GNU Linux-libre 5.10.217-gnu1
[releases.git] / fs / crypto / keyring.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Filesystem-level keyring for fscrypt
4  *
5  * Copyright 2019 Google LLC
6  */
7
8 /*
9  * This file implements management of fscrypt master keys in the
10  * filesystem-level keyring, including the ioctls:
11  *
12  * - FS_IOC_ADD_ENCRYPTION_KEY
13  * - FS_IOC_REMOVE_ENCRYPTION_KEY
14  * - FS_IOC_REMOVE_ENCRYPTION_KEY_ALL_USERS
15  * - FS_IOC_GET_ENCRYPTION_KEY_STATUS
16  *
17  * See the "User API" section of Documentation/filesystems/fscrypt.rst for more
18  * information about these ioctls.
19  */
20
21 #include <asm/unaligned.h>
22 #include <crypto/skcipher.h>
23 #include <linux/key-type.h>
24 #include <linux/random.h>
25 #include <linux/seq_file.h>
26
27 #include "fscrypt_private.h"
28
29 /* The master encryption keys for a filesystem (->s_master_keys) */
30 struct fscrypt_keyring {
31         /*
32          * Lock that protects ->key_hashtable.  It does *not* protect the
33          * fscrypt_master_key structs themselves.
34          */
35         spinlock_t lock;
36
37         /* Hash table that maps fscrypt_key_specifier to fscrypt_master_key */
38         struct hlist_head key_hashtable[128];
39 };
40
41 static void wipe_master_key_secret(struct fscrypt_master_key_secret *secret)
42 {
43         fscrypt_destroy_hkdf(&secret->hkdf);
44         memzero_explicit(secret, sizeof(*secret));
45 }
46
47 static void move_master_key_secret(struct fscrypt_master_key_secret *dst,
48                                    struct fscrypt_master_key_secret *src)
49 {
50         memcpy(dst, src, sizeof(*dst));
51         memzero_explicit(src, sizeof(*src));
52 }
53
54 static void fscrypt_free_master_key(struct rcu_head *head)
55 {
56         struct fscrypt_master_key *mk =
57                 container_of(head, struct fscrypt_master_key, mk_rcu_head);
58         /*
59          * The master key secret and any embedded subkeys should have already
60          * been wiped when the last active reference to the fscrypt_master_key
61          * struct was dropped; doing it here would be unnecessarily late.
62          * Nevertheless, use kfree_sensitive() in case anything was missed.
63          */
64         kfree_sensitive(mk);
65 }
66
67 void fscrypt_put_master_key(struct fscrypt_master_key *mk)
68 {
69         if (!refcount_dec_and_test(&mk->mk_struct_refs))
70                 return;
71         /*
72          * No structural references left, so free ->mk_users, and also free the
73          * fscrypt_master_key struct itself after an RCU grace period ensures
74          * that concurrent keyring lookups can no longer find it.
75          */
76         WARN_ON(refcount_read(&mk->mk_active_refs) != 0);
77         key_put(mk->mk_users);
78         mk->mk_users = NULL;
79         call_rcu(&mk->mk_rcu_head, fscrypt_free_master_key);
80 }
81
82 void fscrypt_put_master_key_activeref(struct fscrypt_master_key *mk)
83 {
84         struct super_block *sb = mk->mk_sb;
85         struct fscrypt_keyring *keyring = sb->s_master_keys;
86         size_t i;
87
88         if (!refcount_dec_and_test(&mk->mk_active_refs))
89                 return;
90         /*
91          * No active references left, so complete the full removal of this
92          * fscrypt_master_key struct by removing it from the keyring and
93          * destroying any subkeys embedded in it.
94          */
95
96         spin_lock(&keyring->lock);
97         hlist_del_rcu(&mk->mk_node);
98         spin_unlock(&keyring->lock);
99
100         /*
101          * ->mk_active_refs == 0 implies that ->mk_secret is not present and
102          * that ->mk_decrypted_inodes is empty.
103          */
104         WARN_ON(is_master_key_secret_present(&mk->mk_secret));
105         WARN_ON(!list_empty(&mk->mk_decrypted_inodes));
106
107         for (i = 0; i <= FSCRYPT_MODE_MAX; i++) {
108                 fscrypt_destroy_prepared_key(&mk->mk_direct_keys[i]);
109                 fscrypt_destroy_prepared_key(&mk->mk_iv_ino_lblk_64_keys[i]);
110                 fscrypt_destroy_prepared_key(&mk->mk_iv_ino_lblk_32_keys[i]);
111         }
112         memzero_explicit(&mk->mk_ino_hash_key,
113                          sizeof(mk->mk_ino_hash_key));
114         mk->mk_ino_hash_key_initialized = false;
115
116         /* Drop the structural ref associated with the active refs. */
117         fscrypt_put_master_key(mk);
118 }
119
120 static inline bool valid_key_spec(const struct fscrypt_key_specifier *spec)
121 {
122         if (spec->__reserved)
123                 return false;
124         return master_key_spec_len(spec) != 0;
125 }
126
127 static int fscrypt_user_key_instantiate(struct key *key,
128                                         struct key_preparsed_payload *prep)
129 {
130         /*
131          * We just charge FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE bytes to the user's key quota for
132          * each key, regardless of the exact key size.  The amount of memory
133          * actually used is greater than the size of the raw key anyway.
134          */
135         return key_payload_reserve(key, FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE);
136 }
137
138 static void fscrypt_user_key_describe(const struct key *key, struct seq_file *m)
139 {
140         seq_puts(m, key->description);
141 }
142
143 /*
144  * Type of key in ->mk_users.  Each key of this type represents a particular
145  * user who has added a particular master key.
