568                 switch (en->auth_algorithm) {
569                 case CRYPTO_SHA1_HMAC:
570                         break;
571                 case CRYPTO_SHA2_256_HMAC:
572                 case CRYPTO_SHA2_384_HMAC:
573                         if (en->tls_vminor != TLS_MINOR_VER_TWO)
574                                 return (EINVAL);
575                         break;
576                 default:
577                         return (EINVAL);
578                 }
579                 if (en->auth_key_len == 0)
580                         return (EINVAL);
581
582                 /*
583                  * TLS 1.0 requires an implicit IV.  TLS 1.1 and 1.2
584                  * use explicit IVs.
585                  */
586                 switch (en->tls_vminor) {
587                 case TLS_MINOR_VER_ZERO:
588                         if (en->iv_len != TLS_CBC_IMPLICIT_IV_LEN)
589                                 return (EINVAL);
590                         break;
591                 case TLS_MINOR_VER_ONE:
592                 case TLS_MINOR_VER_TWO:
593                         /* Ignore any supplied IV. */
594                         en->iv_len = 0;
595                         break;
596                 default:
597                         return (EINVAL);
598                 }
599                 break;
600         case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
601                 if (en->auth_algorithm != 0 || en->auth_key_len != 0)
602                         return (EINVAL);
603                 if (en->tls_vminor != TLS_MINOR_VER_TWO &&
604                     en->tls_vminor != TLS_MINOR_VER_THREE)
605                         return (EINVAL);
606                 if (en->iv_len != TLS_CHACHA20_IV_LEN)
607                         return (EINVAL);
608                 break;
609         default:
610                 return (EINVAL);
611         }
612
613         error = ktls_start_kthreads();
614         if (error != 0)
615                 return (error);
616
617         tls = uma_zalloc(ktls_session_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
618
619         counter_u64_add(ktls_offload_active, 1);
620
621         refcount_init(&tls->refcount, 1);
622         TASK_INIT(&tls->reset_tag_task, 0, ktls_reset_send_tag, tls);
623
624         tls->wq_index = ktls_get_cpu(so);
625
626         tls->params.cipher_algorithm = en->cipher_algorithm;
627         tls->params.auth_algorithm = en->auth_algorithm;
628         tls->params.tls_vmajor = en->tls_vmajor;
629         tls->params.tls_vminor = en->tls_vminor;
630         tls->params.flags = en->flags;
631         tls->params.max_frame_len = min(TLS_MAX_MSG_SIZE_V10_2, ktls_maxlen);
632
633         /* Set the header and trailer lengths. */
634         tls->params.tls_hlen = sizeof(struct tls_record_layer);
635         switch (en->cipher_algorithm) {
636         case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
637                 /*
638                  * TLS 1.2 uses a 4 byte implicit IV with an explicit 8 byte
639                  * nonce.  TLS 1.3 uses a 12 byte implicit IV.
640                  */
641                 if (en->tls_vminor < TLS_MINOR_VER_THREE)
642                         tls->params.tls_hlen += sizeof(uint64_t);
643                 tls->params.tls_tlen = AES_GMAC_HASH_LEN;
644                 tls->params.tls_bs = 1;
645                 break;
646         case CRYPTO_AES_CBC:
647                 switch (en->auth_algorithm) {
648                 case CRYPTO_SHA1_HMAC:
649                         if (en->tls_vminor == TLS_MINOR_VER_ZERO) {
650                                 /* Implicit IV, no nonce. */
651                                 tls->sequential_records = true;
652                                 tls->next_seqno = be64dec(en->rec_seq);
653                                 STAILQ_INIT(&tls->pending_records);
654                         } else {
655                                 tls->params.tls_hlen += AES_BLOCK_LEN;
656                         }
657                         tls->params.tls_tlen = AES_BLOCK_LEN +
658                             SHA1_HASH_LEN;
659                         break;
660                 case CRYPTO_SHA2_256_HMAC:
661                         tls->params.tls_hlen += AES_BLOCK_LEN;
662                         tls->params.tls_tlen = AES_BLOCK_LEN +
663                             SHA2_256_HASH_LEN;
664                         break;
665                 case CRYPTO_SHA2_384_HMAC:
666                         tls->params.tls_hlen += AES_BLOCK_LEN;
667                         tls->params.tls_tlen = AES_BLOCK_LEN +
668                             SHA2_384_HASH_LEN;
669                         break;
670                 default:
671                         panic("invalid hmac");
672                 }
673                 tls->params.tls_bs = AES_BLOCK_LEN;
674                 break;
675         case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
676                 /*
677                  * Chacha20 uses a 12 byte implicit IV.
678                  */
679                 tls->params.tls_tlen = POLY1305_HASH_LEN;
680                 tls->params.tls_bs = 1;
681                 break;
682         default:
683                 panic("invalid cipher");
684         }
685
686         /*
687          * TLS 1.3 includes optional padding which we do not support,
688          * and also puts the "real" record type at the end of the
689          * encrypted data.
690          */
691         if (en->tls_vminor == TLS_MINOR_VER_THREE)
692                 tls->params.tls_tlen += sizeof(uint8_t);
693
694         KASSERT(tls->params.tls_hlen <= MBUF_PEXT_HDR_LEN,
695             ("TLS header length too long: %d", tls->params.tls_hlen));
696         KASSERT(tls->params.tls_tlen <= MBUF_PEXT_TRAIL_LEN,
697             ("TLS trailer length too long: %d", tls->params.tls_tlen));
698
699         if (en->auth_key_len != 0) {
700                 tls->params.auth_key_len = en->auth_key_len;
701                 tls->params.auth_key = malloc(en->auth_key_len, M_KTLS,
702                     M_WAITOK);
703                 error = copyin(en->auth_key, tls->params.auth_key,
704                     en->auth_key_len);
705                 if (error)
706                         goto out;
707         }
708
709         tls->params.cipher_key_len = en->cipher_key_len;
710         tls->params.cipher_key = malloc(en->cipher_key_len, M_KTLS, M_WAITOK);
711         error = copyin(en->cipher_key, tls->params.cipher_key,
712             en->cipher_key_len);
713         if (error)
714                 goto out;
715
716         /*
717          * This holds the implicit portion of the nonce for AEAD
718          * ciphers and the initial implicit IV for TLS 1.0.  The
719          * explicit portions of the IV are generated in ktls_frame().
720          */
721         if (en->iv_len != 0) {
722                 tls->params.iv_len = en->iv_len;
723                 error = copyin(en->iv, tls->params.iv, en->iv_len);
724                 if (error)
725                         goto out;
726
727                 /*
728                  * For TLS 1.2 with GCM, generate an 8-byte nonce as a
729                  * counter to generate unique explicit IVs.
730                  *
731                  * Store this counter in the last 8 bytes of the IV
732                  * array so that it is 8-byte aligned.
733                  */
734                 if (en->cipher_algorithm == CRYPTO_AES_NIST_GCM_16 &&
735                     en->tls_vminor == TLS_MINOR_VER_TWO)
736                         arc4rand(tls->params.iv + 8, sizeof(uint64_t), 0);
737         }
738
739         *tlsp = tls;
740         return (0);
741
742 out:
743         ktls_cleanup(tls);
744         return (error);
745 }
746
747 static struct ktls_session *
748 ktls_clone_session(struct ktls_session *tls)
749 {
750         struct ktls_session *tls_new;
751
752         tls_new = uma_zalloc(ktls_session_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
753
754         counter_u64_add(ktls_offload_active, 1);
755
756         refcount_init(&tls_new->refcount, 1);
757         TASK_INIT(&tls_new->reset_tag_task, 0, ktls_reset_send_tag, tls_new);
758
759         /* Copy fields from existing session. */
760         tls_new->params = tls->params;
761         tls_new->wq_index = tls->wq_index;
762
763         /* Deep copy keys. */
764         if (tls_new->params.auth_key != NULL) {
765                 tls_new->params.auth_key = malloc(tls->params.auth_key_len,
766                     M_KTLS, M_WAITOK);
767                 memcpy(tls_new->params.auth_key, tls->params.auth_key,
768                     tls->params.auth_key_len);
769         }
770
771         tls_new->params.cipher_key = malloc(tls->params.cipher_key_len, M_KTLS,
772             M_WAITOK);
773         memcpy(tls_new->params.cipher_key, tls->params.cipher_key,
774             tls->params.cipher_key_len);
775
776         return (tls_new);
777 }
778 #endif
779
780 static void
781 ktls_cleanup(struct ktls_session *tls)
782 {
783
784         counter_u64_add(ktls_offload_active, -1);
785         switch (tls->mode) {
786         case TCP_TLS_MODE_SW:
787                 switch (tls->params.cipher_algorithm) {
788                 case CRYPTO_AES_CBC:
789                         counter_u64_add(ktls_sw_cbc, -1);
790                         break;
791                 case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
792                         counter_u64_add(ktls_sw_gcm, -1);
793                         break;
794                 case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
795                         counter_u64_add(ktls_sw_chacha20, -1);
796                         break;
797                 }
798                 break;
799         case TCP_TLS_MODE_IFNET:
800                 switch (tls->params.cipher_algorithm) {
801                 case CRYPTO_AES_CBC:
802                         counter_u64_add(ktls_ifnet_cbc, -1);
803                         break;
804                 case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
805                         counter_u64_add(ktls_ifnet_gcm, -1);
806                         break;
807                 case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
808                         counter_u64_add(ktls_ifnet_chacha20, -1);
809                         break;
810                 }
811                 if (tls->snd_tag != NULL)
812                         m_snd_tag_rele(tls->snd_tag);
813                 break;
814 #ifdef TCP_OFFLOAD
815         case TCP_TLS_MODE_TOE:
816                 switch (tls->params.cipher_algorithm) {
817                 case CRYPTO_AES_CBC:
818                         counter_u64_add(ktls_toe_cbc, -1);
819                         break;
820                 case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
821                         counter_u64_add(ktls_toe_gcm, -1);
822                         break;
823                 case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
824                         counter_u64_add(ktls_toe_chacha20, -1);
825                         break;
826                 }
827                 break;
828 #endif
829         }
830         if (tls->ocf_session != NULL)
831                 ktls_ocf_free(tls);
832         if (tls->params.auth_key != NULL) {
833                 zfree(tls->params.auth_key, M_KTLS);
834                 tls->params.auth_key = NULL;
835                 tls->params.auth_key_len = 0;
836         }
837         if (tls->params.cipher_key != NULL) {
838                 zfree(tls->params.cipher_key, M_KTLS);
839                 tls->params.cipher_key = NULL;
840                 tls->params.cipher_key_len = 0;
841         }
842         explicit_bzero(tls->params.iv, sizeof(tls->params.iv));
843 }
844
845 #if defined(INET) || defined(INET6)
846
847 #ifdef TCP_OFFLOAD
848 static int
849 ktls_try_toe(struct socket *so, struct ktls_session *tls, int direction)
850 {
851         struct inpcb *inp;
852         struct tcpcb *tp;
853         int error;
854
855         inp = so->so_pcb;
856         INP_WLOCK(inp);
857         if (inp->inp_flags & (INP_TIMEWAIT | INP_DROPPED)) {
858                 INP_WUNLOCK(inp);
859                 return (ECONNRESET);
860         }
861         if (inp->inp_socket == NULL) {
862                 INP_WUNLOCK(inp);
863                 return (ECONNRESET);
864         }
865         tp = intotcpcb(inp);
866         if (!(tp->t_flags & TF_TOE)) {
867                 INP_WUNLOCK(inp);
868                 return (EOPNOTSUPP);
869         }
870
871         error = tcp_offload_alloc_tls_session(tp, tls, direction);
872         INP_WUNLOCK(inp);
873         if (error == 0) {
874                 tls->mode = TCP_TLS_MODE_TOE;
875                 switch (tls->params.cipher_algorithm) {
876                 case CRYPTO_AES_CBC:
877                         counter_u64_add(ktls_toe_cbc, 1);
878                         break;
879                 case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
880                         counter_u64_add(ktls_toe_gcm, 1);
881                         break;
882                 case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
883                         counter_u64_add(ktls_toe_chacha20, 1);
884                         break;
885                 }
886         }
887         return (error);
888 }
889 #endif
890
891 /*
892  * Common code used when first enabling ifnet TLS on a connection or
893  * when allocating a new ifnet TLS session due to a routing change.
