zfs: merge OpenZFS master-9305ff2ed
[freebsd.git] / sys / contrib / openzfs / module / os / linux / zfs / zio_crypt.c
1 /*
2  * CDDL HEADER START
3  *
4  * This file and its contents are supplied under the terms of the
5  * Common Development and Distribution License ("CDDL"), version 1.0.
6  * You may only use this file in accordance with the terms of version
7  * 1.0 of the CDDL.
8  *
9  * A full copy of the text of the CDDL should have accompanied this
10  * source.  A copy of the CDDL is also available via the Internet at
11  * http://www.illumos.org/license/CDDL.
12  *
13  * CDDL HEADER END
14  */
15
16 /*
17  * Copyright (c) 2017, Datto, Inc. All rights reserved.
18  */
19
20 #include <sys/zio_crypt.h>
21 #include <sys/dmu.h>
22 #include <sys/dmu_objset.h>
23 #include <sys/dnode.h>
24 #include <sys/fs/zfs.h>
25 #include <sys/zio.h>
26 #include <sys/zil.h>
27 #include <sys/sha2.h>
28 #include <sys/hkdf.h>
29 #include <sys/qat.h>
30
31 /*
32  * This file is responsible for handling all of the details of generating
33  * encryption parameters and performing encryption and authentication.
34  *
35  * BLOCK ENCRYPTION PARAMETERS:
36  * Encryption /Authentication Algorithm Suite (crypt):
37  * The encryption algorithm, mode, and key length we are going to use. We
38  * currently support AES in either GCM or CCM modes with 128, 192, and 256 bit
39  * keys. All authentication is currently done with SHA512-HMAC.
40  *
41  * Plaintext:
42  * The unencrypted data that we want to encrypt.
43  *
44  * Initialization Vector (IV):
45  * An initialization vector for the encryption algorithms. This is used to
46  * "tweak" the encryption algorithms so that two blocks of the same data are
47  * encrypted into different ciphertext outputs, thus obfuscating block patterns.
48  * The supported encryption modes (AES-GCM and AES-CCM) require that an IV is
49  * never reused with the same encryption key. This value is stored unencrypted
50  * and must simply be provided to the decryption function. We use a 96 bit IV
51  * (as recommended by NIST) for all block encryption. For non-dedup blocks we
52  * derive the IV randomly. The first 64 bits of the IV are stored in the second
53  * word of DVA[2] and the remaining 32 bits are stored in the upper 32 bits of
54  * blk_fill. This is safe because encrypted blocks can't use the upper 32 bits
55  * of blk_fill. We only encrypt level 0 blocks, which normally have a fill count
56  * of 1. The only exception is for DMU_OT_DNODE objects, where the fill count of
57  * level 0 blocks is the number of allocated dnodes in that block. The on-disk
58  * format supports at most 2^15 slots per L0 dnode block, because the maximum
59  * block size is 16MB (2^24). In either case, for level 0 blocks this number
60  * will still be smaller than UINT32_MAX so it is safe to store the IV in the
61  * top 32 bits of blk_fill, while leaving the bottom 32 bits of the fill count
62  * for the dnode code.
63  *
64  * Master key:
65  * This is the most important secret data of an encrypted dataset. It is used
66  * along with the salt to generate that actual encryption keys via HKDF. We
67  * do not use the master key to directly encrypt any data because there are
68  * theoretical limits on how much data can actually be safely encrypted with
69  * any encryption mode. The master key is stored encrypted on disk with the
70  * user's wrapping key. Its length is determined by the encryption algorithm.
71  * For details on how this is stored see the block comment in dsl_crypt.c
72  *
73  * Salt:
74  * Used as an input to the HKDF function, along with the master key. We use a
75  * 64 bit salt, stored unencrypted in the first word of DVA[2]. Any given salt
76  * can be used for encrypting many blocks, so we cache the current salt and the
77  * associated derived key in zio_crypt_t so we do not need to derive it again
78  * needlessly.
79  *
80  * Encryption Key:
81  * A secret binary key, generated from an HKDF function used to encrypt and
82  * decrypt data.
83  *
84  * Message Authentication Code (MAC)
85  * The MAC is an output of authenticated encryption modes such as AES-GCM and
86  * AES-CCM. Its purpose is to ensure that an attacker cannot modify encrypted
87  * data on disk and return garbage to the application. Effectively, it is a
88  * checksum that can not be reproduced by an attacker. We store the MAC in the
89  * second 128 bits of blk_cksum, leaving the first 128 bits for a truncated
90  * regular checksum of the ciphertext which can be used for scrubbing.
91  *
92  * OBJECT AUTHENTICATION:
93  * Some object types, such as DMU_OT_MASTER_NODE cannot be encrypted because
94  * they contain some info that always needs to be readable. To prevent this
95  * data from being altered, we authenticate this data using SHA512-HMAC. This
96  * will produce a MAC (similar to the one produced via encryption) which can
97  * be used to verify the object was not modified. HMACs do not require key
98  * rotation or IVs, so we can keep up to the full 3 copies of authenticated
99  * data.
100  *
101  * ZIL ENCRYPTION:
102  * ZIL blocks have their bp written to disk ahead of the associated data, so we
103  * cannot store the MAC there as we normally do. For these blocks the MAC is
104  * stored in the embedded checksum within the zil_chain_t header. The salt and
105  * IV are generated for the block on bp allocation instead of at encryption
106  * time. In addition, ZIL blocks have some pieces that must be left in plaintext
107  * for claiming even though all of the sensitive user data still needs to be
108  * encrypted. The function zio_crypt_init_uios_zil() handles parsing which
109  * pieces of the block need to be encrypted. All data that is not encrypted is
110  * authenticated using the AAD mechanisms that the supported encryption modes
111  * provide for. In order to preserve the semantics of the ZIL for encrypted
112  * datasets, the ZIL is not protected at the objset level as described below.
113  *
114  * DNODE ENCRYPTION:
115  * Similarly to ZIL blocks, the core part of each dnode_phys_t needs to be left
116  * in plaintext for scrubbing and claiming, but the bonus buffers might contain
117  * sensitive user data. The function zio_crypt_init_uios_dnode() handles parsing
118  * which which pieces of the block need to be encrypted. For more details about
119  * dnode authentication and encryption, see zio_crypt_init_uios_dnode().
120  *
121  * OBJECT SET AUTHENTICATION:
122  * Up to this point, everything we have encrypted and authenticated has been
123  * at level 0 (or -2 for the ZIL). If we did not do any further work the
124  * on-disk format would be susceptible to attacks that deleted or rearranged
125  * the order of level 0 blocks. Ideally, the cleanest solution would be to
126  * maintain a tree of authentication MACs going up the bp tree. However, this
127  * presents a problem for raw sends. Send files do not send information about
128  * indirect blocks so there would be no convenient way to transfer the MACs and
129  * they cannot be recalculated on the receive side without the master key which
130  * would defeat one of the purposes of raw sends in the first place. Instead,
131  * for the indirect levels of the bp tree, we use a regular SHA512 of the MACs
132  * from the level below. We also include some portable fields from blk_prop such
133  * as the lsize and compression algorithm to prevent the data from being
134  * misinterpreted.
135  *
136  * At the objset level, we maintain 2 separate 256 bit MACs in the
137  * objset_phys_t. The first one is "portable" and is the logical root of the
138  * MAC tree maintained in the metadnode's bps. The second, is "local" and is
139  * used as the root MAC for the user accounting objects, which are also not
140  * transferred via "zfs send". The portable MAC is sent in the DRR_BEGIN payload
141  * of the send file. The useraccounting code ensures that the useraccounting
142  * info is not present upon a receive, so the local MAC can simply be cleared
143  * out at that time. For more info about objset_phys_t authentication, see
144  * zio_crypt_do_objset_hmacs().
145  *
146  * CONSIDERATIONS FOR DEDUP:
147  * In order for dedup to work, blocks that we want to dedup with one another
148  * need to use the same IV and encryption key, so that they will have the same
149  * ciphertext. Normally, one should never reuse an IV with the same encryption
150  * key or else AES-GCM and AES-CCM can both actually leak the plaintext of both
151  * blocks. In this case, however, since we are using the same plaintext as
152  * well all that we end up with is a duplicate of the original ciphertext we
153  * already had. As a result, an attacker with read access to the raw disk will
154  * be able to tell which blocks are the same but this information is given away
155  * by dedup anyway. In order to get the same IVs and encryption keys for
156  * equivalent blocks of data we use an HMAC of the plaintext. We use an HMAC
157  * here so that a reproducible checksum of the plaintext is never available to
158  * the attacker. The HMAC key is kept alongside the master key, encrypted on
159  * disk. The first 64 bits of the HMAC are used in place of the random salt, and
160  * the next 96 bits are used as the IV. As a result of this mechanism, dedup
161  * will only work within a clone family since encrypted dedup requires use of
162  * the same master and HMAC keys.
163  */
164
165 /*
166  * After encrypting many blocks with the same key we may start to run up
167  * against the theoretical limits of how much data can securely be encrypted
168  * with a single key using the supported encryption modes. The most obvious
169  * limitation is that our risk of generating 2 equivalent 96 bit IVs increases
170  * the more IVs we generate (which both GCM and CCM modes strictly forbid).
171  * This risk actually grows surprisingly quickly over time according to the
172  * Birthday Problem. With a total IV space of 2^(96 bits), and assuming we have
173  * generated n IVs with a cryptographically secure RNG, the approximate
174  * probability p(n) of a collision is given as:
175  *
176  * p(n) ~= e^(-n*(n-1)/(2*(2^96)))
177  *
178  * [http://www.math.cornell.edu/~mec/2008-2009/TianyiZheng/Birthday.html]
179  *
180  * Assuming that we want to ensure that p(n) never goes over 1 / 1 trillion
181  * we must not write more than 398,065,730 blocks with the same encryption key.
182  * Therefore, we rotate our keys after 400,000,000 blocks have been written by
183  * generating a new random 64 bit salt for our HKDF encryption key generation
184  * function.
