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 #include "opt_ipsec.h"
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/systm.h>
  44 #include <sys/mbuf.h>
  45 #include <sys/socket.h>
  46 #include <sys/syslog.h>
  47 #include <sys/kernel.h>
  48 #include <sys/lock.h>
  49 #include <sys/random.h>
  50 #include <sys/mutex.h>
  51 #include <sys/sysctl.h>
  52 #include <sys/mutex.h>
  53 #include <machine/atomic.h>
  54
  55 #include <net/if.h>
  56 #include <net/vnet.h>
  57
  58 #include <netinet/in.h>
  59 #include <netinet/in_systm.h>
  60 #include <netinet/ip.h>
  61 #include <netinet/ip_ecn.h>
  62 #include <netinet/ip6.h>
  63
  64 #include <netipsec/ipsec.h>
  65 #include <netipsec/ah.h>
  66 #include <netipsec/ah_var.h>
  67 #include <netipsec/esp.h>
  68 #include <netipsec/esp_var.h>
  69 #include <netipsec/xform.h>
  70
  71 #ifdef INET6
  72 #include <netinet6/ip6_var.h>
  73 #include <netipsec/ipsec6.h>
  74 #include <netinet6/ip6_ecn.h>
  75 #endif
  76
  77 #include <netipsec/key.h>
  78 #include <netipsec/key_debug.h>
  79
  80 #include <opencrypto/cryptodev.h>
  81 #include <opencrypto/xform.h>
  82
  83 #define SPI_SIZE        4
  84
  85 VNET_DEFINE(int, esp_enable) = 1;
  86 VNET_DEFINE_STATIC(int, esp_ctr_compatibility) = 1;
  87 #define V_esp_ctr_compatibility VNET(esp_ctr_compatibility)
  88 VNET_PCPUSTAT_DEFINE(struct espstat, espstat);
  89 VNET_PCPUSTAT_SYSINIT(espstat);
  90
  91 #ifdef VIMAGE
  92 VNET_PCPUSTAT_SYSUNINIT(espstat);
  93 #endif /* VIMAGE */
  94
  95 SYSCTL_DECL(_net_inet_esp);
  96 SYSCTL_INT(_net_inet_esp, OID_AUTO, esp_enable,
  97         CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(esp_enable), 0, "");
  98 SYSCTL_INT(_net_inet_esp, OID_AUTO, ctr_compatibility,
  99     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(esp_ctr_compatibility), 0,
 100     "Align AES-CTR encrypted transmitted frames to blocksize");
 101 SYSCTL_VNET_PCPUSTAT(_net_inet_esp, IPSECCTL_STATS, stats,
 102     struct espstat, espstat,
 103     "ESP statistics (struct espstat, netipsec/esp_var.h");
 104
 105 static int esp_input_cb(struct cryptop *op);
 106 static int esp_output_cb(struct cryptop *crp);
 107
 108 size_t
 109 esp_hdrsiz(struct secasvar *sav)
 110 {
 111         size_t size;
 112
 113         if (sav != NULL) {
 114                 /*XXX not right for null algorithm--does it matter??*/
 115                 IPSEC_ASSERT(sav->tdb_encalgxform != NULL,
 116                         ("SA with null xform"));
 117                 if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 118                         size = sizeof (struct esp);
 119                 else
 120                         size = sizeof (struct newesp);
 121                 size += sav->tdb_encalgxform->blocksize + 9;
 122                 /*XXX need alg check???*/
 123                 if (sav->tdb_authalgxform != NULL && sav->replay)
 124                         size += ah_hdrsiz(sav);
 125         } else {
 126                 /*
 127                  *   base header size
 128                  * + max iv length for CBC mode
 129                  * + max pad length
 130                  * + sizeof (pad length field)
 131                  * + sizeof (next header field)
 132                  * + max icv supported.
 133                  */
 134                 size = sizeof (struct newesp) + EALG_MAX_BLOCK_LEN + 9 + 16;
 135         }
 136         return size;
 137 }
 138
 139 /*
 140  * esp_init() is called when an SPI is being set up.
 141  */
 142 static int
 143 esp_init(struct secasvar *sav, struct xformsw *xsp)
 144 {
 145         const struct enc_xform *txform;
 146         struct crypto_session_params csp;
 147         int keylen;
 148         int error;
 149
 150         txform = enc_algorithm_lookup(sav->alg_enc);
 151         if (txform == NULL) {
 152                 DPRINTF(("%s: unsupported encryption algorithm %d\n",
 153                         __func__, sav->alg_enc));
 154                 return EINVAL;
 155         }
 156         if (sav->key_enc == NULL) {
 157                 DPRINTF(("%s: no encoding key for %s algorithm\n",
 158                          __func__, txform->name));
 159                 return EINVAL;
 160         }
 161         if ((sav->flags & (SADB_X_EXT_OLD | SADB_X_EXT_IV4B)) ==
 162             SADB_X_EXT_IV4B) {
 163                 DPRINTF(("%s: 4-byte IV not supported with protocol\n",
 164                         __func__));
 165                 return EINVAL;
 166         }
 167
 168         /* subtract off the salt, RFC4106, 8.1 and RFC3686, 5.1 */
 169         keylen = _KEYLEN(sav->key_enc) - SAV_ISCTRORGCM(sav) * 4;
 170         if (txform->minkey > keylen || keylen > txform->maxkey) {
 171                 DPRINTF(("%s: invalid key length %u, must be in the range "
 172                         "[%u..%u] for algorithm %s\n", __func__,
 173                         keylen, txform->minkey, txform->maxkey,
 174                         txform->name));
 175                 return EINVAL;
 176         }
 177
 178         if (SAV_ISCTRORGCM(sav))
 179                 sav->ivlen = 8; /* RFC4106 3.1 and RFC3686 3.1 */
 180         else
 181                 sav->ivlen = txform->ivsize;
 182
 183         memset(&csp, 0, sizeof(csp));
 184
 185         /*
 186          * Setup AH-related state.