894  * This function allocates a new TLS send tag on whatever interface
895  * the connection is currently routed over.
896  */
897 static int
898 ktls_alloc_snd_tag(struct inpcb *inp, struct ktls_session *tls, bool force,
899     struct m_snd_tag **mstp)
900 {
901         union if_snd_tag_alloc_params params;
902         struct ifnet *ifp;
903         struct nhop_object *nh;
904         struct tcpcb *tp;
905         int error;
906
907         INP_RLOCK(inp);
908         if (inp->inp_flags & (INP_TIMEWAIT | INP_DROPPED)) {
909                 INP_RUNLOCK(inp);
910                 return (ECONNRESET);
911         }
912         if (inp->inp_socket == NULL) {
913                 INP_RUNLOCK(inp);
914                 return (ECONNRESET);
915         }
916         tp = intotcpcb(inp);
917
918         /*
919          * Check administrative controls on ifnet TLS to determine if
920          * ifnet TLS should be denied.
921          *
922          * - Always permit 'force' requests.
923          * - ktls_ifnet_permitted == 0: always deny.
924          */
925         if (!force && ktls_ifnet_permitted == 0) {
926                 INP_RUNLOCK(inp);
927                 return (ENXIO);
928         }
929
930         /*
931          * XXX: Use the cached route in the inpcb to find the
932          * interface.  This should perhaps instead use
933          * rtalloc1_fib(dst, 0, 0, fibnum).  Since KTLS is only
934          * enabled after a connection has completed key negotiation in
935          * userland, the cached route will be present in practice.
936          */
937         nh = inp->inp_route.ro_nh;
938         if (nh == NULL) {
939                 INP_RUNLOCK(inp);
940                 return (ENXIO);
941         }
942         ifp = nh->nh_ifp;
943         if_ref(ifp);
944
945         /*
946          * Allocate a TLS + ratelimit tag if the connection has an
947          * existing pacing rate.
948          */
949         if (tp->t_pacing_rate != -1 &&
950             (ifp->if_capenable & IFCAP_TXTLS_RTLMT) != 0) {
951                 params.hdr.type = IF_SND_TAG_TYPE_TLS_RATE_LIMIT;
952                 params.tls_rate_limit.inp = inp;
953                 params.tls_rate_limit.tls = tls;
954                 params.tls_rate_limit.max_rate = tp->t_pacing_rate;
955         } else {
956                 params.hdr.type = IF_SND_TAG_TYPE_TLS;
957                 params.tls.inp = inp;
958                 params.tls.tls = tls;
959         }
960         params.hdr.flowid = inp->inp_flowid;
961         params.hdr.flowtype = inp->inp_flowtype;
962         params.hdr.numa_domain = inp->inp_numa_domain;
963         INP_RUNLOCK(inp);
964
965         if ((ifp->if_capenable & IFCAP_MEXTPG) == 0) {
966                 error = EOPNOTSUPP;
967                 goto out;
968         }
969         if (inp->inp_vflag & INP_IPV6) {
970                 if ((ifp->if_capenable & IFCAP_TXTLS6) == 0) {
971                         error = EOPNOTSUPP;
972                         goto out;
973                 }
974         } else {
975                 if ((ifp->if_capenable & IFCAP_TXTLS4) == 0) {
976                         error = EOPNOTSUPP;
977                         goto out;
978                 }
979         }
980         error = m_snd_tag_alloc(ifp, &params, mstp);
981 out:
982         if_rele(ifp);
983         return (error);
984 }
985
986 static int
987 ktls_try_ifnet(struct socket *so, struct ktls_session *tls, bool force)
988 {
989         struct m_snd_tag *mst;
990         int error;
991
992         error = ktls_alloc_snd_tag(so->so_pcb, tls, force, &mst);
993         if (error == 0) {
994                 tls->mode = TCP_TLS_MODE_IFNET;
995                 tls->snd_tag = mst;
996                 switch (tls->params.cipher_algorithm) {
997                 case CRYPTO_AES_CBC:
998                         counter_u64_add(ktls_ifnet_cbc, 1);
999                         break;
1000                 case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
1001                         counter_u64_add(ktls_ifnet_gcm, 1);
1002                         break;
1003                 case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
1004                         counter_u64_add(ktls_ifnet_chacha20, 1);
1005                         break;
1006                 }
1007         }
1008         return (error);
1009 }
1010
1011 static void
1012 ktls_use_sw(struct ktls_session *tls)
1013 {
1014         tls->mode = TCP_TLS_MODE_SW;
1015         switch (tls->params.cipher_algorithm) {
1016         case CRYPTO_AES_CBC:
1017                 counter_u64_add(ktls_sw_cbc, 1);
1018                 break;
1019         case CRYPTO_AES_NIST_GCM_16:
1020                 counter_u64_add(ktls_sw_gcm, 1);
1021                 break;
1022         case CRYPTO_CHACHA20_POLY1305:
1023                 counter_u64_add(ktls_sw_chacha20, 1);
1024                 break;
1025         }
1026 }
1027
1028 static int
1029 ktls_try_sw(struct socket *so, struct ktls_session *tls, int direction)
1030 {
1031         int error;
1032
1033         error = ktls_ocf_try(so, tls, direction);
1034         if (error)
1035                 return (error);
1036         ktls_use_sw(tls);
1037         return (0);
1038 }
1039
1040 /*
1041  * KTLS RX stores data in the socket buffer as a list of TLS records,
1042  * where each record is stored as a control message containg the TLS
1043  * header followed by data mbufs containing the decrypted data.  This
1044  * is different from KTLS TX which always uses an mb_ext_pgs mbuf for
1045  * both encrypted and decrypted data.  TLS records decrypted by a NIC
1046  * should be queued to the socket buffer as records, but encrypted
1047  * data which needs to be decrypted by software arrives as a stream of
1048  * regular mbufs which need to be converted.  In addition, there may
1049  * already be pending encrypted data in the socket buffer when KTLS RX
1050  * is enabled.
1051  *
1052  * To manage not-yet-decrypted data for KTLS RX, the following scheme
1053  * is used:
1054  *
1055  * - A single chain of NOTREADY mbufs is hung off of sb_mtls.
1056  *
1057  * - ktls_check_rx checks this chain of mbufs reading the TLS header
1058  *   from the first mbuf.  Once all of the data for that TLS record is
1059  *   queued, the socket is queued to a worker thread.
1060  *
1061  * - The worker thread calls ktls_decrypt to decrypt TLS records in
1062  *   the TLS chain.  Each TLS record is detached from the TLS chain,
1063  *   decrypted, and inserted into the regular socket buffer chain as
1064  *   record starting with a control message holding the TLS header and
1065  *   a chain of mbufs holding the encrypted data.
1066  */
1067
1068 static void
1069 sb_mark_notready(struct sockbuf *sb)
1070 {
1071         struct mbuf *m;
1072
1073         m = sb->sb_mb;
1074         sb->sb_mtls = m;
1075         sb->sb_mb = NULL;
1076         sb->sb_mbtail = NULL;
1077         sb->sb_lastrecord = NULL;
1078         for (; m != NULL; m = m->m_next) {
1079                 KASSERT(m->m_nextpkt == NULL, ("%s: m_nextpkt != NULL",
1080                     __func__));
1081                 KASSERT((m->m_flags & M_NOTAVAIL) == 0, ("%s: mbuf not avail",
1082                     __func__));
1083                 KASSERT(sb->sb_acc >= m->m_len, ("%s: sb_acc < m->m_len",
1084                     __func__));
1085                 m->m_flags |= M_NOTREADY;
1086                 sb->sb_acc -= m->m_len;
1087                 sb->sb_tlscc += m->m_len;
1088                 sb->sb_mtlstail = m;
1089         }
1090         KASSERT(sb->sb_acc == 0 && sb->sb_tlscc == sb->sb_ccc,
1091             ("%s: acc %u tlscc %u ccc %u", __func__, sb->sb_acc, sb->sb_tlscc,
1092             sb->sb_ccc));
1093 }
1094
1095 /*
1096  * Return information about the pending TLS data in a socket
1097  * buffer.  On return, 'seqno' is set to the sequence number
1098  * of the next TLS record to be received, 'resid' is set to
1099  * the amount of bytes still needed for the last pending
1100  * record.  The function returns 'false' if the last pending
1101  * record contains a partial TLS header.  In that case, 'resid'
1102  * is the number of bytes needed to complete the TLS header.
1103  */
1104 bool
1105 ktls_pending_rx_info(struct sockbuf *sb, uint64_t *seqnop, size_t *residp)
1106 {
1107         struct tls_record_layer hdr;
1108         struct mbuf *m;
1109         uint64_t seqno;
1110         size_t resid;
1111         u_int offset, record_len;
1112
1113         SOCKBUF_LOCK_ASSERT(sb);
1114         MPASS(sb->sb_flags & SB_TLS_RX);
1115         seqno = sb->sb_tls_seqno;
1116         resid = sb->sb_tlscc;
1117         m = sb->sb_mtls;
1118         offset = 0;
1119
1120         if (resid == 0) {
1121                 *seqnop = seqno;
1122                 *residp = 0;
1123                 return (true);
1124         }
1125
1126         for (;;) {
1127                 seqno++;
1128
1129                 if (resid < sizeof(hdr)) {
1130                         *seqnop = seqno;
1131                         *residp = sizeof(hdr) - resid;
1132                         return (false);
1133                 }
1134
1135                 m_copydata(m, offset, sizeof(hdr), (void *)&hdr);
1136
1137                 record_len = sizeof(hdr) + ntohs(hdr.tls_length);
1138                 if (resid <= record_len) {
1139                         *seqnop = seqno;
1140                         *residp = record_len - resid;
1141                         return (true);
1142                 }
1143                 resid -= record_len;
1144
1145                 while (record_len != 0) {
1146                         if (m->m_len - offset > record_len) {
1147                                 offset += record_len;
1148                                 break;
1149                         }
1150
1151                         record_len -= (m->m_len - offset);
1152                         offset = 0;
1153                         m = m->m_next;
1154                 }
1155         }
1156 }
1157
1158 int
1159 ktls_enable_rx(struct socket *so, struct tls_enable *en)
1160 {
1161         struct ktls_session *tls;
1162         int error;
1163
1164         if (!ktls_offload_enable)
1165                 return (ENOTSUP);
1166         if (SOLISTENING(so))
1167                 return (EINVAL);
1168
1169         counter_u64_add(ktls_offload_enable_calls, 1);
1170
1171         /*
1172          * This should always be true since only the TCP socket option
1173          * invokes this function.
