Linux加密框架中的算法管理（三）

动态算法管理

1. 静态算法和动态算法

加密框架中的算法分为静态算法和动态算法两种，其中静态算法指的是以"算法名.ko"形式存在的静态编译的算法模块，如aes.ko表示AES算法模块，md5.ko表示MD5算法模块，这些静态算法模块是预定义的，在内核启动时或通过request_module函数加载到加密框架中的。在加密框架中，静态算法表示为一个算法说明实例。
而动态算法指的是根据算法模式（如CBC、HMAC等）和基础算法（静态算法或动态算法）创建的算法，如"cbc(aes)"表示使用AES算法的CBC模式的新算法，"hmac(md5)"表示使用MD5算法的HMAC模式的新算法，这些算法是根据外部应用需求动态创建并注册到加密框架中的。在加密框架中，动态算法表示为一个算法模板实例。
静态算法在密码学上属于算法的范畴。动态算法在密码学上属于算法应用的范畴。

2. 创建动态算法

-发布创建动态算法通知
如果外部应用在查找算法（如"cbc(aes)"算法）时，如果查找未命中，将创建注册用算法幼虫，然后在加密通知链上发布创建动态算法（CRYPTO_MSG_ALG_REQUEST）的通知，如下所示。

	ok = crypto_probing_notify(CRYPTO_MSG_ALG_REQUEST, larval);

如果是当前查找线程发布的创建动态算法通知，则larval为待创建算法同名的注册用算法幼虫，用于向创建动态算法的内核线程传递待创建算法的算法名、算法类型等信息，此时算法管理链表如下所示，其中cbc_aes_larval_r表示"cbc(aes)"算法对应的注册用算法幼虫。

加密通知链回调函数cryptomgr_notify根据通知消息类型msg调用不同的执行函数，如下所示。

static int cryptomgr_notify(struct notifier_block *this, unsigned long msg, void *data)
{
     
	switch (msg) {
     
	case CRYPTO_MSG_ALG_REQUEST:
		return cryptomgr_schedule_probe(data);
	case CRYPTO_MSG_ALG_REGISTER:
		return cryptomgr_schedule_test(data);
	}

	return NOTIFY_DONE;
}

其中CRYPTO_MSG_ALG_REQUEST为创建动态算法（也称为算法探测）的通知，执行函数为cryptomgr_schedule_probe；CRYPTO_MSG_ALG_REGISTER为算法正确性检验的通知，执行函数为cryptomgr_schedule_test。

-cryptomgr_schedule_probe函数
cryptomgr_schedule_probe函数的输入参数为算法幼虫larval，返回值为执行结果，NOTIFY_STOP表示执行完毕，但是不表示已成功创建动态算法。
cryptomgr_schedule_probe函数执行流程如下所示。

1)在cryptomgr_schedule_probe函数函数中，需要从算法幼虫的算法名中解析出算法模板名和基础算法名，规则如下：
a)基本规则：算法模板名(基础算法名1,…,基础算法名n)；
b)算法模板名的有效字符包括0到9、a到z、A到Z、-、等；
c)基础算法名的有效字符包括0到9、a到z、A到Z、-、、(、)等；
d)所有基础算法名都必须包含在紧跟算法模板名后的()之内，当有多个基础算法时，基础算法名以",“间隔；
e)算法模板名与第一个”("之间不能有任何其他字符；
f)基础算法名最多不超过32个。
例如，算法名为"hmac(md5)"时，解析出的算法模板为hmac，基础算法为静态算法md5；算法名为"authenc(hmac(md5),cbc(aes))"时，解析出的算法模板为authenc，基础算法为动态算法hmac(md5)和cbc(aes)。
2)传递给内核线程的参数数据结构为struct cryptomgr_param，定义如下所示：

struct cryptomgr_param {
     
	struct rtattr *tb[CRYPTO_MAX_ATTRS + 2];

	struct {
     
		struct rtattr attr;
		struct crypto_attr_type data;
	} type;

	union {
     
		struct rtattr attr;
		struct {
     
			struct rtattr attr;
			struct crypto_attr_alg data;
		} alg;
		struct {
     
			struct rtattr attr;
			struct crypto_attr_u32 data;
		} nu32;
	} attrs[CRYPTO_MAX_ATTRS];

	char larval[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
	char template[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];

	struct completion *completion;

	u32 otype;
	u32 omask;
};