 187          */
 188         if (sav->alg_auth != 0) {
 189                 error = ah_init0(sav, xsp, &csp);
 190                 if (error)
 191                         return error;
 192         }
 193
 194         /* NB: override anything set in ah_init0 */
 195         sav->tdb_xform = xsp;
 196         sav->tdb_encalgxform = txform;
 197
 198         /*
 199          * Whenever AES-GCM is used for encryption, one
 200          * of the AES authentication algorithms is chosen
 201          * as well, based on the key size.
 202          */
 203         if (sav->alg_enc == SADB_X_EALG_AESGCM16) {
 204                 switch (keylen) {
 205                 case AES_128_GMAC_KEY_LEN:
 206                         sav->alg_auth = SADB_X_AALG_AES128GMAC;
 207                         sav->tdb_authalgxform = &auth_hash_nist_gmac_aes_128;
 208                         break;
 209                 case AES_192_GMAC_KEY_LEN:
 210                         sav->alg_auth = SADB_X_AALG_AES192GMAC;
 211                         sav->tdb_authalgxform = &auth_hash_nist_gmac_aes_192;
 212                         break;
 213                 case AES_256_GMAC_KEY_LEN:
 214                         sav->alg_auth = SADB_X_AALG_AES256GMAC;
 215                         sav->tdb_authalgxform = &auth_hash_nist_gmac_aes_256;
 216                         break;
 217                 default:
 218                         DPRINTF(("%s: invalid key length %u"
 219                                  "for algorithm %s\n", __func__,
 220                                  keylen, txform->name));
 221                         return EINVAL;
 222                 }
 223                 csp.csp_mode = CSP_MODE_AEAD;
 224                 if (sav->flags & SADB_X_SAFLAGS_ESN)
 225                         csp.csp_flags |= CSP_F_SEPARATE_AAD;
 226         } else if (sav->alg_auth != 0) {
 227                 csp.csp_mode = CSP_MODE_ETA;
 228                 if (sav->flags & SADB_X_SAFLAGS_ESN)
 229                         csp.csp_flags |= CSP_F_ESN;
 230         } else
 231                 csp.csp_mode = CSP_MODE_CIPHER;
 232
 233         /* Initialize crypto session. */
 234         csp.csp_cipher_alg = sav->tdb_encalgxform->type;
 235         if (csp.csp_cipher_alg != CRYPTO_NULL_CBC) {
 236                 csp.csp_cipher_key = sav->key_enc->key_data;
 237                 csp.csp_cipher_klen = _KEYBITS(sav->key_enc) / 8 -
 238                     SAV_ISCTRORGCM(sav) * 4;
 239         };
 240         csp.csp_ivlen = txform->ivsize;
 241
 242         error = crypto_newsession(&sav->tdb_cryptoid, &csp, V_crypto_support);
 243         return error;
 244 }
 245
 246 static void
 247 esp_cleanup(struct secasvar *sav)
 248 {
 249
 250         crypto_freesession(sav->tdb_cryptoid);
 251         sav->tdb_cryptoid = NULL;
 252         sav->tdb_authalgxform = NULL;
 253         sav->tdb_encalgxform = NULL;
 254 }
 255
 256 /*
 257  * ESP input processing, called (eventually) through the protocol switch.
 258  */
 259 static int
 260 esp_input(struct mbuf *m, struct secasvar *sav, int skip, int protoff)
 261 {
 262         IPSEC_DEBUG_DECLARE(char buf[128]);
 263         const struct auth_hash *esph;
 264         const struct enc_xform *espx;
 265         struct xform_data *xd;
 266         struct cryptop *crp;
 267         struct newesp *esp;
 268         uint8_t *ivp;
 269         crypto_session_t cryptoid;
 270         int alen, error, hlen, plen;
 271         uint32_t seqh;
 272         const struct crypto_session_params *csp;
 273
 274         IPSEC_ASSERT(sav != NULL, ("null SA"));
 275         IPSEC_ASSERT(sav->tdb_encalgxform != NULL, ("null encoding xform"));
 276
 277         error = EINVAL;
 278         /* Valid IP Packet length ? */
 279         if ( (skip&3) || (m->m_pkthdr.len&3) ){
 280                 DPRINTF(("%s: misaligned packet, skip %u pkt len %u",
 281                                 __func__, skip, m->m_pkthdr.len));
 282                 ESPSTAT_INC(esps_badilen);
 283                 goto bad;
 284         }
 285
 286         if (m->m_len < skip + sizeof(*esp)) {
 287                 m = m_pullup(m, skip + sizeof(*esp));
 288                 if (m == NULL) {
 289                         DPRINTF(("%s: cannot pullup header\n", __func__));
 290                         ESPSTAT_INC(esps_hdrops);       /*XXX*/
 291                         error = ENOBUFS;
 292                         goto bad;
 293                 }
 294         }
 295         esp = (struct newesp *)(mtod(m, caddr_t) + skip);
 296
 297         esph = sav->tdb_authalgxform;
 298         espx = sav->tdb_encalgxform;
 299
 300         /* Determine the ESP header and auth length */
 301         if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 302                 hlen = sizeof (struct esp) + sav->ivlen;
 303         else
 304                 hlen = sizeof (struct newesp) + sav->ivlen;
 305
 306         alen = xform_ah_authsize(esph);
 307
 308         /*
 309          * Verify payload length is multiple of encryption algorithm
 310          * block size.