1174          */
1175         if (so->so_proto->pr_protocol != IPPROTO_TCP)
1176                 return (EINVAL);
1177
1178         /*
1179          * XXX: Don't overwrite existing sessions.  We should permit
1180          * this to support rekeying in the future.
1181          */
1182         if (so->so_rcv.sb_tls_info != NULL)
1183                 return (EALREADY);
1184
1185         if (en->cipher_algorithm == CRYPTO_AES_CBC && !ktls_cbc_enable)
1186                 return (ENOTSUP);
1187
1188         error = ktls_create_session(so, en, &tls);
1189         if (error)
1190                 return (error);
1191
1192         error = ktls_ocf_try(so, tls, KTLS_RX);
1193         if (error) {
1194                 ktls_cleanup(tls);
1195                 return (error);
1196         }
1197
1198         /* Mark the socket as using TLS offload. */
1199         SOCKBUF_LOCK(&so->so_rcv);
1200         so->so_rcv.sb_tls_seqno = be64dec(en->rec_seq);
1201         so->so_rcv.sb_tls_info = tls;
1202         so->so_rcv.sb_flags |= SB_TLS_RX;
1203
1204         /* Mark existing data as not ready until it can be decrypted. */
1205         sb_mark_notready(&so->so_rcv);
1206         ktls_check_rx(&so->so_rcv);
1207         SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_rcv);
1208
1209 #ifdef TCP_OFFLOAD
1210         error = ktls_try_toe(so, tls, KTLS_RX);
1211         if (error)
1212 #endif
1213                 ktls_use_sw(tls);
1214
1215         counter_u64_add(ktls_offload_total, 1);
1216
1217         return (0);
1218 }
1219
1220 int
1221 ktls_enable_tx(struct socket *so, struct tls_enable *en)
1222 {
1223         struct ktls_session *tls;
1224         struct inpcb *inp;
1225         int error;
1226
1227         if (!ktls_offload_enable)
1228                 return (ENOTSUP);
1229         if (SOLISTENING(so))
1230                 return (EINVAL);
1231
1232         counter_u64_add(ktls_offload_enable_calls, 1);
1233
1234         /*
1235          * This should always be true since only the TCP socket option
1236          * invokes this function.
1237          */
1238         if (so->so_proto->pr_protocol != IPPROTO_TCP)
1239                 return (EINVAL);
1240
1241         /*
1242          * XXX: Don't overwrite existing sessions.  We should permit
1243          * this to support rekeying in the future.
1244          */
1245         if (so->so_snd.sb_tls_info != NULL)
1246                 return (EALREADY);
1247
1248         if (en->cipher_algorithm == CRYPTO_AES_CBC && !ktls_cbc_enable)
1249                 return (ENOTSUP);
1250
1251         /* TLS requires ext pgs */
1252         if (mb_use_ext_pgs == 0)
1253                 return (ENXIO);
1254
1255         error = ktls_create_session(so, en, &tls);
1256         if (error)
1257                 return (error);
1258
1259         /* Prefer TOE -> ifnet TLS -> software TLS. */
1260 #ifdef TCP_OFFLOAD
1261         error = ktls_try_toe(so, tls, KTLS_TX);
1262         if (error)
1263 #endif
1264                 error = ktls_try_ifnet(so, tls, false);
1265         if (error)
1266                 error = ktls_try_sw(so, tls, KTLS_TX);
1267
1268         if (error) {
1269                 ktls_cleanup(tls);
1270                 return (error);
1271         }
1272
1273         error = SOCK_IO_SEND_LOCK(so, SBL_WAIT);
1274         if (error) {
1275                 ktls_cleanup(tls);
1276                 return (error);
1277         }
1278
1279         /*
1280          * Write lock the INP when setting sb_tls_info so that
1281          * routines in tcp_ratelimit.c can read sb_tls_info while
1282          * holding the INP lock.
1283          */
1284         inp = so->so_pcb;
1285         INP_WLOCK(inp);
1286         SOCKBUF_LOCK(&so->so_snd);
1287         so->so_snd.sb_tls_seqno = be64dec(en->rec_seq);
1288         so->so_snd.sb_tls_info = tls;
1289         if (tls->mode != TCP_TLS_MODE_SW)
1290                 so->so_snd.sb_flags |= SB_TLS_IFNET;
1291         SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_snd);
1292         INP_WUNLOCK(inp);
1293         SOCK_IO_SEND_UNLOCK(so);
1294
1295         counter_u64_add(ktls_offload_total, 1);
1296
1297         return (0);
1298 }
1299
1300 int
1301 ktls_get_rx_mode(struct socket *so, int *modep)
1302 {
1303         struct ktls_session *tls;
1304         struct inpcb *inp __diagused;
1305
1306         if (SOLISTENING(so))
1307                 return (EINVAL);
1308         inp = so->so_pcb;
1309         INP_WLOCK_ASSERT(inp);
1310         SOCK_RECVBUF_LOCK(so);
1311         tls = so->so_rcv.sb_tls_info;
1312         if (tls == NULL)
1313                 *modep = TCP_TLS_MODE_NONE;
1314         else
1315                 *modep = tls->mode;
1316         SOCK_RECVBUF_UNLOCK(so);
1317         return (0);
1318 }
1319
1320 /*
1321  * ktls_get_rx_sequence - get the next TCP- and TLS- sequence number.
1322  *
1323  * This function gets information about the next TCP- and TLS-
1324  * sequence number to be processed by the TLS receive worker
1325  * thread. The information is extracted from the given "inpcb"
1326  * structure. The values are stored in host endian format at the two
1327  * given output pointer locations. The TCP sequence number points to
1328  * the beginning of the TLS header.
1329  *
1330  * This function returns zero on success, else a non-zero error code
1331  * is returned.
1332  */
1333 int
1334 ktls_get_rx_sequence(struct inpcb *inp, uint32_t *tcpseq, uint64_t *tlsseq)
1335 {
1336         struct socket *so;
1337         struct tcpcb *tp;
1338
1339         INP_RLOCK(inp);
1340         so = inp->inp_socket;
1341         if (__predict_false(so == NULL)) {
1342                 INP_RUNLOCK(inp);
1343                 return (EINVAL);
1344         }
1345         if (inp->inp_flags & (INP_TIMEWAIT | INP_DROPPED)) {
1346                 INP_RUNLOCK(inp);
1347                 return (ECONNRESET);
1348         }
1349
1350         tp = intotcpcb(inp);
1351         MPASS(tp != NULL);
1352
1353         SOCKBUF_LOCK(&so->so_rcv);
1354         *tcpseq = tp->rcv_nxt - so->so_rcv.sb_tlscc;
1355         *tlsseq = so->so_rcv.sb_tls_seqno;
1356         SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_rcv);
1357
1358         INP_RUNLOCK(inp);
1359
1360         return (0);
1361 }
1362
1363 int
1364 ktls_get_tx_mode(struct socket *so, int *modep)
1365 {
1366         struct ktls_session *tls;
1367         struct inpcb *inp __diagused;
1368
1369         if (SOLISTENING(so))
1370                 return (EINVAL);
1371         inp = so->so_pcb;
1372         INP_WLOCK_ASSERT(inp);
1373         SOCK_SENDBUF_LOCK(so);
1374         tls = so->so_snd.sb_tls_info;
1375         if (tls == NULL)
1376                 *modep = TCP_TLS_MODE_NONE;
1377         else
1378                 *modep = tls->mode;
1379         SOCK_SENDBUF_UNLOCK(so);
1380         return (0);
1381 }
1382
1383 /*
1384  * Switch between SW and ifnet TLS sessions as requested.
1385  */
1386 int
1387 ktls_set_tx_mode(struct socket *so, int mode)
1388 {
1389         struct ktls_session *tls, *tls_new;
1390         struct inpcb *inp;
1391         int error;
1392
1393         if (SOLISTENING(so))
1394                 return (EINVAL);
1395         switch (mode) {
1396         case TCP_TLS_MODE_SW:
1397         case TCP_TLS_MODE_IFNET:
1398                 break;
1399         default:
1400                 return (EINVAL);
1401         }
1402
1403         inp = so->so_pcb;
1404         INP_WLOCK_ASSERT(inp);
1405         SOCKBUF_LOCK(&so->so_snd);
1406         tls = so->so_snd.sb_tls_info;
1407         if (tls == NULL) {
1408                 SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_snd);
1409                 return (0);
1410         }
1411
1412         if (tls->mode == mode) {
1413                 SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_snd);
1414                 return (0);
1415         }
1416
1417         tls = ktls_hold(tls);
1418         SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_snd);
1419         INP_WUNLOCK(inp);
1420
1421         tls_new = ktls_clone_session(tls);
1422
1423         if (mode == TCP_TLS_MODE_IFNET)
1424                 error = ktls_try_ifnet(so, tls_new, true);
1425         else
1426                 error = ktls_try_sw(so, tls_new, KTLS_TX);
1427         if (error) {
1428                 counter_u64_add(ktls_switch_failed, 1);
1429                 ktls_free(tls_new);
1430                 ktls_free(tls);
1431                 INP_WLOCK(inp);
1432                 return (error);
1433         }
1434
1435         error = SOCK_IO_SEND_LOCK(so, SBL_WAIT);
1436         if (error) {
1437                 counter_u64_add(ktls_switch_failed, 1);
1438                 ktls_free(tls_new);
1439                 ktls_free(tls);
1440                 INP_WLOCK(inp);
1441                 return (error);
1442         }
1443
1444         /*
1445          * If we raced with another session change, keep the existing
1446          * session.
1447          */
1448         if (tls != so->so_snd.sb_tls_info) {
1449                 counter_u64_add(ktls_switch_failed, 1);
1450                 SOCK_IO_SEND_UNLOCK(so);
1451                 ktls_free(tls_new);
1452                 ktls_free(tls);
1453                 INP_WLOCK(inp);
1454                 return (EBUSY);
1455         }
1456
1457         INP_WLOCK(inp);
1458         SOCKBUF_LOCK(&so->so_snd);
1459         so->so_snd.sb_tls_info = tls_new;
1460         if (tls_new->mode != TCP_TLS_MODE_SW)
1461                 so->so_snd.sb_flags |= SB_TLS_IFNET;
1462         SOCKBUF_UNLOCK(&so->so_snd);
1463         SOCK_IO_SEND_UNLOCK(so);
1464
1465         /*
1466          * Drop two references on 'tls'.  The first is for the
1467          * ktls_hold() above.  The second drops the reference from the
1468          * socket buffer.