185  */
186 #define ZFS_KEY_MAX_SALT_USES_DEFAULT   400000000
187 #define ZFS_CURRENT_MAX_SALT_USES       \
188         (MIN(zfs_key_max_salt_uses, ZFS_KEY_MAX_SALT_USES_DEFAULT))
189 unsigned long zfs_key_max_salt_uses = ZFS_KEY_MAX_SALT_USES_DEFAULT;
190
191 typedef struct blkptr_auth_buf {
192         uint64_t bab_prop;                      /* blk_prop - portable mask */
193         uint8_t bab_mac[ZIO_DATA_MAC_LEN];      /* MAC from blk_cksum */\r
194         uint64_t bab_pad;                       /* reserved for future use */
195 } blkptr_auth_buf_t;
196
197 zio_crypt_info_t zio_crypt_table[ZIO_CRYPT_FUNCTIONS] = {
198         {"",                    ZC_TYPE_NONE,   0,      "inherit"},
199         {"",                    ZC_TYPE_NONE,   0,      "on"},
200         {"",                    ZC_TYPE_NONE,   0,      "off"},
201         {SUN_CKM_AES_CCM,       ZC_TYPE_CCM,    16,     "aes-128-ccm"},
202         {SUN_CKM_AES_CCM,       ZC_TYPE_CCM,    24,     "aes-192-ccm"},
203         {SUN_CKM_AES_CCM,       ZC_TYPE_CCM,    32,     "aes-256-ccm"},
204         {SUN_CKM_AES_GCM,       ZC_TYPE_GCM,    16,     "aes-128-gcm"},
205         {SUN_CKM_AES_GCM,       ZC_TYPE_GCM,    24,     "aes-192-gcm"},
206         {SUN_CKM_AES_GCM,       ZC_TYPE_GCM,    32,     "aes-256-gcm"}
207 };
208
209 void
210 zio_crypt_key_destroy(zio_crypt_key_t *key)
211 {
212         rw_destroy(&key->zk_salt_lock);
213
214         /* free crypto templates */
215         crypto_destroy_ctx_template(key->zk_current_tmpl);
216         crypto_destroy_ctx_template(key->zk_hmac_tmpl);
217
218         /* zero out sensitive data */
219         bzero(key, sizeof (zio_crypt_key_t));
220 }
221
222 int
223 zio_crypt_key_init(uint64_t crypt, zio_crypt_key_t *key)
224 {
225         int ret;
226         crypto_mechanism_t mech;
227         uint_t keydata_len;
228
229         ASSERT(key != NULL);
230         ASSERT3U(crypt, <, ZIO_CRYPT_FUNCTIONS);
231
232         keydata_len = zio_crypt_table[crypt].ci_keylen;
233         bzero(key, sizeof (zio_crypt_key_t));
234
235         /* fill keydata buffers and salt with random data */
236         ret = random_get_bytes((uint8_t *)&key->zk_guid, sizeof (uint64_t));
237         if (ret != 0)
238                 goto error;
239
240         ret = random_get_bytes(key->zk_master_keydata, keydata_len);
241         if (ret != 0)
242                 goto error;
243
244         ret = random_get_bytes(key->zk_hmac_keydata, SHA512_HMAC_KEYLEN);
245         if (ret != 0)
246                 goto error;
247
248         ret = random_get_bytes(key->zk_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
249         if (ret != 0)
250                 goto error;
251
252         /* derive the current key from the master key */
253         ret = hkdf_sha512(key->zk_master_keydata, keydata_len, NULL, 0,
254             key->zk_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN, key->zk_current_keydata,
255             keydata_len);
256         if (ret != 0)
257                 goto error;
258
259         /* initialize keys for the ICP */
260         key->zk_current_key.ck_format = CRYPTO_KEY_RAW;
261         key->zk_current_key.ck_data = key->zk_current_keydata;
262         key->zk_current_key.ck_length = CRYPTO_BYTES2BITS(keydata_len);
263
264         key->zk_hmac_key.ck_format = CRYPTO_KEY_RAW;
265         key->zk_hmac_key.ck_data = &key->zk_hmac_key;
266         key->zk_hmac_key.ck_length = CRYPTO_BYTES2BITS(SHA512_HMAC_KEYLEN);
267
268         /*
269          * Initialize the crypto templates. It's ok if this fails because
270          * this is just an optimization.
271          */
272         mech.cm_type = crypto_mech2id(zio_crypt_table[crypt].ci_mechname);
273         ret = crypto_create_ctx_template(&mech, &key->zk_current_key,
274             &key->zk_current_tmpl, KM_SLEEP);
275         if (ret != CRYPTO_SUCCESS)
276                 key->zk_current_tmpl = NULL;
277
278         mech.cm_type = crypto_mech2id(SUN_CKM_SHA512_HMAC);
279         ret = crypto_create_ctx_template(&mech, &key->zk_hmac_key,
280             &key->zk_hmac_tmpl, KM_SLEEP);
281         if (ret != CRYPTO_SUCCESS)
282                 key->zk_hmac_tmpl = NULL;
283
284         key->zk_crypt = crypt;
285         key->zk_version = ZIO_CRYPT_KEY_CURRENT_VERSION;
286         key->zk_salt_count = 0;
287         rw_init(&key->zk_salt_lock, NULL, RW_DEFAULT, NULL);
288
289         return (0);
290
291 error:
292         zio_crypt_key_destroy(key);
293         return (ret);
294 }
295
296 static int
297 zio_crypt_key_change_salt(zio_crypt_key_t *key)
298 {
299         int ret = 0;
300         uint8_t salt[ZIO_DATA_SALT_LEN];
301         crypto_mechanism_t mech;
302         uint_t keydata_len = zio_crypt_table[key->zk_crypt].ci_keylen;
303
304         /* generate a new salt */
305         ret = random_get_bytes(salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
306         if (ret != 0)
307                 goto error;
308
309         rw_enter(&key->zk_salt_lock, RW_WRITER);
310
311         /* someone beat us to the salt rotation, just unlock and return */
312         if (key->zk_salt_count < ZFS_CURRENT_MAX_SALT_USES)
313                 goto out_unlock;
314
315         /* derive the current key from the master key and the new salt */
316         ret = hkdf_sha512(key->zk_master_keydata, keydata_len, NULL, 0,
317             salt, ZIO_DATA_SALT_LEN, key->zk_current_keydata, keydata_len);
318         if (ret != 0)
319                 goto out_unlock;
320
321         /* assign the salt and reset the usage count */
322         bcopy(salt, key->zk_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
323         key->zk_salt_count = 0;
324
325         /* destroy the old context template and create the new one */
326         crypto_destroy_ctx_template(key->zk_current_tmpl);
327         ret = crypto_create_ctx_template(&mech, &key->zk_current_key,
328             &key->zk_current_tmpl, KM_SLEEP);
329         if (ret != CRYPTO_SUCCESS)
330                 key->zk_current_tmpl = NULL;
331
332         rw_exit(&key->zk_salt_lock);
333
334         return (0);
335
336 out_unlock:
337         rw_exit(&key->zk_salt_lock);
338 error:
339         return (ret);
340 }
341
342 /* See comment above zfs_key_max_salt_uses definition for details */
343 int
344 zio_crypt_key_get_salt(zio_crypt_key_t *key, uint8_t *salt)
345 {
346         int ret;
347         boolean_t salt_change;
348
349         rw_enter(&key->zk_salt_lock, RW_READER);
350
351         bcopy(key->zk_salt, salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
352         salt_change = (atomic_inc_64_nv(&key->zk_salt_count) >=
353             ZFS_CURRENT_MAX_SALT_USES);
354
355         rw_exit(&key->zk_salt_lock);
356
357         if (salt_change) {
358                 ret = zio_crypt_key_change_salt(key);
359                 if (ret != 0)
360                         goto error;
361         }
362
363         return (0);
364
365 error:
366         return (ret);
367 }
368
369 /*
370  * This function handles all encryption and decryption in zfs. When
371  * encrypting it expects puio to reference the plaintext and cuio to
372  * reference the ciphertext. cuio must have enough space for the
373  * ciphertext + room for a MAC. datalen should be the length of the
374  * plaintext / ciphertext alone.
375  */
376 static int
377 zio_do_crypt_uio(boolean_t encrypt, uint64_t crypt, crypto_key_t *key,
378     crypto_ctx_template_t tmpl, uint8_t *ivbuf, uint_t datalen,
379     zfs_uio_t *puio, zfs_uio_t *cuio, uint8_t *authbuf, uint_t auth_len)
380 {
381         int ret;
382         crypto_data_t plaindata, cipherdata;
383         CK_AES_CCM_PARAMS ccmp;
384         CK_AES_GCM_PARAMS gcmp;
385         crypto_mechanism_t mech;
386         zio_crypt_info_t crypt_info;
387         uint_t plain_full_len, maclen;
388
389         ASSERT3U(crypt, <, ZIO_CRYPT_FUNCTIONS);
390         ASSERT3U(key->ck_format, ==, CRYPTO_KEY_RAW);
391
392         /* lookup the encryption info */
393         crypt_info = zio_crypt_table[crypt];
394
395         /* the mac will always be the last iovec_t in the cipher uio */
396         maclen = cuio->uio_iov[cuio->uio_iovcnt - 1].iov_len;
397
398         ASSERT(maclen <= ZIO_DATA_MAC_LEN);
399
400         /* setup encryption mechanism (same as crypt) */
401         mech.cm_type = crypto_mech2id(crypt_info.ci_mechname);
402
403         /*
404          * Strangely, the ICP requires that plain_full_len must include
405          * the MAC length when decrypting, even though the UIO does not
406          * need to have the extra space allocated.
407          */
408         if (encrypt) {
409                 plain_full_len = datalen;
410         } else {
411                 plain_full_len = datalen + maclen;
412         }
413
414         /*
415          * setup encryption params (currently only AES CCM and AES GCM
416          * are supported)
417          */
418         if (crypt_info.ci_crypt_type == ZC_TYPE_CCM) {
419                 ccmp.ulNonceSize = ZIO_DATA_IV_LEN;
420                 ccmp.ulAuthDataSize = auth_len;
421                 ccmp.authData = authbuf;
422                 ccmp.ulMACSize = maclen;
423                 ccmp.nonce = ivbuf;
424                 ccmp.ulDataSize = plain_full_len;
425
426                 mech.cm_param = (char *)(&ccmp);
427                 mech.cm_param_len = sizeof (CK_AES_CCM_PARAMS);
428         } else {
429                 gcmp.ulIvLen = ZIO_DATA_IV_LEN;
430                 gcmp.ulIvBits = CRYPTO_BYTES2BITS(ZIO_DATA_IV_LEN);
431                 gcmp.ulAADLen = auth_len;
432                 gcmp.pAAD = authbuf;
433                 gcmp.ulTagBits = CRYPTO_BYTES2BITS(maclen);
434                 gcmp.pIv = ivbuf;
435
436                 mech.cm_param = (char *)(&gcmp);
437                 mech.cm_param_len = sizeof (CK_AES_GCM_PARAMS);
438         }
439
440         /* populate the cipher and plain data structs. */
441         plaindata.cd_format = CRYPTO_DATA_UIO;
442         plaindata.cd_offset = 0;
443         plaindata.cd_uio = puio;
444         plaindata.cd_miscdata = NULL;
445         plaindata.cd_length = plain_full_len;
446
447         cipherdata.cd_format = CRYPTO_DATA_UIO;
448         cipherdata.cd_offset = 0;
449         cipherdata.cd_uio = cuio;
450         cipherdata.cd_miscdata = NULL;
451         cipherdata.cd_length = datalen + maclen;
452
453         /* perform the actual encryption */
454         if (encrypt) {
455                 ret = crypto_encrypt(&mech, &plaindata, key, tmpl, &cipherdata,
456                     NULL);
457                 if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
458                         ret = SET_ERROR(EIO);
459                         goto error;
460                 }
461         } else {
462                 ret = crypto_decrypt(&mech, &cipherdata, key, tmpl, &plaindata,
463                     NULL);
464                 if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
465                         ASSERT3U(ret, ==, CRYPTO_INVALID_MAC);
466                         ret = SET_ERROR(ECKSUM);
467                         goto error;
468                 }
469         }
470
471         return (0);
472
473 error:
474         return (ret);
475 }
476
477 int
478 zio_crypt_key_wrap(crypto_key_t *cwkey, zio_crypt_key_t *key, uint8_t *iv,
479     uint8_t *mac, uint8_t *keydata_out, uint8_t *hmac_keydata_out)
480 {
481         int ret;
482         zfs_uio_t puio, cuio;
483         uint64_t aad[3];
484         iovec_t plain_iovecs[2], cipher_iovecs[3];
485         uint64_t crypt = key->zk_crypt;
486         uint_t enc_len, keydata_len, aad_len;
487
488         ASSERT3U(crypt, <, ZIO_CRYPT_FUNCTIONS);
489         ASSERT3U(cwkey->ck_format, ==, CRYPTO_KEY_RAW);
490
491         keydata_len = zio_crypt_table[crypt].ci_keylen;
492
493         /* generate iv for wrapping the master and hmac key */
494         ret = random_get_pseudo_bytes(iv, WRAPPING_IV_LEN);
495         if (ret != 0)
496                 goto error;
497
498         /* initialize zfs_uio_ts */
499         plain_iovecs[0].iov_base = key->zk_master_keydata;
500         plain_iovecs[0].iov_len = keydata_len;
501         plain_iovecs[1].iov_base = key->zk_hmac_keydata;
502         plain_iovecs[1].iov_len = SHA512_HMAC_KEYLEN;
503
504         cipher_iovecs[0].iov_base = keydata_out;
505         cipher_iovecs[0].iov_len = keydata_len;
506         cipher_iovecs[1].iov_base = hmac_keydata_out;
507         cipher_iovecs[1].iov_len = SHA512_HMAC_KEYLEN;
508         cipher_iovecs[2].iov_base = mac;
509         cipher_iovecs[2].iov_len = WRAPPING_MAC_LEN;
510
511         /*
512          * Although we don't support writing to the old format, we do
513          * support rewrapping the key so that the user can move and
514          * quarantine datasets on the old format.
