sys/netipsec/xform_esp.c

   1 /*      $FreeBSD$       */
   2 /*      $OpenBSD: ip_esp.c,v 1.69 2001/06/26 06:18:59 angelos Exp $ */
   3 /*-
   4  * The authors of this code are John Ioannidis (ji@tla.org),
   5  * Angelos D. Keromytis (kermit@csd.uch.gr) and
   6  * Niels Provos (provos@physnet.uni-hamburg.de).
   7  *
   8  * The original version of this code was written by John Ioannidis
   9  * for BSD/OS in Athens, Greece, in November 1995.
  10  *
  11  * Ported to OpenBSD and NetBSD, with additional transforms, in December 1996,
  12  * by Angelos D. Keromytis.
  13  *
  14  * Additional transforms and features in 1997 and 1998 by Angelos D. Keromytis
  15  * and Niels Provos.
  16  *
  17  * Additional features in 1999 by Angelos D. Keromytis.
  18  *
  19  * Copyright (C) 1995, 1996, 1997, 1998, 1999 by John Ioannidis,
  20  * Angelos D. Keromytis and Niels Provos.
  21  * Copyright (c) 2001 Angelos D. Keromytis.
  22  *
  23  * Permission to use, copy, and modify this software with or without fee
  24  * is hereby granted, provided that this entire notice is included in
  25  * all copies of any software which is or includes a copy or
  26  * modification of this software.
  27  * You may use this code under the GNU public license if you so wish. Please
  28  * contribute changes back to the authors under this freer than GPL license
  29  * so that we may further the use of strong encryption without limitations to
  30  * all.
  31  *
  32  * THIS SOFTWARE IS BEING PROVIDED "AS IS", WITHOUT ANY EXPRESS OR
  33  * IMPLIED WARRANTY. IN PARTICULAR, NONE OF THE AUTHORS MAKES ANY
  34  * REPRESENTATION OR WARRANTY OF ANY KIND CONCERNING THE
  35  * MERCHANTABILITY OF THIS SOFTWARE OR ITS FITNESS FOR ANY PARTICULAR
  36  * PURPOSE.
  37  */
  38 #include "opt_inet.h"
  39 #include "opt_inet6.h"
  40
  41 #include <sys/param.h>
  42 #include <sys/systm.h>
  43 #include <sys/mbuf.h>
  44 #include <sys/socket.h>
  45 #include <sys/syslog.h>
  46 #include <sys/kernel.h>
  47 #include <sys/lock.h>
  48 #include <sys/random.h>
  49 #include <sys/mutex.h>
  50 #include <sys/sysctl.h>
  51 #include <sys/mutex.h>
  52 #include <machine/atomic.h>
  53
  54 #include <net/if.h>
  55 #include <net/vnet.h>
  56
  57 #include <netinet/in.h>
  58 #include <netinet/in_systm.h>
  59 #include <netinet/ip.h>
  60 #include <netinet/ip_ecn.h>
  61 #include <netinet/ip6.h>
  62
  63 #include <netipsec/ipsec.h>
  64 #include <netipsec/ah.h>
  65 #include <netipsec/ah_var.h>
  66 #include <netipsec/esp.h>
  67 #include <netipsec/esp_var.h>
  68 #include <netipsec/xform.h>
  69
  70 #ifdef INET6
  71 #include <netinet6/ip6_var.h>
  72 #include <netipsec/ipsec6.h>
  73 #include <netinet6/ip6_ecn.h>
  74 #endif
  75
  76 #include <netipsec/key.h>
  77 #include <netipsec/key_debug.h>
  78
  79 #include <opencrypto/cryptodev.h>
  80 #include <opencrypto/xform.h>
  81
  82 VNET_DEFINE(int, esp_enable) = 1;
  83 VNET_PCPUSTAT_DEFINE(struct espstat, espstat);
  84 VNET_PCPUSTAT_SYSINIT(espstat);
  85
  86 #ifdef VIMAGE
  87 VNET_PCPUSTAT_SYSUNINIT(espstat);
  88 #endif /* VIMAGE */
  89
  90 SYSCTL_DECL(_net_inet_esp);
  91 SYSCTL_INT(_net_inet_esp, OID_AUTO, esp_enable,
  92         CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(esp_enable), 0, "");
  93 SYSCTL_VNET_PCPUSTAT(_net_inet_esp, IPSECCTL_STATS, stats,
  94     struct espstat, espstat,
  95     "ESP statistics (struct espstat, netipsec/esp_var.h");
  96
  97 static struct timeval deswarn, blfwarn, castwarn, camelliawarn;
  98 static struct timeval warninterval = { .tv_sec = 1, .tv_usec = 0 };
  99
 100 static int esp_input_cb(struct cryptop *op);
 101 static int esp_output_cb(struct cryptop *crp);
 102
 103 size_t
 104 esp_hdrsiz(struct secasvar *sav)
 105 {
 106         size_t size;
 107
 108         if (sav != NULL) {
 109                 /*XXX not right for null algorithm--does it matter??*/
 110                 IPSEC_ASSERT(sav->tdb_encalgxform != NULL,
 111                         ("SA with null xform"));
 112                 if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 113                         size = sizeof (struct esp);
 114                 else
 115                         size = sizeof (struct newesp);
 116                 size += sav->tdb_encalgxform->blocksize + 9;
 117                 /*XXX need alg check???*/
 118                 if (sav->tdb_authalgxform != NULL && sav->replay)
 119                         size += ah_hdrsiz(sav);
 120         } else {
 121                 /*
 122                  *   base header size
 123                  * + max iv length for CBC mode
 124                  * + max pad length
 125                  * + sizeof (pad length field)
 126                  * + sizeof (next header field)
 127                  * + max icv supported.
