doc/guides/sample_app_ug/ipsec_secgw.rst

   1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2     Copyright(c) 2016-2017 Intel Corporation.
   3
   4 IPsec Security Gateway Sample Application
   5 =========================================
   6
   7 The IPsec Security Gateway application is an example of a "real world"
   8 application using DPDK cryptodev framework.
   9
  10 Overview
  11 --------
  12
  13 The application demonstrates the implementation of a Security Gateway
  14 (not IPsec compliant, see the Constraints section below) using DPDK based on RFC4301,
  15 RFC4303, RFC3602 and RFC2404.
  16
  17 Internet Key Exchange (IKE) is not implemented, so only manual setting of
  18 Security Policies and Security Associations is supported.
  19
  20 The Security Policies (SP) are implemented as ACL rules, the Security
  21 Associations (SA) are stored in a table and the routing is implemented
  22 using LPM.
  23
  24 The application classifies the ports as *Protected* and *Unprotected*.
  25 Thus, traffic received on an Unprotected or Protected port is consider
  26 Inbound or Outbound respectively.
  27
  28 The application also supports complete IPSec protocol offload to hardware
  29 (Look aside crypto accelarator or using ethernet device). It also support
  30 inline ipsec processing by the supported ethernet device during transmission.
  31 These modes can be selected during the SA creation configuration.
  32
  33 In case of complete protocol offload, the processing of headers(ESP and outer
  34 IP header) is done by the hardware and the application does not need to
  35 add/remove them during outbound/inbound processing.
  36
  37 For inline offloaded outbound traffic, the application will not do the LPM
  38 lookup for routing, as the port on which the packet has to be forwarded will be
  39 part of the SA. Security parameters will be configured on that port only, and
  40 sending the packet on other ports could result in unencrypted packets being
  41 sent out.
  42
  43 The Path for IPsec Inbound traffic is:
  44
  45 *  Read packets from the port.
  46 *  Classify packets between IPv4 and ESP.
  47 *  Perform Inbound SA lookup for ESP packets based on their SPI.
  48 *  Perform Verification/Decryption (Not needed in case of inline ipsec).
  49 *  Remove ESP and outer IP header (Not needed in case of protocol offload).
  50 *  Inbound SP check using ACL of decrypted packets and any other IPv4 packets.
  51 *  Routing.
  52 *  Write packet to port.
  53
  54 The Path for the IPsec Outbound traffic is:
  55
  56 *  Read packets from the port.
  57 *  Perform Outbound SP check using ACL of all IPv4 traffic.
  58 *  Perform Outbound SA lookup for packets that need IPsec protection.
  59 *  Add ESP and outer IP header (Not needed in case protocol offload).
  60 *  Perform Encryption/Digest (Not needed in case of inline ipsec).
  61 *  Routing.
  62 *  Write packet to port.
  63
  64
  65 Constraints
  66 -----------
  67
  68 *  No IPv6 options headers.
  69 *  No AH mode.
  70 *  Supported algorithms: AES-CBC, AES-CTR, AES-GCM, 3DES-CBC, HMAC-SHA1 and NULL.
  71 *  Each SA must be handle by a unique lcore (*1 RX queue per port*).
  72 *  No chained mbufs.
  73
  74 Compiling the Application
  75 -------------------------
  76
  77 To compile the sample application see :doc:`compiling`.
  78
  79 The application is located in the ``rpsec-secgw`` sub-directory.
  80
  81 #. [Optional] Build the application for debugging:
  82    This option adds some extra flags, disables compiler optimizations and
  83    is verbose::
  84
  85        make DEBUG=1
  86
  87
  88 Running the Application
  89 -----------------------
  90
  91 The application has a number of command line options::
  92
  93
  94    ./build/ipsec-secgw [EAL options] --
  95                         -p PORTMASK -P -u PORTMASK -j FRAMESIZE
  96                         --config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore]
  97                         --single-sa SAIDX
  98                         -f CONFIG_FILE_PATH
  99
 100 Where:
 101
 102 *   ``-p PORTMASK``: Hexadecimal bitmask of ports to configure.
 103
 104 *   ``-P``: *optional*. Sets all ports to promiscuous mode so that packets are
 105     accepted regardless of the packet's Ethernet MAC destination address.
 106     Without this option, only packets with the Ethernet MAC destination address
 107     set to the Ethernet address of the port are accepted (default is enabled).