515          */
516         if (key->zk_version == 0) {
517                 aad_len = sizeof (uint64_t);
518                 aad[0] = LE_64(key->zk_guid);
519         } else {
520                 ASSERT3U(key->zk_version, ==, ZIO_CRYPT_KEY_CURRENT_VERSION);
521                 aad_len = sizeof (uint64_t) * 3;
522                 aad[0] = LE_64(key->zk_guid);
523                 aad[1] = LE_64(crypt);
524                 aad[2] = LE_64(key->zk_version);
525         }
526
527         enc_len = zio_crypt_table[crypt].ci_keylen + SHA512_HMAC_KEYLEN;
528         puio.uio_iov = plain_iovecs;
529         puio.uio_iovcnt = 2;
530         puio.uio_segflg = UIO_SYSSPACE;
531         cuio.uio_iov = cipher_iovecs;
532         cuio.uio_iovcnt = 3;
533         cuio.uio_segflg = UIO_SYSSPACE;
534
535         /* encrypt the keys and store the resulting ciphertext and mac */
536         ret = zio_do_crypt_uio(B_TRUE, crypt, cwkey, NULL, iv, enc_len,
537             &puio, &cuio, (uint8_t *)aad, aad_len);
538         if (ret != 0)
539                 goto error;
540
541         return (0);
542
543 error:
544         return (ret);
545 }
546
547 int
548 zio_crypt_key_unwrap(crypto_key_t *cwkey, uint64_t crypt, uint64_t version,
549     uint64_t guid, uint8_t *keydata, uint8_t *hmac_keydata, uint8_t *iv,
550     uint8_t *mac, zio_crypt_key_t *key)
551 {
552         crypto_mechanism_t mech;
553         zfs_uio_t puio, cuio;
554         uint64_t aad[3];
555         iovec_t plain_iovecs[2], cipher_iovecs[3];
556         uint_t enc_len, keydata_len, aad_len;
557         int ret;
558
559         ASSERT3U(crypt, <, ZIO_CRYPT_FUNCTIONS);
560         ASSERT3U(cwkey->ck_format, ==, CRYPTO_KEY_RAW);
561
562         rw_init(&key->zk_salt_lock, NULL, RW_DEFAULT, NULL);
563
564         keydata_len = zio_crypt_table[crypt].ci_keylen;
565
566         /* initialize zfs_uio_ts */
567         plain_iovecs[0].iov_base = key->zk_master_keydata;
568         plain_iovecs[0].iov_len = keydata_len;
569         plain_iovecs[1].iov_base = key->zk_hmac_keydata;
570         plain_iovecs[1].iov_len = SHA512_HMAC_KEYLEN;
571
572         cipher_iovecs[0].iov_base = keydata;
573         cipher_iovecs[0].iov_len = keydata_len;
574         cipher_iovecs[1].iov_base = hmac_keydata;
575         cipher_iovecs[1].iov_len = SHA512_HMAC_KEYLEN;
576         cipher_iovecs[2].iov_base = mac;
577         cipher_iovecs[2].iov_len = WRAPPING_MAC_LEN;
578
579         if (version == 0) {
580                 aad_len = sizeof (uint64_t);
581                 aad[0] = LE_64(guid);
582         } else {
583                 ASSERT3U(version, ==, ZIO_CRYPT_KEY_CURRENT_VERSION);
584                 aad_len = sizeof (uint64_t) * 3;
585                 aad[0] = LE_64(guid);
586                 aad[1] = LE_64(crypt);
587                 aad[2] = LE_64(version);
588         }
589
590         enc_len = keydata_len + SHA512_HMAC_KEYLEN;
591         puio.uio_iov = plain_iovecs;
592         puio.uio_segflg = UIO_SYSSPACE;
593         puio.uio_iovcnt = 2;
594         cuio.uio_iov = cipher_iovecs;
595         cuio.uio_iovcnt = 3;
596         cuio.uio_segflg = UIO_SYSSPACE;
597
598         /* decrypt the keys and store the result in the output buffers */
599         ret = zio_do_crypt_uio(B_FALSE, crypt, cwkey, NULL, iv, enc_len,
600             &puio, &cuio, (uint8_t *)aad, aad_len);
601         if (ret != 0)
602                 goto error;
603
604         /* generate a fresh salt */
605         ret = random_get_bytes(key->zk_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
606         if (ret != 0)
607                 goto error;
608
609         /* derive the current key from the master key */
610         ret = hkdf_sha512(key->zk_master_keydata, keydata_len, NULL, 0,
611             key->zk_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN, key->zk_current_keydata,
612             keydata_len);
613         if (ret != 0)
614                 goto error;
615
616         /* initialize keys for ICP */
617         key->zk_current_key.ck_format = CRYPTO_KEY_RAW;
618         key->zk_current_key.ck_data = key->zk_current_keydata;
619         key->zk_current_key.ck_length = CRYPTO_BYTES2BITS(keydata_len);
620
621         key->zk_hmac_key.ck_format = CRYPTO_KEY_RAW;
622         key->zk_hmac_key.ck_data = key->zk_hmac_keydata;
623         key->zk_hmac_key.ck_length = CRYPTO_BYTES2BITS(SHA512_HMAC_KEYLEN);
624
625         /*
626          * Initialize the crypto templates. It's ok if this fails because
627          * this is just an optimization.
628          */
629         mech.cm_type = crypto_mech2id(zio_crypt_table[crypt].ci_mechname);
630         ret = crypto_create_ctx_template(&mech, &key->zk_current_key,
631             &key->zk_current_tmpl, KM_SLEEP);
632         if (ret != CRYPTO_SUCCESS)
633                 key->zk_current_tmpl = NULL;
634
635         mech.cm_type = crypto_mech2id(SUN_CKM_SHA512_HMAC);
636         ret = crypto_create_ctx_template(&mech, &key->zk_hmac_key,
637             &key->zk_hmac_tmpl, KM_SLEEP);
638         if (ret != CRYPTO_SUCCESS)
639                 key->zk_hmac_tmpl = NULL;
640
641         key->zk_crypt = crypt;
642         key->zk_version = version;
643         key->zk_guid = guid;
644         key->zk_salt_count = 0;
645
646         return (0);
647
648 error:
649         zio_crypt_key_destroy(key);
650         return (ret);
651 }
652
653 int
654 zio_crypt_generate_iv(uint8_t *ivbuf)
655 {
656         int ret;
657
658         /* randomly generate the IV */
659         ret = random_get_pseudo_bytes(ivbuf, ZIO_DATA_IV_LEN);
660         if (ret != 0)
661                 goto error;
662
663         return (0);
664
665 error:
666         bzero(ivbuf, ZIO_DATA_IV_LEN);
667         return (ret);
668 }
669
670 int
671 zio_crypt_do_hmac(zio_crypt_key_t *key, uint8_t *data, uint_t datalen,
672     uint8_t *digestbuf, uint_t digestlen)
673 {
674         int ret;
675         crypto_mechanism_t mech;
676         crypto_data_t in_data, digest_data;
677         uint8_t raw_digestbuf[SHA512_DIGEST_LENGTH];
678
679         ASSERT3U(digestlen, <=, SHA512_DIGEST_LENGTH);
680
681         /* initialize sha512-hmac mechanism and crypto data */
682         mech.cm_type = crypto_mech2id(SUN_CKM_SHA512_HMAC);
683         mech.cm_param = NULL;
684         mech.cm_param_len = 0;
685
686         /* initialize the crypto data */
687         in_data.cd_format = CRYPTO_DATA_RAW;
688         in_data.cd_offset = 0;
689         in_data.cd_length = datalen;
690         in_data.cd_raw.iov_base = (char *)data;
691         in_data.cd_raw.iov_len = in_data.cd_length;
692
693         digest_data.cd_format = CRYPTO_DATA_RAW;
694         digest_data.cd_offset = 0;
695         digest_data.cd_length = SHA512_DIGEST_LENGTH;
696         digest_data.cd_raw.iov_base = (char *)raw_digestbuf;
697         digest_data.cd_raw.iov_len = digest_data.cd_length;
698
699         /* generate the hmac */
700         ret = crypto_mac(&mech, &in_data, &key->zk_hmac_key, key->zk_hmac_tmpl,
701             &digest_data, NULL);
702         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
703                 ret = SET_ERROR(EIO);
704                 goto error;
705         }
706
707         bcopy(raw_digestbuf, digestbuf, digestlen);
708
709         return (0);
710
711 error:
712         bzero(digestbuf, digestlen);
713         return (ret);
714 }
715
716 int
717 zio_crypt_generate_iv_salt_dedup(zio_crypt_key_t *key, uint8_t *data,
718     uint_t datalen, uint8_t *ivbuf, uint8_t *salt)
719 {
720         int ret;
721         uint8_t digestbuf[SHA512_DIGEST_LENGTH];
722
723         ret = zio_crypt_do_hmac(key, data, datalen,
724             digestbuf, SHA512_DIGEST_LENGTH);
725         if (ret != 0)
726                 return (ret);
727
728         bcopy(digestbuf, salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
729         bcopy(digestbuf + ZIO_DATA_SALT_LEN, ivbuf, ZIO_DATA_IV_LEN);
730
731         return (0);
732 }
733
734 /*
735  * The following functions are used to encode and decode encryption parameters
736  * into blkptr_t and zil_header_t. The ICP wants to use these parameters as
737  * byte strings, which normally means that these strings would not need to deal
738  * with byteswapping at all. However, both blkptr_t and zil_header_t may be
739  * byteswapped by lower layers and so we must "undo" that byteswap here upon
740  * decoding and encoding in a non-native byteorder. These functions require
741  * that the byteorder bit is correct before being called.