 128                  */
 129                 size = sizeof (struct newesp) + EALG_MAX_BLOCK_LEN + 9 + 16;
 130         }
 131         return size;
 132 }
 133
 134 /*
 135  * esp_init() is called when an SPI is being set up.
 136  */
 137 static int
 138 esp_init(struct secasvar *sav, struct xformsw *xsp)
 139 {
 140         const struct enc_xform *txform;
 141         struct cryptoini cria, crie;
 142         int keylen;
 143         int error;
 144
 145         txform = enc_algorithm_lookup(sav->alg_enc);
 146         if (txform == NULL) {
 147                 DPRINTF(("%s: unsupported encryption algorithm %d\n",
 148                         __func__, sav->alg_enc));
 149                 return EINVAL;
 150         }
 151         if (sav->key_enc == NULL) {
 152                 DPRINTF(("%s: no encoding key for %s algorithm\n",
 153                          __func__, txform->name));
 154                 return EINVAL;
 155         }
 156         if ((sav->flags & (SADB_X_EXT_OLD | SADB_X_EXT_IV4B)) ==
 157             SADB_X_EXT_IV4B) {
 158                 DPRINTF(("%s: 4-byte IV not supported with protocol\n",
 159                         __func__));
 160                 return EINVAL;
 161         }
 162
 163         switch (sav->alg_enc) {
 164         case SADB_EALG_DESCBC:
 165                 if (ratecheck(&deswarn, &warninterval))
 166                         gone_in(13, "DES cipher for IPsec");
 167                 break;
 168         case SADB_X_EALG_BLOWFISHCBC:
 169                 if (ratecheck(&blfwarn, &warninterval))
 170                         gone_in(13, "Blowfish cipher for IPsec");
 171                 break;
 172         case SADB_X_EALG_CAST128CBC:
 173                 if (ratecheck(&castwarn, &warninterval))
 174                         gone_in(13, "CAST cipher for IPsec");
 175                 break;
 176         case SADB_X_EALG_CAMELLIACBC:
 177                 if (ratecheck(&camelliawarn, &warninterval))
 178                         gone_in(13, "Camellia cipher for IPsec");
 179                 break;
 180         }
 181
 182         /* subtract off the salt, RFC4106, 8.1 and RFC3686, 5.1 */
 183         keylen = _KEYLEN(sav->key_enc) - SAV_ISCTRORGCM(sav) * 4;
 184         if (txform->minkey > keylen || keylen > txform->maxkey) {
 185                 DPRINTF(("%s: invalid key length %u, must be in the range "
 186                         "[%u..%u] for algorithm %s\n", __func__,
 187                         keylen, txform->minkey, txform->maxkey,
 188                         txform->name));
 189                 return EINVAL;
 190         }
 191
 192         if (SAV_ISCTRORGCM(sav))
 193                 sav->ivlen = 8; /* RFC4106 3.1 and RFC3686 3.1 */
 194         else
 195                 sav->ivlen = txform->ivsize;
 196
 197         /*
 198          * Setup AH-related state.
 199          */
 200         if (sav->alg_auth != 0) {
 201                 error = ah_init0(sav, xsp, &cria);
 202                 if (error)
 203                         return error;
 204         }
 205
 206         /* NB: override anything set in ah_init0 */
 207         sav->tdb_xform = xsp;
 208         sav->tdb_encalgxform = txform;
 209
 210         /*
 211          * Whenever AES-GCM is used for encryption, one
 212          * of the AES authentication algorithms is chosen
 213          * as well, based on the key size.
 214          */
 215         if (sav->alg_enc == SADB_X_EALG_AESGCM16) {
 216                 switch (keylen) {
 217                 case AES_128_GMAC_KEY_LEN:
 218                         sav->alg_auth = SADB_X_AALG_AES128GMAC;
 219                         sav->tdb_authalgxform = &auth_hash_nist_gmac_aes_128;
 220                         break;
 221                 case AES_192_GMAC_KEY_LEN:
 222                         sav->alg_auth = SADB_X_AALG_AES192GMAC;
 223                         sav->tdb_authalgxform = &auth_hash_nist_gmac_aes_192;
 224                         break;
 225                 case AES_256_GMAC_KEY_LEN:
 226                         sav->alg_auth = SADB_X_AALG_AES256GMAC;
 227                         sav->tdb_authalgxform = &auth_hash_nist_gmac_aes_256;
 228                         break;
 229                 default:
 230                         DPRINTF(("%s: invalid key length %u"
 231                                  "for algorithm %s\n", __func__,
 232                                  keylen, txform->name));
 233                         return EINVAL;
 234                 }
 235                 bzero(&cria, sizeof(cria));
 236                 cria.cri_alg = sav->tdb_authalgxform->type;
 237                 cria.cri_key = sav->key_enc->key_data;
 238                 cria.cri_klen = _KEYBITS(sav->key_enc) - SAV_ISGCM(sav) * 32;
 239         }
 240
 241         /* Initialize crypto session. */
 242         bzero(&crie, sizeof(crie));
 243         crie.cri_alg = sav->tdb_encalgxform->type;
 244         crie.cri_key = sav->key_enc->key_data;
 245         crie.cri_klen = _KEYBITS(sav->key_enc) - SAV_ISCTRORGCM(sav) * 32;
 246
 247         if (sav->tdb_authalgxform && sav->tdb_encalgxform) {
 248                 /* init both auth & enc */
 249                 crie.cri_next = &cria;
 250                 error = crypto_newsession(&sav->tdb_cryptoid,
 251                                           &crie, V_crypto_support);
 252         } else if (sav->tdb_encalgxform) {
 253                 error = crypto_newsession(&sav->tdb_cryptoid,
 254                                           &crie, V_crypto_support);
 255         } else if (sav->tdb_authalgxform) {
 256                 error = crypto_newsession(&sav->tdb_cryptoid,
 257                                           &cria, V_crypto_support);
 258         } else {
 259                 /* XXX cannot happen? */
 260                 DPRINTF(("%s: no encoding OR authentication xform!\n",
 261                         __func__));
 262                 error = EINVAL;
 263         }
 264         return error;
 265 }
 266
 267 /*
 268  * Paranoia.
