sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/fs/zfs/zio_checksum.c

   1 /*
   2  * CDDL HEADER START
   3  *
   4  * The contents of this file are subject to the terms of the
   5  * Common Development and Distribution License (the "License").
   6  * You may not use this file except in compliance with the License.
   7  *
   8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
  15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
  16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
  17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
  18  *
  19  * CDDL HEADER END
  20  */
  21 /*
  22  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
  23  * Copyright (c) 2013, 2015 by Delphix. All rights reserved.
  24  * Copyright (c) 2013, Joyent, Inc. All rights reserved.
  25  * Copyright 2013 Saso Kiselkov. All rights reserved.
  26  */
  27
  28 #include <sys/zfs_context.h>
  29 #include <sys/spa.h>
  30 #include <sys/spa_impl.h>
  31 #include <sys/zio.h>
  32 #include <sys/zio_checksum.h>
  33 #include <sys/zil.h>
  34 #include <zfs_fletcher.h>
  35
  36 /*
  37  * Checksum vectors.
  38  *
  39  * In the SPA, everything is checksummed.  We support checksum vectors
  40  * for three distinct reasons:
  41  *
  42  *   1. Different kinds of data need different levels of protection.
  43  *      For SPA metadata, we always want a very strong checksum.
  44  *      For user data, we let users make the trade-off between speed
  45  *      and checksum strength.
  46  *
  47  *   2. Cryptographic hash and MAC algorithms are an area of active research.
  48  *      It is likely that in future hash functions will be at least as strong
  49  *      as current best-of-breed, and may be substantially faster as well.
  50  *      We want the ability to take advantage of these new hashes as soon as
  51  *      they become available.
  52  *
  53  *   3. If someone develops hardware that can compute a strong hash quickly,
  54  *      we want the ability to take advantage of that hardware.
  55  *
  56  * Of course, we don't want a checksum upgrade to invalidate existing
  57  * data, so we store the checksum *function* in eight bits of the bp.
  58  * This gives us room for up to 256 different checksum functions.
  59  *
  60  * When writing a block, we always checksum it with the latest-and-greatest
  61  * checksum function of the appropriate strength.  When reading a block,
  62  * we compare the expected checksum against the actual checksum, which we
  63  * compute via the checksum function specified by BP_GET_CHECKSUM(bp).
  64  *
  65  * SALTED CHECKSUMS
  66  *
  67  * To enable the use of less secure hash algorithms with dedup, we
  68  * introduce the notion of salted checksums (MACs, really).  A salted
  69  * checksum is fed both a random 256-bit value (the salt) and the data
  70  * to be checksummed.  This salt is kept secret (stored on the pool, but
  71  * never shown to the user).  Thus even if an attacker knew of collision
  72  * weaknesses in the hash algorithm, they won't be able to mount a known
  73  * plaintext attack on the DDT, since the actual hash value cannot be
  74  * known ahead of time.  How the salt is used is algorithm-specific
  75  * (some might simply prefix it to the data block, others might need to
  76  * utilize a full-blown HMAC).  On disk the salt is stored in a ZAP
  77  * object in the MOS (DMU_POOL_CHECKSUM_SALT).
  78  *
  79  * CONTEXT TEMPLATES
  80  *
  81  * Some hashing algorithms need to perform a substantial amount of
  82  * initialization work (e.g. salted checksums above may need to pre-hash
  83  * the salt) before being able to process data.  Performing this
  84  * redundant work for each block would be wasteful, so we instead allow
  85  * a checksum algorithm to do the work once (the first time it's used)
  86  * and then keep this pre-initialized context as a template inside the
  87  * spa_t (spa_cksum_tmpls).  If the zio_checksum_info_t contains
  88  * non-NULL ci_tmpl_init and ci_tmpl_free callbacks, they are used to
  89  * construct and destruct the pre-initialized checksum context.  The
  90  * pre-initialized context is then reused during each checksum
  91  * invocation and passed to the checksum function.