742  */
743 void
744 zio_crypt_encode_params_bp(blkptr_t *bp, uint8_t *salt, uint8_t *iv)
745 {
746         uint64_t val64;
747         uint32_t val32;
748
749         ASSERT(BP_IS_ENCRYPTED(bp));
750
751         if (!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)) {
752                 bcopy(salt, &bp->blk_dva[2].dva_word[0], sizeof (uint64_t));
753                 bcopy(iv, &bp->blk_dva[2].dva_word[1], sizeof (uint64_t));
754                 bcopy(iv + sizeof (uint64_t), &val32, sizeof (uint32_t));
755                 BP_SET_IV2(bp, val32);
756         } else {
757                 bcopy(salt, &val64, sizeof (uint64_t));
758                 bp->blk_dva[2].dva_word[0] = BSWAP_64(val64);
759
760                 bcopy(iv, &val64, sizeof (uint64_t));
761                 bp->blk_dva[2].dva_word[1] = BSWAP_64(val64);
762
763                 bcopy(iv + sizeof (uint64_t), &val32, sizeof (uint32_t));
764                 BP_SET_IV2(bp, BSWAP_32(val32));
765         }
766 }
767
768 void
769 zio_crypt_decode_params_bp(const blkptr_t *bp, uint8_t *salt, uint8_t *iv)
770 {
771         uint64_t val64;
772         uint32_t val32;
773
774         ASSERT(BP_IS_PROTECTED(bp));
775
776         /* for convenience, so callers don't need to check */
777         if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp)) {
778                 bzero(salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
779                 bzero(iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
780                 return;
781         }
782
783         if (!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)) {
784                 bcopy(&bp->blk_dva[2].dva_word[0], salt, sizeof (uint64_t));
785                 bcopy(&bp->blk_dva[2].dva_word[1], iv, sizeof (uint64_t));
786
787                 val32 = (uint32_t)BP_GET_IV2(bp);
788                 bcopy(&val32, iv + sizeof (uint64_t), sizeof (uint32_t));
789         } else {
790                 val64 = BSWAP_64(bp->blk_dva[2].dva_word[0]);
791                 bcopy(&val64, salt, sizeof (uint64_t));
792
793                 val64 = BSWAP_64(bp->blk_dva[2].dva_word[1]);
794                 bcopy(&val64, iv, sizeof (uint64_t));
795
796                 val32 = BSWAP_32((uint32_t)BP_GET_IV2(bp));
797                 bcopy(&val32, iv + sizeof (uint64_t), sizeof (uint32_t));
798         }
799 }
800
801 void
802 zio_crypt_encode_mac_bp(blkptr_t *bp, uint8_t *mac)
803 {
804         uint64_t val64;
805
806         ASSERT(BP_USES_CRYPT(bp));
807         ASSERT3U(BP_GET_TYPE(bp), !=, DMU_OT_OBJSET);
808
809         if (!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)) {
810                 bcopy(mac, &bp->blk_cksum.zc_word[2], sizeof (uint64_t));
811                 bcopy(mac + sizeof (uint64_t), &bp->blk_cksum.zc_word[3],
812                     sizeof (uint64_t));
813         } else {
814                 bcopy(mac, &val64, sizeof (uint64_t));
815                 bp->blk_cksum.zc_word[2] = BSWAP_64(val64);
816
817                 bcopy(mac + sizeof (uint64_t), &val64, sizeof (uint64_t));
818                 bp->blk_cksum.zc_word[3] = BSWAP_64(val64);
819         }
820 }
821
822 void
823 zio_crypt_decode_mac_bp(const blkptr_t *bp, uint8_t *mac)
824 {
825         uint64_t val64;
826
827         ASSERT(BP_USES_CRYPT(bp) || BP_IS_HOLE(bp));
828
829         /* for convenience, so callers don't need to check */
830         if (BP_GET_TYPE(bp) == DMU_OT_OBJSET) {
831                 bzero(mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
832                 return;
833         }
834
835         if (!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)) {
836                 bcopy(&bp->blk_cksum.zc_word[2], mac, sizeof (uint64_t));
837                 bcopy(&bp->blk_cksum.zc_word[3], mac + sizeof (uint64_t),
838                     sizeof (uint64_t));
839         } else {
840                 val64 = BSWAP_64(bp->blk_cksum.zc_word[2]);
841                 bcopy(&val64, mac, sizeof (uint64_t));
842
843                 val64 = BSWAP_64(bp->blk_cksum.zc_word[3]);
844                 bcopy(&val64, mac + sizeof (uint64_t), sizeof (uint64_t));
845         }
846 }
847
848 void
849 zio_crypt_encode_mac_zil(void *data, uint8_t *mac)
850 {
851         zil_chain_t *zilc = data;
852
853         bcopy(mac, &zilc->zc_eck.zec_cksum.zc_word[2], sizeof (uint64_t));
854         bcopy(mac + sizeof (uint64_t), &zilc->zc_eck.zec_cksum.zc_word[3],
855             sizeof (uint64_t));
856 }
857
858 void
859 zio_crypt_decode_mac_zil(const void *data, uint8_t *mac)
860 {
861         /*
862          * The ZIL MAC is embedded in the block it protects, which will
863          * not have been byteswapped by the time this function has been called.
864          * As a result, we don't need to worry about byteswapping the MAC.
865          */
866         const zil_chain_t *zilc = data;
867
868         bcopy(&zilc->zc_eck.zec_cksum.zc_word[2], mac, sizeof (uint64_t));
869         bcopy(&zilc->zc_eck.zec_cksum.zc_word[3], mac + sizeof (uint64_t),
870             sizeof (uint64_t));
871 }
872
873 /*
874  * This routine takes a block of dnodes (src_abd) and copies only the bonus
875  * buffers to the same offsets in the dst buffer. datalen should be the size
876  * of both the src_abd and the dst buffer (not just the length of the bonus
877  * buffers).
878  */
879 void
880 zio_crypt_copy_dnode_bonus(abd_t *src_abd, uint8_t *dst, uint_t datalen)
881 {
882         uint_t i, max_dnp = datalen >> DNODE_SHIFT;
883         uint8_t *src;
884         dnode_phys_t *dnp, *sdnp, *ddnp;
885
886         src = abd_borrow_buf_copy(src_abd, datalen);
887
888         sdnp = (dnode_phys_t *)src;
889         ddnp = (dnode_phys_t *)dst;
890
891         for (i = 0; i < max_dnp; i += sdnp[i].dn_extra_slots + 1) {
892                 dnp = &sdnp[i];
893                 if (dnp->dn_type != DMU_OT_NONE &&
894                     DMU_OT_IS_ENCRYPTED(dnp->dn_bonustype) &&
895                     dnp->dn_bonuslen != 0) {
896                         bcopy(DN_BONUS(dnp), DN_BONUS(&ddnp[i]),
897                             DN_MAX_BONUS_LEN(dnp));
898                 }
899         }
900
901         abd_return_buf(src_abd, src, datalen);
902 }
903
904 /*
905  * This function decides what fields from blk_prop are included in
906  * the on-disk various MAC algorithms.
907  */
908 static void
909 zio_crypt_bp_zero_nonportable_blkprop(blkptr_t *bp, uint64_t version)
910 {
911         /*
912          * Version 0 did not properly zero out all non-portable fields
913          * as it should have done. We maintain this code so that we can
914          * do read-only imports of pools on this version.
915          */
916         if (version == 0) {
917                 BP_SET_DEDUP(bp, 0);
918                 BP_SET_CHECKSUM(bp, 0);
919                 BP_SET_PSIZE(bp, SPA_MINBLOCKSIZE);
920                 return;
921         }
922
923         ASSERT3U(version, ==, ZIO_CRYPT_KEY_CURRENT_VERSION);
924
925         /*
926          * The hole_birth feature might set these fields even if this bp
927          * is a hole. We zero them out here to guarantee that raw sends
928          * will function with or without the feature.
929          */
930         if (BP_IS_HOLE(bp)) {
931                 bp->blk_prop = 0ULL;
932                 return;
933         }
934
935         /*
936          * At L0 we want to verify these fields to ensure that data blocks
937          * can not be reinterpreted. For instance, we do not want an attacker
938          * to trick us into returning raw lz4 compressed data to the user
939          * by modifying the compression bits. At higher levels, we cannot
940          * enforce this policy since raw sends do not convey any information
941          * about indirect blocks, so these values might be different on the
942          * receive side. Fortunately, this does not open any new attack
943          * vectors, since any alterations that can be made to a higher level
944          * bp must still verify the correct order of the layer below it.
945          */
946         if (BP_GET_LEVEL(bp) != 0) {
947                 BP_SET_BYTEORDER(bp, 0);
948                 BP_SET_COMPRESS(bp, 0);
949
950                 /*
951                  * psize cannot be set to zero or it will trigger
952                  * asserts, but the value doesn't really matter as
953                  * long as it is constant.
954                  */
955                 BP_SET_PSIZE(bp, SPA_MINBLOCKSIZE);
956         }
957
958         BP_SET_DEDUP(bp, 0);
959         BP_SET_CHECKSUM(bp, 0);
960 }
961
962 static void
963 zio_crypt_bp_auth_init(uint64_t version, boolean_t should_bswap, blkptr_t *bp,
964     blkptr_auth_buf_t *bab, uint_t *bab_len)
965 {
966         blkptr_t tmpbp = *bp;
967
968         if (should_bswap)
969                 byteswap_uint64_array(&tmpbp, sizeof (blkptr_t));
970
971         ASSERT(BP_USES_CRYPT(&tmpbp) || BP_IS_HOLE(&tmpbp));
972         ASSERT0(BP_IS_EMBEDDED(&tmpbp));
973
974         zio_crypt_decode_mac_bp(&tmpbp, bab->bab_mac);
975
976         /*
977          * We always MAC blk_prop in LE to ensure portability. This
978          * must be done after decoding the mac, since the endianness
979          * will get zero'd out here.