1469          */
1470         KASSERT(tls->refcount >= 2, ("too few references on old session"));
1471         ktls_free(tls);
1472         ktls_free(tls);
1473
1474         if (mode == TCP_TLS_MODE_IFNET)
1475                 counter_u64_add(ktls_switch_to_ifnet, 1);
1476         else
1477                 counter_u64_add(ktls_switch_to_sw, 1);
1478
1479         return (0);
1480 }
1481
1482 /*
1483  * Try to allocate a new TLS send tag.  This task is scheduled when
1484  * ip_output detects a route change while trying to transmit a packet
1485  * holding a TLS record.  If a new tag is allocated, replace the tag
1486  * in the TLS session.  Subsequent packets on the connection will use
1487  * the new tag.  If a new tag cannot be allocated, drop the
1488  * connection.
1489  */
1490 static void
1491 ktls_reset_send_tag(void *context, int pending)
1492 {
1493         struct epoch_tracker et;
1494         struct ktls_session *tls;
1495         struct m_snd_tag *old, *new;
1496         struct inpcb *inp;
1497         struct tcpcb *tp;
1498         int error;
1499
1500         MPASS(pending == 1);
1501
1502         tls = context;
1503         inp = tls->inp;
1504
1505         /*
1506          * Free the old tag first before allocating a new one.
1507          * ip[6]_output_send() will treat a NULL send tag the same as
1508          * an ifp mismatch and drop packets until a new tag is
1509          * allocated.
1510          *
1511          * Write-lock the INP when changing tls->snd_tag since
1512          * ip[6]_output_send() holds a read-lock when reading the
1513          * pointer.
1514          */
1515         INP_WLOCK(inp);
1516         old = tls->snd_tag;
1517         tls->snd_tag = NULL;
1518         INP_WUNLOCK(inp);
1519         if (old != NULL)
1520                 m_snd_tag_rele(old);
1521
1522         error = ktls_alloc_snd_tag(inp, tls, true, &new);
1523
1524         if (error == 0) {
1525                 INP_WLOCK(inp);
1526                 tls->snd_tag = new;
1527                 mtx_pool_lock(mtxpool_sleep, tls);
1528                 tls->reset_pending = false;
1529                 mtx_pool_unlock(mtxpool_sleep, tls);
1530                 if (!in_pcbrele_wlocked(inp))
1531                         INP_WUNLOCK(inp);
1532
1533                 counter_u64_add(ktls_ifnet_reset, 1);
1534
1535                 /*
1536                  * XXX: Should we kick tcp_output explicitly now that
1537                  * the send tag is fixed or just rely on timers?
1538                  */
1539         } else {
1540                 NET_EPOCH_ENTER(et);
1541                 INP_WLOCK(inp);
1542                 if (!in_pcbrele_wlocked(inp)) {
1543                         if (!(inp->inp_flags & INP_TIMEWAIT) &&
1544                             !(inp->inp_flags & INP_DROPPED)) {
1545                                 tp = intotcpcb(inp);
1546                                 CURVNET_SET(tp->t_vnet);
1547                                 tp = tcp_drop(tp, ECONNABORTED);
1548                                 CURVNET_RESTORE();
1549                                 if (tp != NULL)
1550                                         INP_WUNLOCK(inp);
1551                                 counter_u64_add(ktls_ifnet_reset_dropped, 1);
1552                         } else
1553                                 INP_WUNLOCK(inp);
1554                 }
1555                 NET_EPOCH_EXIT(et);
1556
1557                 counter_u64_add(ktls_ifnet_reset_failed, 1);
1558
1559                 /*
1560                  * Leave reset_pending true to avoid future tasks while
1561                  * the socket goes away.
1562                  */
1563         }
1564
1565         ktls_free(tls);
1566 }
1567
1568 int
1569 ktls_output_eagain(struct inpcb *inp, struct ktls_session *tls)
1570 {
1571
1572         if (inp == NULL)
1573                 return (ENOBUFS);
1574
1575         INP_LOCK_ASSERT(inp);
1576
1577         /*
1578          * See if we should schedule a task to update the send tag for
1579          * this session.
1580          */
1581         mtx_pool_lock(mtxpool_sleep, tls);
1582         if (!tls->reset_pending) {
1583                 (void) ktls_hold(tls);
1584                 in_pcbref(inp);
1585                 tls->inp = inp;
1586                 tls->reset_pending = true;
1587                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &tls->reset_tag_task);
1588         }
1589         mtx_pool_unlock(mtxpool_sleep, tls);
1590         return (ENOBUFS);
1591 }
1592
1593 #ifdef RATELIMIT
1594 int
1595 ktls_modify_txrtlmt(struct ktls_session *tls, uint64_t max_pacing_rate)
1596 {
1597         union if_snd_tag_modify_params params = {
1598                 .rate_limit.max_rate = max_pacing_rate,
1599                 .rate_limit.flags = M_NOWAIT,
1600         };
1601         struct m_snd_tag *mst;
1602
1603         /* Can't get to the inp, but it should be locked. */
1604         /* INP_LOCK_ASSERT(inp); */
1605
1606         MPASS(tls->mode == TCP_TLS_MODE_IFNET);
1607
1608         if (tls->snd_tag == NULL) {
1609                 /*
1610                  * Resetting send tag, ignore this change.  The
1611                  * pending reset may or may not see this updated rate
1612                  * in the tcpcb.  If it doesn't, we will just lose
1613                  * this rate change.
1614                  */
1615                 return (0);
1616         }
1617
1618         MPASS(tls->snd_tag != NULL);
1619         MPASS(tls->snd_tag->sw->type == IF_SND_TAG_TYPE_TLS_RATE_LIMIT);
1620
1621         mst = tls->snd_tag;
1622         return (mst->sw->snd_tag_modify(mst, &params));
1623 }
1624 #endif
1625 #endif
1626
1627 void
1628 ktls_destroy(struct ktls_session *tls)
1629 {
1630
1631         if (tls->sequential_records) {
1632                 struct mbuf *m, *n;
1633                 int page_count;
1634
1635                 STAILQ_FOREACH_SAFE(m, &tls->pending_records, m_epg_stailq, n) {
1636                         page_count = m->m_epg_enc_cnt;
1637                         while (page_count > 0) {
1638                                 KASSERT(page_count >= m->m_epg_nrdy,
1639                                     ("%s: too few pages", __func__));
1640                                 page_count -= m->m_epg_nrdy;
1641                                 m = m_free(m);
1642                         }
1643                 }
1644         }
1645         ktls_cleanup(tls);
1646         uma_zfree(ktls_session_zone, tls);
1647 }
1648
1649 void
1650 ktls_seq(struct sockbuf *sb, struct mbuf *m)
1651 {
1652
1653         for (; m != NULL; m = m->m_next) {
1654                 KASSERT((m->m_flags & M_EXTPG) != 0,
1655                     ("ktls_seq: mapped mbuf %p", m));
1656
1657                 m->m_epg_seqno = sb->sb_tls_seqno;
1658                 sb->sb_tls_seqno++;
1659         }
1660 }
1661
1662 /*
1663  * Add TLS framing (headers and trailers) to a chain of mbufs.  Each
1664  * mbuf in the chain must be an unmapped mbuf.  The payload of the
1665  * mbuf must be populated with the payload of each TLS record.
1666  *
1667  * The record_type argument specifies the TLS record type used when
1668  * populating the TLS header.
1669  *
1670  * The enq_count argument on return is set to the number of pages of
1671  * payload data for this entire chain that need to be encrypted via SW
1672  * encryption.  The returned value should be passed to ktls_enqueue
1673  * when scheduling encryption of this chain of mbufs.  To handle the
1674  * special case of empty fragments for TLS 1.0 sessions, an empty
1675  * fragment counts as one page.
1676  */
1677 void
1678 ktls_frame(struct mbuf *top, struct ktls_session *tls, int *enq_cnt,
1679     uint8_t record_type)
1680 {
1681         struct tls_record_layer *tlshdr;
1682         struct mbuf *m;
1683         uint64_t *noncep;
1684         uint16_t tls_len;
1685         int maxlen __diagused;
1686
1687         maxlen = tls->params.max_frame_len;
1688         *enq_cnt = 0;
1689         for (m = top; m != NULL; m = m->m_next) {
1690                 /*
1691                  * All mbufs in the chain should be TLS records whose
1692                  * payload does not exceed the maximum frame length.
1693                  *
1694                  * Empty TLS 1.0 records are permitted when using CBC.
1695                  */
1696                 KASSERT(m->m_len <= maxlen && m->m_len >= 0 &&
1697                     (m->m_len > 0 || ktls_permit_empty_frames(tls)),
1698                     ("ktls_frame: m %p len %d", m, m->m_len));
1699
1700                 /*
1701                  * TLS frames require unmapped mbufs to store session
1702                  * info.
1703                  */
1704                 KASSERT((m->m_flags & M_EXTPG) != 0,
1705                     ("ktls_frame: mapped mbuf %p (top = %p)", m, top));
1706
1707                 tls_len = m->m_len;
1708
1709                 /* Save a reference to the session. */
1710                 m->m_epg_tls = ktls_hold(tls);
1711
1712                 m->m_epg_hdrlen = tls->params.tls_hlen;
1713                 m->m_epg_trllen = tls->params.tls_tlen;
1714                 if (tls->params.cipher_algorithm == CRYPTO_AES_CBC) {
1715                         int bs, delta;
1716
1717                         /*
1718                          * AES-CBC pads messages to a multiple of the
1719                          * block size.  Note that the padding is
1720                          * applied after the digest and the encryption
1721                          * is done on the "plaintext || mac || padding".
1722                          * At least one byte of padding is always
1723                          * present.
1724                          *
1725                          * Compute the final trailer length assuming
1726                          * at most one block of padding.
1727                          * tls->params.tls_tlen is the maximum
1728                          * possible trailer length (padding + digest).
1729                          * delta holds the number of excess padding
1730                          * bytes if the maximum were used.  Those
1731                          * extra bytes are removed.
1732                          */
1733                         bs = tls->params.tls_bs;
1734                         delta = (tls_len + tls->params.tls_tlen) & (bs - 1);
1735                         m->m_epg_trllen -= delta;
1736                 }
1737                 m->m_len += m->m_epg_hdrlen + m->m_epg_trllen;
1738
1739                 /* Populate the TLS header. */
1740                 tlshdr = (void *)m->m_epg_hdr;
1741                 tlshdr->tls_vmajor = tls->params.tls_vmajor;
1742
1743                 /*
1744                  * TLS 1.3 masquarades as TLS 1.2 with a record type
1745                  * of TLS_RLTYPE_APP.
1746                  */
1747                 if (tls->params.tls_vminor == TLS_MINOR_VER_THREE &&
1748                     tls->params.tls_vmajor == TLS_MAJOR_VER_ONE) {
1749                         tlshdr->tls_vminor = TLS_MINOR_VER_TWO;
1750                         tlshdr->tls_type = TLS_RLTYPE_APP;
1751                         /* save the real record type for later */
1752                         m->m_epg_record_type = record_type;
1753                         m->m_epg_trail[0] = record_type;
1754                 } else {
1755                         tlshdr->tls_vminor = tls->params.tls_vminor;
1756                         tlshdr->tls_type = record_type;
1757                 }
1758                 tlshdr->tls_length = htons(m->m_len - sizeof(*tlshdr));
1759
1760                 /*
1761                  * Store nonces / explicit IVs after the end of the
1762                  * TLS header.