 108
 109 *   ``-u PORTMASK``: hexadecimal bitmask of unprotected ports
 110
 111 *   ``-j FRAMESIZE``: *optional*. Enables jumbo frames with the maximum size
 112     specified as FRAMESIZE. If an invalid value is provided as FRAMESIZE
 113     then the default value 9000 is used.
 114
 115 *   ``--config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]``: determines which queues
 116     from which ports are mapped to which cores.
 117
 118 *   ``--single-sa SAIDX``: use a single SA for outbound traffic, bypassing the SP
 119     on both Inbound and Outbound. This option is meant for debugging/performance
 120     purposes.
 121
 122 *   ``-f CONFIG_FILE_PATH``: the full path of text-based file containing all
 123     configuration items for running the application (See Configuration file
 124     syntax section below). ``-f CONFIG_FILE_PATH`` **must** be specified.
 125     **ONLY** the UNIX format configuration file is accepted.
 126
 127
 128 The mapping of lcores to port/queues is similar to other l3fwd applications.
 129
 130 For example, given the following command line::
 131
 132     ./build/ipsec-secgw -l 20,21 -n 4 --socket-mem 0,2048       \
 133            --vdev "crypto_null" -- -p 0xf -P -u 0x3      \
 134            --config="(0,0,20),(1,0,20),(2,0,21),(3,0,21)"       \
 135            -f /path/to/config_file                              \
 136
 137 where each options means:
 138
 139 *   The ``-l`` option enables cores 20 and 21.
 140
 141 *   The ``-n`` option sets memory 4 channels.
 142
 143 *   The ``--socket-mem`` to use 2GB on socket 1.
 144
 145 *   The ``--vdev "crypto_null"`` option creates virtual NULL cryptodev PMD.
 146
 147 *   The ``-p`` option enables ports (detected) 0, 1, 2 and 3.
 148
 149 *   The ``-P`` option enables promiscuous mode.
 150
 151 *   The ``-u`` option sets ports 1 and 2 as unprotected, leaving 2 and 3 as protected.
 152
 153 *   The ``--config`` option enables one queue per port with the following mapping:
 154
 155     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 156     | **Port** | **Queue** | **lcore** | **Description**                       |
 157     |          |           |           |                                       |
 158     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 159     | 0        | 0         | 20        | Map queue 0 from port 0 to lcore 20.  |
 160     |          |           |           |                                       |
 161     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 162     | 1        | 0         | 20        | Map queue 0 from port 1 to lcore 20.  |
 163     |          |           |           |                                       |
 164     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 165     | 2        | 0         | 21        | Map queue 0 from port 2 to lcore 21.  |
 166     |          |           |           |                                       |
 167     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 168     | 3        | 0         | 21        | Map queue 0 from port 3 to lcore 21.  |
 169     |          |           |           |                                       |
 170     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 171
 172 *   The ``-f /path/to/config_file`` option enables the application read and
 173     parse the configuration file specified, and configures the application
 174     with a given set of SP, SA and Routing entries accordingly. The syntax of
 175     the configuration file will be explained below in more detail. Please
 176     **note** the parser only accepts UNIX format text file. Other formats
 177     such as DOS/MAC format will cause a parse error.
 178
 179 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running
 180 applications and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
 181
 182 The application would do a best effort to "map" crypto devices to cores, with
 183 hardware devices having priority. Basically, hardware devices if present would
 184 be assigned to a core before software ones.
 185 This means that if the application is using a single core and both hardware
 186 and software crypto devices are detected, hardware devices will be used.
 187
 188 A way to achieve the case where you want to force the use of virtual crypto
 189 devices is to whitelist the Ethernet devices needed and therefore implicitly
 190 blacklisting all hardware crypto devices.
 191
 192 For example, something like the following command line:
 193
 194 .. code-block:: console
 195
 196     ./build/ipsec-secgw -l 20,21 -n 4 --socket-mem 0,2048 \
 197             -w 81:00.0 -w 81:00.1 -w 81:00.2 -w 81:00.3 \
 198             --vdev "crypto_aesni_mb" --vdev "crypto_null" \
 199             -- \
 200             -p 0xf -P -u 0x3 --config="(0,0,20),(1,0,20),(2,0,21),(3,0,21)" \
 201             -f sample.cfg
 202
 203
 204 Configurations
 205 --------------
 206
 207 The following sections provide the syntax of configurations to initialize
 208 your SP, SA and Routing tables.