980          */
981         zio_crypt_bp_zero_nonportable_blkprop(&tmpbp, version);
982         bab->bab_prop = LE_64(tmpbp.blk_prop);
983         bab->bab_pad = 0ULL;
984
985         /* version 0 did not include the padding */
986         *bab_len = sizeof (blkptr_auth_buf_t);
987         if (version == 0)
988                 *bab_len -= sizeof (uint64_t);
989 }
990
991 static int
992 zio_crypt_bp_do_hmac_updates(crypto_context_t ctx, uint64_t version,
993     boolean_t should_bswap, blkptr_t *bp)
994 {
995         int ret;
996         uint_t bab_len;
997         blkptr_auth_buf_t bab;
998         crypto_data_t cd;
999
1000         zio_crypt_bp_auth_init(version, should_bswap, bp, &bab, &bab_len);
1001         cd.cd_format = CRYPTO_DATA_RAW;
1002         cd.cd_offset = 0;
1003         cd.cd_length = bab_len;
1004         cd.cd_raw.iov_base = (char *)&bab;
1005         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1006
1007         ret = crypto_mac_update(ctx, &cd, NULL);
1008         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1009                 ret = SET_ERROR(EIO);
1010                 goto error;
1011         }
1012
1013         return (0);
1014
1015 error:
1016         return (ret);
1017 }
1018
1019 static void
1020 zio_crypt_bp_do_indrect_checksum_updates(SHA2_CTX *ctx, uint64_t version,
1021     boolean_t should_bswap, blkptr_t *bp)
1022 {
1023         uint_t bab_len;
1024         blkptr_auth_buf_t bab;
1025
1026         zio_crypt_bp_auth_init(version, should_bswap, bp, &bab, &bab_len);
1027         SHA2Update(ctx, &bab, bab_len);
1028 }
1029
1030 static void
1031 zio_crypt_bp_do_aad_updates(uint8_t **aadp, uint_t *aad_len, uint64_t version,
1032     boolean_t should_bswap, blkptr_t *bp)
1033 {
1034         uint_t bab_len;
1035         blkptr_auth_buf_t bab;
1036
1037         zio_crypt_bp_auth_init(version, should_bswap, bp, &bab, &bab_len);
1038         bcopy(&bab, *aadp, bab_len);
1039         *aadp += bab_len;
1040         *aad_len += bab_len;
1041 }
1042
1043 static int
1044 zio_crypt_do_dnode_hmac_updates(crypto_context_t ctx, uint64_t version,
1045     boolean_t should_bswap, dnode_phys_t *dnp)
1046 {
1047         int ret, i;
1048         dnode_phys_t *adnp;
1049         boolean_t le_bswap = (should_bswap == ZFS_HOST_BYTEORDER);
1050         crypto_data_t cd;
1051         uint8_t tmp_dncore[offsetof(dnode_phys_t, dn_blkptr)];
1052
1053         cd.cd_format = CRYPTO_DATA_RAW;
1054         cd.cd_offset = 0;
1055
1056         /* authenticate the core dnode (masking out non-portable bits) */
1057         bcopy(dnp, tmp_dncore, sizeof (tmp_dncore));
1058         adnp = (dnode_phys_t *)tmp_dncore;
1059         if (le_bswap) {
1060                 adnp->dn_datablkszsec = BSWAP_16(adnp->dn_datablkszsec);
1061                 adnp->dn_bonuslen = BSWAP_16(adnp->dn_bonuslen);
1062                 adnp->dn_maxblkid = BSWAP_64(adnp->dn_maxblkid);
1063                 adnp->dn_used = BSWAP_64(adnp->dn_used);
1064         }
1065         adnp->dn_flags &= DNODE_CRYPT_PORTABLE_FLAGS_MASK;
1066         adnp->dn_used = 0;
1067
1068         cd.cd_length = sizeof (tmp_dncore);
1069         cd.cd_raw.iov_base = (char *)adnp;
1070         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1071
1072         ret = crypto_mac_update(ctx, &cd, NULL);
1073         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1074                 ret = SET_ERROR(EIO);
1075                 goto error;
1076         }
1077
1078         for (i = 0; i < dnp->dn_nblkptr; i++) {
1079                 ret = zio_crypt_bp_do_hmac_updates(ctx, version,
1080                     should_bswap, &dnp->dn_blkptr[i]);
1081                 if (ret != 0)
1082                         goto error;
1083         }
1084
1085         if (dnp->dn_flags & DNODE_FLAG_SPILL_BLKPTR) {
1086                 ret = zio_crypt_bp_do_hmac_updates(ctx, version,
1087                     should_bswap, DN_SPILL_BLKPTR(dnp));
1088                 if (ret != 0)
1089                         goto error;
1090         }
1091
1092         return (0);
1093
1094 error:
1095         return (ret);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * objset_phys_t blocks introduce a number of exceptions to the normal
1100  * authentication process. objset_phys_t's contain 2 separate HMACS for
1101  * protecting the integrity of their data. The portable_mac protects the
1102  * metadnode. This MAC can be sent with a raw send and protects against
1103  * reordering of data within the metadnode. The local_mac protects the user
1104  * accounting objects which are not sent from one system to another.
1105  *
1106  * In addition, objset blocks are the only blocks that can be modified and
1107  * written to disk without the key loaded under certain circumstances. During
1108  * zil_claim() we need to be able to update the zil_header_t to complete
1109  * claiming log blocks and during raw receives we need to write out the
1110  * portable_mac from the send file. Both of these actions are possible
1111  * because these fields are not protected by either MAC so neither one will
1112  * need to modify the MACs without the key. However, when the modified blocks
1113  * are written out they will be byteswapped into the host machine's native
1114  * endianness which will modify fields protected by the MAC. As a result, MAC
1115  * calculation for objset blocks works slightly differently from other block
1116  * types. Where other block types MAC the data in whatever endianness is
1117  * written to disk, objset blocks always MAC little endian version of their
1118  * values. In the code, should_bswap is the value from BP_SHOULD_BYTESWAP()
1119  * and le_bswap indicates whether a byteswap is needed to get this block
1120  * into little endian format.
1121  */
1122 int
1123 zio_crypt_do_objset_hmacs(zio_crypt_key_t *key, void *data, uint_t datalen,
1124     boolean_t should_bswap, uint8_t *portable_mac, uint8_t *local_mac)
1125 {
1126         int ret;
1127         crypto_mechanism_t mech;
1128         crypto_context_t ctx;
1129         crypto_data_t cd;
1130         objset_phys_t *osp = data;
1131         uint64_t intval;
1132         boolean_t le_bswap = (should_bswap == ZFS_HOST_BYTEORDER);
1133         uint8_t raw_portable_mac[SHA512_DIGEST_LENGTH];
1134         uint8_t raw_local_mac[SHA512_DIGEST_LENGTH];
1135
1136         /* initialize HMAC mechanism */
1137         mech.cm_type = crypto_mech2id(SUN_CKM_SHA512_HMAC);
1138         mech.cm_param = NULL;
1139         mech.cm_param_len = 0;
1140
1141         cd.cd_format = CRYPTO_DATA_RAW;
1142         cd.cd_offset = 0;
1143
1144         /* calculate the portable MAC from the portable fields and metadnode */
1145         ret = crypto_mac_init(&mech, &key->zk_hmac_key, NULL, &ctx, NULL);
1146         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1147                 ret = SET_ERROR(EIO);
1148                 goto error;
1149         }
1150
1151         /* add in the os_type */
1152         intval = (le_bswap) ? osp->os_type : BSWAP_64(osp->os_type);
1153         cd.cd_length = sizeof (uint64_t);
1154         cd.cd_raw.iov_base = (char *)&intval;
1155         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1156
1157         ret = crypto_mac_update(ctx, &cd, NULL);
1158         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1159                 ret = SET_ERROR(EIO);
1160                 goto error;
1161         }
1162
1163         /* add in the portable os_flags */
1164         intval = osp->os_flags;
1165         if (should_bswap)
1166                 intval = BSWAP_64(intval);
1167         intval &= OBJSET_CRYPT_PORTABLE_FLAGS_MASK;
1168         if (!ZFS_HOST_BYTEORDER)
1169                 intval = BSWAP_64(intval);
1170
1171         cd.cd_length = sizeof (uint64_t);
1172         cd.cd_raw.iov_base = (char *)&intval;
1173         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1174
1175         ret = crypto_mac_update(ctx, &cd, NULL);
1176         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1177                 ret = SET_ERROR(EIO);
1178                 goto error;
1179         }
1180
1181         /* add in fields from the metadnode */
1182         ret = zio_crypt_do_dnode_hmac_updates(ctx, key->zk_version,
1183             should_bswap, &osp->os_meta_dnode);
1184         if (ret)
1185                 goto error;
1186
1187         /* store the final digest in a temporary buffer and copy what we need */
1188         cd.cd_length = SHA512_DIGEST_LENGTH;
1189         cd.cd_raw.iov_base = (char *)raw_portable_mac;
1190         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1191
1192         ret = crypto_mac_final(ctx, &cd, NULL);
1193         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1194                 ret = SET_ERROR(EIO);
1195                 goto error;
1196         }
1197
1198         bcopy(raw_portable_mac, portable_mac, ZIO_OBJSET_MAC_LEN);
1199
1200         /*
1201          * This is necessary here as we check next whether
1202          * OBJSET_FLAG_USERACCOUNTING_COMPLETE or
1203          * OBJSET_FLAG_USEROBJACCOUNTING are set in order to
1204          * decide if the local_mac should be zeroed out.
1205          */
1206         intval = osp->os_flags;
1207         if (should_bswap)
1208                 intval = BSWAP_64(intval);
1209
1210         /*
1211          * The local MAC protects the user, group and project accounting.
1212          * If these objects are not present, the local MAC is zeroed out.
1213          */
1214         if ((datalen >= OBJSET_PHYS_SIZE_V3 &&
1215             osp->os_userused_dnode.dn_type == DMU_OT_NONE &&
1216             osp->os_groupused_dnode.dn_type == DMU_OT_NONE &&
1217             osp->os_projectused_dnode.dn_type == DMU_OT_NONE) ||
1218             (datalen >= OBJSET_PHYS_SIZE_V2 &&
1219             osp->os_userused_dnode.dn_type == DMU_OT_NONE &&
1220             osp->os_groupused_dnode.dn_type == DMU_OT_NONE) ||
1221             (datalen <= OBJSET_PHYS_SIZE_V1) ||
1222             (((intval & OBJSET_FLAG_USERACCOUNTING_COMPLETE) == 0 ||
1223             (intval & OBJSET_FLAG_USEROBJACCOUNTING_COMPLETE) == 0) &&
1224             key->zk_version > 0)) {
1225                 bzero(local_mac, ZIO_OBJSET_MAC_LEN);
1226                 return (0);
1227         }
1228
1229         /* calculate the local MAC from the userused and groupused dnodes */
1230         ret = crypto_mac_init(&mech, &key->zk_hmac_key, NULL, &ctx, NULL);
1231         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1232                 ret = SET_ERROR(EIO);
1233                 goto error;
1234         }
1235
1236         /* add in the non-portable os_flags */
1237         intval = osp->os_flags;
1238         if (should_bswap)
1239                 intval = BSWAP_64(intval);
1240         intval &= ~OBJSET_CRYPT_PORTABLE_FLAGS_MASK;
1241         if (!ZFS_HOST_BYTEORDER)
1242                 intval = BSWAP_64(intval);
1243
1244         cd.cd_length = sizeof (uint64_t);
1245         cd.cd_raw.iov_base = (char *)&intval;
1246         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1247
1248         ret = crypto_mac_update(ctx, &cd, NULL);
1249         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1250                 ret = SET_ERROR(EIO);
1251                 goto error;
1252         }
1253
1254         /* add in fields from the user accounting dnodes */
1255         if (osp->os_userused_dnode.dn_type != DMU_OT_NONE) {
1256                 ret = zio_crypt_do_dnode_hmac_updates(ctx, key->zk_version,
1257                     should_bswap, &osp->os_userused_dnode);
1258                 if (ret)
1259                         goto error;
1260         }
1261
1262         if (osp->os_groupused_dnode.dn_type != DMU_OT_NONE) {
1263                 ret = zio_crypt_do_dnode_hmac_updates(ctx, key->zk_version,
1264                     should_bswap, &osp->os_groupused_dnode);
1265                 if (ret)
1266                         goto error;
1267         }
1268
1269         if (osp->os_projectused_dnode.dn_type != DMU_OT_NONE &&
1270             datalen >= OBJSET_PHYS_SIZE_V3) {
1271                 ret = zio_crypt_do_dnode_hmac_updates(ctx, key->zk_version,
1272                     should_bswap, &osp->os_projectused_dnode);
1273                 if (ret)
1274                         goto error;
1275         }
1276
1277         /* store the final digest in a temporary buffer and copy what we need */
1278         cd.cd_length = SHA512_DIGEST_LENGTH;
1279         cd.cd_raw.iov_base = (char *)raw_local_mac;
1280         cd.cd_raw.iov_len = cd.cd_length;
1281
1282         ret = crypto_mac_final(ctx, &cd, NULL);
1283         if (ret != CRYPTO_SUCCESS) {
1284                 ret = SET_ERROR(EIO);
1285                 goto error;
1286         }
1287
1288         bcopy(raw_local_mac, local_mac, ZIO_OBJSET_MAC_LEN);
1289
1290         return (0);
1291
1292 error:
1293         bzero(portable_mac, ZIO_OBJSET_MAC_LEN);
1294         bzero(local_mac, ZIO_OBJSET_MAC_LEN);
1295         return (ret);
1296 }
1297
1298 static void
1299 zio_crypt_destroy_uio(zfs_uio_t *uio)
1300 {
1301         if (uio->uio_iov)
1302                 kmem_free(uio->uio_iov, uio->uio_iovcnt * sizeof (iovec_t));
1303 }
1304
1305 /*
1306  * This function parses an uncompressed indirect block and returns a checksum
1307  * of all the portable fields from all of the contained bps. The portable
1308  * fields are the MAC and all of the fields from blk_prop except for the dedup,
1309  * checksum, and psize bits. For an explanation of the purpose of this, see
1310  * the comment block on object set authentication.