1763                  *
1764                  * For GCM with TLS 1.2, an 8 byte nonce is copied
1765                  * from the end of the IV.  The nonce is then
1766                  * incremented for use by the next record.
1767                  *
1768                  * For CBC, a random nonce is inserted for TLS 1.1+.
1769                  */
1770                 if (tls->params.cipher_algorithm == CRYPTO_AES_NIST_GCM_16 &&
1771                     tls->params.tls_vminor == TLS_MINOR_VER_TWO) {
1772                         noncep = (uint64_t *)(tls->params.iv + 8);
1773                         be64enc(tlshdr + 1, *noncep);
1774                         (*noncep)++;
1775                 } else if (tls->params.cipher_algorithm == CRYPTO_AES_CBC &&
1776                     tls->params.tls_vminor >= TLS_MINOR_VER_ONE)
1777                         arc4rand(tlshdr + 1, AES_BLOCK_LEN, 0);
1778
1779                 /*
1780                  * When using SW encryption, mark the mbuf not ready.
1781                  * It will be marked ready via sbready() after the
1782                  * record has been encrypted.
1783                  *
1784                  * When using ifnet TLS, unencrypted TLS records are
1785                  * sent down the stack to the NIC.
1786                  */
1787                 if (tls->mode == TCP_TLS_MODE_SW) {
1788                         m->m_flags |= M_NOTREADY;
1789                         if (__predict_false(tls_len == 0)) {
1790                                 /* TLS 1.0 empty fragment. */
1791                                 m->m_epg_nrdy = 1;
1792                         } else
1793                                 m->m_epg_nrdy = m->m_epg_npgs;
1794                         *enq_cnt += m->m_epg_nrdy;
1795                 }
1796         }
1797 }
1798
1799 bool
1800 ktls_permit_empty_frames(struct ktls_session *tls)
1801 {
1802         return (tls->params.cipher_algorithm == CRYPTO_AES_CBC &&
1803             tls->params.tls_vminor == TLS_MINOR_VER_ZERO);
1804 }
1805
1806 void
1807 ktls_check_rx(struct sockbuf *sb)
1808 {
1809         struct tls_record_layer hdr;
1810         struct ktls_wq *wq;
1811         struct socket *so;
1812         bool running;
1813
1814         SOCKBUF_LOCK_ASSERT(sb);
1815         KASSERT(sb->sb_flags & SB_TLS_RX, ("%s: sockbuf %p isn't TLS RX",
1816             __func__, sb));
1817         so = __containerof(sb, struct socket, so_rcv);
1818
1819         if (sb->sb_flags & SB_TLS_RX_RUNNING)
1820                 return;
1821
1822         /* Is there enough queued for a TLS header? */
1823         if (sb->sb_tlscc < sizeof(hdr)) {
1824                 if ((sb->sb_state & SBS_CANTRCVMORE) != 0 && sb->sb_tlscc != 0)
1825                         so->so_error = EMSGSIZE;
1826                 return;
1827         }
1828
1829         m_copydata(sb->sb_mtls, 0, sizeof(hdr), (void *)&hdr);
1830
1831         /* Is the entire record queued? */
1832         if (sb->sb_tlscc < sizeof(hdr) + ntohs(hdr.tls_length)) {
1833                 if ((sb->sb_state & SBS_CANTRCVMORE) != 0)
1834                         so->so_error = EMSGSIZE;
1835                 return;
1836         }
1837
1838         sb->sb_flags |= SB_TLS_RX_RUNNING;
1839
1840         soref(so);
1841         wq = &ktls_wq[so->so_rcv.sb_tls_info->wq_index];
1842         mtx_lock(&wq->mtx);
1843         STAILQ_INSERT_TAIL(&wq->so_head, so, so_ktls_rx_list);
1844         running = wq->running;
1845         mtx_unlock(&wq->mtx);
1846         if (!running)
1847                 wakeup(wq);
1848         counter_u64_add(ktls_cnt_rx_queued, 1);
1849 }
1850
1851 static struct mbuf *
1852 ktls_detach_record(struct sockbuf *sb, int len)
1853 {
1854         struct mbuf *m, *n, *top;
1855         int remain;
1856
1857         SOCKBUF_LOCK_ASSERT(sb);
1858         MPASS(len <= sb->sb_tlscc);
1859
1860         /*
1861          * If TLS chain is the exact size of the record,
1862          * just grab the whole record.
1863          */
1864         top = sb->sb_mtls;
1865         if (sb->sb_tlscc == len) {
1866                 sb->sb_mtls = NULL;
1867                 sb->sb_mtlstail = NULL;
1868                 goto out;
1869         }
1870
1871         /*
1872          * While it would be nice to use m_split() here, we need
1873          * to know exactly what m_split() allocates to update the
1874          * accounting, so do it inline instead.
1875          */
1876         remain = len;
1877         for (m = top; remain > m->m_len; m = m->m_next)
1878                 remain -= m->m_len;
1879
1880         /* Easy case: don't have to split 'm'. */
1881         if (remain == m->m_len) {
1882                 sb->sb_mtls = m->m_next;
1883                 if (sb->sb_mtls == NULL)
1884                         sb->sb_mtlstail = NULL;
1885                 m->m_next = NULL;
1886                 goto out;
1887         }
1888
1889         /*
1890          * Need to allocate an mbuf to hold the remainder of 'm'.  Try
1891          * with M_NOWAIT first.
1892          */
1893         n = m_get(M_NOWAIT, MT_DATA);
1894         if (n == NULL) {
1895                 /*
1896                  * Use M_WAITOK with socket buffer unlocked.  If
1897                  * 'sb_mtls' changes while the lock is dropped, return
1898                  * NULL to force the caller to retry.
1899                  */
1900                 SOCKBUF_UNLOCK(sb);
1901
1902                 n = m_get(M_WAITOK, MT_DATA);
1903
1904                 SOCKBUF_LOCK(sb);
1905                 if (sb->sb_mtls != top) {
1906                         m_free(n);
1907                         return (NULL);
1908                 }
1909         }
1910         n->m_flags |= M_NOTREADY;
1911
1912         /* Store remainder in 'n'. */
1913         n->m_len = m->m_len - remain;
1914         if (m->m_flags & M_EXT) {
1915                 n->m_data = m->m_data + remain;
1916                 mb_dupcl(n, m);
1917         } else {
1918                 bcopy(mtod(m, caddr_t) + remain, mtod(n, caddr_t), n->m_len);
1919         }
1920
1921         /* Trim 'm' and update accounting. */
1922         m->m_len -= n->m_len;
1923         sb->sb_tlscc -= n->m_len;
1924         sb->sb_ccc -= n->m_len;
1925
1926         /* Account for 'n'. */
1927         sballoc_ktls_rx(sb, n);
1928
1929         /* Insert 'n' into the TLS chain. */
1930         sb->sb_mtls = n;
1931         n->m_next = m->m_next;
1932         if (sb->sb_mtlstail == m)
1933                 sb->sb_mtlstail = n;
1934
1935         /* Detach the record from the TLS chain. */
1936         m->m_next = NULL;
1937
1938 out:
1939         MPASS(m_length(top, NULL) == len);
1940         for (m = top; m != NULL; m = m->m_next)
1941                 sbfree_ktls_rx(sb, m);
1942         sb->sb_tlsdcc = len;
1943         sb->sb_ccc += len;
1944         SBCHECK(sb);
1945         return (top);
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Determine the length of the trailing zero padding and find the real
1950  * record type in the byte before the padding.
1951  *
1952  * Walking the mbuf chain backwards is clumsy, so another option would
1953  * be to scan forwards remembering the last non-zero byte before the
1954  * trailer.  However, it would be expensive to scan the entire record.
1955  * Instead, find the last non-zero byte of each mbuf in the chain
1956  * keeping track of the relative offset of that nonzero byte.
1957  *
1958  * trail_len is the size of the MAC/tag on input and is set to the
1959  * size of the full trailer including padding and the record type on
1960  * return.
1961  */
1962 static int
1963 tls13_find_record_type(struct ktls_session *tls, struct mbuf *m, int tls_len,
1964     int *trailer_len, uint8_t *record_typep)
1965 {
1966         char *cp;
1967         u_int digest_start, last_offset, m_len, offset;
1968         uint8_t record_type;
1969
1970         digest_start = tls_len - *trailer_len;
1971         last_offset = 0;
1972         offset = 0;
1973         for (; m != NULL && offset < digest_start;
1974              offset += m->m_len, m = m->m_next) {
1975                 /* Don't look for padding in the tag. */
1976                 m_len = min(digest_start - offset, m->m_len);
1977                 cp = mtod(m, char *);
1978
1979                 /* Find last non-zero byte in this mbuf. */
1980                 while (m_len > 0 && cp[m_len - 1] == 0)
1981                         m_len--;
1982                 if (m_len > 0) {
1983                         record_type = cp[m_len - 1];
1984                         last_offset = offset + m_len;
1985                 }
1986         }
1987         if (last_offset < tls->params.tls_hlen)
1988                 return (EBADMSG);
1989
1990         *record_typep = record_type;
1991         *trailer_len = tls_len - last_offset + 1;
1992         return (0);
1993 }
1994
1995 static void
1996 ktls_decrypt(struct socket *so)
1997 {
1998         char tls_header[MBUF_PEXT_HDR_LEN];
1999         struct ktls_session *tls;
2000         struct sockbuf *sb;
2001         struct tls_record_layer *hdr;
2002         struct tls_get_record tgr;
2003         struct mbuf *control, *data, *m;
2004         uint64_t seqno;
2005         int error, remain, tls_len, trail_len;
2006         bool tls13;
2007         uint8_t vminor, record_type;
2008
2009         hdr = (struct tls_record_layer *)tls_header;
2010         sb = &so->so_rcv;
2011         SOCKBUF_LOCK(sb);
2012         KASSERT(sb->sb_flags & SB_TLS_RX_RUNNING,
2013             ("%s: socket %p not running", __func__, so));
2014
2015         tls = sb->sb_tls_info;
2016         MPASS(tls != NULL);
2017
2018         tls13 = (tls->params.tls_vminor == TLS_MINOR_VER_THREE);
2019         if (tls13)
2020                 vminor = TLS_MINOR_VER_TWO;
2021         else
2022                 vminor = tls->params.tls_vminor;
2023         for (;;) {
2024                 /* Is there enough queued for a TLS header? */
2025                 if (sb->sb_tlscc < tls->params.tls_hlen)
2026                         break;
2027
2028                 m_copydata(sb->sb_mtls, 0, tls->params.tls_hlen, tls_header);
2029                 tls_len = sizeof(*hdr) + ntohs(hdr->tls_length);
2030
2031                 if (hdr->tls_vmajor != tls->params.tls_vmajor ||
2032                     hdr->tls_vminor != vminor)
2033                         error = EINVAL;
2034                 else if (tls13 && hdr->tls_type != TLS_RLTYPE_APP)
2035                         error = EINVAL;
2036                 else if (tls_len < tls->params.tls_hlen || tls_len >
2037                     tls->params.tls_hlen + TLS_MAX_MSG_SIZE_V10_2 +
2038                     tls->params.tls_tlen)
2039                         error = EMSGSIZE;
2040                 else
2041                         error = 0;
2042                 if (__predict_false(error != 0)) {
2043                         /*
2044                          * We have a corrupted record and are likely
2045                          * out of sync.  The connection isn't
2046                          * recoverable at this point, so abort it.