  92  */
  93
  94 /*ARGSUSED*/
  95 static void
  96 zio_checksum_off(const void *buf, uint64_t size,
  97     const void *ctx_template, zio_cksum_t *zcp)
  98 {
  99         ZIO_SET_CHECKSUM(zcp, 0, 0, 0, 0);
 100 }
 101
 102 zio_checksum_info_t zio_checksum_table[ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS] = {
 103         {{NULL, NULL}, NULL, NULL, 0, "inherit"},
 104         {{NULL, NULL}, NULL, NULL, 0, "on"},
 105         {{zio_checksum_off,             zio_checksum_off},
 106             NULL, NULL, 0, "off"},
 107         {{zio_checksum_SHA256,          zio_checksum_SHA256},
 108             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_METADATA | ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED,
 109             "label"},
 110         {{zio_checksum_SHA256,          zio_checksum_SHA256},
 111             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_METADATA | ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED,
 112             "gang_header"},
 113         {{fletcher_2_native,            fletcher_2_byteswap},
 114             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED, "zilog"},
 115         {{fletcher_2_native,            fletcher_2_byteswap},
 116             NULL, NULL, 0, "fletcher2"},
 117         {{fletcher_4_native,            fletcher_4_byteswap},
 118             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_METADATA, "fletcher4"},
 119         {{zio_checksum_SHA256,          zio_checksum_SHA256},
 120             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_METADATA | ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP |
 121             ZCHECKSUM_FLAG_NOPWRITE, "sha256"},
 122         {{fletcher_4_native,            fletcher_4_byteswap},
 123             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED, "zilog2"},
 124         {{zio_checksum_off,             zio_checksum_off},
 125             NULL, NULL, 0, "noparity"},
 126 #ifdef illumos
 127         {{zio_checksum_SHA512_native,   zio_checksum_SHA512_byteswap},
 128             NULL, NULL, ZCHECKSUM_FLAG_METADATA | ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP |
 129             ZCHECKSUM_FLAG_NOPWRITE, "sha512"},
 130         {{zio_checksum_skein_native,    zio_checksum_skein_byteswap},
 131             zio_checksum_skein_tmpl_init, zio_checksum_skein_tmpl_free,
 132             ZCHECKSUM_FLAG_METADATA | ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP |
 133             ZCHECKSUM_FLAG_SALTED | ZCHECKSUM_FLAG_NOPWRITE, "skein"},
 134         {{zio_checksum_edonr_native,    zio_checksum_edonr_byteswap},
 135             zio_checksum_edonr_tmpl_init, zio_checksum_edonr_tmpl_free,
 136             ZCHECKSUM_FLAG_METADATA | ZCHECKSUM_FLAG_SALTED |
 137             ZCHECKSUM_FLAG_NOPWRITE, "edonr"},
 138 #endif
 139 };
 140
 141 spa_feature_t
 142 zio_checksum_to_feature(enum zio_checksum cksum)
 143 {
 144 #ifdef illumos
 145         switch (cksum) {
 146         case ZIO_CHECKSUM_SHA512:
 147                 return (SPA_FEATURE_SHA512);
 148         case ZIO_CHECKSUM_SKEIN:
 149                 return (SPA_FEATURE_SKEIN);
 150         case ZIO_CHECKSUM_EDONR:
 151                 return (SPA_FEATURE_EDONR);
 152         }
 153 #endif
 154         return (SPA_FEATURE_NONE);
 155 }
 156
 157 enum zio_checksum
 158 zio_checksum_select(enum zio_checksum child, enum zio_checksum parent)
 159 {
 160         ASSERT(child < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
 161         ASSERT(parent < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
 162         ASSERT(parent != ZIO_CHECKSUM_INHERIT && parent != ZIO_CHECKSUM_ON);
 163
 164         if (child == ZIO_CHECKSUM_INHERIT)
 165                 return (parent);
 166
 167         if (child == ZIO_CHECKSUM_ON)
 168                 return (ZIO_CHECKSUM_ON_VALUE);
 169
 170         return (child);
 171 }
 172
 173 enum zio_checksum
 174 zio_checksum_dedup_select(spa_t *spa, enum zio_checksum child,
 175     enum zio_checksum parent)
 176 {
 177         ASSERT((child & ZIO_CHECKSUM_MASK) < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
 178         ASSERT((parent & ZIO_CHECKSUM_MASK) < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
 179         ASSERT(parent != ZIO_CHECKSUM_INHERIT && parent != ZIO_CHECKSUM_ON);
 180
 181         if (child == ZIO_CHECKSUM_INHERIT)
 182                 return (parent);
 183
 184         if (child == ZIO_CHECKSUM_ON)
 185                 return (spa_dedup_checksum(spa));
 186
 187         if (child == (ZIO_CHECKSUM_ON | ZIO_CHECKSUM_VERIFY))
 188                 return (spa_dedup_checksum(spa) | ZIO_CHECKSUM_VERIFY);
 189
 190         ASSERT((zio_checksum_table[child & ZIO_CHECKSUM_MASK].ci_flags &
 191             ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP) ||
 192             (child & ZIO_CHECKSUM_VERIFY) || child == ZIO_CHECKSUM_OFF);
 193
 194         return (child);
 195 }
 196
 197 /*
 198  * Set the external verifier for a gang block based on <vdev, offset, txg>,
 199  * a tuple which is guaranteed to be unique for the life of the pool.
