xref: /freebsd/crypto/openssl/providers/implementations/ciphers/cipher_chacha20_poly1305.c (revision 22d7dd834bc5cd189810e414701e3ad1e98102e4)
1 /*
2  * Copyright 2019-2023 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
7  * https://www.openssl.org/source/license.html
8  */
9 
10 /* Dispatch functions for chacha20_poly1305 cipher */
11 
12 #include <openssl/proverr.h>
13 #include "cipher_chacha20_poly1305.h"
14 #include "prov/implementations.h"
15 #include "prov/providercommon.h"
16 
17 #define CHACHA20_POLY1305_KEYLEN CHACHA_KEY_SIZE
18 #define CHACHA20_POLY1305_BLKLEN 1
19 #define CHACHA20_POLY1305_MAX_IVLEN 12
20 #define CHACHA20_POLY1305_MODE 0
21 #define CHACHA20_POLY1305_FLAGS (PROV_CIPHER_FLAG_AEAD                         \
22                                  | PROV_CIPHER_FLAG_CUSTOM_IV)
23 
24 static OSSL_FUNC_cipher_newctx_fn chacha20_poly1305_newctx;
25 static OSSL_FUNC_cipher_freectx_fn chacha20_poly1305_freectx;
26 static OSSL_FUNC_cipher_encrypt_init_fn chacha20_poly1305_einit;
27 static OSSL_FUNC_cipher_decrypt_init_fn chacha20_poly1305_dinit;
28 static OSSL_FUNC_cipher_get_params_fn chacha20_poly1305_get_params;
29 static OSSL_FUNC_cipher_get_ctx_params_fn chacha20_poly1305_get_ctx_params;
30 static OSSL_FUNC_cipher_set_ctx_params_fn chacha20_poly1305_set_ctx_params;
31 static OSSL_FUNC_cipher_cipher_fn chacha20_poly1305_cipher;
32 static OSSL_FUNC_cipher_final_fn chacha20_poly1305_final;
33 static OSSL_FUNC_cipher_gettable_ctx_params_fn chacha20_poly1305_gettable_ctx_params;
34 #define chacha20_poly1305_settable_ctx_params ossl_cipher_aead_settable_ctx_params
35 #define chacha20_poly1305_gettable_params ossl_cipher_generic_gettable_params
36 #define chacha20_poly1305_update chacha20_poly1305_cipher
37 
38 static void *chacha20_poly1305_newctx(void *provctx)
39 {
40     PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *ctx;
41 
42     if (!ossl_prov_is_running())
43         return NULL;
44 
45     ctx = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ctx));
46     if (ctx != NULL) {
47         ossl_cipher_generic_initkey(&ctx->base, CHACHA20_POLY1305_KEYLEN * 8,
48                                     CHACHA20_POLY1305_BLKLEN * 8,
49                                     CHACHA20_POLY1305_IVLEN * 8,
50                                     CHACHA20_POLY1305_MODE,
51                                     CHACHA20_POLY1305_FLAGS,
52                                     ossl_prov_cipher_hw_chacha20_poly1305(
53                                         CHACHA20_POLY1305_KEYLEN * 8),
54                                     NULL);
55         ctx->tls_payload_length = NO_TLS_PAYLOAD_LENGTH;
56         ossl_chacha20_initctx(&ctx->chacha);
57     }
58     return ctx;
59 }
60 
61 static void chacha20_poly1305_freectx(void *vctx)
62 {
63     PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *ctx = (PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *)vctx;
64 
65     if (ctx != NULL) {
66         ossl_cipher_generic_reset_ctx((PROV_CIPHER_CTX *)vctx);
67         OPENSSL_clear_free(ctx, sizeof(*ctx));
68     }
69 }
70 
71 static int chacha20_poly1305_get_params(OSSL_PARAM params[])
72 {
73     return ossl_cipher_generic_get_params(params, 0, CHACHA20_POLY1305_FLAGS,
74                                           CHACHA20_POLY1305_KEYLEN * 8,
75                                           CHACHA20_POLY1305_BLKLEN * 8,
76                                           CHACHA20_POLY1305_IVLEN * 8);
77 }
78 
79 static int chacha20_poly1305_get_ctx_params(void *vctx, OSSL_PARAM params[])
80 {
81     PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *ctx = (PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *)vctx;
82     OSSL_PARAM *p;
83 
84     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_CIPHER_PARAM_IVLEN);
85     if (p != NULL) {
86         if (!OSSL_PARAM_set_size_t(p, CHACHA20_POLY1305_IVLEN)) {
87             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_SET_PARAMETER);
88             return 0;
89         }
90     }
91     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_CIPHER_PARAM_KEYLEN);
92     if (p != NULL && !OSSL_PARAM_set_size_t(p, CHACHA20_POLY1305_KEYLEN)) {
93         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_SET_PARAMETER);
94         return 0;
95     }
96     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TAGLEN);
97     if (p != NULL && !OSSL_PARAM_set_size_t(p, ctx->tag_len)) {
98         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_SET_PARAMETER);
99         return 0;
100     }
101     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TLS1_AAD_PAD);
102     if (p != NULL && !OSSL_PARAM_set_size_t(p, ctx->tls_aad_pad_sz)) {