 269  */
 270 static int
 271 esp_zeroize(struct secasvar *sav)
 272 {
 273         /* NB: ah_zerorize free's the crypto session state */
 274         int error = ah_zeroize(sav);
 275
 276         if (sav->key_enc)
 277                 bzero(sav->key_enc->key_data, _KEYLEN(sav->key_enc));
 278         sav->tdb_encalgxform = NULL;
 279         sav->tdb_xform = NULL;
 280         return error;
 281 }
 282
 283 /*
 284  * ESP input processing, called (eventually) through the protocol switch.
 285  */
 286 static int
 287 esp_input(struct mbuf *m, struct secasvar *sav, int skip, int protoff)
 288 {
 289         IPSEC_DEBUG_DECLARE(char buf[128]);
 290         const struct auth_hash *esph;
 291         const struct enc_xform *espx;
 292         struct xform_data *xd;
 293         struct cryptodesc *crde;
 294         struct cryptop *crp;
 295         struct newesp *esp;
 296         uint8_t *ivp;
 297         crypto_session_t cryptoid;
 298         int alen, error, hlen, plen;
 299
 300         IPSEC_ASSERT(sav != NULL, ("null SA"));
 301         IPSEC_ASSERT(sav->tdb_encalgxform != NULL, ("null encoding xform"));
 302
 303         error = EINVAL;
 304         /* Valid IP Packet length ? */
 305         if ( (skip&3) || (m->m_pkthdr.len&3) ){
 306                 DPRINTF(("%s: misaligned packet, skip %u pkt len %u",
 307                                 __func__, skip, m->m_pkthdr.len));
 308                 ESPSTAT_INC(esps_badilen);
 309                 goto bad;
 310         }
 311         /* XXX don't pullup, just copy header */
 312         IP6_EXTHDR_GET(esp, struct newesp *, m, skip, sizeof (struct newesp));
 313
 314         esph = sav->tdb_authalgxform;
 315         espx = sav->tdb_encalgxform;
 316
 317         /* Determine the ESP header and auth length */
 318         if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 319                 hlen = sizeof (struct esp) + sav->ivlen;
 320         else
 321                 hlen = sizeof (struct newesp) + sav->ivlen;
 322
 323         alen = xform_ah_authsize(esph);
 324
 325         /*
 326          * Verify payload length is multiple of encryption algorithm
 327          * block size.
 328          *
 329          * NB: This works for the null algorithm because the blocksize
 330          *     is 4 and all packets must be 4-byte aligned regardless
 331          *     of the algorithm.
 332          */
 333         plen = m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen);
 334         if ((plen & (espx->blocksize - 1)) || (plen <= 0)) {
 335                 DPRINTF(("%s: payload of %d octets not a multiple of %d octets,"
 336                     "  SA %s/%08lx\n", __func__, plen, espx->blocksize,
 337                     ipsec_address(&sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 338                     (u_long)ntohl(sav->spi)));
 339                 ESPSTAT_INC(esps_badilen);
 340                 goto bad;
 341         }
 342
 343         /*
 344          * Check sequence number.