1311  */
1312 static int
1313 zio_crypt_do_indirect_mac_checksum_impl(boolean_t generate, void *buf,
1314     uint_t datalen, uint64_t version, boolean_t byteswap, uint8_t *cksum)
1315 {
1316         blkptr_t *bp;
1317         int i, epb = datalen >> SPA_BLKPTRSHIFT;
1318         SHA2_CTX ctx;
1319         uint8_t digestbuf[SHA512_DIGEST_LENGTH];
1320
1321         /* checksum all of the MACs from the layer below */
1322         SHA2Init(SHA512, &ctx);
1323         for (i = 0, bp = buf; i < epb; i++, bp++) {
1324                 zio_crypt_bp_do_indrect_checksum_updates(&ctx, version,
1325                     byteswap, bp);
1326         }
1327         SHA2Final(digestbuf, &ctx);
1328
1329         if (generate) {
1330                 bcopy(digestbuf, cksum, ZIO_DATA_MAC_LEN);
1331                 return (0);
1332         }
1333
1334         if (bcmp(digestbuf, cksum, ZIO_DATA_MAC_LEN) != 0)
1335                 return (SET_ERROR(ECKSUM));
1336
1337         return (0);
1338 }
1339
1340 int
1341 zio_crypt_do_indirect_mac_checksum(boolean_t generate, void *buf,
1342     uint_t datalen, boolean_t byteswap, uint8_t *cksum)
1343 {
1344         int ret;
1345
1346         /*
1347          * Unfortunately, callers of this function will not always have
1348          * easy access to the on-disk format version. This info is
1349          * normally found in the DSL Crypto Key, but the checksum-of-MACs
1350          * is expected to be verifiable even when the key isn't loaded.
1351          * Here, instead of doing a ZAP lookup for the version for each
1352          * zio, we simply try both existing formats.
1353          */
1354         ret = zio_crypt_do_indirect_mac_checksum_impl(generate, buf,
1355             datalen, ZIO_CRYPT_KEY_CURRENT_VERSION, byteswap, cksum);
1356         if (ret == ECKSUM) {
1357                 ASSERT(!generate);
1358                 ret = zio_crypt_do_indirect_mac_checksum_impl(generate,
1359                     buf, datalen, 0, byteswap, cksum);
1360         }
1361
1362         return (ret);
1363 }
1364
1365 int
1366 zio_crypt_do_indirect_mac_checksum_abd(boolean_t generate, abd_t *abd,
1367     uint_t datalen, boolean_t byteswap, uint8_t *cksum)
1368 {
1369         int ret;
1370         void *buf;
1371
1372         buf = abd_borrow_buf_copy(abd, datalen);
1373         ret = zio_crypt_do_indirect_mac_checksum(generate, buf, datalen,
1374             byteswap, cksum);
1375         abd_return_buf(abd, buf, datalen);
1376
1377         return (ret);
1378 }
1379
1380 /*
1381  * Special case handling routine for encrypting / decrypting ZIL blocks.
1382  * We do not check for the older ZIL chain because the encryption feature
1383  * was not available before the newer ZIL chain was introduced. The goal
1384  * here is to encrypt everything except the blkptr_t of a lr_write_t and
1385  * the zil_chain_t header. Everything that is not encrypted is authenticated.
1386  */
1387 static int
1388 zio_crypt_init_uios_zil(boolean_t encrypt, uint8_t *plainbuf,
1389     uint8_t *cipherbuf, uint_t datalen, boolean_t byteswap, zfs_uio_t *puio,
1390     zfs_uio_t *cuio, uint_t *enc_len, uint8_t **authbuf, uint_t *auth_len,
1391     boolean_t *no_crypt)
1392 {
1393         int ret;
1394         uint64_t txtype, lr_len;
1395         uint_t nr_src, nr_dst, crypt_len;
1396         uint_t aad_len = 0, nr_iovecs = 0, total_len = 0;
1397         iovec_t *src_iovecs = NULL, *dst_iovecs = NULL;
1398         uint8_t *src, *dst, *slrp, *dlrp, *blkend, *aadp;
1399         zil_chain_t *zilc;
1400         lr_t *lr;
1401         uint8_t *aadbuf = zio_buf_alloc(datalen);
1402
1403         /* cipherbuf always needs an extra iovec for the MAC */
1404         if (encrypt) {
1405                 src = plainbuf;
1406                 dst = cipherbuf;
1407                 nr_src = 0;
1408                 nr_dst = 1;
1409         } else {
1410                 src = cipherbuf;
1411                 dst = plainbuf;
1412                 nr_src = 1;
1413                 nr_dst = 0;
1414         }
1415         bzero(dst, datalen);
1416
1417         /* find the start and end record of the log block */
1418         zilc = (zil_chain_t *)src;
1419         slrp = src + sizeof (zil_chain_t);
1420         aadp = aadbuf;
1421         blkend = src + ((byteswap) ? BSWAP_64(zilc->zc_nused) : zilc->zc_nused);
1422
1423         /* calculate the number of encrypted iovecs we will need */
1424         for (; slrp < blkend; slrp += lr_len) {
1425                 lr = (lr_t *)slrp;
1426
1427                 if (!byteswap) {
1428                         txtype = lr->lrc_txtype;
1429                         lr_len = lr->lrc_reclen;
1430                 } else {
1431                         txtype = BSWAP_64(lr->lrc_txtype);
1432                         lr_len = BSWAP_64(lr->lrc_reclen);
1433                 }
1434
1435                 nr_iovecs++;
1436                 if (txtype == TX_WRITE && lr_len != sizeof (lr_write_t))
1437                         nr_iovecs++;
1438         }
1439
1440         nr_src += nr_iovecs;
1441         nr_dst += nr_iovecs;
1442
1443         /* allocate the iovec arrays */
1444         if (nr_src != 0) {
1445                 src_iovecs = kmem_alloc(nr_src * sizeof (iovec_t), KM_SLEEP);
1446                 if (src_iovecs == NULL) {
1447                         ret = SET_ERROR(ENOMEM);
1448                         goto error;
1449                 }
1450         }
1451
1452         if (nr_dst != 0) {
1453                 dst_iovecs = kmem_alloc(nr_dst * sizeof (iovec_t), KM_SLEEP);
1454                 if (dst_iovecs == NULL) {
1455                         ret = SET_ERROR(ENOMEM);
1456                         goto error;
1457                 }
1458         }
1459
1460         /*
1461          * Copy the plain zil header over and authenticate everything except
1462          * the checksum that will store our MAC. If we are writing the data
1463          * the embedded checksum will not have been calculated yet, so we don't
1464          * authenticate that.
1465          */
1466         bcopy(src, dst, sizeof (zil_chain_t));
1467         bcopy(src, aadp, sizeof (zil_chain_t) - sizeof (zio_eck_t));
1468         aadp += sizeof (zil_chain_t) - sizeof (zio_eck_t);
1469         aad_len += sizeof (zil_chain_t) - sizeof (zio_eck_t);
1470
1471         /* loop over records again, filling in iovecs */
1472         nr_iovecs = 0;
1473         slrp = src + sizeof (zil_chain_t);
1474         dlrp = dst + sizeof (zil_chain_t);
1475
1476         for (; slrp < blkend; slrp += lr_len, dlrp += lr_len) {
1477                 lr = (lr_t *)slrp;
1478
1479                 if (!byteswap) {
1480                         txtype = lr->lrc_txtype;
1481                         lr_len = lr->lrc_reclen;
1482                 } else {
1483                         txtype = BSWAP_64(lr->lrc_txtype);
1484                         lr_len = BSWAP_64(lr->lrc_reclen);
1485                 }
1486
1487                 /* copy the common lr_t */
1488                 bcopy(slrp, dlrp, sizeof (lr_t));
1489                 bcopy(slrp, aadp, sizeof (lr_t));
1490                 aadp += sizeof (lr_t);
1491                 aad_len += sizeof (lr_t);
1492
1493                 ASSERT3P(src_iovecs, !=, NULL);
1494                 ASSERT3P(dst_iovecs, !=, NULL);
1495
1496                 /*
1497                  * If this is a TX_WRITE record we want to encrypt everything
1498                  * except the bp if exists. If the bp does exist we want to
1499                  * authenticate it.