 200  */
 201 static void
 202 zio_checksum_gang_verifier(zio_cksum_t *zcp, blkptr_t *bp)
 203 {
 204         dva_t *dva = BP_IDENTITY(bp);
 205         uint64_t txg = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
 206
 207         ASSERT(BP_IS_GANG(bp));
 208
 209         ZIO_SET_CHECKSUM(zcp, DVA_GET_VDEV(dva), DVA_GET_OFFSET(dva), txg, 0);
 210 }
 211
 212 /*
 213  * Set the external verifier for a label block based on its offset.
 214  * The vdev is implicit, and the txg is unknowable at pool open time --
 215  * hence the logic in vdev_uberblock_load() to find the most recent copy.
 216  */
 217 static void
 218 zio_checksum_label_verifier(zio_cksum_t *zcp, uint64_t offset)
 219 {
 220         ZIO_SET_CHECKSUM(zcp, offset, 0, 0, 0);
 221 }
 222
 223 /*
 224  * Calls the template init function of a checksum which supports context
 225  * templates and installs the template into the spa_t.
 226  */
 227 static void
 228 zio_checksum_template_init(enum zio_checksum checksum, spa_t *spa)
 229 {
 230         zio_checksum_info_t *ci = &zio_checksum_table[checksum];
 231
 232         if (ci->ci_tmpl_init == NULL)
 233                 return;
 234         if (spa->spa_cksum_tmpls[checksum] != NULL)
 235                 return;
 236
 237         VERIFY(ci->ci_tmpl_free != NULL);
 238         mutex_enter(&spa->spa_cksum_tmpls_lock);
 239         if (spa->spa_cksum_tmpls[checksum] == NULL) {
 240                 spa->spa_cksum_tmpls[checksum] =
 241                     ci->ci_tmpl_init(&spa->spa_cksum_salt);
 242                 VERIFY(spa->spa_cksum_tmpls[checksum] != NULL);
 243         }
 244         mutex_exit(&spa->spa_cksum_tmpls_lock);
 245 }
 246
 247 /*
 248  * Generate the checksum.
 249  */
 250 void
 251 zio_checksum_compute(zio_t *zio, enum zio_checksum checksum,
 252     void *data, uint64_t size)
 253 {
 254         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 255         uint64_t offset = zio->io_offset;
 256         zio_checksum_info_t *ci = &zio_checksum_table[checksum];
 257         zio_cksum_t cksum;
 258         spa_t *spa = zio->io_spa;
 259
 260         ASSERT((uint_t)checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
 261         ASSERT(ci->ci_func[0] != NULL);
 262
 263         zio_checksum_template_init(checksum, spa);
 264
 265         if (ci->ci_flags & ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED) {
 266                 zio_eck_t *eck;
 267
 268                 if (checksum == ZIO_CHECKSUM_ZILOG2) {
 269                         zil_chain_t *zilc = data;
 270
 271                         size = P2ROUNDUP_TYPED(zilc->zc_nused, ZIL_MIN_BLKSZ,
 272                             uint64_t);
 273                         eck = &zilc->zc_eck;
 274                 } else {
 275                         eck = (zio_eck_t *)((char *)data + size) - 1;
 276                 }
 277                 if (checksum == ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER)
 278                         zio_checksum_gang_verifier(&eck->zec_cksum, bp);
 279                 else if (checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL)
 280                         zio_checksum_label_verifier(&eck->zec_cksum, offset);
 281                 else
 282                         bp->blk_cksum = eck->zec_cksum;
 283                 eck->zec_magic = ZEC_MAGIC;
 284                 ci->ci_func[0](data, size, spa->spa_cksum_tmpls[checksum],
 285                     &cksum);
 286                 eck->zec_cksum = cksum;
 287         } else {
 288                 ci->ci_func[0](data, size, spa->spa_cksum_tmpls[checksum],
 289                     &bp->blk_cksum);
 290         }
 291 }
 292
 293 int
 294 zio_checksum_error(zio_t *zio, zio_bad_cksum_t *info)
 295 {
 296         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 297         uint_t checksum = (bp == NULL ? zio->io_prop.zp_checksum :
 298             (BP_IS_GANG(bp) ? ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER : BP_GET_CHECKSUM(bp)));
 299         int byteswap;
 300         int error;
 301         uint64_t size = (bp == NULL ? zio->io_size :
 302             (BP_IS_GANG(bp) ? SPA_GANGBLOCKSIZE : BP_GET_PSIZE(bp)));
 303         uint64_t offset = zio->io_offset;
 304         void *data = zio->io_data;
 305         zio_checksum_info_t *ci = &zio_checksum_table[checksum];