 311          *
 312          * NB: This works for the null algorithm because the blocksize
 313          *     is 4 and all packets must be 4-byte aligned regardless
 314          *     of the algorithm.
 315          */
 316         plen = m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen);
 317         if ((plen & (espx->blocksize - 1)) || (plen <= 0)) {
 318                 DPRINTF(("%s: payload of %d octets not a multiple of %d octets,"
 319                     "  SA %s/%08lx\n", __func__, plen, espx->blocksize,
 320                     ipsec_address(&sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 321                     (u_long)ntohl(sav->spi)));
 322                 ESPSTAT_INC(esps_badilen);
 323                 goto bad;
 324         }
 325
 326         /*
 327          * Check sequence number.
 328          */
 329         SECASVAR_LOCK(sav);
 330         if (esph != NULL && sav->replay != NULL && sav->replay->wsize != 0) {
 331                 if (ipsec_chkreplay(ntohl(esp->esp_seq), &seqh, sav) == 0) {
 332                         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 333                         DPRINTF(("%s: packet replay check for %s\n", __func__,
 334                             ipsec_sa2str(sav, buf, sizeof(buf))));
 335                         ESPSTAT_INC(esps_replay);
 336                         error = EACCES;
 337                         goto bad;
 338                 }
 339                 seqh = htonl(seqh);
 340         }
 341         cryptoid = sav->tdb_cryptoid;
 342         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 343
 344         /* Update the counters */
 345         ESPSTAT_ADD(esps_ibytes, m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen));
 346
 347         /* Get crypto descriptors */
 348         crp = crypto_getreq(cryptoid, M_NOWAIT);
 349         if (crp == NULL) {
 350                 DPRINTF(("%s: failed to acquire crypto descriptors\n",
 351                         __func__));
 352                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 353                 error = ENOBUFS;
 354                 goto bad;
 355         }
 356
 357         /* Get IPsec-specific opaque pointer */
 358         xd = malloc(sizeof(*xd), M_XDATA, M_NOWAIT | M_ZERO);
 359         if (xd == NULL) {
 360                 DPRINTF(("%s: failed to allocate xform_data\n", __func__));
 361                 goto xd_fail;
 362         }
 363
 364         if (esph != NULL) {
 365                 crp->crp_op = CRYPTO_OP_VERIFY_DIGEST;
 366                 if (SAV_ISGCM(sav))
 367                         crp->crp_aad_length = 8; /* RFC4106 5, SPI + SN */
 368                 else
 369                         crp->crp_aad_length = hlen;
 370
 371                 csp = crypto_get_params(crp->crp_session);
 372                 if ((csp->csp_flags & CSP_F_SEPARATE_AAD) &&
 373                     (sav->replay != NULL) && (sav->replay->wsize != 0)) {
 374                         int aad_skip;
 375
 376                         crp->crp_aad_length += sizeof(seqh);
 377                         crp->crp_aad = malloc(crp->crp_aad_length, M_XDATA, M_NOWAIT);
 378                         if (crp->crp_aad == NULL) {
 379                                 DPRINTF(("%s: failed to allocate xform_data\n",
 380                                          __func__));
 381                                 goto crp_aad_fail;
 382                         }
 383
 384                         /* SPI */
 385                         m_copydata(m, skip, SPI_SIZE, crp->crp_aad);
 386                         aad_skip = SPI_SIZE;
 387
 388                         /* ESN */
 389                         bcopy(&seqh, (char *)crp->crp_aad + aad_skip, sizeof(seqh));
 390                         aad_skip += sizeof(seqh);
 391
 392                         /* Rest of aad */
 393                         if (crp->crp_aad_length - aad_skip > 0)
 394                                 m_copydata(m, skip + SPI_SIZE,
 395                                            crp->crp_aad_length - aad_skip,
 396                                            (char *)crp->crp_aad + aad_skip);
 397                 } else
 398                         crp->crp_aad_start = skip;
 399
 400                 if (csp->csp_flags & CSP_F_ESN &&
 401                            sav->replay != NULL && sav->replay->wsize != 0)
 402                         memcpy(crp->crp_esn, &seqh, sizeof(seqh));
 403
 404                 crp->crp_digest_start = m->m_pkthdr.len - alen;
 405         }
 406
 407         /* Crypto operation descriptor */
 408         crp->crp_flags = CRYPTO_F_CBIFSYNC;
 409         if (V_async_crypto)
 410                 crp->crp_flags |= CRYPTO_F_ASYNC | CRYPTO_F_ASYNC_KEEPORDER;
 411         crypto_use_mbuf(crp, m);
 412         crp->crp_callback = esp_input_cb;
 413         crp->crp_opaque = xd;
 414
 415         /* These are passed as-is to the callback */
 416         xd->sav = sav;
 417         xd->protoff = protoff;
 418         xd->skip = skip;
 419         xd->cryptoid = cryptoid;
 420         xd->vnet = curvnet;
 421
 422         /* Decryption descriptor */
 423         crp->crp_op |= CRYPTO_OP_DECRYPT;
 424         crp->crp_payload_start = skip + hlen;
 425         crp->crp_payload_length = m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen);
 426
 427         /* Generate or read cipher IV. */
 428         if (SAV_ISCTRORGCM(sav)) {
 429                 ivp = &crp->crp_iv[0];
 430
 431                 /*
 432                  * AES-GCM and AES-CTR use similar cipher IV formats
 433                  * defined in RFC 4106 section 4 and RFC 3686 section
 434                  * 4, respectively.