146  *
147  * Note that the name of this key type really should be something like
148  * ".fscrypt-user" instead of simply ".fscrypt".  But the shorter name is chosen
149  * mainly for simplicity of presentation in /proc/keys when read by a non-root
150  * user.  And it is expected to be rare that a key is actually added by multiple
151  * users, since users should keep their encryption keys confidential.
152  */
153 static struct key_type key_type_fscrypt_user = {
154         .name                   = ".fscrypt",
155         .instantiate            = fscrypt_user_key_instantiate,
156         .describe               = fscrypt_user_key_describe,
157 };
158
159 #define FSCRYPT_MK_USERS_DESCRIPTION_SIZE       \
160         (CONST_STRLEN("fscrypt-") + 2 * FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE + \
161          CONST_STRLEN("-users") + 1)
162
163 #define FSCRYPT_MK_USER_DESCRIPTION_SIZE        \
164         (2 * FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE + CONST_STRLEN(".uid.") + 10 + 1)
165
166 static void format_mk_users_keyring_description(
167                         char description[FSCRYPT_MK_USERS_DESCRIPTION_SIZE],
168                         const u8 mk_identifier[FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE])
169 {
170         sprintf(description, "fscrypt-%*phN-users",
171                 FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE, mk_identifier);
172 }
173
174 static void format_mk_user_description(
175                         char description[FSCRYPT_MK_USER_DESCRIPTION_SIZE],
176                         const u8 mk_identifier[FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE])
177 {
178
179         sprintf(description, "%*phN.uid.%u", FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE,
180                 mk_identifier, __kuid_val(current_fsuid()));
181 }
182
183 /* Create ->s_master_keys if needed.  Synchronized by fscrypt_add_key_mutex. */
184 static int allocate_filesystem_keyring(struct super_block *sb)
185 {
186         struct fscrypt_keyring *keyring;
187
188         if (sb->s_master_keys)
189                 return 0;
190
191         keyring = kzalloc(sizeof(*keyring), GFP_KERNEL);
192         if (!keyring)
193                 return -ENOMEM;
194         spin_lock_init(&keyring->lock);
195         /*
196          * Pairs with the smp_load_acquire() in fscrypt_find_master_key().
197          * I.e., here we publish ->s_master_keys with a RELEASE barrier so that
198          * concurrent tasks can ACQUIRE it.
199          */
200         smp_store_release(&sb->s_master_keys, keyring);
201         return 0;
202 }
203
204 /*
205  * Release all encryption keys that have been added to the filesystem, along
206  * with the keyring that contains them.
207  *
208  * This is called at unmount time.  The filesystem's underlying block device(s)
209  * are still available at this time; this is important because after user file
210  * accesses have been allowed, this function may need to evict keys from the
211  * keyslots of an inline crypto engine, which requires the block device(s).
212  *
213  * This is also called when the super_block is being freed.  This is needed to
214  * avoid a memory leak if mounting fails after the "test_dummy_encryption"
215  * option was processed, as in that case the unmount-time call isn't made.
216  */
217 void fscrypt_destroy_keyring(struct super_block *sb)
218 {
219         struct fscrypt_keyring *keyring = sb->s_master_keys;
220         size_t i;
221
222         if (!keyring)
223                 return;
224
225         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(keyring->key_hashtable); i++) {
226                 struct hlist_head *bucket = &keyring->key_hashtable[i];
227                 struct fscrypt_master_key *mk;
228                 struct hlist_node *tmp;
229
230                 hlist_for_each_entry_safe(mk, tmp, bucket, mk_node) {
231                         /*
232                          * Since all inodes were already evicted, every key
233                          * remaining in the keyring should have an empty inode
234                          * list, and should only still be in the keyring due to
235                          * the single active ref associated with ->mk_secret.
236                          * There should be no structural refs beyond the one
237                          * associated with the active ref.
238                          */
239                         WARN_ON(refcount_read(&mk->mk_active_refs) != 1);
240                         WARN_ON(refcount_read(&mk->mk_struct_refs) != 1);
241                         WARN_ON(!is_master_key_secret_present(&mk->mk_secret));
242                         wipe_master_key_secret(&mk->mk_secret);
243                         fscrypt_put_master_key_activeref(mk);
244                 }
245         }
246         kfree_sensitive(keyring);
247         sb->s_master_keys = NULL;
248 }
249
250 static struct hlist_head *
251 fscrypt_mk_hash_bucket(struct fscrypt_keyring *keyring,
252                        const struct fscrypt_key_specifier *mk_spec)
253 {
254         /*
255          * Since key specifiers should be "random" values, it is sufficient to
256          * use a trivial hash function that just takes the first several bits of
257          * the key specifier.
258          */
259         unsigned long i = get_unaligned((unsigned long *)&mk_spec->u);
260
261         return &keyring->key_hashtable[i % ARRAY_SIZE(keyring->key_hashtable)];
262 }
263
264 /*
265  * Find the specified master key struct in ->s_master_keys and take a structural
266  * ref to it.  The structural ref guarantees that the key struct continues to
267  * exist, but it does *not* guarantee that ->s_master_keys continues to contain
268  * the key struct.  The structural ref needs to be dropped by
269  * fscrypt_put_master_key().  Returns NULL if the key struct is not found.
270  */
271 struct fscrypt_master_key *
272 fscrypt_find_master_key(struct super_block *sb,
273                         const struct fscrypt_key_specifier *mk_spec)
274 {
275         struct fscrypt_keyring *keyring;
276         struct hlist_head *bucket;
277         struct fscrypt_master_key *mk;
278
279         /*
280          * Pairs with the smp_store_release() in allocate_filesystem_keyring().
281          * I.e., another task can publish ->s_master_keys concurrently,
282          * executing a RELEASE barrier.  We need to use smp_load_acquire() here
283          * to safely ACQUIRE the memory the other task published.