 345          */
 346         SECASVAR_LOCK(sav);
 347         if (esph != NULL && sav->replay != NULL && sav->replay->wsize != 0) {
 348                 if (ipsec_chkreplay(ntohl(esp->esp_seq), sav) == 0) {
 349                         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 350                         DPRINTF(("%s: packet replay check for %s\n", __func__,
 351                             ipsec_sa2str(sav, buf, sizeof(buf))));
 352                         ESPSTAT_INC(esps_replay);
 353                         error = EACCES;
 354                         goto bad;
 355                 }
 356         }
 357         cryptoid = sav->tdb_cryptoid;
 358         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 359
 360         /* Update the counters */
 361         ESPSTAT_ADD(esps_ibytes, m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen));
 362
 363         /* Get crypto descriptors */
 364         crp = crypto_getreq(esph && espx ? 2 : 1);
 365         if (crp == NULL) {
 366                 DPRINTF(("%s: failed to acquire crypto descriptors\n",
 367                         __func__));
 368                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 369                 error = ENOBUFS;
 370                 goto bad;
 371         }
 372
 373         /* Get IPsec-specific opaque pointer */
 374         xd = malloc(sizeof(*xd) + alen, M_XDATA, M_NOWAIT | M_ZERO);
 375         if (xd == NULL) {
 376                 DPRINTF(("%s: failed to allocate xform_data\n", __func__));
 377                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 378                 crypto_freereq(crp);
 379                 error = ENOBUFS;
 380                 goto bad;
 381         }
 382
 383         if (esph != NULL) {
 384                 struct cryptodesc *crda = crp->crp_desc;
 385
 386                 IPSEC_ASSERT(crda != NULL, ("null ah crypto descriptor"));
 387
 388                 /* Authentication descriptor */
 389                 crda->crd_skip = skip;
 390                 if (SAV_ISGCM(sav))
 391                         crda->crd_len = 8;      /* RFC4106 5, SPI + SN */
 392                 else
 393                         crda->crd_len = m->m_pkthdr.len - (skip + alen);
 394                 crda->crd_inject = m->m_pkthdr.len - alen;
 395
 396                 crda->crd_alg = esph->type;
 397
 398                 /* Copy the authenticator */
 399                 m_copydata(m, m->m_pkthdr.len - alen, alen,
 400                     (caddr_t) (xd + 1));
 401
 402                 /* Chain authentication request */
 403                 crde = crda->crd_next;
 404         } else {
 405                 crde = crp->crp_desc;
 406         }
 407
 408         /* Crypto operation descriptor */
 409         crp->crp_ilen = m->m_pkthdr.len; /* Total input length */
 410         crp->crp_flags = CRYPTO_F_IMBUF | CRYPTO_F_CBIFSYNC;
 411         if (V_async_crypto)
 412                 crp->crp_flags |= CRYPTO_F_ASYNC | CRYPTO_F_ASYNC_KEEPORDER;
 413         crp->crp_buf = (caddr_t) m;
 414         crp->crp_callback = esp_input_cb;
 415         crp->crp_session = cryptoid;
 416         crp->crp_opaque = (caddr_t) xd;
 417
 418         /* These are passed as-is to the callback */
 419         xd->sav = sav;
 420         xd->protoff = protoff;
 421         xd->skip = skip;
 422         xd->cryptoid = cryptoid;
 423         xd->vnet = curvnet;
 424
 425         /* Decryption descriptor */
 426         IPSEC_ASSERT(crde != NULL, ("null esp crypto descriptor"));
 427         crde->crd_skip = skip + hlen;
 428         crde->crd_len = m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen);
 429         crde->crd_inject = skip + hlen - sav->ivlen;
 430
 431         if (SAV_ISCTRORGCM(sav)) {
 432                 ivp = &crde->crd_iv[0];
 433
 434                 /* GCM IV Format: RFC4106 4 */
 435                 /* CTR IV Format: RFC3686 4 */
 436                 /* Salt is last four bytes of key, RFC4106 8.1 */
 437                 /* Nonce is last four bytes of key, RFC3686 5.1 */
 438                 memcpy(ivp, sav->key_enc->key_data +
 439                     _KEYLEN(sav->key_enc) - 4, 4);
 440
 441                 if (SAV_ISCTR(sav)) {
 442                         /* Initial block counter is 1, RFC3686 4 */
 443                         be32enc(&ivp[sav->ivlen + 4], 1);
 444                 }
 445
 446                 m_copydata(m, skip + hlen - sav->ivlen, sav->ivlen, &ivp[4]);
 447                 crde->crd_flags |= CRD_F_IV_EXPLICIT;
 448         }
 449
 450         crde->crd_alg = espx->type;
 451
 452         return (crypto_dispatch(crp));
 453 bad:
 454         m_freem(m);
 455         key_freesav(&sav);
 456         return (error);
 457 }
 458
 459 /*
 460  * ESP input callback from the crypto driver.