 435                  *
 436                  * The first 4 bytes of the cipher IV contain an
 437                  * implicit salt, or nonce, obtained from the last 4
 438                  * bytes of the encryption key.  The next 8 bytes hold
 439                  * an explicit IV unique to each packet.  This
 440                  * explicit IV is used as the ESP IV for the packet.
 441                  * The last 4 bytes hold a big-endian block counter
 442                  * incremented for each block.  For AES-GCM, the block
 443                  * counter's initial value is defined as part of the
 444                  * algorithm.  For AES-CTR, the block counter's
 445                  * initial value for each packet is defined as 1 by
 446                  * RFC 3686.
 447                  *
 448                  * ------------------------------------------
 449                  * | Salt | Explicit ESP IV | Block Counter |
 450                  * ------------------------------------------
 451                  *  4 bytes     8 bytes          4 bytes
 452                  */
 453                 memcpy(ivp, sav->key_enc->key_data +
 454                     _KEYLEN(sav->key_enc) - 4, 4);
 455                 m_copydata(m, skip + hlen - sav->ivlen, sav->ivlen, &ivp[4]);
 456                 if (SAV_ISCTR(sav)) {
 457                         be32enc(&ivp[sav->ivlen + 4], 1);
 458                 }
 459                 crp->crp_flags |= CRYPTO_F_IV_SEPARATE;
 460         } else if (sav->ivlen != 0)
 461                 crp->crp_iv_start = skip + hlen - sav->ivlen;
 462
 463         return (crypto_dispatch(crp));
 464
 465 crp_aad_fail:
 466         free(xd, M_XDATA);
 467 xd_fail:
 468         crypto_freereq(crp);
 469         ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 470         error = ENOBUFS;
 471 bad:
 472         m_freem(m);
 473         key_freesav(&sav);
 474         return (error);
 475 }
 476
 477 /*
 478  * ESP input callback from the crypto driver.
 479  */
 480 static int
 481 esp_input_cb(struct cryptop *crp)
 482 {
 483         IPSEC_DEBUG_DECLARE(char buf[128]);
 484         uint8_t lastthree[3];
 485         const struct auth_hash *esph;
 486         struct mbuf *m;
 487         struct xform_data *xd;
 488         struct secasvar *sav;
 489         struct secasindex *saidx;
 490         crypto_session_t cryptoid;
 491         int hlen, skip, protoff, error, alen;
 492
 493         m = crp->crp_buf.cb_mbuf;
 494         xd = crp->crp_opaque;
 495         CURVNET_SET(xd->vnet);
 496         sav = xd->sav;
 497         skip = xd->skip;
 498         protoff = xd->protoff;
 499         cryptoid = xd->cryptoid;
 500         saidx = &sav->sah->saidx;
 501         esph = sav->tdb_authalgxform;
 502
 503         /* Check for crypto errors */
 504         if (crp->crp_etype) {
 505                 if (crp->crp_etype == EAGAIN) {
 506                         /* Reset the session ID */
 507                         if (ipsec_updateid(sav, &crp->crp_session, &cryptoid) != 0)
 508                                 crypto_freesession(cryptoid);
 509                         xd->cryptoid = crp->crp_session;
 510                         CURVNET_RESTORE();
 511                         return (crypto_dispatch(crp));
 512                 }
 513
 514                 /* EBADMSG indicates authentication failure. */
 515                 if (!(crp->crp_etype == EBADMSG && esph != NULL)) {
 516                         ESPSTAT_INC(esps_noxform);
 517                         DPRINTF(("%s: crypto error %d\n", __func__,
 518                                 crp->crp_etype));
 519                         error = crp->crp_etype;
 520                         goto bad;
 521                 }
 522         }
 523
 524         /* Shouldn't happen... */
 525         if (m == NULL) {
 526                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 527                 DPRINTF(("%s: bogus returned buffer from crypto\n", __func__));
 528                 error = EINVAL;
 529                 goto bad;
 530         }
 531         ESPSTAT_INC(esps_hist[sav->alg_enc]);
 532
 533         /* If authentication was performed, check now. */
 534         if (esph != NULL) {
 535                 alen = xform_ah_authsize(esph);
 536                 AHSTAT_INC(ahs_hist[sav->alg_auth]);
 537                 if (crp->crp_etype == EBADMSG) {
 538                         DPRINTF(("%s: authentication hash mismatch for "
 539                             "packet in SA %s/%08lx\n", __func__,
 540                             ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 541                             (u_long) ntohl(sav->spi)));
 542                         ESPSTAT_INC(esps_badauth);
 543                         error = EACCES;
 544                         goto bad;
 545                 }
 546                 m->m_flags |= M_AUTHIPDGM;
 547                 /* Remove trailing authenticator */
 548                 m_adj(m, -alen);
 549         }
 550
 551         /* Release the crypto descriptors */
 552         free(xd, M_XDATA), xd = NULL;
 553         free(crp->crp_aad, M_XDATA), crp->crp_aad = NULL;
 554         crypto_freereq(crp), crp = NULL;
 555
 556         /*
 557          * Packet is now decrypted.