2047                          */
2048                         SOCKBUF_UNLOCK(sb);
2049                         counter_u64_add(ktls_offload_corrupted_records, 1);
2050
2051                         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2052                         so->so_proto->pr_usrreqs->pru_abort(so);
2053                         so->so_error = error;
2054                         CURVNET_RESTORE();
2055                         goto deref;
2056                 }
2057
2058                 /* Is the entire record queued? */
2059                 if (sb->sb_tlscc < tls_len)
2060                         break;
2061
2062                 /*
2063                  * Split out the portion of the mbuf chain containing
2064                  * this TLS record.
2065                  */
2066                 data = ktls_detach_record(sb, tls_len);
2067                 if (data == NULL)
2068                         continue;
2069                 MPASS(sb->sb_tlsdcc == tls_len);
2070
2071                 seqno = sb->sb_tls_seqno;
2072                 sb->sb_tls_seqno++;
2073                 SBCHECK(sb);
2074                 SOCKBUF_UNLOCK(sb);
2075
2076                 error = tls->sw_decrypt(tls, hdr, data, seqno, &trail_len);
2077                 if (error == 0) {
2078                         if (tls13)
2079                                 error = tls13_find_record_type(tls, data,
2080                                     tls_len, &trail_len, &record_type);
2081                         else
2082                                 record_type = hdr->tls_type;
2083                 }
2084                 if (error) {
2085                         counter_u64_add(ktls_offload_failed_crypto, 1);
2086
2087                         SOCKBUF_LOCK(sb);
2088                         if (sb->sb_tlsdcc == 0) {
2089                                 /*
2090                                  * sbcut/drop/flush discarded these
2091                                  * mbufs.
2092                                  */
2093                                 m_freem(data);
2094                                 break;
2095                         }
2096
2097                         /*
2098                          * Drop this TLS record's data, but keep
2099                          * decrypting subsequent records.
2100                          */
2101                         sb->sb_ccc -= tls_len;
2102                         sb->sb_tlsdcc = 0;
2103
2104                         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2105                         so->so_error = EBADMSG;
2106                         sorwakeup_locked(so);
2107                         CURVNET_RESTORE();
2108
2109                         m_freem(data);
2110
2111                         SOCKBUF_LOCK(sb);
2112                         continue;
2113                 }
2114
2115                 /* Allocate the control mbuf. */
2116                 memset(&tgr, 0, sizeof(tgr));
2117                 tgr.tls_type = record_type;
2118                 tgr.tls_vmajor = hdr->tls_vmajor;
2119                 tgr.tls_vminor = hdr->tls_vminor;
2120                 tgr.tls_length = htobe16(tls_len - tls->params.tls_hlen -
2121                     trail_len);
2122                 control = sbcreatecontrol_how(&tgr, sizeof(tgr),
2123                     TLS_GET_RECORD, IPPROTO_TCP, M_WAITOK);
2124
2125                 SOCKBUF_LOCK(sb);
2126                 if (sb->sb_tlsdcc == 0) {
2127                         /* sbcut/drop/flush discarded these mbufs. */
2128                         MPASS(sb->sb_tlscc == 0);
2129                         m_freem(data);
2130                         m_freem(control);
2131                         break;
2132                 }
2133
2134                 /*
2135                  * Clear the 'dcc' accounting in preparation for
2136                  * adding the decrypted record.
2137                  */
2138                 sb->sb_ccc -= tls_len;
2139                 sb->sb_tlsdcc = 0;
2140                 SBCHECK(sb);
2141
2142                 /* If there is no payload, drop all of the data. */
2143                 if (tgr.tls_length == htobe16(0)) {
2144                         m_freem(data);
2145                         data = NULL;
2146                 } else {
2147                         /* Trim header. */
2148                         remain = tls->params.tls_hlen;
2149                         while (remain > 0) {
2150                                 if (data->m_len > remain) {
2151                                         data->m_data += remain;
2152                                         data->m_len -= remain;
2153                                         break;
2154                                 }
2155                                 remain -= data->m_len;
2156                                 data = m_free(data);
2157                         }
2158
2159                         /* Trim trailer and clear M_NOTREADY. */
2160                         remain = be16toh(tgr.tls_length);
2161                         m = data;
2162                         for (m = data; remain > m->m_len; m = m->m_next) {
2163                                 m->m_flags &= ~M_NOTREADY;
2164                                 remain -= m->m_len;
2165                         }
2166                         m->m_len = remain;
2167                         m_freem(m->m_next);
2168                         m->m_next = NULL;
2169                         m->m_flags &= ~M_NOTREADY;
2170
2171                         /* Set EOR on the final mbuf. */
2172                         m->m_flags |= M_EOR;
2173                 }
2174
2175                 sbappendcontrol_locked(sb, data, control, 0);
2176         }
2177
2178         sb->sb_flags &= ~SB_TLS_RX_RUNNING;
2179
2180         if ((sb->sb_state & SBS_CANTRCVMORE) != 0 && sb->sb_tlscc > 0)
2181                 so->so_error = EMSGSIZE;
2182
2183         sorwakeup_locked(so);
2184
2185 deref:
2186         SOCKBUF_UNLOCK_ASSERT(sb);
2187
2188         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2189         sorele(so);
2190         CURVNET_RESTORE();
2191 }
2192
2193 void
2194 ktls_enqueue_to_free(struct mbuf *m)
2195 {
2196         struct ktls_wq *wq;
2197         bool running;
2198
2199         /* Mark it for freeing. */
2200         m->m_epg_flags |= EPG_FLAG_2FREE;
2201         wq = &ktls_wq[m->m_epg_tls->wq_index];
2202         mtx_lock(&wq->mtx);
2203         STAILQ_INSERT_TAIL(&wq->m_head, m, m_epg_stailq);
2204         running = wq->running;
2205         mtx_unlock(&wq->mtx);
2206         if (!running)
2207                 wakeup(wq);
2208 }
2209
2210 static void *
2211 ktls_buffer_alloc(struct ktls_wq *wq, struct mbuf *m)
2212 {
2213         void *buf;
2214         int domain, running;
2215
2216         if (m->m_epg_npgs <= 2)
2217                 return (NULL);
2218         if (ktls_buffer_zone == NULL)
2219                 return (NULL);
2220         if ((u_int)(ticks - wq->lastallocfail) < hz) {
2221                 /*
2222                  * Rate-limit allocation attempts after a failure.
2223                  * ktls_buffer_import() will acquire a per-domain mutex to check
2224                  * the free page queues and may fail consistently if memory is
2225                  * fragmented.
2226                  */
2227                 return (NULL);
2228         }
2229         buf = uma_zalloc(ktls_buffer_zone, M_NOWAIT | M_NORECLAIM);
2230         if (buf == NULL) {
2231                 domain = PCPU_GET(domain);
2232                 wq->lastallocfail = ticks;
2233
2234                 /*
2235                  * Note that this check is "racy", but the races are
2236                  * harmless, and are either a spurious wakeup if
2237                  * multiple threads fail allocations before the alloc
2238                  * thread wakes, or waiting an extra second in case we
2239                  * see an old value of running == true.
2240                  */
2241                 if (!VM_DOMAIN_EMPTY(domain)) {
2242                         running = atomic_load_int(&ktls_domains[domain].alloc_td.running);
2243                         if (!running)
2244                                 wakeup(&ktls_domains[domain].alloc_td);
2245                 }
2246         }
2247         return (buf);
2248 }
2249
2250 static int
2251 ktls_encrypt_record(struct ktls_wq *wq, struct mbuf *m,
2252     struct ktls_session *tls, struct ktls_ocf_encrypt_state *state)
2253 {
2254         vm_page_t pg;
2255         int error, i, len, off;
2256
2257         KASSERT((m->m_flags & (M_EXTPG | M_NOTREADY)) == (M_EXTPG | M_NOTREADY),
2258             ("%p not unready & nomap mbuf\n", m));
2259         KASSERT(ptoa(m->m_epg_npgs) <= ktls_maxlen,
2260             ("page count %d larger than maximum frame length %d", m->m_epg_npgs,
2261             ktls_maxlen));
2262
2263         /* Anonymous mbufs are encrypted in place. */
2264         if ((m->m_epg_flags & EPG_FLAG_ANON) != 0)
2265                 return (tls->sw_encrypt(state, tls, m, NULL, 0));
2266
2267         /*
2268          * For file-backed mbufs (from sendfile), anonymous wired
2269          * pages are allocated and used as the encryption destination.
2270          */
2271         if ((state->cbuf = ktls_buffer_alloc(wq, m)) != NULL) {
2272                 len = ptoa(m->m_epg_npgs - 1) + m->m_epg_last_len -
2273                     m->m_epg_1st_off;
2274                 state->dst_iov[0].iov_base = (char *)state->cbuf +
2275                     m->m_epg_1st_off;
2276                 state->dst_iov[0].iov_len = len;
2277                 state->parray[0] = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)state->cbuf);
2278                 i = 1;
2279         } else {
2280                 off = m->m_epg_1st_off;
2281                 for (i = 0; i < m->m_epg_npgs; i++, off = 0) {
2282                         pg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_NODUMP |
2283                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2284                         len = m_epg_pagelen(m, i, off);
2285                         state->parray[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(pg);
2286                         state->dst_iov[i].iov_base =
2287                             (char *)PHYS_TO_DMAP(state->parray[i]) + off;
2288                         state->dst_iov[i].iov_len = len;
2289                 }
2290         }
2291         KASSERT(i + 1 <= nitems(state->dst_iov), ("dst_iov is too small"));
2292         state->dst_iov[i].iov_base = m->m_epg_trail;
2293         state->dst_iov[i].iov_len = m->m_epg_trllen;
2294
2295         error = tls->sw_encrypt(state, tls, m, state->dst_iov, i + 1);
2296
2297         if (__predict_false(error != 0)) {
2298                 /* Free the anonymous pages. */
2299                 if (state->cbuf != NULL)
2300                         uma_zfree(ktls_buffer_zone, state->cbuf);
2301                 else {
2302                         for (i = 0; i < m->m_epg_npgs; i++) {
2303                                 pg = PHYS_TO_VM_PAGE(state->parray[i]);
2304                                 (void)vm_page_unwire_noq(pg);
2305                                 vm_page_free(pg);
2306                         }
2307                 }
2308         }
2309         return (error);
2310 }
2311
2312 /* Number of TLS records in a batch passed to ktls_enqueue(). */
2313 static u_int
2314 ktls_batched_records(struct mbuf *m)
2315 {
2316         int page_count, records;
2317
2318         records = 0;
2319         page_count = m->m_epg_enc_cnt;
2320         while (page_count > 0) {
2321                 records++;
2322                 page_count -= m->m_epg_nrdy;
2323                 m = m->m_next;
2324         }
2325         KASSERT(page_count == 0, ("%s: mismatched page count", __func__));
2326         return (records);
2327 }
2328
2329 void
2330 ktls_enqueue(struct mbuf *m, struct socket *so, int page_count)
2331 {
2332         struct ktls_session *tls;
2333         struct ktls_wq *wq;
2334         int queued;
2335         bool running;
2336
2337         KASSERT(((m->m_flags & (M_EXTPG | M_NOTREADY)) ==
2338             (M_EXTPG | M_NOTREADY)),
2339             ("ktls_enqueue: %p not unready & nomap mbuf\n", m));
2340         KASSERT(page_count != 0, ("enqueueing TLS mbuf with zero page count"));
2341
2342         KASSERT(m->m_epg_tls->mode == TCP_TLS_MODE_SW, ("!SW TLS mbuf"));
2343
2344         m->m_epg_enc_cnt = page_count;
2345
2346         /*
2347          * Save a pointer to the socket.  The caller is responsible
2348          * for taking an additional reference via soref().