284          */
285         keyring = smp_load_acquire(&sb->s_master_keys);
286         if (keyring == NULL)
287                 return NULL; /* No keyring yet, so no keys yet. */
288
289         bucket = fscrypt_mk_hash_bucket(keyring, mk_spec);
290         rcu_read_lock();
291         switch (mk_spec->type) {
292         case FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR:
293                 hlist_for_each_entry_rcu(mk, bucket, mk_node) {
294                         if (mk->mk_spec.type ==
295                                 FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR &&
296                             memcmp(mk->mk_spec.u.descriptor,
297                                    mk_spec->u.descriptor,
298                                    FSCRYPT_KEY_DESCRIPTOR_SIZE) == 0 &&
299                             refcount_inc_not_zero(&mk->mk_struct_refs))
300                                 goto out;
301                 }
302                 break;
303         case FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER:
304                 hlist_for_each_entry_rcu(mk, bucket, mk_node) {
305                         if (mk->mk_spec.type ==
306                                 FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER &&
307                             memcmp(mk->mk_spec.u.identifier,
308                                    mk_spec->u.identifier,
309                                    FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE) == 0 &&
310                             refcount_inc_not_zero(&mk->mk_struct_refs))
311                                 goto out;
312                 }
313                 break;
314         }
315         mk = NULL;
316 out:
317         rcu_read_unlock();
318         return mk;
319 }
320
321 static int allocate_master_key_users_keyring(struct fscrypt_master_key *mk)
322 {
323         char description[FSCRYPT_MK_USERS_DESCRIPTION_SIZE];
324         struct key *keyring;
325
326         format_mk_users_keyring_description(description,
327                                             mk->mk_spec.u.identifier);
328         keyring = keyring_alloc(description, GLOBAL_ROOT_UID, GLOBAL_ROOT_GID,
329                                 current_cred(), KEY_POS_SEARCH |
330                                   KEY_USR_SEARCH | KEY_USR_READ | KEY_USR_VIEW,
331                                 KEY_ALLOC_NOT_IN_QUOTA, NULL, NULL);
332         if (IS_ERR(keyring))
333                 return PTR_ERR(keyring);
334
335         mk->mk_users = keyring;
336         return 0;
337 }
338
339 /*
340  * Find the current user's "key" in the master key's ->mk_users.
341  * Returns ERR_PTR(-ENOKEY) if not found.
342  */
343 static struct key *find_master_key_user(struct fscrypt_master_key *mk)
344 {
345         char description[FSCRYPT_MK_USER_DESCRIPTION_SIZE];
346         key_ref_t keyref;
347
348         format_mk_user_description(description, mk->mk_spec.u.identifier);
349
350         /*
351          * We need to mark the keyring reference as "possessed" so that we
352          * acquire permission to search it, via the KEY_POS_SEARCH permission.
353          */
354         keyref = keyring_search(make_key_ref(mk->mk_users, true /*possessed*/),
355                                 &key_type_fscrypt_user, description, false);
356         if (IS_ERR(keyref)) {
357                 if (PTR_ERR(keyref) == -EAGAIN || /* not found */
358                     PTR_ERR(keyref) == -EKEYREVOKED) /* recently invalidated */
359                         keyref = ERR_PTR(-ENOKEY);
360                 return ERR_CAST(keyref);
361         }
362         return key_ref_to_ptr(keyref);
363 }
364
365 /*
366  * Give the current user a "key" in ->mk_users.  This charges the user's quota
367  * and marks the master key as added by the current user, so that it cannot be
368  * removed by another user with the key.  Either ->mk_sem must be held for
369  * write, or the master key must be still undergoing initialization.
370  */
371 static int add_master_key_user(struct fscrypt_master_key *mk)
372 {
373         char description[FSCRYPT_MK_USER_DESCRIPTION_SIZE];
374         struct key *mk_user;
375         int err;
376
377         format_mk_user_description(description, mk->mk_spec.u.identifier);
378         mk_user = key_alloc(&key_type_fscrypt_user, description,
379                             current_fsuid(), current_gid(), current_cred(),
380                             KEY_POS_SEARCH | KEY_USR_VIEW, 0, NULL);
381         if (IS_ERR(mk_user))
382                 return PTR_ERR(mk_user);
383
384         err = key_instantiate_and_link(mk_user, NULL, 0, mk->mk_users, NULL);
385         key_put(mk_user);
386         return err;
387 }
388
389 /*
390  * Remove the current user's "key" from ->mk_users.
391  * ->mk_sem must be held for write.
392  *
393  * Returns 0 if removed, -ENOKEY if not found, or another -errno code.
394  */
395 static int remove_master_key_user(struct fscrypt_master_key *mk)
396 {
397         struct key *mk_user;
398         int err;
399
400         mk_user = find_master_key_user(mk);
401         if (IS_ERR(mk_user))
402                 return PTR_ERR(mk_user);
403         err = key_unlink(mk->mk_users, mk_user);
404         key_put(mk_user);
405         return err;
406 }
407
408 /*
409  * Allocate a new fscrypt_master_key, transfer the given secret over to it, and
410  * insert it into sb->s_master_keys.