 558          */
 559         m->m_flags |= M_DECRYPTED;
 560
 561         /*
 562          * Update replay sequence number, if appropriate.
 563          */
 564         if (sav->replay) {
 565                 u_int32_t seq;
 566
 567                 m_copydata(m, skip + offsetof(struct newesp, esp_seq),
 568                            sizeof (seq), (caddr_t) &seq);
 569                 SECASVAR_LOCK(sav);
 570                 if (ipsec_updatereplay(ntohl(seq), sav)) {
 571                         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 572                         DPRINTF(("%s: packet replay check for %s\n", __func__,
 573                             ipsec_sa2str(sav, buf, sizeof(buf))));
 574                         ESPSTAT_INC(esps_replay);
 575                         error = EACCES;
 576                         goto bad;
 577                 }
 578                 SECASVAR_UNLOCK(sav);
 579         }
 580
 581         /* Determine the ESP header length */
 582         if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 583                 hlen = sizeof (struct esp) + sav->ivlen;
 584         else
 585                 hlen = sizeof (struct newesp) + sav->ivlen;
 586
 587         /* Remove the ESP header and IV from the mbuf. */
 588         error = m_striphdr(m, skip, hlen);
 589         if (error) {
 590                 ESPSTAT_INC(esps_hdrops);
 591                 DPRINTF(("%s: bad mbuf chain, SA %s/%08lx\n", __func__,
 592                     ipsec_address(&sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 593                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 594                 goto bad;
 595         }
 596
 597         /* Save the last three bytes of decrypted data */
 598         m_copydata(m, m->m_pkthdr.len - 3, 3, lastthree);
 599
 600         /* Verify pad length */
 601         if (lastthree[1] + 2 > m->m_pkthdr.len - skip) {
 602                 ESPSTAT_INC(esps_badilen);
 603                 DPRINTF(("%s: invalid padding length %d for %u byte packet "
 604                     "in SA %s/%08lx\n", __func__, lastthree[1],
 605                     m->m_pkthdr.len - skip,
 606                     ipsec_address(&sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 607                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 608                 error = EINVAL;
 609                 goto bad;
 610         }
 611
 612         /* Verify correct decryption by checking the last padding bytes */
 613         if ((sav->flags & SADB_X_EXT_PMASK) != SADB_X_EXT_PRAND) {
 614                 if (lastthree[1] != lastthree[0] && lastthree[1] != 0) {
 615                         ESPSTAT_INC(esps_badenc);
 616                         DPRINTF(("%s: decryption failed for packet in "
 617                             "SA %s/%08lx\n", __func__, ipsec_address(
 618                             &sav->sah->saidx.dst, buf, sizeof(buf)),
 619                             (u_long) ntohl(sav->spi)));
 620                         error = EINVAL;
 621                         goto bad;
 622                 }
 623         }
 624
 625         /*
 626          * RFC4303 2.6:
 627          * Silently drop packet if next header field is IPPROTO_NONE.
 628          */
 629         if (lastthree[2] == IPPROTO_NONE)
 630                 goto bad;
 631
 632         /* Trim the mbuf chain to remove trailing authenticator and padding */
 633         m_adj(m, -(lastthree[1] + 2));
 634
 635         /* Restore the Next Protocol field */
 636         m_copyback(m, protoff, sizeof (u_int8_t), lastthree + 2);
 637
 638         switch (saidx->dst.sa.sa_family) {
 639 #ifdef INET6
 640         case AF_INET6:
 641                 error = ipsec6_common_input_cb(m, sav, skip, protoff);
 642                 break;
 643 #endif
 644 #ifdef INET
 645         case AF_INET:
 646                 error = ipsec4_common_input_cb(m, sav, skip, protoff);
 647                 break;
 648 #endif
 649         default:
 650                 panic("%s: Unexpected address family: %d saidx=%p", __func__,
 651                     saidx->dst.sa.sa_family, saidx);
 652         }
 653         CURVNET_RESTORE();
 654         return error;
 655 bad:
 656         CURVNET_RESTORE();
 657         if (sav != NULL)
 658                 key_freesav(&sav);
 659         if (m != NULL)
 660                 m_freem(m);
 661         if (xd != NULL)
 662                 free(xd, M_XDATA);
 663         if (crp != NULL) {
 664                 free(crp->crp_aad, M_XDATA);
 665                 crypto_freereq(crp);
 666         }
 667         return error;
 668 }
 669 /*
 670  * ESP output routine, called by ipsec[46]_perform_request().
 671  */
 672 static int
 673 esp_output(struct mbuf *m, struct secpolicy *sp, struct secasvar *sav,
 674     u_int idx, int skip, int protoff)
 675 {
 676         IPSEC_DEBUG_DECLARE(char buf[IPSEC_ADDRSTRLEN]);
 677         struct cryptop *crp;
 678         const struct auth_hash *esph;
 679         const struct enc_xform *espx;
 680         struct mbuf *mo = NULL;
 681         struct xform_data *xd;
 682         struct secasindex *saidx;
 683         unsigned char *pad;
 684         uint8_t *ivp;
 685         uint64_t cntr;
 686         crypto_session_t cryptoid;
 687         int hlen, rlen, padding, blks, alen, i, roff;
 688         int error, maxpacketsize;
 689         uint8_t prot;
 690         uint32_t seqh;
 691         const struct crypto_session_params *csp;
 692
 693         IPSEC_ASSERT(sav != NULL, ("null SA"));
 694         esph = sav->tdb_authalgxform;
 695         espx = sav->tdb_encalgxform;
 696         IPSEC_ASSERT(espx != NULL, ("null encoding xform"));
 697
 698         if (sav->flags & SADB_X_EXT_OLD)
 699                 hlen = sizeof (struct esp) + sav->ivlen;
 700         else
 701                 hlen = sizeof (struct newesp) + sav->ivlen;
 702
 703         rlen = m->m_pkthdr.len - skip;  /* Raw payload length. */
 704         /*
 705          * RFC4303 2.4 Requires 4 byte alignment.