 461  */
 462 static int
 463 esp_input_cb(struct cryptop *crp)
 464 {
 465         IPSEC_DEBUG_DECLARE(char buf[128]);
 466         u_int8_t lastthree[3], aalg[AH_HMAC_MAXHASHLEN];
 467         const struct auth_hash *esph;
 468         struct mbuf *m;
 469         struct cryptodesc *crd;
 470         struct xform_data *xd;
 471         struct secasvar *sav;
 472         struct secasindex *saidx;
 473         caddr_t ptr;
 474         crypto_session_t cryptoid;
 475         int hlen, skip, protoff, error, alen;
 476
 477         crd = crp->crp_desc;
 478         IPSEC_ASSERT(crd != NULL, ("null crypto descriptor!"));
 479
 480         m = (struct mbuf *) crp->crp_buf;
 481         xd = (struct xform_data *) crp->crp_opaque;
 482         CURVNET_SET(xd->vnet);
 483         sav = xd->sav;
 484         skip = xd->skip;
 485         protoff = xd->protoff;
 486         cryptoid = xd->cryptoid;
 487         saidx = &sav->sah->saidx;
 488         esph = sav->tdb_authalgxform;
 489
 490         /* Check for crypto errors */
 491         if (crp->crp_etype) {
 492                 if (crp->crp_etype == EAGAIN) {
 493                         /* Reset the session ID */
 494                         if (ipsec_updateid(sav, &crp->crp_session, &cryptoid) != 0)
 495                                 crypto_freesession(cryptoid);
 496                         xd->cryptoid = crp->crp_session;
 497                         CURVNET_RESTORE();
 498                         return (crypto_dispatch(crp));
 499                 }
 500                 ESPSTAT_INC(esps_noxform);
 501                 DPRINTF(("%s: crypto error %d\n", __func__, crp->crp_etype));
 502                 error = crp->crp_etype;
 503                 goto bad;
 504         }
 505
 506         /* Shouldn't happen... */
 507         if (m == NULL) {
 508                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 509                 DPRINTF(("%s: bogus returned buffer from crypto\n", __func__));
 510                 error = EINVAL;
 511                 goto bad;
 512         }
 513         ESPSTAT_INC(esps_hist[sav->alg_enc]);
 514
 515         /* If authentication was performed, check now. */
 516         if (esph != NULL) {
 517                 alen = xform_ah_authsize(esph);
 518                 AHSTAT_INC(ahs_hist[sav->alg_auth]);
 519                 /* Copy the authenticator from the packet */
 520                 m_copydata(m, m->m_pkthdr.len - alen, alen, aalg);
 521                 ptr = (caddr_t) (xd + 1);
 522
 523                 /* Verify authenticator */
 524                 if (timingsafe_bcmp(ptr, aalg, alen) != 0) {
 525                         DPRINTF(("%s: authentication hash mismatch for "
 526                             "packet in SA %s/%08lx\n", __func__,
 527                             ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 528                             (u_long) ntohl(sav->spi)));
 529                         ESPSTAT_INC(esps_badauth);
 530                         error = EACCES;
 531                         goto bad;
 532                 }
 533                 m->m_flags |= M_AUTHIPDGM;
 534                 /* Remove trailing authenticator */
 535                 m_adj(m, -alen);
 536         }
 537
 538         /* Release the crypto descriptors */
 539         free(xd, M_XDATA), xd = NULL;
 540         crypto_freereq(crp), crp = NULL;
 541
 542         /*
 543          * Packet is now decrypted.
 544          */
 545         m->m_flags |= M_DECRYPTED;
 546
 547         /*
 548          * Update replay sequence number, if appropriate.
 549          */
 550         if (sav->replay) {
 551                 u_int32_t seq;
 552
 553                 m_copydata(m, skip + offsetof(struct newesp, esp_seq),
 554                            sizeof (seq), (caddr_t) &seq);
 555                 SECASVAR_LOCK(sav);
 556                 if (ipsec_updatereplay(ntohl(seq), sav)) {
 557                         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 558                         DPRINTF(("%s: packet replay check for %s\n", __func__,
 559                             ipsec_sa2str(sav, buf, sizeof(buf))));
 560                         ESPSTAT_INC(esps_replay);
 561                         error = EACCES;
 562                         goto bad;
 563                 }
 564                 SECASVAR_UNLOCK(sav);
 565         }
 566
 567         /* Determine the ESP header length */
 568         if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 569                 hlen = sizeof (struct esp) + sav->ivlen;
 570         else
 571                 hlen = sizeof (struct newesp) + sav->ivlen;
 572
 573         /* Remove the ESP header and IV from the mbuf. */
 574         error = m_striphdr(m, skip, hlen);
 575         if (error) {
 576                 ESPSTAT_INC(esps_hdrops);
 577                 DPRINTF(("%s: bad mbuf chain, SA %s/%08lx\n", __func__,
 578                     ipsec_address(&sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 579                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 580                 goto bad;
 581         }
 582
 583         /* Save the last three bytes of decrypted data */
 584         m_copydata(m, m->m_pkthdr.len - 3, 3, lastthree);
 585
 586         /* Verify pad length */
 587         if (lastthree[1] + 2 > m->m_pkthdr.len - skip) {
 588                 ESPSTAT_INC(esps_badilen);
 589                 DPRINTF(("%s: invalid padding length %d for %u byte packet "
 590                     "in SA %s/%08lx\n", __func__, lastthree[1],
 591                     m->m_pkthdr.len - skip,
 592                     ipsec_address(&sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 593                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 594                 error = EINVAL;
 595                 goto bad;
 596         }
 597
 598         /* Verify correct decryption by checking the last padding bytes */
 599         if ((sav->flags & SADB_X_EXT_PMASK) != SADB_X_EXT_PRAND) {
 600                 if (lastthree[1] != lastthree[0] && lastthree[1] != 0) {
 601                         ESPSTAT_INC(esps_badenc);
 602                         DPRINTF(("%s: decryption failed for packet in "
 603                             "SA %s/%08lx\n", __func__, ipsec_address(
 604                             &sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 605                             (u_long) ntohl(sav->spi)));
 606                         error = EINVAL;
 607                         goto bad;
 608                 }
 609         }
 610
 611         /* Trim the mbuf chain to remove trailing authenticator and padding */
 612         m_adj(m, -(lastthree[1] + 2));
 613
 614         /* Restore the Next Protocol field */
 615         m_copyback(m, protoff, sizeof (u_int8_t), lastthree + 2);
 616
 617         switch (saidx->dst.sa.sa_family) {
 618 #ifdef INET6
 619         case AF_INET6:
 620                 error = ipsec6_common_input_cb(m, sav, skip, protoff);
 621                 break;
 622 #endif
 623 #ifdef INET
 624         case AF_INET:
 625                 error = ipsec4_common_input_cb(m, sav, skip, protoff);
 626                 break;
 627 #endif
 628         default:
 629                 panic("%s: Unexpected address family: %d saidx=%p", __func__,
 630                     saidx->dst.sa.sa_family, saidx);
 631         }
 632         CURVNET_RESTORE();
 633         return error;
 634 bad:
 635         CURVNET_RESTORE();
 636         if (sav != NULL)
 637                 key_freesav(&sav);
 638         if (m != NULL)
 639                 m_freem(m);
 640         if (xd != NULL)
 641                 free(xd, M_XDATA);
 642         if (crp != NULL)
 643                 crypto_freereq(crp);
 644         return error;
 645 }
 646 /*
 647  * ESP output routine, called by ipsec[46]_perform_request().