411  */
412 static int add_new_master_key(struct super_block *sb,
413                               struct fscrypt_master_key_secret *secret,
414                               const struct fscrypt_key_specifier *mk_spec)
415 {
416         struct fscrypt_keyring *keyring = sb->s_master_keys;
417         struct fscrypt_master_key *mk;
418         int err;
419
420         mk = kzalloc(sizeof(*mk), GFP_KERNEL);
421         if (!mk)
422                 return -ENOMEM;
423
424         mk->mk_sb = sb;
425         init_rwsem(&mk->mk_sem);
426         refcount_set(&mk->mk_struct_refs, 1);
427         mk->mk_spec = *mk_spec;
428
429         INIT_LIST_HEAD(&mk->mk_decrypted_inodes);
430         spin_lock_init(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
431
432         if (mk_spec->type == FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER) {
433                 err = allocate_master_key_users_keyring(mk);
434                 if (err)
435                         goto out_put;
436                 err = add_master_key_user(mk);
437                 if (err)
438                         goto out_put;
439         }
440
441         move_master_key_secret(&mk->mk_secret, secret);
442         refcount_set(&mk->mk_active_refs, 1); /* ->mk_secret is present */
443
444         spin_lock(&keyring->lock);
445         hlist_add_head_rcu(&mk->mk_node,
446                            fscrypt_mk_hash_bucket(keyring, mk_spec));
447         spin_unlock(&keyring->lock);
448         return 0;
449
450 out_put:
451         fscrypt_put_master_key(mk);
452         return err;
453 }
454
455 #define KEY_DEAD        1
456
457 static int add_existing_master_key(struct fscrypt_master_key *mk,
458                                    struct fscrypt_master_key_secret *secret)
459 {
460         int err;
461
462         /*
463          * If the current user is already in ->mk_users, then there's nothing to
464          * do.  Otherwise, we need to add the user to ->mk_users.  (Neither is
465          * applicable for v1 policy keys, which have NULL ->mk_users.)
466          */
467         if (mk->mk_users) {
468                 struct key *mk_user = find_master_key_user(mk);
469
470                 if (mk_user != ERR_PTR(-ENOKEY)) {
471                         if (IS_ERR(mk_user))
472                                 return PTR_ERR(mk_user);
473                         key_put(mk_user);
474                         return 0;
475                 }
476                 err = add_master_key_user(mk);
477                 if (err)
478                         return err;
479         }
480
481         /* Re-add the secret if needed. */
482         if (!is_master_key_secret_present(&mk->mk_secret)) {
483                 if (!refcount_inc_not_zero(&mk->mk_active_refs))
484                         return KEY_DEAD;
485                 move_master_key_secret(&mk->mk_secret, secret);
486         }
487
488         return 0;
489 }
490
491 static int do_add_master_key(struct super_block *sb,
492                              struct fscrypt_master_key_secret *secret,
493                              const struct fscrypt_key_specifier *mk_spec)
494 {
495         static DEFINE_MUTEX(fscrypt_add_key_mutex);
496         struct fscrypt_master_key *mk;
497         int err;
498
499         mutex_lock(&fscrypt_add_key_mutex); /* serialize find + link */
500
501         mk = fscrypt_find_master_key(sb, mk_spec);
502         if (!mk) {
503                 /* Didn't find the key in ->s_master_keys.  Add it. */
504                 err = allocate_filesystem_keyring(sb);
505                 if (!err)
506                         err = add_new_master_key(sb, secret, mk_spec);
507         } else {
508                 /*
509                  * Found the key in ->s_master_keys.  Re-add the secret if
510                  * needed, and add the user to ->mk_users if needed.
511                  */
512                 down_write(&mk->mk_sem);
513                 err = add_existing_master_key(mk, secret);
514                 up_write(&mk->mk_sem);
515                 if (err == KEY_DEAD) {
516                         /*
517                          * We found a key struct, but it's already been fully
518                          * removed.  Ignore the old struct and add a new one.
519                          * fscrypt_add_key_mutex means we don't need to worry
520                          * about concurrent adds.
521                          */
522                         err = add_new_master_key(sb, secret, mk_spec);
523                 }
524                 fscrypt_put_master_key(mk);
525         }
526         mutex_unlock(&fscrypt_add_key_mutex);
527         return err;
528 }
529
530 static int add_master_key(struct super_block *sb,
531                           struct fscrypt_master_key_secret *secret,
532                           struct fscrypt_key_specifier *key_spec)
533 {
534         int err;
535
536         if (key_spec->type == FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER) {
537                 err = fscrypt_init_hkdf(&secret->hkdf, secret->raw,
538                                         secret->size);
539                 if (err)
540                         return err;
541
542                 /*
543                  * Now that the HKDF context is initialized, the raw key is no
544                  * longer needed.
545                  */
546                 memzero_explicit(secret->raw, secret->size);
547
548                 /* Calculate the key identifier */
549                 err = fscrypt_hkdf_expand(&secret->hkdf,
550                                           HKDF_CONTEXT_KEY_IDENTIFIER, NULL, 0,
551                                           key_spec->u.identifier,
552                                           FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE);
553                 if (err)
554                         return err;
555         }
556         return do_add_master_key(sb, secret, key_spec);
557 }
558
559 static int fscrypt_provisioning_key_preparse(struct key_preparsed_payload *prep)
560 {
561         const struct fscrypt_provisioning_key_payload *payload = prep->data;
562
563         if (prep->datalen < sizeof(*payload) + FSCRYPT_MIN_KEY_SIZE ||
564             prep->datalen > sizeof(*payload) + FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE)
565                 return -EINVAL;
566
567         if (payload->type != FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR &&
568             payload->type != FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER)
569                 return -EINVAL;
570
571         if (payload->__reserved)
572                 return -EINVAL;
573
574         prep->payload.data[0] = kmemdup(payload, prep->datalen, GFP_KERNEL);
575         if (!prep->payload.data[0])
576                 return -ENOMEM;
577
578         prep->quotalen = prep->datalen;
579         return 0;
580 }
581
582 static void fscrypt_provisioning_key_free_preparse(
583                                         struct key_preparsed_payload *prep)
584 {
585         kfree_sensitive(prep->payload.data[0]);
586 }
587
588 static void fscrypt_provisioning_key_describe(const struct key *key,
589                                               struct seq_file *m)
590 {
591         seq_puts(m, key->description);
592         if (key_is_positive(key)) {
593                 const struct fscrypt_provisioning_key_payload *payload =
594                         key->payload.data[0];
595
596                 seq_printf(m, ": %u [%u]", key->datalen, payload->type);
597         }
598 }
599
600 static void fscrypt_provisioning_key_destroy(struct key *key)
601 {
602         kfree_sensitive(key->payload.data[0]);
603 }
604
605 static struct key_type key_type_fscrypt_provisioning = {
606         .name                   = "fscrypt-provisioning",
607         .preparse               = fscrypt_provisioning_key_preparse,
608         .free_preparse          = fscrypt_provisioning_key_free_preparse,
609         .instantiate            = generic_key_instantiate,
610         .describe               = fscrypt_provisioning_key_describe,
611         .destroy                = fscrypt_provisioning_key_destroy,
612 };
613
614 /*
615  * Retrieve the raw key from the Linux keyring key specified by 'key_id', and
616  * store it into 'secret'.