103         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_SET_PARAMETER);
104         return 0;
105     }
106 
107     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TAG);
108     if (p != NULL) {
109         if (p->data_type != OSSL_PARAM_OCTET_STRING) {
110             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_SET_PARAMETER);
111             return 0;
112         }
113         if (!ctx->base.enc) {
114             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_TAG_NOT_SET);
115             return 0;
116         }
117         if (p->data_size == 0 || p->data_size > POLY1305_BLOCK_SIZE) {
118             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_INVALID_TAG_LENGTH);
119             return 0;
120         }
121         memcpy(p->data, ctx->tag, p->data_size);
122     }
123 
124     return 1;
125 }
126 
127 static const OSSL_PARAM chacha20_poly1305_known_gettable_ctx_params[] = {
128     OSSL_PARAM_size_t(OSSL_CIPHER_PARAM_KEYLEN, NULL),
129     OSSL_PARAM_size_t(OSSL_CIPHER_PARAM_IVLEN, NULL),
130     OSSL_PARAM_size_t(OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TAGLEN, NULL),
131     OSSL_PARAM_octet_string(OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TAG, NULL, 0),
132     OSSL_PARAM_size_t(OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TLS1_AAD_PAD, NULL),
133     OSSL_PARAM_END
134 };
135 static const OSSL_PARAM *chacha20_poly1305_gettable_ctx_params
136     (ossl_unused void *cctx, ossl_unused void *provctx)
137 {
138     return chacha20_poly1305_known_gettable_ctx_params;
139 }
140 
141 static int chacha20_poly1305_set_ctx_params(void *vctx,
142                                             const OSSL_PARAM params[])
143 {
144     const OSSL_PARAM *p;
145     size_t len;
146     PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *ctx = (PROV_CHACHA20_POLY1305_CTX *)vctx;
147     PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *hw =
148         (PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *)ctx->base.hw;
149 
150     if (params == NULL)
151         return 1;
152 
153     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_CIPHER_PARAM_KEYLEN);
154     if (p != NULL) {
155         if (!OSSL_PARAM_get_size_t(p, &len)) {
156             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_GET_PARAMETER);
157             return 0;
158         }
159         if (len != CHACHA20_POLY1305_KEYLEN) {
160             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_INVALID_KEY_LENGTH);
161             return 0;
162         }
163     }
164     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_CIPHER_PARAM_IVLEN);
165     if (p != NULL) {
166         if (!OSSL_PARAM_get_size_t(p, &len)) {
167             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_GET_PARAMETER);
168             return 0;
169         }
170         if (len != CHACHA20_POLY1305_MAX_IVLEN) {
171             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_INVALID_IV_LENGTH);
172             return 0;
173         }
174     }
175 
176     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TAG);
177     if (p != NULL) {
178         if (p->data_type != OSSL_PARAM_OCTET_STRING) {
179             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_GET_PARAMETER);
180             return 0;
181         }
182         if (p->data_size == 0 || p->data_size > POLY1305_BLOCK_SIZE) {
183             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_INVALID_TAG_LENGTH);
184             return 0;
185         }
186         if (p->data != NULL) {
187             if (ctx->base.enc) {
188                 ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_TAG_NOT_NEEDED);
189                 return 0;
190             }
191             memcpy(ctx->tag, p->data, p->data_size);
192         }
193         ctx->tag_len = p->data_size;
194     }
195 
196     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TLS1_AAD);
197     if (p != NULL) {
198         if (p->data_type != OSSL_PARAM_OCTET_STRING) {
199             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_GET_PARAMETER);
200             return 0;
201         }
202         len = hw->tls_init(&ctx->base, p->data, p->data_size);
203         if (len == 0) {
204             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_INVALID_DATA);
205             return 0;
206         }
207         ctx->tls_aad_pad_sz = len;
208     }
209 
210     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_TLS1_IV_FIXED);
211     if (p != NULL) {
212         if (p->data_type != OSSL_PARAM_OCTET_STRING) {
213             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_FAILED_TO_GET_PARAMETER);
214             return 0;