 648  */
 649 static int
 650 esp_output(struct mbuf *m, struct secpolicy *sp, struct secasvar *sav,
 651     u_int idx, int skip, int protoff)
 652 {
 653         IPSEC_DEBUG_DECLARE(char buf[IPSEC_ADDRSTRLEN]);
 654         struct cryptodesc *crde = NULL, *crda = NULL;
 655         struct cryptop *crp;
 656         const struct auth_hash *esph;
 657         const struct enc_xform *espx;
 658         struct mbuf *mo = NULL;
 659         struct xform_data *xd;
 660         struct secasindex *saidx;
 661         unsigned char *pad;
 662         uint8_t *ivp;
 663         uint64_t cntr;
 664         crypto_session_t cryptoid;
 665         int hlen, rlen, padding, blks, alen, i, roff;
 666         int error, maxpacketsize;
 667         uint8_t prot;
 668
 669         IPSEC_ASSERT(sav != NULL, ("null SA"));
 670         esph = sav->tdb_authalgxform;
 671         espx = sav->tdb_encalgxform;
 672         IPSEC_ASSERT(espx != NULL, ("null encoding xform"));
 673
 674         if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 675                 hlen = sizeof (struct esp) + sav->ivlen;
 676         else
 677                 hlen = sizeof (struct newesp) + sav->ivlen;
 678
 679         rlen = m->m_pkthdr.len - skip;  /* Raw payload length. */
 680         /*
 681          * RFC4303 2.4 Requires 4 byte alignment.
 682          */
 683         blks = MAX(4, espx->blocksize);         /* Cipher blocksize */
 684
 685         /* XXX clamp padding length a la KAME??? */
 686         padding = ((blks - ((rlen + 2) % blks)) % blks) + 2;
 687
 688         alen = xform_ah_authsize(esph);
 689
 690         ESPSTAT_INC(esps_output);
 691
 692         saidx = &sav->sah->saidx;
 693         /* Check for maximum packet size violations. */
 694         switch (saidx->dst.sa.sa_family) {
 695 #ifdef INET
 696         case AF_INET:
 697                 maxpacketsize = IP_MAXPACKET;
 698                 break;
 699 #endif /* INET */
 700 #ifdef INET6
 701         case AF_INET6:
 702                 maxpacketsize = IPV6_MAXPACKET;
 703                 break;
 704 #endif /* INET6 */
 705         default:
 706                 DPRINTF(("%s: unknown/unsupported protocol "
 707                     "family %d, SA %s/%08lx\n", __func__,
 708                     saidx->dst.sa.sa_family, ipsec_address(&saidx->dst,
 709                         buf, sizeof(buf)), (u_long) ntohl(sav->spi)));
 710                 ESPSTAT_INC(esps_nopf);
 711                 error = EPFNOSUPPORT;
 712                 goto bad;
 713         }
 714         /*
 715         DPRINTF(("%s: skip %d hlen %d rlen %d padding %d alen %d blksd %d\n",
 716                 __func__, skip, hlen, rlen, padding, alen, blks)); */
 717         if (skip + hlen + rlen + padding + alen > maxpacketsize) {
 718                 DPRINTF(("%s: packet in SA %s/%08lx got too big "
 719                     "(len %u, max len %u)\n", __func__,
 720                     ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 721                     (u_long) ntohl(sav->spi),
 722                     skip + hlen + rlen + padding + alen, maxpacketsize));
 723                 ESPSTAT_INC(esps_toobig);
 724                 error = EMSGSIZE;
 725                 goto bad;
 726         }
 727
 728         /* Update the counters. */
 729         ESPSTAT_ADD(esps_obytes, m->m_pkthdr.len - skip);
 730
 731         m = m_unshare(m, M_NOWAIT);
 732         if (m == NULL) {
 733                 DPRINTF(("%s: cannot clone mbuf chain, SA %s/%08lx\n", __func__,
 734                     ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 735                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 736                 ESPSTAT_INC(esps_hdrops);
 737                 error = ENOBUFS;
 738                 goto bad;
 739         }
 740
 741         /* Inject ESP header. */
 742         mo = m_makespace(m, skip, hlen, &roff);
 743         if (mo == NULL) {
 744                 DPRINTF(("%s: %u byte ESP hdr inject failed for SA %s/%08lx\n",
 745                     __func__, hlen, ipsec_address(&saidx->dst, buf,
 746                     sizeof(buf)), (u_long) ntohl(sav->spi)));
 747                 ESPSTAT_INC(esps_hdrops);       /* XXX diffs from openbsd */
 748                 error = ENOBUFS;
 749                 goto bad;
 750         }
 751
 752         /* Initialize ESP header. */
 753         bcopy((caddr_t) &sav->spi, mtod(mo, caddr_t) + roff,
 754             sizeof(uint32_t));
 755         SECASVAR_LOCK(sav);
 756         if (sav->replay) {
 757                 uint32_t replay;
 758
 759 #ifdef REGRESSION
 760                 /* Emulate replay attack when ipsec_replay is TRUE. */
 761                 if (!V_ipsec_replay)
 762 #endif
 763                         sav->replay->count++;
 764                 replay = htonl(sav->replay->count);
 765
 766                 bcopy((caddr_t) &replay, mtod(mo, caddr_t) + roff +
 767                     sizeof(uint32_t), sizeof(uint32_t));
 768         }
 769         cryptoid = sav->tdb_cryptoid;
 770         if (SAV_ISCTRORGCM(sav))
 771                 cntr = sav->cntr++;
 772         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 773
 774         /*
 775          * Add padding -- better to do it ourselves than use the crypto engine,
 776          * although if/when we support compression, we'd have to do that.