 306         zio_cksum_t actual_cksum, expected_cksum, verifier;
 307         spa_t *spa = zio->io_spa;
 308
 309         if (checksum >= ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS || ci->ci_func[0] == NULL)
 310                 return (SET_ERROR(EINVAL));
 311
 312         zio_checksum_template_init(checksum, spa);
 313
 314         if (ci->ci_flags & ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED) {
 315                 zio_eck_t *eck;
 316
 317                 if (checksum == ZIO_CHECKSUM_ZILOG2) {
 318                         zil_chain_t *zilc = data;
 319                         uint64_t nused;
 320
 321                         eck = &zilc->zc_eck;
 322                         if (eck->zec_magic == ZEC_MAGIC)
 323                                 nused = zilc->zc_nused;
 324                         else if (eck->zec_magic == BSWAP_64(ZEC_MAGIC))
 325                                 nused = BSWAP_64(zilc->zc_nused);
 326                         else
 327                                 return (SET_ERROR(ECKSUM));
 328
 329                         if (nused > size)
 330                                 return (SET_ERROR(ECKSUM));
 331
 332                         size = P2ROUNDUP_TYPED(nused, ZIL_MIN_BLKSZ, uint64_t);
 333                 } else {
 334                         eck = (zio_eck_t *)((char *)data + size) - 1;
 335                 }
 336
 337                 if (checksum == ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER)
 338                         zio_checksum_gang_verifier(&verifier, bp);
 339                 else if (checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL)
 340                         zio_checksum_label_verifier(&verifier, offset);
 341                 else
 342                         verifier = bp->blk_cksum;
 343
 344                 byteswap = (eck->zec_magic == BSWAP_64(ZEC_MAGIC));
 345
 346                 if (byteswap)
 347                         byteswap_uint64_array(&verifier, sizeof (zio_cksum_t));
 348
 349                 expected_cksum = eck->zec_cksum;
 350                 eck->zec_cksum = verifier;
 351                 ci->ci_func[byteswap](data, size,
 352                     spa->spa_cksum_tmpls[checksum], &actual_cksum);
 353                 eck->zec_cksum = expected_cksum;
 354
 355                 if (byteswap)
 356                         byteswap_uint64_array(&expected_cksum,
 357                             sizeof (zio_cksum_t));
 358         } else {
 359                 ASSERT(!BP_IS_GANG(bp));
 360                 byteswap = BP_SHOULD_BYTESWAP(bp);
 361                 expected_cksum = bp->blk_cksum;
 362                 ci->ci_func[byteswap](data, size,
 363                     spa->spa_cksum_tmpls[checksum], &actual_cksum);
 364         }
 365
 366         info->zbc_expected = expected_cksum;
 367         info->zbc_actual = actual_cksum;
 368         info->zbc_checksum_name = ci->ci_name;
 369         info->zbc_byteswapped = byteswap;
 370         info->zbc_injected = 0;
 371         info->zbc_has_cksum = 1;
 372
 373         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(actual_cksum, expected_cksum))
 374                 return (SET_ERROR(ECKSUM));
 375
 376         if (zio_injection_enabled && !zio->io_error &&
 377             (error = zio_handle_fault_injection(zio, ECKSUM)) != 0) {
 378
 379                 info->zbc_injected = 1;
 380                 return (error);
 381         }
 382
 383         return (0);
 384 }
 385
 386 /*
 387  * Called by a spa_t that's about to be deallocated. This steps through
 388  * all of the checksum context templates and deallocates any that were
 389  * initialized using the algorithm-specific template init function.
 390  */
 391 void
 392 zio_checksum_templates_free(spa_t *spa)
 393 {
 394         for (enum zio_checksum checksum = 0;
 395             checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS; checksum++) {
 396                 if (spa->spa_cksum_tmpls[checksum] != NULL) {
 397                         zio_checksum_info_t *ci = &zio_checksum_table[checksum];
 398
 399                         VERIFY(ci->ci_tmpl_free != NULL);
 400                         ci->ci_tmpl_free(spa->spa_cksum_tmpls[checksum]);
 401                         spa->spa_cksum_tmpls[checksum] = NULL;
 402                 }
 403         }
 404 }