617  *
618  * The key must be of type "fscrypt-provisioning" and must have the field
619  * fscrypt_provisioning_key_payload::type set to 'type', indicating that it's
620  * only usable with fscrypt with the particular KDF version identified by
621  * 'type'.  We don't use the "logon" key type because there's no way to
622  * completely restrict the use of such keys; they can be used by any kernel API
623  * that accepts "logon" keys and doesn't require a specific service prefix.
624  *
625  * The ability to specify the key via Linux keyring key is intended for cases
626  * where userspace needs to re-add keys after the filesystem is unmounted and
627  * re-mounted.  Most users should just provide the raw key directly instead.
628  */
629 static int get_keyring_key(u32 key_id, u32 type,
630                            struct fscrypt_master_key_secret *secret)
631 {
632         key_ref_t ref;
633         struct key *key;
634         const struct fscrypt_provisioning_key_payload *payload;
635         int err;
636
637         ref = lookup_user_key(key_id, 0, KEY_NEED_SEARCH);
638         if (IS_ERR(ref))
639                 return PTR_ERR(ref);
640         key = key_ref_to_ptr(ref);
641
642         if (key->type != &key_type_fscrypt_provisioning)
643                 goto bad_key;
644         payload = key->payload.data[0];
645
646         /* Don't allow fscrypt v1 keys to be used as v2 keys and vice versa. */
647         if (payload->type != type)
648                 goto bad_key;
649
650         secret->size = key->datalen - sizeof(*payload);
651         memcpy(secret->raw, payload->raw, secret->size);
652         err = 0;
653         goto out_put;
654
655 bad_key:
656         err = -EKEYREJECTED;
657 out_put:
658         key_ref_put(ref);
659         return err;
660 }
661
662 /*
663  * Add a master encryption key to the filesystem, causing all files which were
664  * encrypted with it to appear "unlocked" (decrypted) when accessed.
665  *
666  * When adding a key for use by v1 encryption policies, this ioctl is
667  * privileged, and userspace must provide the 'key_descriptor'.
668  *
669  * When adding a key for use by v2+ encryption policies, this ioctl is
670  * unprivileged.  This is needed, in general, to allow non-root users to use
671  * encryption without encountering the visibility problems of process-subscribed
672  * keyrings and the inability to properly remove keys.  This works by having
673  * each key identified by its cryptographically secure hash --- the
674  * 'key_identifier'.  The cryptographic hash ensures that a malicious user
675  * cannot add the wrong key for a given identifier.  Furthermore, each added key
676  * is charged to the appropriate user's quota for the keyrings service, which
677  * prevents a malicious user from adding too many keys.  Finally, we forbid a
678  * user from removing a key while other users have added it too, which prevents
679  * a user who knows another user's key from causing a denial-of-service by
680  * removing it at an inopportune time.  (We tolerate that a user who knows a key
681  * can prevent other users from removing it.)
682  *
683  * For more details, see the "FS_IOC_ADD_ENCRYPTION_KEY" section of
684  * Documentation/filesystems/fscrypt.rst.
685  */
686 int fscrypt_ioctl_add_key(struct file *filp, void __user *_uarg)
687 {
688         struct super_block *sb = file_inode(filp)->i_sb;
689         struct fscrypt_add_key_arg __user *uarg = _uarg;
690         struct fscrypt_add_key_arg arg;
691         struct fscrypt_master_key_secret secret;
692         int err;
693
694         if (copy_from_user(&arg, uarg, sizeof(arg)))
695                 return -EFAULT;
696
697         if (!valid_key_spec(&arg.key_spec))
698                 return -EINVAL;
699
700         if (memchr_inv(arg.__reserved, 0, sizeof(arg.__reserved)))
701                 return -EINVAL;
702
703         /*
704          * Only root can add keys that are identified by an arbitrary descriptor
705          * rather than by a cryptographic hash --- since otherwise a malicious
706          * user could add the wrong key.
707          */
708         if (arg.key_spec.type == FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR &&
709             !capable(CAP_SYS_ADMIN))
710                 return -EACCES;
711
712         memset(&secret, 0, sizeof(secret));
713         if (arg.key_id) {
714                 if (arg.raw_size != 0)
715                         return -EINVAL;
716                 err = get_keyring_key(arg.key_id, arg.key_spec.type, &secret);
717                 if (err)
718                         goto out_wipe_secret;
719         } else {
720                 if (arg.raw_size < FSCRYPT_MIN_KEY_SIZE ||
721                     arg.raw_size > FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE)
722                         return -EINVAL;
723                 secret.size = arg.raw_size;
724                 err = -EFAULT;
725                 if (copy_from_user(secret.raw, uarg->raw, secret.size))
726                         goto out_wipe_secret;
727         }
728
729         err = add_master_key(sb, &secret, &arg.key_spec);
730         if (err)
731                 goto out_wipe_secret;
732
733         /* Return the key identifier to userspace, if applicable */
734         err = -EFAULT;
735         if (arg.key_spec.type == FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER &&
736             copy_to_user(uarg->key_spec.u.identifier, arg.key_spec.u.identifier,
737                          FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE))
738                 goto out_wipe_secret;
739         err = 0;
740 out_wipe_secret:
741         wipe_master_key_secret(&secret);
742         return err;
743 }
744 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_ioctl_add_key);
745
746 /*
747  * Add the key for '-o test_dummy_encryption' to the filesystem keyring.