 706          * Old versions of FreeBSD can't decrypt partial blocks encrypted
 707          * with AES-CTR. Align payload to native_blocksize (16 bytes)
 708          * in order to preserve compatibility.
 709          */
 710         if (SAV_ISCTR(sav) && V_esp_ctr_compatibility)
 711                 blks = MAX(4, espx->native_blocksize);  /* Cipher blocksize */
 712         else
 713                 blks = MAX(4, espx->blocksize);
 714
 715         /* XXX clamp padding length a la KAME??? */
 716         padding = ((blks - ((rlen + 2) % blks)) % blks) + 2;
 717
 718         alen = xform_ah_authsize(esph);
 719
 720         ESPSTAT_INC(esps_output);
 721
 722         saidx = &sav->sah->saidx;
 723         /* Check for maximum packet size violations. */
 724         switch (saidx->dst.sa.sa_family) {
 725 #ifdef INET
 726         case AF_INET:
 727                 maxpacketsize = IP_MAXPACKET;
 728                 break;
 729 #endif /* INET */
 730 #ifdef INET6
 731         case AF_INET6:
 732                 maxpacketsize = IPV6_MAXPACKET;
 733                 break;
 734 #endif /* INET6 */
 735         default:
 736                 DPRINTF(("%s: unknown/unsupported protocol "
 737                     "family %d, SA %s/%08lx\n", __func__,
 738                     saidx->dst.sa.sa_family, ipsec_address(&saidx->dst,
 739                         buf, sizeof(buf)), (u_long) ntohl(sav->spi)));
 740                 ESPSTAT_INC(esps_nopf);
 741                 error = EPFNOSUPPORT;
 742                 goto bad;
 743         }
 744         /*
 745         DPRINTF(("%s: skip %d hlen %d rlen %d padding %d alen %d blksd %d\n",
 746                 __func__, skip, hlen, rlen, padding, alen, blks)); */
 747         if (skip + hlen + rlen + padding + alen > maxpacketsize) {
 748                 DPRINTF(("%s: packet in SA %s/%08lx got too big "
 749                     "(len %u, max len %u)\n", __func__,
 750                     ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 751                     (u_long) ntohl(sav->spi),
 752                     skip + hlen + rlen + padding + alen, maxpacketsize));
 753                 ESPSTAT_INC(esps_toobig);
 754                 error = EMSGSIZE;
 755                 goto bad;
 756         }
 757
 758         /* Update the counters. */
 759         ESPSTAT_ADD(esps_obytes, m->m_pkthdr.len - skip);
 760
 761         m = m_unshare(m, M_NOWAIT);
 762         if (m == NULL) {
 763                 DPRINTF(("%s: cannot clone mbuf chain, SA %s/%08lx\n", __func__,
 764                     ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 765                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 766                 ESPSTAT_INC(esps_hdrops);
 767                 error = ENOBUFS;
 768                 goto bad;
 769         }
 770
 771         /* Inject ESP header. */
 772         mo = m_makespace(m, skip, hlen, &roff);
 773         if (mo == NULL) {
 774                 DPRINTF(("%s: %u byte ESP hdr inject failed for SA %s/%08lx\n",
 775                     __func__, hlen, ipsec_address(&saidx->dst, buf,
 776                     sizeof(buf)), (u_long) ntohl(sav->spi)));
 777                 ESPSTAT_INC(esps_hdrops);       /* XXX diffs from openbsd */
 778                 error = ENOBUFS;
 779                 goto bad;
 780         }
 781
 782         /* Initialize ESP header. */
 783         bcopy((caddr_t) &sav->spi, mtod(mo, caddr_t) + roff,
 784             sizeof(uint32_t));
 785         SECASVAR_LOCK(sav);
 786         if (sav->replay) {
 787                 uint32_t replay;
 788
 789 #ifdef REGRESSION
 790                 /* Emulate replay attack when ipsec_replay is TRUE. */
 791                 if (!V_ipsec_replay)
 792 #endif
 793                         sav->replay->count++;
 794                 replay = htonl((uint32_t)sav->replay->count);
 795
 796                 bcopy((caddr_t) &replay, mtod(mo, caddr_t) + roff +
 797                     sizeof(uint32_t), sizeof(uint32_t));
 798
 799                 seqh = htonl((uint32_t)(sav->replay->count >> IPSEC_SEQH_SHIFT));
 800         }
 801         cryptoid = sav->tdb_cryptoid;
 802         if (SAV_ISCTRORGCM(sav))
 803                 cntr = sav->cntr++;
 804         SECASVAR_UNLOCK(sav);
 805
 806         /*
 807          * Add padding -- better to do it ourselves than use the crypto engine,
 808          * although if/when we support compression, we'd have to do that.