215         }
216         if (hw->tls_iv_set_fixed(&ctx->base, p->data, p->data_size) == 0) {
217             ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_INVALID_IV_LENGTH);
218             return 0;
219         }
220     }
221     /* ignore OSSL_CIPHER_PARAM_AEAD_MAC_KEY */
222     return 1;
223 }
224 
225 static int chacha20_poly1305_einit(void *vctx, const unsigned char *key,
226                                   size_t keylen, const unsigned char *iv,
227                                   size_t ivlen, const OSSL_PARAM params[])
228 {
229     int ret;
230 
231     /* The generic function checks for ossl_prov_is_running() */
232     ret = ossl_cipher_generic_einit(vctx, key, keylen, iv, ivlen, NULL);
233     if (ret && iv != NULL) {
234         PROV_CIPHER_CTX *ctx = (PROV_CIPHER_CTX *)vctx;
235         PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *hw =
236             (PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *)ctx->hw;
237 
238         hw->initiv(ctx);
239     }
240     if (ret && !chacha20_poly1305_set_ctx_params(vctx, params))
241         ret = 0;
242     return ret;
243 }
244 
245 static int chacha20_poly1305_dinit(void *vctx, const unsigned char *key,
246                                   size_t keylen, const unsigned char *iv,
247                                   size_t ivlen, const OSSL_PARAM params[])
248 {
249     int ret;
250 
251     /* The generic function checks for ossl_prov_is_running() */
252     ret = ossl_cipher_generic_dinit(vctx, key, keylen, iv, ivlen, NULL);
253     if (ret && iv != NULL) {
254         PROV_CIPHER_CTX *ctx = (PROV_CIPHER_CTX *)vctx;
255         PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *hw =
256             (PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *)ctx->hw;
257 
258         hw->initiv(ctx);
259     }
260     if (ret && !chacha20_poly1305_set_ctx_params(vctx, params))
261         ret = 0;
262     return ret;
263 }
264 
265 static int chacha20_poly1305_cipher(void *vctx, unsigned char *out,
266                                     size_t *outl, size_t outsize,
267                                     const unsigned char *in, size_t inl)
268 {
269     PROV_CIPHER_CTX *ctx = (PROV_CIPHER_CTX *)vctx;
270     PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *hw =
271         (PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *)ctx->hw;
272 
273     if (!ossl_prov_is_running())
274         return 0;
275 
276     if (inl == 0) {
277         *outl = 0;
278         return 1;
279     }
280 
281     if (outsize < inl) {
282         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_OUTPUT_BUFFER_TOO_SMALL);
283         return 0;
284     }
285 
286     if (!hw->aead_cipher(ctx, out, outl, in, inl))
287         return 0;
288 
289     return 1;
290 }
291 
292 static int chacha20_poly1305_final(void *vctx, unsigned char *out, size_t *outl,
293                                    size_t outsize)
294 {
295     PROV_CIPHER_CTX *ctx = (PROV_CIPHER_CTX *)vctx;
296     PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *hw =
297         (PROV_CIPHER_HW_CHACHA20_POLY1305 *)ctx->hw;
298 
299     if (!ossl_prov_is_running())
300         return 0;
301 
302     if (hw->aead_cipher(ctx, out, outl, NULL, 0) <= 0)
303         return 0;
304 
305     *outl = 0;
306     return 1;
307 }
308 
309 /* ossl_chacha20_ossl_poly1305_functions */
310 const OSSL_DISPATCH ossl_chacha20_ossl_poly1305_functions[] = {
311     { OSSL_FUNC_CIPHER_NEWCTX, (void (*)(void))chacha20_poly1305_newctx },
312     { OSSL_FUNC_CIPHER_FREECTX, (void (*)(void))chacha20_poly1305_freectx },
313     { OSSL_FUNC_CIPHER_ENCRYPT_INIT, (void (*)(void))chacha20_poly1305_einit },
314     { OSSL_FUNC_CIPHER_DECRYPT_INIT, (void (*)(void))chacha20_poly1305_dinit },
315     { OSSL_FUNC_CIPHER_UPDATE, (void (*)(void))chacha20_poly1305_update },
316     { OSSL_FUNC_CIPHER_FINAL, (void (*)(void))chacha20_poly1305_final },
317     { OSSL_FUNC_CIPHER_CIPHER, (void (*)(void))chacha20_poly1305_cipher },
318     { OSSL_FUNC_CIPHER_GET_PARAMS,
319         (void (*)(void))chacha20_poly1305_get_params },
320     { OSSL_FUNC_CIPHER_GETTABLE_PARAMS,
321         (void (*)(void))chacha20_poly1305_gettable_params },
322     { OSSL_FUNC_CIPHER_GET_CTX_PARAMS,
323          (void (*)(void))chacha20_poly1305_get_ctx_params },
324     { OSSL_FUNC_CIPHER_GETTABLE_CTX_PARAMS,
325         (void (*)(void))chacha20_poly1305_gettable_ctx_params },
326     { OSSL_FUNC_CIPHER_SET_CTX_PARAMS,
327         (void (*)(void))chacha20_poly1305_set_ctx_params },
328     { OSSL_FUNC_CIPHER_SETTABLE_CTX_PARAMS,
329         (void (*)(void))chacha20_poly1305_settable_ctx_params },
330     { 0, NULL }
331 };
332 
333