a)tb：参数名（T）列表，不含参数值，以NULL结尾。第1个为算法类型（CRYPTOA_TYPE），后续均为基础算法名（CRYPTOA_ALG）。
b)type：算法类型，TLV结构，包含算法类型和屏蔽位。
c)attrs：基础算法名列表，TLV结构。
d)larval：算法幼虫名，即待创建的动态算法的算法名。
e)template：算法模板名。
f)completion：完成量，指向算法幼虫的完成量。
g)otype：原始的算法类型，传递给内核线程的算法类型中清除了算法已检测标志位。
h)omask：原始的算法类型屏蔽位，传递给内核线程的算法类型屏蔽位中清除了算法已检测标志位。
3)填充完参数param后，创建名为"cryptomgr_probe"的内核线程，称为算法探测线程，其执行函数为cryptomgr_probe，如下所示。

	thread = kthread_run(cryptomgr_probe, param, "cryptomgr_probe");
	if (IS_ERR(thread))
		goto err_free_param;

	return NOTIFY_STOP;

创建完算法探测线程后，算法查找线程调用crypto_larval_wait等待算法探测结束，如下所示。

	if (ok == NOTIFY_STOP)
		alg = crypto_larval_wait(larval);

算法检测线程（非算法探测线程）通过注册用算法幼虫的完成量通知查找线程算法探测结束。

-cryptomgr_probe函数
cryptomgr_probe函数是算法探测线程的执行函数，输入参数为创建动态算法所需的参数，处理流程如下所示。

1)算法模板要么实现create接口要么实现alloc接口，两者必居其一，其中create接口不仅创建算法模板实例，还实现算法模板实例注册，而alloc接口只创建算法模板实例，因此还需要调用者再进行算法模板实例注册。一般情况下，哈希算法的算法模板实现create接口，如HMAC模板提供的create接口为hmac_create函数，而分组算法的算法模板实现提供alloc接口，如CBC模板提供的alloc接口为crypto_cbc_alloc函数。
2)如果在算法探测过程中出现错误，则需要在线程退出前调用crypto_larval_error函数完成收尾工作。crypto_larval_error函数的输入参数为算法幼虫名（即待创建的动态算法名）param->larval、原始算法类型param->otype和原始算法类型屏蔽位param->omask，如果以输入参数为条件查找到算法幼虫，则唤醒在其完成量上等待的线程；如果查找到的是已注册的算法，在算法检测线程中已唤醒在注册用算法幼虫完成量上等待的线程，如下所示。

void crypto_larval_error(const char *name, u32 type, u32 mask)
{
     
	struct crypto_alg *alg;

	alg = crypto_alg_lookup(name, type, mask);

	if (alg) {
     
		if (crypto_is_larval(alg)) {
     
			struct crypto_larval *larval = (void *)alg;
			complete_all(&larval->completion);
		}
		crypto_mod_put(alg);
	}
}

3)cryptomgr_probe函数中接口调用情况如下所示。

3. 注册动态算法crypto_register_instance

crypto_register_instance函数用于注册动态算法（即算法模板实例），输入参数包括算法模板tmpl和算法模板实例inst，处理流程如下所示。

1)算法注册由通用算法注册函数__crypto_register_alg完成，输入参数为算法模板实例对应的通用算法说明inst->alg，返回值为检测用算法幼虫larval。
2)算法模板和算法模板实例的关联代码如下：

	hlist_add_head(&inst->list, &tmpl->instances);
	inst->tmpl = tmpl;

即将算法模板实例添加到算法模板的实例链表中，同时设置算法模板实例归属的算法模板。
3)和静态算法相同，动态算法注册的最后一步是算法正确性检验，调用crypto_wait_for_test函数实现。
4)crypto_register_instance函数中接口调用情况如下所示。

5)注册同步哈希算法模板实例时使用的函数是shash_register_instance，其输入参数包括算法模板tmpl和同步哈希算法模板实例inst，处理流程如下所示。

和同步哈希静态算法相同，在注册前首先调用shash_prepare_alg函数检测同步哈希算法模板实例对应的同步哈希算法（inst->alg）的有效性，同时进行注册前的准备工作。注册前准备工作中最重要的一步是将算法类型常量设置为crypto_shash_type。
同步哈希动态算法的注册工作是由通用动态算法注册函数crypto_register_instance完成。crypto_register_instance函数处理的是通用的算法模板实例，因此调用shash_crypto_instance函数获取同步哈希算法模板实例inst对应的通用算法模板实例。
shash_register_instance函数中接口调用情况如下所示。