1500                  */
1501                 if (txtype == TX_WRITE) {
1502                         crypt_len = sizeof (lr_write_t) -
1503                             sizeof (lr_t) - sizeof (blkptr_t);
1504                         src_iovecs[nr_iovecs].iov_base = slrp + sizeof (lr_t);
1505                         src_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1506                         dst_iovecs[nr_iovecs].iov_base = dlrp + sizeof (lr_t);
1507                         dst_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1508
1509                         /* copy the bp now since it will not be encrypted */
1510                         bcopy(slrp + sizeof (lr_write_t) - sizeof (blkptr_t),
1511                             dlrp + sizeof (lr_write_t) - sizeof (blkptr_t),
1512                             sizeof (blkptr_t));
1513                         bcopy(slrp + sizeof (lr_write_t) - sizeof (blkptr_t),
1514                             aadp, sizeof (blkptr_t));
1515                         aadp += sizeof (blkptr_t);
1516                         aad_len += sizeof (blkptr_t);
1517                         nr_iovecs++;
1518                         total_len += crypt_len;
1519
1520                         if (lr_len != sizeof (lr_write_t)) {
1521                                 crypt_len = lr_len - sizeof (lr_write_t);
1522                                 src_iovecs[nr_iovecs].iov_base =
1523                                     slrp + sizeof (lr_write_t);
1524                                 src_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1525                                 dst_iovecs[nr_iovecs].iov_base =
1526                                     dlrp + sizeof (lr_write_t);
1527                                 dst_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1528                                 nr_iovecs++;
1529                                 total_len += crypt_len;
1530                         }
1531                 } else {
1532                         crypt_len = lr_len - sizeof (lr_t);
1533                         src_iovecs[nr_iovecs].iov_base = slrp + sizeof (lr_t);
1534                         src_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1535                         dst_iovecs[nr_iovecs].iov_base = dlrp + sizeof (lr_t);
1536                         dst_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1537                         nr_iovecs++;
1538                         total_len += crypt_len;
1539                 }
1540         }
1541
1542         *no_crypt = (nr_iovecs == 0);
1543         *enc_len = total_len;
1544         *authbuf = aadbuf;
1545         *auth_len = aad_len;
1546
1547         if (encrypt) {
1548                 puio->uio_iov = src_iovecs;
1549                 puio->uio_iovcnt = nr_src;
1550                 cuio->uio_iov = dst_iovecs;
1551                 cuio->uio_iovcnt = nr_dst;
1552         } else {
1553                 puio->uio_iov = dst_iovecs;
1554                 puio->uio_iovcnt = nr_dst;
1555                 cuio->uio_iov = src_iovecs;
1556                 cuio->uio_iovcnt = nr_src;
1557         }
1558
1559         return (0);
1560
1561 error:
1562         zio_buf_free(aadbuf, datalen);
1563         if (src_iovecs != NULL)
1564                 kmem_free(src_iovecs, nr_src * sizeof (iovec_t));
1565         if (dst_iovecs != NULL)
1566                 kmem_free(dst_iovecs, nr_dst * sizeof (iovec_t));
1567
1568         *enc_len = 0;
1569         *authbuf = NULL;
1570         *auth_len = 0;
1571         *no_crypt = B_FALSE;
1572         puio->uio_iov = NULL;
1573         puio->uio_iovcnt = 0;
1574         cuio->uio_iov = NULL;
1575         cuio->uio_iovcnt = 0;
1576         return (ret);
1577 }
1578
1579 /*
1580  * Special case handling routine for encrypting / decrypting dnode blocks.
1581  */
1582 static int
1583 zio_crypt_init_uios_dnode(boolean_t encrypt, uint64_t version,
1584     uint8_t *plainbuf, uint8_t *cipherbuf, uint_t datalen, boolean_t byteswap,
1585     zfs_uio_t *puio, zfs_uio_t *cuio, uint_t *enc_len, uint8_t **authbuf,
1586     uint_t *auth_len, boolean_t *no_crypt)
1587 {
1588         int ret;
1589         uint_t nr_src, nr_dst, crypt_len;
1590         uint_t aad_len = 0, nr_iovecs = 0, total_len = 0;
1591         uint_t i, j, max_dnp = datalen >> DNODE_SHIFT;
1592         iovec_t *src_iovecs = NULL, *dst_iovecs = NULL;
1593         uint8_t *src, *dst, *aadp;
1594         dnode_phys_t *dnp, *adnp, *sdnp, *ddnp;
1595         uint8_t *aadbuf = zio_buf_alloc(datalen);
1596
1597         if (encrypt) {
1598                 src = plainbuf;
1599                 dst = cipherbuf;
1600                 nr_src = 0;
1601                 nr_dst = 1;
1602         } else {
1603                 src = cipherbuf;
1604                 dst = plainbuf;
1605                 nr_src = 1;
1606                 nr_dst = 0;
1607         }
1608
1609         sdnp = (dnode_phys_t *)src;
1610         ddnp = (dnode_phys_t *)dst;
1611         aadp = aadbuf;
1612
1613         /*
1614          * Count the number of iovecs we will need to do the encryption by
1615          * counting the number of bonus buffers that need to be encrypted.
1616          */
1617         for (i = 0; i < max_dnp; i += sdnp[i].dn_extra_slots + 1) {
1618                 /*
1619                  * This block may still be byteswapped. However, all of the
1620                  * values we use are either uint8_t's (for which byteswapping
1621                  * is a noop) or a * != 0 check, which will work regardless
1622                  * of whether or not we byteswap.
1623                  */
1624                 if (sdnp[i].dn_type != DMU_OT_NONE &&
1625                     DMU_OT_IS_ENCRYPTED(sdnp[i].dn_bonustype) &&
1626                     sdnp[i].dn_bonuslen != 0) {
1627                         nr_iovecs++;
1628                 }
1629         }
1630
1631         nr_src += nr_iovecs;
1632         nr_dst += nr_iovecs;
1633
1634         if (nr_src != 0) {
1635                 src_iovecs = kmem_alloc(nr_src * sizeof (iovec_t), KM_SLEEP);
1636                 if (src_iovecs == NULL) {
1637                         ret = SET_ERROR(ENOMEM);
1638                         goto error;
1639                 }
1640         }
1641
1642         if (nr_dst != 0) {
1643                 dst_iovecs = kmem_alloc(nr_dst * sizeof (iovec_t), KM_SLEEP);
1644                 if (dst_iovecs == NULL) {
1645                         ret = SET_ERROR(ENOMEM);
1646                         goto error;
1647                 }
1648         }
1649
1650         nr_iovecs = 0;
1651
1652         /*
1653          * Iterate through the dnodes again, this time filling in the uios
1654          * we allocated earlier. We also concatenate any data we want to
1655          * authenticate onto aadbuf.
1656          */
1657         for (i = 0; i < max_dnp; i += sdnp[i].dn_extra_slots + 1) {
1658                 dnp = &sdnp[i];
1659
1660                 /* copy over the core fields and blkptrs (kept as plaintext) */
1661                 bcopy(dnp, &ddnp[i], (uint8_t *)DN_BONUS(dnp) - (uint8_t *)dnp);
1662
1663                 if (dnp->dn_flags & DNODE_FLAG_SPILL_BLKPTR) {
1664                         bcopy(DN_SPILL_BLKPTR(dnp), DN_SPILL_BLKPTR(&ddnp[i]),
1665                             sizeof (blkptr_t));
1666                 }
1667
1668                 /*
1669                  * Handle authenticated data. We authenticate everything in
1670                  * the dnode that can be brought over when we do a raw send.
1671                  * This includes all of the core fields as well as the MACs
1672                  * stored in the bp checksums and all of the portable bits
1673                  * from blk_prop. We include the dnode padding here in case it
1674                  * ever gets used in the future. Some dn_flags and dn_used are
1675                  * not portable so we mask those out values out of the
1676                  * authenticated data.
1677                  */
1678                 crypt_len = offsetof(dnode_phys_t, dn_blkptr);
1679                 bcopy(dnp, aadp, crypt_len);
1680                 adnp = (dnode_phys_t *)aadp;
1681                 adnp->dn_flags &= DNODE_CRYPT_PORTABLE_FLAGS_MASK;
1682                 adnp->dn_used = 0;
1683                 aadp += crypt_len;
1684                 aad_len += crypt_len;
1685
1686                 for (j = 0; j < dnp->dn_nblkptr; j++) {
1687                         zio_crypt_bp_do_aad_updates(&aadp, &aad_len,
1688                             version, byteswap, &dnp->dn_blkptr[j]);
1689                 }
1690
1691                 if (dnp->dn_flags & DNODE_FLAG_SPILL_BLKPTR) {
1692                         zio_crypt_bp_do_aad_updates(&aadp, &aad_len,
1693                             version, byteswap, DN_SPILL_BLKPTR(dnp));
1694                 }
1695
1696                 /*
1697                  * If this bonus buffer needs to be encrypted, we prepare an
1698                  * iovec_t. The encryption / decryption functions will fill
1699                  * this in for us with the encrypted or decrypted data.
1700                  * Otherwise we add the bonus buffer to the authenticated
1701                  * data buffer and copy it over to the destination. The
1702                  * encrypted iovec extends to DN_MAX_BONUS_LEN(dnp) so that
1703                  * we can guarantee alignment with the AES block size
1704                  * (128 bits).
1705                  */
1706                 crypt_len = DN_MAX_BONUS_LEN(dnp);
1707                 if (dnp->dn_type != DMU_OT_NONE &&
1708                     DMU_OT_IS_ENCRYPTED(dnp->dn_bonustype) &&
1709                     dnp->dn_bonuslen != 0) {
1710                         ASSERT3U(nr_iovecs, <, nr_src);
1711                         ASSERT3U(nr_iovecs, <, nr_dst);
1712                         ASSERT3P(src_iovecs, !=, NULL);
1713                         ASSERT3P(dst_iovecs, !=, NULL);
1714                         src_iovecs[nr_iovecs].iov_base = DN_BONUS(dnp);
1715                         src_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1716                         dst_iovecs[nr_iovecs].iov_base = DN_BONUS(&ddnp[i]);
1717                         dst_iovecs[nr_iovecs].iov_len = crypt_len;
1718
1719                         nr_iovecs++;
1720                         total_len += crypt_len;
1721                 } else {
1722                         bcopy(DN_BONUS(dnp), DN_BONUS(&ddnp[i]), crypt_len);
1723                         bcopy(DN_BONUS(dnp), aadp, crypt_len);
1724                         aadp += crypt_len;
1725                         aad_len += crypt_len;
1726                 }
1727         }
1728
1729         *no_crypt = (nr_iovecs == 0);
1730         *enc_len = total_len;
1731         *authbuf = aadbuf;
1732         *auth_len = aad_len;
1733
1734         if (encrypt) {
1735                 puio->uio_iov = src_iovecs;
1736                 puio->uio_iovcnt = nr_src;
1737                 cuio->uio_iov = dst_iovecs;
1738                 cuio->uio_iovcnt = nr_dst;
1739         } else {
1740                 puio->uio_iov = dst_iovecs;
1741                 puio->uio_iovcnt = nr_dst;
1742                 cuio->uio_iov = src_iovecs;
1743                 cuio->uio_iovcnt = nr_src;
1744         }
1745
1746         return (0);
1747
1748 error:
1749         zio_buf_free(aadbuf, datalen);
1750         if (src_iovecs != NULL)
1751                 kmem_free(src_iovecs, nr_src * sizeof (iovec_t));
1752         if (dst_iovecs != NULL)
1753                 kmem_free(dst_iovecs, nr_dst * sizeof (iovec_t));
1754
1755         *enc_len = 0;
1756         *authbuf = NULL;
1757         *auth_len = 0;
1758         *no_crypt = B_FALSE;
1759         puio->uio_iov = NULL;
1760         puio->uio_iovcnt = 0;
1761         cuio->uio_iov = NULL;
1762         cuio->uio_iovcnt = 0;
1763         return (ret);
1764 }
1765
1766 static int
1767 zio_crypt_init_uios_normal(boolean_t encrypt, uint8_t *plainbuf,
1768     uint8_t *cipherbuf, uint_t datalen, zfs_uio_t *puio, zfs_uio_t *cuio,
1769     uint_t *enc_len)
1770 {
1771         int ret;
1772         uint_t nr_plain = 1, nr_cipher = 2;
1773         iovec_t *plain_iovecs = NULL, *cipher_iovecs = NULL;
1774
1775         /* allocate the iovecs for the plain and cipher data */
1776         plain_iovecs = kmem_alloc(nr_plain * sizeof (iovec_t),
1777             KM_SLEEP);
1778         if (!plain_iovecs) {
1779                 ret = SET_ERROR(ENOMEM);
1780                 goto error;
1781         }
1782
1783         cipher_iovecs = kmem_alloc(nr_cipher * sizeof (iovec_t),
1784             KM_SLEEP);
1785         if (!cipher_iovecs) {
1786                 ret = SET_ERROR(ENOMEM);
1787                 goto error;
1788         }
1789
1790         plain_iovecs[0].iov_base = plainbuf;
1791         plain_iovecs[0].iov_len = datalen;
1792         cipher_iovecs[0].iov_base = cipherbuf;
1793         cipher_iovecs[0].iov_len = datalen;
1794
1795         *enc_len = datalen;
1796         puio->uio_iov = plain_iovecs;
1797         puio->uio_iovcnt = nr_plain;
1798         cuio->uio_iov = cipher_iovecs;
1799         cuio->uio_iovcnt = nr_cipher;
1800
1801         return (0);
1802
1803 error:
1804         if (plain_iovecs != NULL)
1805                 kmem_free(plain_iovecs, nr_plain * sizeof (iovec_t));
1806         if (cipher_iovecs != NULL)
1807                 kmem_free(cipher_iovecs, nr_cipher * sizeof (iovec_t));
1808
1809         *enc_len = 0;
1810         puio->uio_iov = NULL;
1811         puio->uio_iovcnt = 0;
1812         cuio->uio_iov = NULL;
1813         cuio->uio_iovcnt = 0;
1814         return (ret);
1815 }
1816
1817 /*
1818  * This function builds up the plaintext (puio) and ciphertext (cuio) uios so
1819  * that they can be used for encryption and decryption by zio_do_crypt_uio().