 777          */
 778         pad = (u_char *) m_pad(m, padding + alen);
 779         if (pad == NULL) {
 780                 DPRINTF(("%s: m_pad failed for SA %s/%08lx\n", __func__,
 781                     ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 782                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 783                 m = NULL;               /* NB: free'd by m_pad */
 784                 error = ENOBUFS;
 785                 goto bad;
 786         }
 787
 788         /*
 789          * Add padding: random, zero, or self-describing.
 790          * XXX catch unexpected setting
 791          */
 792         switch (sav->flags & SADB_X_EXT_PMASK) {
 793         case SADB_X_EXT_PRAND:
 794                 arc4random_buf(pad, padding - 2);
 795                 break;
 796         case SADB_X_EXT_PZERO:
 797                 bzero(pad, padding - 2);
 798                 break;
 799         case SADB_X_EXT_PSEQ:
 800                 for (i = 0; i < padding - 2; i++)
 801                         pad[i] = i+1;
 802                 break;
 803         }
 804
 805         /* Fix padding length and Next Protocol in padding itself. */
 806         pad[padding - 2] = padding - 2;
 807         m_copydata(m, protoff, sizeof(u_int8_t), pad + padding - 1);
 808
 809         /* Fix Next Protocol in IPv4/IPv6 header. */
 810         prot = IPPROTO_ESP;
 811         m_copyback(m, protoff, sizeof(u_int8_t), (u_char *) &prot);
 812
 813         /* Get crypto descriptors. */
 814         crp = crypto_getreq(esph != NULL ? 2 : 1);
 815         if (crp == NULL) {
 816                 DPRINTF(("%s: failed to acquire crypto descriptors\n",
 817                         __func__));
 818                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 819                 error = ENOBUFS;
 820                 goto bad;
 821         }
 822
 823         /* IPsec-specific opaque crypto info. */
 824         xd =  malloc(sizeof(struct xform_data), M_XDATA, M_NOWAIT | M_ZERO);
 825         if (xd == NULL) {
 826                 crypto_freereq(crp);
 827                 DPRINTF(("%s: failed to allocate xform_data\n", __func__));
 828                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 829                 error = ENOBUFS;
 830                 goto bad;
 831         }
 832
 833         crde = crp->crp_desc;
 834         crda = crde->crd_next;
 835
 836         /* Encryption descriptor. */
 837         crde->crd_skip = skip + hlen;
 838         crde->crd_len = m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen);
 839         crde->crd_flags = CRD_F_ENCRYPT;
 840         crde->crd_inject = skip + hlen - sav->ivlen;
 841
 842         /* Encryption operation. */
 843         crde->crd_alg = espx->type;
 844         if (SAV_ISCTRORGCM(sav)) {
 845                 ivp = &crde->crd_iv[0];
 846
 847                 /* GCM IV Format: RFC4106 4 */
 848                 /* CTR IV Format: RFC3686 4 */
 849                 /* Salt is last four bytes of key, RFC4106 8.1 */
 850                 /* Nonce is last four bytes of key, RFC3686 5.1 */
 851                 memcpy(ivp, sav->key_enc->key_data +
 852                     _KEYLEN(sav->key_enc) - 4, 4);
 853                 be64enc(&ivp[4], cntr);
 854                 if (SAV_ISCTR(sav)) {
 855                         /* Initial block counter is 1, RFC3686 4 */
 856                         /* XXXAE: should we use this only for first packet? */
 857                         be32enc(&ivp[sav->ivlen + 4], 1);
 858                 }
 859
 860                 m_copyback(m, skip + hlen - sav->ivlen, sav->ivlen, &ivp[4]);
 861                 crde->crd_flags |= CRD_F_IV_EXPLICIT|CRD_F_IV_PRESENT;
 862         }
 863
 864         /* Callback parameters */
 865         xd->sp = sp;
 866         xd->sav = sav;
 867         xd->idx = idx;
 868         xd->cryptoid = cryptoid;
 869         xd->vnet = curvnet;
 870
 871         /* Crypto operation descriptor. */
 872         crp->crp_ilen = m->m_pkthdr.len; /* Total input length. */
 873         crp->crp_flags = CRYPTO_F_IMBUF | CRYPTO_F_CBIFSYNC;
 874         if (V_async_crypto)
 875                 crp->crp_flags |= CRYPTO_F_ASYNC | CRYPTO_F_ASYNC_KEEPORDER;
 876         crp->crp_buf = (caddr_t) m;
 877         crp->crp_callback = esp_output_cb;
 878         crp->crp_opaque = (caddr_t) xd;
 879         crp->crp_session = cryptoid;
 880
 881         if (esph) {
 882                 /* Authentication descriptor. */
 883                 crda->crd_alg = esph->type;
 884                 crda->crd_skip = skip;
 885                 if (SAV_ISGCM(sav))
 886                         crda->crd_len = 8;      /* RFC4106 5, SPI + SN */
 887                 else
 888                         crda->crd_len = m->m_pkthdr.len - (skip + alen);
 889                 crda->crd_inject = m->m_pkthdr.len - alen;
 890         }
 891
 892         return crypto_dispatch(crp);
 893 bad:
 894         if (m)
 895                 m_freem(m);
 896         key_freesav(&sav);
 897         key_freesp(&sp);
 898         return (error);
 899 }
 900 /*
 901  * ESP output callback from the crypto driver.