748  *
749  * Use a per-boot random key to prevent people from misusing this option.
750  */
751 int fscrypt_add_test_dummy_key(struct super_block *sb,
752                                struct fscrypt_key_specifier *key_spec)
753 {
754         static u8 test_key[FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE];
755         struct fscrypt_master_key_secret secret;
756         int err;
757
758         get_random_once(test_key, FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE);
759
760         memset(&secret, 0, sizeof(secret));
761         secret.size = FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE;
762         memcpy(secret.raw, test_key, FSCRYPT_MAX_KEY_SIZE);
763
764         err = add_master_key(sb, &secret, key_spec);
765         wipe_master_key_secret(&secret);
766         return err;
767 }
768
769 /*
770  * Verify that the current user has added a master key with the given identifier
771  * (returns -ENOKEY if not).  This is needed to prevent a user from encrypting
772  * their files using some other user's key which they don't actually know.
773  * Cryptographically this isn't much of a problem, but the semantics of this
774  * would be a bit weird, so it's best to just forbid it.
775  *
776  * The system administrator (CAP_FOWNER) can override this, which should be
777  * enough for any use cases where encryption policies are being set using keys
778  * that were chosen ahead of time but aren't available at the moment.
779  *
780  * Note that the key may have already removed by the time this returns, but
781  * that's okay; we just care whether the key was there at some point.
782  *
783  * Return: 0 if the key is added, -ENOKEY if it isn't, or another -errno code
784  */
785 int fscrypt_verify_key_added(struct super_block *sb,
786                              const u8 identifier[FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE])
787 {
788         struct fscrypt_key_specifier mk_spec;
789         struct fscrypt_master_key *mk;
790         struct key *mk_user;
791         int err;
792
793         mk_spec.type = FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_IDENTIFIER;
794         memcpy(mk_spec.u.identifier, identifier, FSCRYPT_KEY_IDENTIFIER_SIZE);
795
796         mk = fscrypt_find_master_key(sb, &mk_spec);
797         if (!mk) {
798                 err = -ENOKEY;
799                 goto out;
800         }
801         down_read(&mk->mk_sem);
802         mk_user = find_master_key_user(mk);
803         if (IS_ERR(mk_user)) {
804                 err = PTR_ERR(mk_user);
805         } else {
806                 key_put(mk_user);
807                 err = 0;
808         }
809         up_read(&mk->mk_sem);
810         fscrypt_put_master_key(mk);
811 out:
812         if (err == -ENOKEY && capable(CAP_FOWNER))
813                 err = 0;
814         return err;
815 }
816
817 /*
818  * Try to evict the inode's dentries from the dentry cache.  If the inode is a
819  * directory, then it can have at most one dentry; however, that dentry may be
820  * pinned by child dentries, so first try to evict the children too.
821  */
822 static void shrink_dcache_inode(struct inode *inode)
823 {
824         struct dentry *dentry;
825
826         if (S_ISDIR(inode->i_mode)) {
827                 dentry = d_find_any_alias(inode);
828                 if (dentry) {
829                         shrink_dcache_parent(dentry);
830                         dput(dentry);
831                 }
832         }
833         d_prune_aliases(inode);
834 }
835
836 static void evict_dentries_for_decrypted_inodes(struct fscrypt_master_key *mk)
837 {
838         struct fscrypt_info *ci;
839         struct inode *inode;
840         struct inode *toput_inode = NULL;
841
842         spin_lock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
843
844         list_for_each_entry(ci, &mk->mk_decrypted_inodes, ci_master_key_link) {
845                 inode = ci->ci_inode;
846                 spin_lock(&inode->i_lock);
847                 if (inode->i_state & (I_FREEING | I_WILL_FREE | I_NEW)) {
848                         spin_unlock(&inode->i_lock);
849                         continue;
850                 }
851                 __iget(inode);
852                 spin_unlock(&inode->i_lock);
853                 spin_unlock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
854
855                 shrink_dcache_inode(inode);
856                 iput(toput_inode);
857                 toput_inode = inode;
858
859                 spin_lock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
860         }
861
862         spin_unlock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
863         iput(toput_inode);
864 }
865
866 static int check_for_busy_inodes(struct super_block *sb,
867                                  struct fscrypt_master_key *mk)
868 {
869         struct list_head *pos;
870         size_t busy_count = 0;
871         unsigned long ino;
872         char ino_str[50] = "";
873
874         spin_lock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
875
876         list_for_each(pos, &mk->mk_decrypted_inodes)
877                 busy_count++;
878
879         if (busy_count == 0) {
880                 spin_unlock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
881                 return 0;
882         }
883
884         {
885                 /* select an example file to show for debugging purposes */
886                 struct inode *inode =
887                         list_first_entry(&mk->mk_decrypted_inodes,
888                                          struct fscrypt_info,
889                                          ci_master_key_link)->ci_inode;
890                 ino = inode->i_ino;
891         }
892         spin_unlock(&mk->mk_decrypted_inodes_lock);
893
894         /* If the inode is currently being created, ino may still be 0. */
895         if (ino)
896                 snprintf(ino_str, sizeof(ino_str), ", including ino %lu", ino);
897
898         fscrypt_warn(NULL,
899                      "%s: %zu inode(s) still busy after removing key with %s %*phN%s",
900                      sb->s_id, busy_count, master_key_spec_type(&mk->mk_spec),
901                      master_key_spec_len(&mk->mk_spec), (u8 *)&mk->mk_spec.u,
902                      ino_str);
903         return -EBUSY;
904 }
905
906 static int try_to_lock_encrypted_files(struct super_block *sb,
907                                        struct fscrypt_master_key *mk)
908 {
909         int err1;
910         int err2;
911
912         /*
913          * An inode can't be evicted while it is dirty or has dirty pages.