 809          */
 810         pad = (u_char *) m_pad(m, padding + alen);
 811         if (pad == NULL) {
 812                 DPRINTF(("%s: m_pad failed for SA %s/%08lx\n", __func__,
 813                     ipsec_address(&saidx->dst, buf, sizeof(buf)),
 814                     (u_long) ntohl(sav->spi)));
 815                 m = NULL;               /* NB: free'd by m_pad */
 816                 error = ENOBUFS;
 817                 goto bad;
 818         }
 819
 820         /*
 821          * Add padding: random, zero, or self-describing.
 822          * XXX catch unexpected setting
 823          */
 824         switch (sav->flags & SADB_X_EXT_PMASK) {
 825         case SADB_X_EXT_PRAND:
 826                 arc4random_buf(pad, padding - 2);
 827                 break;
 828         case SADB_X_EXT_PZERO:
 829                 bzero(pad, padding - 2);
 830                 break;
 831         case SADB_X_EXT_PSEQ:
 832                 for (i = 0; i < padding - 2; i++)
 833                         pad[i] = i+1;
 834                 break;
 835         }
 836
 837         /* Fix padding length and Next Protocol in padding itself. */
 838         pad[padding - 2] = padding - 2;
 839         m_copydata(m, protoff, sizeof(u_int8_t), pad + padding - 1);
 840
 841         /* Fix Next Protocol in IPv4/IPv6 header. */
 842         prot = IPPROTO_ESP;
 843         m_copyback(m, protoff, sizeof(u_int8_t), (u_char *) &prot);
 844
 845         /* Get crypto descriptor. */
 846         crp = crypto_getreq(cryptoid, M_NOWAIT);
 847         if (crp == NULL) {
 848                 DPRINTF(("%s: failed to acquire crypto descriptor\n",
 849                         __func__));
 850                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 851                 error = ENOBUFS;
 852                 goto bad;
 853         }
 854
 855         /* IPsec-specific opaque crypto info. */
 856         xd = malloc(sizeof(struct xform_data), M_XDATA, M_NOWAIT | M_ZERO);
 857         if (xd == NULL) {
 858                 DPRINTF(("%s: failed to allocate xform_data\n", __func__));
 859                 goto xd_fail;
 860         }
 861
 862         /* Encryption descriptor. */
 863         crp->crp_payload_start = skip + hlen;
 864         crp->crp_payload_length = m->m_pkthdr.len - (skip + hlen + alen);
 865         crp->crp_op = CRYPTO_OP_ENCRYPT;
 866
 867         /* Generate cipher and ESP IVs. */
 868         ivp = &crp->crp_iv[0];
 869         if (SAV_ISCTRORGCM(sav)) {
 870                 /*
 871                  * See comment in esp_input() for details on the
 872                  * cipher IV.  A simple per-SA counter stored in
 873                  * 'cntr' is used as the explicit ESP IV.
 874                  */
 875                 memcpy(ivp, sav->key_enc->key_data +
 876                     _KEYLEN(sav->key_enc) - 4, 4);
 877                 be64enc(&ivp[4], cntr);
 878                 if (SAV_ISCTR(sav)) {
 879                         be32enc(&ivp[sav->ivlen + 4], 1);
 880                 }
 881                 m_copyback(m, skip + hlen - sav->ivlen, sav->ivlen, &ivp[4]);
 882                 crp->crp_flags |= CRYPTO_F_IV_SEPARATE;
 883         } else if (sav->ivlen != 0) {
 884                 arc4rand(ivp, sav->ivlen, 0);
 885                 crp->crp_iv_start = skip + hlen - sav->ivlen;
 886                 m_copyback(m, crp->crp_iv_start, sav->ivlen, ivp);
 887         }
 888
 889         /* Callback parameters */
 890         xd->sp = sp;
 891         xd->sav = sav;
 892         xd->idx = idx;
 893         xd->cryptoid = cryptoid;
 894         xd->vnet = curvnet;
 895
 896         /* Crypto operation descriptor. */
 897         crp->crp_flags |= CRYPTO_F_CBIFSYNC;
 898         if (V_async_crypto)
 899                 crp->crp_flags |= CRYPTO_F_ASYNC | CRYPTO_F_ASYNC_KEEPORDER;
 900         crypto_use_mbuf(crp, m);
 901         crp->crp_callback = esp_output_cb;
 902         crp->crp_opaque = xd;
 903
 904         if (esph) {
 905                 /* Authentication descriptor. */
 906                 crp->crp_op |= CRYPTO_OP_COMPUTE_DIGEST;
 907                 if (SAV_ISGCM(sav))
 908                         crp->crp_aad_length = 8; /* RFC4106 5, SPI + SN */
 909                 else
 910                         crp->crp_aad_length = hlen;
 911
 912                 csp = crypto_get_params(crp->crp_session);
 913                 if (csp->csp_flags & CSP_F_SEPARATE_AAD &&
 914                     sav->replay != NULL) {
 915                         int aad_skip;
 916
 917                         crp->crp_aad_length += sizeof(seqh);
 918                         crp->crp_aad = malloc(crp->crp_aad_length, M_XDATA, M_NOWAIT);
 919                         if (crp->crp_aad == NULL) {
 920                                 DPRINTF(("%s: failed to allocate xform_data\n",
 921                                          __func__));
 922                                 goto crp_aad_fail;
 923                         }
 924
 925                         /* SPI */
 926                         m_copydata(m, skip, SPI_SIZE, crp->crp_aad);
 927                         aad_skip = SPI_SIZE;
 928
 929                         /* ESN */
 930                         bcopy(&seqh, (char *)crp->crp_aad + aad_skip, sizeof(seqh));
 931                         aad_skip += sizeof(seqh);
 932
 933                         /* Rest of aad */
 934                         if (crp->crp_aad_length - aad_skip > 0)
 935                                 m_copydata(m, skip + SPI_SIZE,
 936                                            crp->crp_aad_length - aad_skip,
 937                                            (char *)crp->crp_aad + aad_skip);
 938                 } else
 939                         crp->crp_aad_start = skip;
 940
 941                 if (csp->csp_flags & CSP_F_ESN && sav->replay != NULL)
 942                         memcpy(crp->crp_esn, &seqh, sizeof(seqh));
 943
 944                 crp->crp_digest_start = m->m_pkthdr.len - alen;
 945         }
 946
 947         return crypto_dispatch(crp);
 948
 949 crp_aad_fail:
 950         free(xd, M_XDATA);
 951 xd_fail:
 952         crypto_freereq(crp);
 953         ESPSTAT_INC(esps_crypto);
 954         error = ENOBUFS;
 955 bad:
 956         if (m)
 957                 m_freem(m);
 958         key_freesav(&sav);
 959         key_freesp(&sp);
 960         return (error);
 961 }
 962 /*
 963  * ESP output callback from the crypto driver.