 902  */
 903 static int
 904 esp_output_cb(struct cryptop *crp)
 905 {
 906         struct xform_data *xd;
 907         struct secpolicy *sp;
 908         struct secasvar *sav;
 909         struct mbuf *m;
 910         crypto_session_t cryptoid;
 911         u_int idx;
 912         int error;
 913
 914         xd = (struct xform_data *) crp->crp_opaque;
 915         CURVNET_SET(xd->vnet);
 916         m = (struct mbuf *) crp->crp_buf;
 917         sp = xd->sp;
 918         sav = xd->sav;
 919         idx = xd->idx;
 920         cryptoid = xd->cryptoid;
 921
 922         /* Check for crypto errors. */
 923         if (crp->crp_etype) {
 924                 if (crp->crp_etype == EAGAIN) {
 925                         /* Reset the session ID */
 926                         if (ipsec_updateid(sav, &crp->crp_session, &cryptoid) != 0)
 927                                 crypto_freesession(cryptoid);
 928                         xd->cryptoid = crp->crp_session;
 929                         CURVNET_RESTORE();
 930                         return (crypto_dispatch(crp));
 931                 }
 932                 ESPSTAT_INC(esps_noxform);
 933                 DPRINTF(("%s: crypto error %d\n", __func__, crp->crp_etype));
 934                 error = crp->crp_etype;
 935                 m_freem(m);
 936                 goto bad;
 937         }
 938
 939         /* Shouldn't happen... */
 940         if (m == NULL) {
 941                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 942                 DPRINTF(("%s: bogus returned buffer from crypto\n", __func__));
 943                 error = EINVAL;
 944                 goto bad;
 945         }
 946         free(xd, M_XDATA);
 947         crypto_freereq(crp);
 948         ESPSTAT_INC(esps_hist[sav->alg_enc]);
 949         if (sav->tdb_authalgxform != NULL)
 950                 AHSTAT_INC(ahs_hist[sav->alg_auth]);
 951
 952 #ifdef REGRESSION
 953         /* Emulate man-in-the-middle attack when ipsec_integrity is TRUE. */
 954         if (V_ipsec_integrity) {
 955                 static unsigned char ipseczeroes[AH_HMAC_MAXHASHLEN];
 956                 const struct auth_hash *esph;
 957
 958                 /*
 959                  * Corrupt HMAC if we want to test integrity verification of
 960                  * the other side.
 961                  */
 962                 esph = sav->tdb_authalgxform;
 963                 if (esph !=  NULL) {
 964                         int alen;
 965
 966                         alen = xform_ah_authsize(esph);
 967                         m_copyback(m, m->m_pkthdr.len - alen,
 968                             alen, ipseczeroes);
 969                 }
 970         }
 971 #endif
 972
 973         /* NB: m is reclaimed by ipsec_process_done. */
 974         error = ipsec_process_done(m, sp, sav, idx);
 975         CURVNET_RESTORE();
 976         return (error);
 977 bad:
 978         CURVNET_RESTORE();
 979         free(xd, M_XDATA);
 980         crypto_freereq(crp);
 981         key_freesav(&sav);
 982         key_freesp(&sp);
 983         return (error);
 984 }
 985
 986 static struct xformsw esp_xformsw = {
 987         .xf_type =      XF_ESP,
 988         .xf_name =      "IPsec ESP",
 989         .xf_init =      esp_init,
 990         .xf_zeroize =   esp_zeroize,
 991         .xf_input =     esp_input,
 992         .xf_output =    esp_output,
 993 };
 994
 995 SYSINIT(esp_xform_init, SI_SUB_PROTO_DOMAIN, SI_ORDER_MIDDLE,
 996     xform_attach, &esp_xformsw);
 997 SYSUNINIT(esp_xform_uninit, SI_SUB_PROTO_DOMAIN, SI_ORDER_MIDDLE,
 998     xform_detach, &esp_xformsw);