914          * Thus, we first have to clean the inodes in ->mk_decrypted_inodes.
915          *
916          * Just do it the easy way: call sync_filesystem().  It's overkill, but
917          * it works, and it's more important to minimize the amount of caches we
918          * drop than the amount of data we sync.  Also, unprivileged users can
919          * already call sync_filesystem() via sys_syncfs() or sys_sync().
920          */
921         down_read(&sb->s_umount);
922         err1 = sync_filesystem(sb);
923         up_read(&sb->s_umount);
924         /* If a sync error occurs, still try to evict as much as possible. */
925
926         /*
927          * Inodes are pinned by their dentries, so we have to evict their
928          * dentries.  shrink_dcache_sb() would suffice, but would be overkill
929          * and inappropriate for use by unprivileged users.  So instead go
930          * through the inodes' alias lists and try to evict each dentry.
931          */
932         evict_dentries_for_decrypted_inodes(mk);
933
934         /*
935          * evict_dentries_for_decrypted_inodes() already iput() each inode in
936          * the list; any inodes for which that dropped the last reference will
937          * have been evicted due to fscrypt_drop_inode() detecting the key
938          * removal and telling the VFS to evict the inode.  So to finish, we
939          * just need to check whether any inodes couldn't be evicted.
940          */
941         err2 = check_for_busy_inodes(sb, mk);
942
943         return err1 ?: err2;
944 }
945
946 /*
947  * Try to remove an fscrypt master encryption key.
948  *
949  * FS_IOC_REMOVE_ENCRYPTION_KEY (all_users=false) removes the current user's
950  * claim to the key, then removes the key itself if no other users have claims.
951  * FS_IOC_REMOVE_ENCRYPTION_KEY_ALL_USERS (all_users=true) always removes the
952  * key itself.
953  *
954  * To "remove the key itself", first we wipe the actual master key secret, so
955  * that no more inodes can be unlocked with it.  Then we try to evict all cached
956  * inodes that had been unlocked with the key.
957  *
958  * If all inodes were evicted, then we unlink the fscrypt_master_key from the
959  * keyring.  Otherwise it remains in the keyring in the "incompletely removed"
960  * state (without the actual secret key) where it tracks the list of remaining
961  * inodes.  Userspace can execute the ioctl again later to retry eviction, or
962  * alternatively can re-add the secret key again.
963  *
964  * For more details, see the "Removing keys" section of
965  * Documentation/filesystems/fscrypt.rst.
966  */
967 static int do_remove_key(struct file *filp, void __user *_uarg, bool all_users)
968 {
969         struct super_block *sb = file_inode(filp)->i_sb;
970         struct fscrypt_remove_key_arg __user *uarg = _uarg;
971         struct fscrypt_remove_key_arg arg;
972         struct fscrypt_master_key *mk;
973         u32 status_flags = 0;
974         int err;
975         bool inodes_remain;
976
977         if (copy_from_user(&arg, uarg, sizeof(arg)))
978                 return -EFAULT;
979
980         if (!valid_key_spec(&arg.key_spec))
981                 return -EINVAL;
982
983         if (memchr_inv(arg.__reserved, 0, sizeof(arg.__reserved)))
984                 return -EINVAL;
985
986         /*
987          * Only root can add and remove keys that are identified by an arbitrary
988          * descriptor rather than by a cryptographic hash.
989          */
990         if (arg.key_spec.type == FSCRYPT_KEY_SPEC_TYPE_DESCRIPTOR &&
991             !capable(CAP_SYS_ADMIN))
992                 return -EACCES;
993
994         /* Find the key being removed. */
995         mk = fscrypt_find_master_key(sb, &arg.key_spec);
996         if (!mk)
997                 return -ENOKEY;
998         down_write(&mk->mk_sem);
999
1000         /* If relevant, remove current user's (or all users) claim to the key */
1001         if (mk->mk_users && mk->mk_users->keys.nr_leaves_on_tree != 0) {
1002                 if (all_users)
1003                         err = keyring_clear(mk->mk_users);
1004                 else
1005                         err = remove_master_key_user(mk);
1006                 if (err) {
1007                         up_write(&mk->mk_sem);
1008                         goto out_put_key;
1009                 }
1010                 if (mk->mk_users->keys.nr_leaves_on_tree != 0) {
1011                         /*
1012                          * Other users have still added the key too.  We removed
1013                          * the current user's claim to the key, but we still
1014                          * can't remove the key itself.
1015                          */
1016                         status_flags |=
1017                                 FSCRYPT_KEY_REMOVAL_STATUS_FLAG_OTHER_USERS;
1018                         err = 0;
1019                         up_write(&mk->mk_sem);
1020                         goto out_put_key;
1021                 }
1022         }
1023
1024         /* No user claims remaining.  Go ahead and wipe the secret. */
1025         err = -ENOKEY;
1026         if (is_master_key_secret_present(&mk->mk_secret)) {
1027                 wipe_master_key_secret(&mk->mk_secret);
1028                 fscrypt_put_master_key_activeref(mk);
1029                 err = 0;
1030         }
1031         inodes_remain = refcount_read(&mk->mk_active_refs) > 0;
1032         up_write(&mk->mk_sem);
1033
1034         if (inodes_remain) {
1035                 /* Some inodes still reference this key; try to evict them. */
1036                 err = try_to_lock_encrypted_files(sb, mk);
1037                 if (err == -EBUSY) {
1038                         status_flags |=
1039                                 FSCRYPT_KEY_REMOVAL_STATUS_FLAG_FILES_BUSY;
1040                         err = 0;
1041                 }
1042         }
1043         /*
1044          * We return 0 if we successfully did something: removed a claim to the
1045          * key, wiped the secret, or tried locking the files again.  Users need
1046          * to check the informational status flags if they care whether the key
1047          * has been fully removed including all files locked.