 964  */
 965 static int
 966 esp_output_cb(struct cryptop *crp)
 967 {
 968         struct xform_data *xd;
 969         struct secpolicy *sp;
 970         struct secasvar *sav;
 971         struct mbuf *m;
 972         crypto_session_t cryptoid;
 973         u_int idx;
 974         int error;
 975
 976         xd = (struct xform_data *) crp->crp_opaque;
 977         CURVNET_SET(xd->vnet);
 978         m = crp->crp_buf.cb_mbuf;
 979         sp = xd->sp;
 980         sav = xd->sav;
 981         idx = xd->idx;
 982         cryptoid = xd->cryptoid;
 983
 984         /* Check for crypto errors. */
 985         if (crp->crp_etype) {
 986                 if (crp->crp_etype == EAGAIN) {
 987                         /* Reset the session ID */
 988                         if (ipsec_updateid(sav, &crp->crp_session, &cryptoid) != 0)
 989                                 crypto_freesession(cryptoid);
 990                         xd->cryptoid = crp->crp_session;
 991                         CURVNET_RESTORE();
 992                         return (crypto_dispatch(crp));
 993                 }
 994                 ESPSTAT_INC(esps_noxform);
 995                 DPRINTF(("%s: crypto error %d\n", __func__, crp->crp_etype));
 996                 error = crp->crp_etype;
 997                 m_freem(m);
 998                 goto bad;
 999         }
1000
1001         /* Shouldn't happen... */
1002         if (m == NULL) {
1003                 ESPSTAT_INC(esps_crypto);
1004                 DPRINTF(("%s: bogus returned buffer from crypto\n", __func__));
1005                 error = EINVAL;
1006                 goto bad;
1007         }
1008         free(xd, M_XDATA);
1009         free(crp->crp_aad, M_XDATA);
1010         crypto_freereq(crp);
1011         ESPSTAT_INC(esps_hist[sav->alg_enc]);
1012         if (sav->tdb_authalgxform != NULL)
1013                 AHSTAT_INC(ahs_hist[sav->alg_auth]);
1014
1015 #ifdef REGRESSION
1016         /* Emulate man-in-the-middle attack when ipsec_integrity is TRUE. */
1017         if (V_ipsec_integrity) {
1018                 static unsigned char ipseczeroes[AH_HMAC_MAXHASHLEN];
1019                 const struct auth_hash *esph;
1020
1021                 /*
1022                  * Corrupt HMAC if we want to test integrity verification of
1023                  * the other side.
1024                  */
1025                 esph = sav->tdb_authalgxform;
1026                 if (esph !=  NULL) {
1027                         int alen;
1028
1029                         alen = xform_ah_authsize(esph);
1030                         m_copyback(m, m->m_pkthdr.len - alen,
1031                             alen, ipseczeroes);
1032                 }
1033         }
1034 #endif
1035
1036         /* NB: m is reclaimed by ipsec_process_done. */
1037         error = ipsec_process_done(m, sp, sav, idx);
1038         CURVNET_RESTORE();
1039         return (error);
1040 bad:
1041         CURVNET_RESTORE();
1042         free(xd, M_XDATA);
1043         free(crp->crp_aad, M_XDATA);
1044         crypto_freereq(crp);
1045         key_freesav(&sav);
1046         key_freesp(&sp);
1047         return (error);
1048 }
1049
1050 static struct xformsw esp_xformsw = {
1051         .xf_type =      XF_ESP,
1052         .xf_name =      "IPsec ESP",
1053         .xf_init =      esp_init,
1054         .xf_cleanup =   esp_cleanup,
1055         .xf_input =     esp_input,
1056         .xf_output =    esp_output,
1057 };
1058
1059 SYSINIT(esp_xform_init, SI_SUB_PROTO_DOMAIN, SI_ORDER_MIDDLE,
1060     xform_attach, &esp_xformsw);
1061 SYSUNINIT(esp_xform_uninit, SI_SUB_PROTO_DOMAIN, SI_ORDER_MIDDLE,
1062     xform_detach, &esp_xformsw);