2349          */
2350         m->m_epg_so = so;
2351
2352         queued = 1;
2353         tls = m->m_epg_tls;
2354         wq = &ktls_wq[tls->wq_index];
2355         mtx_lock(&wq->mtx);
2356         if (__predict_false(tls->sequential_records)) {
2357                 /*
2358                  * For TLS 1.0, records must be encrypted
2359                  * sequentially.  For a given connection, all records
2360                  * queued to the associated work queue are processed
2361                  * sequentially.  However, sendfile(2) might complete
2362                  * I/O requests spanning multiple TLS records out of
2363                  * order.  Here we ensure TLS records are enqueued to
2364                  * the work queue in FIFO order.
2365                  *
2366                  * tls->next_seqno holds the sequence number of the
2367                  * next TLS record that should be enqueued to the work
2368                  * queue.  If this next record is not tls->next_seqno,
2369                  * it must be a future record, so insert it, sorted by
2370                  * TLS sequence number, into tls->pending_records and
2371                  * return.
2372                  *
2373                  * If this TLS record matches tls->next_seqno, place
2374                  * it in the work queue and then check
2375                  * tls->pending_records to see if any
2376                  * previously-queued records are now ready for
2377                  * encryption.
2378                  */
2379                 if (m->m_epg_seqno != tls->next_seqno) {
2380                         struct mbuf *n, *p;
2381
2382                         p = NULL;
2383                         STAILQ_FOREACH(n, &tls->pending_records, m_epg_stailq) {
2384                                 if (n->m_epg_seqno > m->m_epg_seqno)
2385                                         break;
2386                                 p = n;
2387                         }
2388                         if (n == NULL)
2389                                 STAILQ_INSERT_TAIL(&tls->pending_records, m,
2390                                     m_epg_stailq);
2391                         else if (p == NULL)
2392                                 STAILQ_INSERT_HEAD(&tls->pending_records, m,
2393                                     m_epg_stailq);
2394                         else
2395                                 STAILQ_INSERT_AFTER(&tls->pending_records, p, m,
2396                                     m_epg_stailq);
2397                         mtx_unlock(&wq->mtx);
2398                         counter_u64_add(ktls_cnt_tx_pending, 1);
2399                         return;
2400                 }
2401
2402                 tls->next_seqno += ktls_batched_records(m);
2403                 STAILQ_INSERT_TAIL(&wq->m_head, m, m_epg_stailq);
2404
2405                 while (!STAILQ_EMPTY(&tls->pending_records)) {
2406                         struct mbuf *n;
2407
2408                         n = STAILQ_FIRST(&tls->pending_records);
2409                         if (n->m_epg_seqno != tls->next_seqno)
2410                                 break;
2411
2412                         queued++;
2413                         STAILQ_REMOVE_HEAD(&tls->pending_records, m_epg_stailq);
2414                         tls->next_seqno += ktls_batched_records(n);
2415                         STAILQ_INSERT_TAIL(&wq->m_head, n, m_epg_stailq);
2416                 }
2417                 counter_u64_add(ktls_cnt_tx_pending, -(queued - 1));
2418         } else
2419                 STAILQ_INSERT_TAIL(&wq->m_head, m, m_epg_stailq);
2420
2421         running = wq->running;
2422         mtx_unlock(&wq->mtx);
2423         if (!running)
2424                 wakeup(wq);
2425         counter_u64_add(ktls_cnt_tx_queued, queued);
2426 }
2427
2428 /*
2429  * Once a file-backed mbuf (from sendfile) has been encrypted, free
2430  * the pages from the file and replace them with the anonymous pages
2431  * allocated in ktls_encrypt_record().
2432  */
2433 static void
2434 ktls_finish_nonanon(struct mbuf *m, struct ktls_ocf_encrypt_state *state)
2435 {
2436         int i;
2437
2438         MPASS((m->m_epg_flags & EPG_FLAG_ANON) == 0);
2439
2440         /* Free the old pages. */
2441         m->m_ext.ext_free(m);
2442
2443         /* Replace them with the new pages. */
2444         if (state->cbuf != NULL) {
2445                 for (i = 0; i < m->m_epg_npgs; i++)
2446                         m->m_epg_pa[i] = state->parray[0] + ptoa(i);
2447
2448                 /* Contig pages should go back to the cache. */
2449                 m->m_ext.ext_free = ktls_free_mext_contig;
2450         } else {
2451                 for (i = 0; i < m->m_epg_npgs; i++)
2452                         m->m_epg_pa[i] = state->parray[i];
2453
2454                 /* Use the basic free routine. */
2455                 m->m_ext.ext_free = mb_free_mext_pgs;
2456         }
2457
2458         /* Pages are now writable. */
2459         m->m_epg_flags |= EPG_FLAG_ANON;
2460 }
2461
2462 static __noinline void
2463 ktls_encrypt(struct ktls_wq *wq, struct mbuf *top)
2464 {
2465         struct ktls_ocf_encrypt_state state;
2466         struct ktls_session *tls;
2467         struct socket *so;
2468         struct mbuf *m;
2469         int error, npages, total_pages;
2470
2471         so = top->m_epg_so;
2472         tls = top->m_epg_tls;
2473         KASSERT(tls != NULL, ("tls = NULL, top = %p\n", top));
2474         KASSERT(so != NULL, ("so = NULL, top = %p\n", top));
2475 #ifdef INVARIANTS
2476         top->m_epg_so = NULL;
2477 #endif
2478         total_pages = top->m_epg_enc_cnt;
2479         npages = 0;
2480
2481         /*
2482          * Encrypt the TLS records in the chain of mbufs starting with
2483          * 'top'.  'total_pages' gives us a total count of pages and is
2484          * used to know when we have finished encrypting the TLS
2485          * records originally queued with 'top'.
2486          *
2487          * NB: These mbufs are queued in the socket buffer and
2488          * 'm_next' is traversing the mbufs in the socket buffer.  The
2489          * socket buffer lock is not held while traversing this chain.
2490          * Since the mbufs are all marked M_NOTREADY their 'm_next'
2491          * pointers should be stable.  However, the 'm_next' of the
2492          * last mbuf encrypted is not necessarily NULL.  It can point
2493          * to other mbufs appended while 'top' was on the TLS work
2494          * queue.
2495          *
2496          * Each mbuf holds an entire TLS record.
2497          */
2498         error = 0;
2499         for (m = top; npages != total_pages; m = m->m_next) {
2500                 KASSERT(m->m_epg_tls == tls,
2501                     ("different TLS sessions in a single mbuf chain: %p vs %p",
2502                     tls, m->m_epg_tls));
2503                 KASSERT(npages + m->m_epg_npgs <= total_pages,
2504                     ("page count mismatch: top %p, total_pages %d, m %p", top,
2505                     total_pages, m));
2506
2507                 error = ktls_encrypt_record(wq, m, tls, &state);
2508                 if (error) {
2509                         counter_u64_add(ktls_offload_failed_crypto, 1);
2510                         break;
2511                 }
2512
2513                 if ((m->m_epg_flags & EPG_FLAG_ANON) == 0)
2514                         ktls_finish_nonanon(m, &state);
2515
2516                 npages += m->m_epg_nrdy;
2517
2518                 /*
2519                  * Drop a reference to the session now that it is no
2520                  * longer needed.  Existing code depends on encrypted
2521                  * records having no associated session vs
2522                  * yet-to-be-encrypted records having an associated
2523                  * session.
2524                  */
2525                 m->m_epg_tls = NULL;
2526                 ktls_free(tls);
2527         }
2528
2529         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2530         if (error == 0) {
2531                 (void)(*so->so_proto->pr_usrreqs->pru_ready)(so, top, npages);
2532         } else {
2533                 so->so_proto->pr_usrreqs->pru_abort(so);
2534                 so->so_error = EIO;
2535                 mb_free_notready(top, total_pages);
2536         }
2537
2538         sorele(so);
2539         CURVNET_RESTORE();
2540 }
2541
2542 void
2543 ktls_encrypt_cb(struct ktls_ocf_encrypt_state *state, int error)
2544 {
2545         struct ktls_session *tls;
2546         struct socket *so;
2547         struct mbuf *m;
2548         int npages;
2549
2550         m = state->m;
2551
2552         if ((m->m_epg_flags & EPG_FLAG_ANON) == 0)
2553                 ktls_finish_nonanon(m, state);
2554
2555         so = state->so;
2556         free(state, M_KTLS);
2557
2558         /*
2559          * Drop a reference to the session now that it is no longer
2560          * needed.  Existing code depends on encrypted records having
2561          * no associated session vs yet-to-be-encrypted records having
2562          * an associated session.
2563          */
2564         tls = m->m_epg_tls;
2565         m->m_epg_tls = NULL;
2566         ktls_free(tls);
2567
2568         if (error != 0)
2569                 counter_u64_add(ktls_offload_failed_crypto, 1);
2570
2571         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2572         npages = m->m_epg_nrdy;
2573
2574         if (error == 0) {
2575                 (void)(*so->so_proto->pr_usrreqs->pru_ready)(so, m, npages);
2576         } else {
2577                 so->so_proto->pr_usrreqs->pru_abort(so);
2578                 so->so_error = EIO;
2579                 mb_free_notready(m, npages);
2580         }
2581
2582         sorele(so);
2583         CURVNET_RESTORE();
2584 }
2585
2586 /*
2587  * Similar to ktls_encrypt, but used with asynchronous OCF backends
2588  * (coprocessors) where encryption does not use host CPU resources and
2589  * it can be beneficial to queue more requests than CPUs.