1820  * Most blocks will use zio_crypt_init_uios_normal(), with ZIL and dnode blocks
1821  * requiring special handling to parse out pieces that are to be encrypted. The
1822  * authbuf is used by these special cases to store additional authenticated
1823  * data (AAD) for the encryption modes.
1824  */
1825 static int
1826 zio_crypt_init_uios(boolean_t encrypt, uint64_t version, dmu_object_type_t ot,
1827     uint8_t *plainbuf, uint8_t *cipherbuf, uint_t datalen, boolean_t byteswap,
1828     uint8_t *mac, zfs_uio_t *puio, zfs_uio_t *cuio, uint_t *enc_len,
1829     uint8_t **authbuf, uint_t *auth_len, boolean_t *no_crypt)
1830 {
1831         int ret;
1832         iovec_t *mac_iov;
1833
1834         ASSERT(DMU_OT_IS_ENCRYPTED(ot) || ot == DMU_OT_NONE);
1835
1836         /* route to handler */
1837         switch (ot) {
1838         case DMU_OT_INTENT_LOG:
1839                 ret = zio_crypt_init_uios_zil(encrypt, plainbuf, cipherbuf,
1840                     datalen, byteswap, puio, cuio, enc_len, authbuf, auth_len,
1841                     no_crypt);
1842                 break;
1843         case DMU_OT_DNODE:
1844                 ret = zio_crypt_init_uios_dnode(encrypt, version, plainbuf,
1845                     cipherbuf, datalen, byteswap, puio, cuio, enc_len, authbuf,
1846                     auth_len, no_crypt);
1847                 break;
1848         default:
1849                 ret = zio_crypt_init_uios_normal(encrypt, plainbuf, cipherbuf,
1850                     datalen, puio, cuio, enc_len);
1851                 *authbuf = NULL;
1852                 *auth_len = 0;
1853                 *no_crypt = B_FALSE;
1854                 break;
1855         }
1856
1857         if (ret != 0)
1858                 goto error;
1859
1860         /* populate the uios */
1861         puio->uio_segflg = UIO_SYSSPACE;
1862         cuio->uio_segflg = UIO_SYSSPACE;
1863
1864         mac_iov = ((iovec_t *)&cuio->uio_iov[cuio->uio_iovcnt - 1]);
1865         mac_iov->iov_base = mac;
1866         mac_iov->iov_len = ZIO_DATA_MAC_LEN;
1867
1868         return (0);
1869
1870 error:
1871         return (ret);
1872 }
1873
1874 /*
1875  * Primary encryption / decryption entrypoint for zio data.
1876  */
1877 int
1878 zio_do_crypt_data(boolean_t encrypt, zio_crypt_key_t *key,
1879     dmu_object_type_t ot, boolean_t byteswap, uint8_t *salt, uint8_t *iv,
1880     uint8_t *mac, uint_t datalen, uint8_t *plainbuf, uint8_t *cipherbuf,
1881     boolean_t *no_crypt)
1882 {
1883         int ret;
1884         boolean_t locked = B_FALSE;
1885         uint64_t crypt = key->zk_crypt;
1886         uint_t keydata_len = zio_crypt_table[crypt].ci_keylen;
1887         uint_t enc_len, auth_len;
1888         zfs_uio_t puio, cuio;
1889         uint8_t enc_keydata[MASTER_KEY_MAX_LEN];
1890         crypto_key_t tmp_ckey, *ckey = NULL;
1891         crypto_ctx_template_t tmpl;
1892         uint8_t *authbuf = NULL;
1893
1894         /*
1895          * If the needed key is the current one, just use it. Otherwise we
1896          * need to generate a temporary one from the given salt + master key.
1897          * If we are encrypting, we must return a copy of the current salt
1898          * so that it can be stored in the blkptr_t.
1899          */
1900         rw_enter(&key->zk_salt_lock, RW_READER);
1901         locked = B_TRUE;
1902
1903         if (bcmp(salt, key->zk_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN) == 0) {
1904                 ckey = &key->zk_current_key;
1905                 tmpl = key->zk_current_tmpl;
1906         } else {
1907                 rw_exit(&key->zk_salt_lock);
1908                 locked = B_FALSE;
1909
1910                 ret = hkdf_sha512(key->zk_master_keydata, keydata_len, NULL, 0,
1911                     salt, ZIO_DATA_SALT_LEN, enc_keydata, keydata_len);
1912                 if (ret != 0)
1913                         goto error;
1914
1915                 tmp_ckey.ck_format = CRYPTO_KEY_RAW;
1916                 tmp_ckey.ck_data = enc_keydata;
1917                 tmp_ckey.ck_length = CRYPTO_BYTES2BITS(keydata_len);
1918
1919                 ckey = &tmp_ckey;
1920                 tmpl = NULL;
1921         }
1922
1923         /*
1924          * Attempt to use QAT acceleration if we can. We currently don't
1925          * do this for metadnode and ZIL blocks, since they have a much
1926          * more involved buffer layout and the qat_crypt() function only
1927          * works in-place.
1928          */
1929         if (qat_crypt_use_accel(datalen) &&
1930             ot != DMU_OT_INTENT_LOG && ot != DMU_OT_DNODE) {
1931                 uint8_t *srcbuf, *dstbuf;
1932
1933                 if (encrypt) {
1934                         srcbuf = plainbuf;
1935                         dstbuf = cipherbuf;
1936                 } else {
1937                         srcbuf = cipherbuf;
1938                         dstbuf = plainbuf;
1939                 }
1940
1941                 ret = qat_crypt((encrypt) ? QAT_ENCRYPT : QAT_DECRYPT, srcbuf,
1942                     dstbuf, NULL, 0, iv, mac, ckey, key->zk_crypt, datalen);
1943                 if (ret == CPA_STATUS_SUCCESS) {
1944                         if (locked) {
1945                                 rw_exit(&key->zk_salt_lock);
1946                                 locked = B_FALSE;
1947                         }
1948
1949                         return (0);
1950                 }
1951                 /* If the hardware implementation fails fall back to software */
1952         }
1953
1954         bzero(&puio, sizeof (zfs_uio_t));
1955         bzero(&cuio, sizeof (zfs_uio_t));
1956
1957         /* create uios for encryption */
1958         ret = zio_crypt_init_uios(encrypt, key->zk_version, ot, plainbuf,
1959             cipherbuf, datalen, byteswap, mac, &puio, &cuio, &enc_len,
1960             &authbuf, &auth_len, no_crypt);
1961         if (ret != 0)
1962                 goto error;
1963
1964         /* perform the encryption / decryption in software */
1965         ret = zio_do_crypt_uio(encrypt, key->zk_crypt, ckey, tmpl, iv, enc_len,
1966             &puio, &cuio, authbuf, auth_len);
1967         if (ret != 0)
1968                 goto error;
1969
1970         if (locked) {
1971                 rw_exit(&key->zk_salt_lock);
1972                 locked = B_FALSE;
1973         }
1974
1975         if (authbuf != NULL)
1976                 zio_buf_free(authbuf, datalen);
1977         if (ckey == &tmp_ckey)
1978                 bzero(enc_keydata, keydata_len);
1979         zio_crypt_destroy_uio(&puio);
1980         zio_crypt_destroy_uio(&cuio);
1981
1982         return (0);
1983
1984 error:
1985         if (locked)
1986                 rw_exit(&key->zk_salt_lock);
1987         if (authbuf != NULL)
1988                 zio_buf_free(authbuf, datalen);
1989         if (ckey == &tmp_ckey)
1990                 bzero(enc_keydata, keydata_len);
1991         zio_crypt_destroy_uio(&puio);
1992         zio_crypt_destroy_uio(&cuio);
1993
1994         return (ret);
1995 }
1996
1997 /*
1998  * Simple wrapper around zio_do_crypt_data() to work with abd's instead of
1999  * linear buffers.
2000  */
2001 int
2002 zio_do_crypt_abd(boolean_t encrypt, zio_crypt_key_t *key, dmu_object_type_t ot,
2003     boolean_t byteswap, uint8_t *salt, uint8_t *iv, uint8_t *mac,
2004     uint_t datalen, abd_t *pabd, abd_t *cabd, boolean_t *no_crypt)
2005 {
2006         int ret;
2007         void *ptmp, *ctmp;
2008
2009         if (encrypt) {
2010                 ptmp = abd_borrow_buf_copy(pabd, datalen);
2011                 ctmp = abd_borrow_buf(cabd, datalen);
2012         } else {
2013                 ptmp = abd_borrow_buf(pabd, datalen);
2014                 ctmp = abd_borrow_buf_copy(cabd, datalen);
2015         }
2016
2017         ret = zio_do_crypt_data(encrypt, key, ot, byteswap, salt, iv, mac,
2018             datalen, ptmp, ctmp, no_crypt);
2019         if (ret != 0)
2020                 goto error;
2021
2022         if (encrypt) {
2023                 abd_return_buf(pabd, ptmp, datalen);
2024                 abd_return_buf_copy(cabd, ctmp, datalen);
2025         } else {
2026                 abd_return_buf_copy(pabd, ptmp, datalen);
2027                 abd_return_buf(cabd, ctmp, datalen);
2028         }
2029
2030         return (0);
2031
2032 error:
2033         if (encrypt) {
2034                 abd_return_buf(pabd, ptmp, datalen);
2035                 abd_return_buf_copy(cabd, ctmp, datalen);
2036         } else {
2037                 abd_return_buf_copy(pabd, ptmp, datalen);
2038                 abd_return_buf(cabd, ctmp, datalen);
2039         }
2040
2041         return (ret);
2042 }
2043
2044 #if defined(_KERNEL)
2045 /* BEGIN CSTYLED */
2046 module_param(zfs_key_max_salt_uses, ulong, 0644);
2047 MODULE_PARM_DESC(zfs_key_max_salt_uses, "Max number of times a salt value "
2048         "can be used for generating encryption keys before it is rotated");
2049 /* END CSTYLED */
2050 #endif