1048          */
1049 out_put_key:
1050         fscrypt_put_master_key(mk);
1051         if (err == 0)
1052                 err = put_user(status_flags, &uarg->removal_status_flags);
1053         return err;
1054 }
1055
1056 int fscrypt_ioctl_remove_key(struct file *filp, void __user *uarg)
1057 {
1058         return do_remove_key(filp, uarg, false);
1059 }
1060 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_ioctl_remove_key);
1061
1062 int fscrypt_ioctl_remove_key_all_users(struct file *filp, void __user *uarg)
1063 {
1064         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
1065                 return -EACCES;
1066         return do_remove_key(filp, uarg, true);
1067 }
1068 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_ioctl_remove_key_all_users);
1069
1070 /*
1071  * Retrieve the status of an fscrypt master encryption key.
1072  *
1073  * We set ->status to indicate whether the key is absent, present, or
1074  * incompletely removed.  "Incompletely removed" means that the master key
1075  * secret has been removed, but some files which had been unlocked with it are
1076  * still in use.  This field allows applications to easily determine the state
1077  * of an encrypted directory without using a hack such as trying to open a
1078  * regular file in it (which can confuse the "incompletely removed" state with
1079  * absent or present).
1080  *
1081  * In addition, for v2 policy keys we allow applications to determine, via
1082  * ->status_flags and ->user_count, whether the key has been added by the
1083  * current user, by other users, or by both.  Most applications should not need
1084  * this, since ordinarily only one user should know a given key.  However, if a
1085  * secret key is shared by multiple users, applications may wish to add an
1086  * already-present key to prevent other users from removing it.  This ioctl can
1087  * be used to check whether that really is the case before the work is done to
1088  * add the key --- which might e.g. require prompting the user for a passphrase.
1089  *
1090  * For more details, see the "FS_IOC_GET_ENCRYPTION_KEY_STATUS" section of
1091  * Documentation/filesystems/fscrypt.rst.
1092  */
1093 int fscrypt_ioctl_get_key_status(struct file *filp, void __user *uarg)
1094 {
1095         struct super_block *sb = file_inode(filp)->i_sb;
1096         struct fscrypt_get_key_status_arg arg;
1097         struct fscrypt_master_key *mk;
1098         int err;
1099
1100         if (copy_from_user(&arg, uarg, sizeof(arg)))
1101                 return -EFAULT;
1102
1103         if (!valid_key_spec(&arg.key_spec))
1104                 return -EINVAL;
1105
1106         if (memchr_inv(arg.__reserved, 0, sizeof(arg.__reserved)))
1107                 return -EINVAL;
1108
1109         arg.status_flags = 0;
1110         arg.user_count = 0;
1111         memset(arg.__out_reserved, 0, sizeof(arg.__out_reserved));
1112
1113         mk = fscrypt_find_master_key(sb, &arg.key_spec);
1114         if (!mk) {
1115                 arg.status = FSCRYPT_KEY_STATUS_ABSENT;
1116                 err = 0;
1117                 goto out;
1118         }
1119         down_read(&mk->mk_sem);
1120
1121         if (!is_master_key_secret_present(&mk->mk_secret)) {
1122                 arg.status = refcount_read(&mk->mk_active_refs) > 0 ?
1123                         FSCRYPT_KEY_STATUS_INCOMPLETELY_REMOVED :
1124                         FSCRYPT_KEY_STATUS_ABSENT /* raced with full removal */;
1125                 err = 0;
1126                 goto out_release_key;
1127         }
1128
1129         arg.status = FSCRYPT_KEY_STATUS_PRESENT;
1130         if (mk->mk_users) {
1131                 struct key *mk_user;
1132
1133                 arg.user_count = mk->mk_users->keys.nr_leaves_on_tree;
1134                 mk_user = find_master_key_user(mk);
1135                 if (!IS_ERR(mk_user)) {
1136                         arg.status_flags |=
1137                                 FSCRYPT_KEY_STATUS_FLAG_ADDED_BY_SELF;
1138                         key_put(mk_user);
1139                 } else if (mk_user != ERR_PTR(-ENOKEY)) {
1140                         err = PTR_ERR(mk_user);
1141                         goto out_release_key;
1142                 }
1143         }
1144         err = 0;
1145 out_release_key:
1146         up_read(&mk->mk_sem);
1147         fscrypt_put_master_key(mk);
1148 out:
1149         if (!err && copy_to_user(uarg, &arg, sizeof(arg)))
1150                 err = -EFAULT;
1151         return err;
1152 }
1153 EXPORT_SYMBOL_GPL(fscrypt_ioctl_get_key_status);
1154
1155 int __init fscrypt_init_keyring(void)
1156 {
1157         int err;
1158
1159         err = register_key_type(&key_type_fscrypt_user);
1160         if (err)
1161                 return err;
1162
1163         err = register_key_type(&key_type_fscrypt_provisioning);
1164         if (err)
1165                 goto err_unregister_fscrypt_user;
1166
1167         return 0;
1168
1169 err_unregister_fscrypt_user:
1170         unregister_key_type(&key_type_fscrypt_user);
1171         return err;
1172 }