2590  */
2591 static __noinline void
2592 ktls_encrypt_async(struct ktls_wq *wq, struct mbuf *top)
2593 {
2594         struct ktls_ocf_encrypt_state *state;
2595         struct ktls_session *tls;
2596         struct socket *so;
2597         struct mbuf *m, *n;
2598         int error, mpages, npages, total_pages;
2599
2600         so = top->m_epg_so;
2601         tls = top->m_epg_tls;
2602         KASSERT(tls != NULL, ("tls = NULL, top = %p\n", top));
2603         KASSERT(so != NULL, ("so = NULL, top = %p\n", top));
2604 #ifdef INVARIANTS
2605         top->m_epg_so = NULL;
2606 #endif
2607         total_pages = top->m_epg_enc_cnt;
2608         npages = 0;
2609
2610         error = 0;
2611         for (m = top; npages != total_pages; m = n) {
2612                 KASSERT(m->m_epg_tls == tls,
2613                     ("different TLS sessions in a single mbuf chain: %p vs %p",
2614                     tls, m->m_epg_tls));
2615                 KASSERT(npages + m->m_epg_npgs <= total_pages,
2616                     ("page count mismatch: top %p, total_pages %d, m %p", top,
2617                     total_pages, m));
2618
2619                 state = malloc(sizeof(*state), M_KTLS, M_WAITOK | M_ZERO);
2620                 soref(so);
2621                 state->so = so;
2622                 state->m = m;
2623
2624                 mpages = m->m_epg_nrdy;
2625                 n = m->m_next;
2626
2627                 error = ktls_encrypt_record(wq, m, tls, state);
2628                 if (error) {
2629                         counter_u64_add(ktls_offload_failed_crypto, 1);
2630                         free(state, M_KTLS);
2631                         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2632                         sorele(so);
2633                         CURVNET_RESTORE();
2634                         break;
2635                 }
2636
2637                 npages += mpages;
2638         }
2639
2640         CURVNET_SET(so->so_vnet);
2641         if (error != 0) {
2642                 so->so_proto->pr_usrreqs->pru_abort(so);
2643                 so->so_error = EIO;
2644                 mb_free_notready(m, total_pages - npages);
2645         }
2646
2647         sorele(so);
2648         CURVNET_RESTORE();
2649 }
2650
2651 static int
2652 ktls_bind_domain(int domain)
2653 {
2654         int error;
2655
2656         error = cpuset_setthread(curthread->td_tid, &cpuset_domain[domain]);
2657         if (error != 0)
2658                 return (error);
2659         curthread->td_domain.dr_policy = DOMAINSET_PREF(domain);
2660         return (0);
2661 }
2662
2663 static void
2664 ktls_alloc_thread(void *ctx)
2665 {
2666         struct ktls_domain_info *ktls_domain = ctx;
2667         struct ktls_alloc_thread *sc = &ktls_domain->alloc_td;
2668         void **buf;
2669         struct sysctl_oid *oid;
2670         char name[80];
2671         int domain, error, i, nbufs;
2672
2673         domain = ktls_domain - ktls_domains;
2674         if (bootverbose)
2675                 printf("Starting KTLS alloc thread for domain %d\n", domain);
2676         error = ktls_bind_domain(domain);
2677         if (error)
2678                 printf("Unable to bind KTLS alloc thread for domain %d: error %d\n",
2679                     domain, error);
2680         snprintf(name, sizeof(name), "domain%d", domain);
2681         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_kern_ipc_tls), OID_AUTO,
2682             name, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2683         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO, "allocs",
2684             CTLFLAG_RD,  &sc->allocs, 0, "buffers allocated");
2685         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO, "wakeups",
2686             CTLFLAG_RD,  &sc->wakeups, 0, "thread wakeups");
2687         SYSCTL_ADD_INT(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO, "running",
2688             CTLFLAG_RD,  &sc->running, 0, "thread running");
2689
2690         buf = NULL;
2691         nbufs = 0;
2692         for (;;) {
2693                 atomic_store_int(&sc->running, 0);
2694                 tsleep(sc, PZERO | PNOLOCK, "-",  0);
2695                 atomic_store_int(&sc->running, 1);
2696                 sc->wakeups++;
2697                 if (nbufs != ktls_max_alloc) {
2698                         free(buf, M_KTLS);
2699                         nbufs = atomic_load_int(&ktls_max_alloc);
2700                         buf = malloc(sizeof(void *) * nbufs, M_KTLS,
2701                             M_WAITOK | M_ZERO);
2702                 }
2703                 /*
2704                  * Below we allocate nbufs with different allocation
2705                  * flags than we use when allocating normally during
2706                  * encryption in the ktls worker thread.  We specify
2707                  * M_NORECLAIM in the worker thread. However, we omit
2708                  * that flag here and add M_WAITOK so that the VM
2709                  * system is permitted to perform expensive work to
2710                  * defragment memory.  We do this here, as it does not
2711                  * matter if this thread blocks.  If we block a ktls
2712                  * worker thread, we risk developing backlogs of
2713                  * buffers to be encrypted, leading to surges of
2714                  * traffic and potential NIC output drops.
2715                  */
2716                 for (i = 0; i < nbufs; i++) {
2717                         buf[i] = uma_zalloc(ktls_buffer_zone, M_WAITOK);
2718                         sc->allocs++;
2719                 }
2720                 for (i = 0; i < nbufs; i++) {
2721                         uma_zfree(ktls_buffer_zone, buf[i]);
2722                         buf[i] = NULL;
2723                 }
2724         }
2725 }
2726
2727 static void
2728 ktls_work_thread(void *ctx)
2729 {
2730         struct ktls_wq *wq = ctx;
2731         struct mbuf *m, *n;
2732         struct socket *so, *son;
2733         STAILQ_HEAD(, mbuf) local_m_head;
2734         STAILQ_HEAD(, socket) local_so_head;
2735         int cpu;
2736
2737         cpu = wq - ktls_wq;
2738         if (bootverbose)
2739                 printf("Starting KTLS worker thread for CPU %d\n", cpu);
2740
2741         /*
2742          * Bind to a core.  If ktls_bind_threads is > 1, then
2743          * we bind to the NUMA domain instead.
2744          */
2745         if (ktls_bind_threads) {
2746                 int error;
2747
2748                 if (ktls_bind_threads > 1) {
2749                         struct pcpu *pc = pcpu_find(cpu);
2750
2751                         error = ktls_bind_domain(pc->pc_domain);
2752                 } else {
2753                         cpuset_t mask;
2754
2755                         CPU_SETOF(cpu, &mask);
2756                         error = cpuset_setthread(curthread->td_tid, &mask);
2757                 }
2758                 if (error)
2759                         printf("Unable to bind KTLS worker thread for CPU %d: error %d\n",
2760                                 cpu, error);
2761         }
2762 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__i386__)
2763         fpu_kern_thread(0);
2764 #endif
2765         for (;;) {
2766                 mtx_lock(&wq->mtx);
2767                 while (STAILQ_EMPTY(&wq->m_head) &&
2768                     STAILQ_EMPTY(&wq->so_head)) {
2769                         wq->running = false;
2770                         mtx_sleep(wq, &wq->mtx, 0, "-", 0);
2771                         wq->running = true;
2772                 }
2773
2774                 STAILQ_INIT(&local_m_head);
2775                 STAILQ_CONCAT(&local_m_head, &wq->m_head);
2776                 STAILQ_INIT(&local_so_head);
2777                 STAILQ_CONCAT(&local_so_head, &wq->so_head);
2778                 mtx_unlock(&wq->mtx);
2779
2780                 STAILQ_FOREACH_SAFE(m, &local_m_head, m_epg_stailq, n) {
2781                         if (m->m_epg_flags & EPG_FLAG_2FREE) {
2782                                 ktls_free(m->m_epg_tls);
2783                                 m_free_raw(m);
2784                         } else {
2785                                 if (m->m_epg_tls->sync_dispatch)
2786                                         ktls_encrypt(wq, m);
2787                                 else
2788                                         ktls_encrypt_async(wq, m);
2789                                 counter_u64_add(ktls_cnt_tx_queued, -1);
2790                         }
2791                 }
2792
2793                 STAILQ_FOREACH_SAFE(so, &local_so_head, so_ktls_rx_list, son) {
2794                         ktls_decrypt(so);
2795                         counter_u64_add(ktls_cnt_rx_queued, -1);
2796                 }
2797         }
2798 }
2799
2800 #if defined(INET) || defined(INET6)
2801 static void
2802 ktls_disable_ifnet_help(void *context, int pending __unused)
2803 {
2804         struct ktls_session *tls;
2805         struct inpcb *inp;
2806         struct tcpcb *tp;
2807         struct socket *so;
2808         int err;
2809
2810         tls = context;
2811         inp = tls->inp;
2812         if (inp == NULL)
2813                 return;
2814         INP_WLOCK(inp);
2815         so = inp->inp_socket;
2816         MPASS(so != NULL);
2817         if (inp->inp_flags & (INP_TIMEWAIT | INP_DROPPED)) {
2818                 goto out;
2819         }
2820
2821         if (so->so_snd.sb_tls_info != NULL)
2822                 err = ktls_set_tx_mode(so, TCP_TLS_MODE_SW);
2823         else
2824                 err = ENXIO;
2825         if (err == 0) {
2826                 counter_u64_add(ktls_ifnet_disable_ok, 1);
2827                 /* ktls_set_tx_mode() drops inp wlock, so recheck flags */
2828                 if ((inp->inp_flags & (INP_TIMEWAIT | INP_DROPPED)) == 0 &&
2829                     (tp = intotcpcb(inp)) != NULL &&
2830                     tp->t_fb->tfb_hwtls_change != NULL)
2831                         (*tp->t_fb->tfb_hwtls_change)(tp, 0);
2832         } else {
2833                 counter_u64_add(ktls_ifnet_disable_fail, 1);
2834         }
2835
2836 out:
2837         sorele(so);
2838         if (!in_pcbrele_wlocked(inp))
2839                 INP_WUNLOCK(inp);
2840         ktls_free(tls);
2841 }
2842
2843 /*
2844  * Called when re-transmits are becoming a substantial portion of the
2845  * sends on this connection.  When this happens, we transition the
2846  * connection to software TLS.  This is needed because most inline TLS
2847  * NICs keep crypto state only for in-order transmits.  This means
2848  * that to handle a TCP rexmit (which is out-of-order), the NIC must
2849  * re-DMA the entire TLS record up to and including the current
2850  * segment.  This means that when re-transmitting the last ~1448 byte
2851  * segment of a 16KB TLS record, we could wind up re-DMA'ing an order
2852  * of magnitude more data than we are sending.  This can cause the
2853  * PCIe link to saturate well before the network, which can cause
2854  * output drops, and a general loss of capacity.
2855  */
2856 void
2857 ktls_disable_ifnet(void *arg)
2858 {
2859         struct tcpcb *tp;
2860         struct inpcb *inp;
2861         struct socket *so;
2862         struct ktls_session *tls;
2863
2864         tp = arg;
2865         inp = tp->t_inpcb;
2866         INP_WLOCK_ASSERT(inp);
2867         so = inp->inp_socket;
2868         SOCK_LOCK(so);
2869         tls = so->so_snd.sb_tls_info;
2870         if (tls->disable_ifnet_pending) {
2871                 SOCK_UNLOCK(so);
2872                 return;
2873         }
2874
2875         /*
2876          * note that disable_ifnet_pending is never cleared; disabling
2877          * ifnet can only be done once per session, so we never want
2878          * to do it again
2879          */
2880
2881         (void)ktls_hold(tls);
2882         in_pcbref(inp);
2883         soref(so);
2884         tls->disable_ifnet_pending = true;
2885         tls->inp = inp;
2886         SOCK_UNLOCK(so);
2887         TASK_INIT(&tls->disable_ifnet_task, 0, ktls_disable_ifnet_help, tls);
2888         (void)taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &tls->disable_ifnet_task);
2889 }
2890 #endif