 209 Configurations shall be specified in the configuration file to be passed to
 210 the application. The file is then parsed by the application. The successful
 211 parsing will result in the appropriate rules being applied to the tables
 212 accordingly.
 213
 214
 215 Configuration File Syntax
 216 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 217
 218 As mention in the overview, the Security Policies are ACL rules.
 219 The application parsers the rules specified in the configuration file and
 220 passes them to the ACL table, and replicates them per socket in use.
 221
 222 Following are the configuration file syntax.
 223
 224 General rule syntax
 225 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 226
 227 The parse treats one line in the configuration file as one configuration
 228 item (unless the line concatenation symbol exists). Every configuration
 229 item shall follow the syntax of either SP, SA, or Routing rules specified
 230 below.
 231
 232 The configuration parser supports the following special symbols:
 233
 234  * Comment symbol **#**. Any character from this symbol to the end of
 235    line is treated as comment and will not be parsed.
 236
 237  * Line concatenation symbol **\\**. This symbol shall be placed in the end
 238    of the line to be concatenated to the line below. Multiple lines'
 239    concatenation is supported.
 240
 241
 242 SP rule syntax
 243 ^^^^^^^^^^^^^^
 244
 245 The SP rule syntax is shown as follows:
 246
 247 .. code-block:: console
 248
 249     sp <ip_ver> <dir> esp <action> <priority> <src_ip> <dst_ip>
 250     <proto> <sport> <dport>
 251
 252
 253 where each options means:
 254
 255 ``<ip_ver>``
 256
 257  * IP protocol version
 258
 259  * Optional: No
 260
 261  * Available options:
 262
 263    * *ipv4*: IP protocol version 4
 264    * *ipv6*: IP protocol version 6
 265
 266 ``<dir>``
 267
 268  * The traffic direction
 269
 270  * Optional: No
 271
 272  * Available options:
 273
 274    * *in*: inbound traffic
 275    * *out*: outbound traffic
 276
 277 ``<action>``
 278
 279  * IPsec action
 280
 281  * Optional: No
 282
 283  * Available options:
 284
 285    * *protect <SA_idx>*: the specified traffic is protected by SA rule
 286      with id SA_idx
 287    * *bypass*: the specified traffic traffic is bypassed
 288    * *discard*: the specified traffic is discarded
 289
 290 ``<priority>``
 291
 292  * Rule priority
 293
 294  * Optional: Yes, default priority 0 will be used
 295
 296  * Syntax: *pri <id>*
 297
 298 ``<src_ip>``
 299
 300  * The source IP address and mask
 301
 302  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 303
 304  * Syntax:
 305
 306    * *src X.X.X.X/Y* for IPv4
 307    * *src XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 308
 309 ``<dst_ip>``
 310
 311  * The destination IP address and mask
 312
 313  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 314
 315  * Syntax:
 316
 317    * *dst X.X.X.X/Y* for IPv4
 318    * *dst XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 319
 320 ``<proto>``
 321
 322  * The protocol start and end range
 323
 324  * Optional: yes, default range of 0 to 0 will be used
 325
 326  * Syntax: *proto X:Y*
 327
 328 ``<sport>``
 329
 330  * The source port start and end range
 331
 332  * Optional: yes, default range of 0 to 0 will be used
 333
 334  * Syntax: *sport X:Y*
 335
 336 ``<dport>``
 337
 338  * The destination port start and end range
 339
 340  * Optional: yes, default range of 0 to 0 will be used
 341
 342  * Syntax: *dport X:Y*
 343
 344 Example SP rules:
 345
 346 .. code-block:: console
 347
 348     sp ipv4 out esp protect 105 pri 1 dst 192.168.115.0/24 sport 0:65535 \
 349     dport 0:65535
 350
 351     sp ipv6 in esp bypass pri 1 dst 0000:0000:0000:0000:5555:5555:\
 352     0000:0000/96 sport 0:65535 dport 0:65535
 353
 354
 355 SA rule syntax
 356 ^^^^^^^^^^^^^^
 357
 358 The successfully parsed SA rules will be stored in an array table.
 359
 360 The SA rule syntax is shown as follows:
 361
 362 .. code-block:: console
 363
 364     sa <dir> <spi> <cipher_algo> <cipher_key> <auth_algo> <auth_key>
 365     <mode> <src_ip> <dst_ip> <action_type> <port_id>
 366
 367 where each options means:
 368
 369 ``<dir>``
 370
 371  * The traffic direction
 372
 373  * Optional: No
 374
 375  * Available options:
 376
 377    * *in*: inbound traffic
 378    * *out*: outbound traffic
 379
 380 ``<spi>``
 381
 382  * The SPI number
 383
 384  * Optional: No
 385
 386  * Syntax: unsigned integer number
 387
 388 ``<cipher_algo>``
 389
 390  * Cipher algorithm
 391
 392  * Optional: Yes, unless <aead_algo> is not used
 393
 394  * Available options:
 395
 396    * *null*: NULL algorithm
 397    * *aes-128-cbc*: AES-CBC 128-bit algorithm
 398    * *aes-256-cbc*: AES-CBC 256-bit algorithm
 399    * *aes-128-ctr*: AES-CTR 128-bit algorithm
 400    * *3des-cbc*: 3DES-CBC 192-bit algorithm
 401
 402  * Syntax: *cipher_algo <your algorithm>*
 403
 404 ``<cipher_key>``
 405
 406  * Cipher key, NOT available when 'null' algorithm is used
 407
 408  * Optional: Yes, unless <aead_algo> is not used.
 409    Must be followed by <cipher_algo> option
 410
 411  * Syntax: Hexadecimal bytes (0x0-0xFF) concatenate by colon symbol ':'.
 412    The number of bytes should be as same as the specified cipher algorithm
 413    key size.
 414
 415    For example: *cipher_key A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:
 416    A1:B2:C3:D4*
 417
 418 ``<auth_algo>``
 419
 420  * Authentication algorithm
 421
 422  * Optional: Yes, unless <aead_algo> is not used
 423
 424  * Available options:
 425
 426     * *null*: NULL algorithm
 427     * *sha1-hmac*: HMAC SHA1 algorithm
 428
 429 ``<auth_key>``
 430
 431  * Authentication key, NOT available when 'null' or 'aes-128-gcm' algorithm
 432    is used.
 433
 434  * Optional: Yes, unless <aead_algo> is not used.
 435    Must be followed by <auth_algo> option
 436
 437  * Syntax: Hexadecimal bytes (0x0-0xFF) concatenate by colon symbol ':'.
 438    The number of bytes should be as same as the specified authentication
 439    algorithm key size.
 440
 441    For example: *auth_key A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:
 442    A1:B2:C3:D4*
 443
 444 ``<aead_algo>``
 445
 446  * AEAD algorithm
 447
 448  * Optional: Yes, unless <cipher_algo> and <auth_algo> are not used
 449
 450  * Available options:
 451
 452    * *aes-128-gcm*: AES-GCM 128-bit algorithm
 453
 454  * Syntax: *cipher_algo <your algorithm>*
 455
 456 ``<aead_key>``
 457
 458  * Cipher key, NOT available when 'null' algorithm is used
 459
 460  * Optional: Yes, unless <cipher_algo> and <auth_algo> are not used.
 461    Must be followed by <aead_algo> option
 462
 463  * Syntax: Hexadecimal bytes (0x0-0xFF) concatenate by colon symbol ':'.
 464    The number of bytes should be as same as the specified AEAD algorithm
 465    key size.
 466
 467    For example: *aead_key A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:
 468    A1:B2:C3:D4*
 469
 470 ``<mode>``
 471
 472  * The operation mode
 473
 474  * Optional: No
 475
 476  * Available options:
 477
 478    * *ipv4-tunnel*: Tunnel mode for IPv4 packets
 479    * *ipv6-tunnel*: Tunnel mode for IPv6 packets
 480    * *transport*: transport mode
 481
 482  * Syntax: mode XXX
 483
 484 ``<src_ip>``
 485
 486  * The source IP address. This option is not available when
 487    transport mode is used
 488
 489  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 will be used
 490
 491  * Syntax:
 492
 493    * *src X.X.X.X* for IPv4
 494    * *src XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX* for IPv6
 495
 496 ``<dst_ip>``
 497
 498  * The destination IP address. This option is not available when
 499    transport mode is used
 500
 501  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 will be used
 502
 503  * Syntax:
 504
 505    * *dst X.X.X.X* for IPv4
 506    * *dst XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX* for IPv6
 507
 508 ``<type>``
 509
 510  * Action type to specify the security action. This option specify
 511    the SA to be performed with look aside protocol offload to HW
 512    accelerator or protocol offload on ethernet device or inline
 513    crypto processing on the ethernet device during transmission.
 514
 515  * Optional: Yes, default type *no-offload*
 516
 517  * Available options:
 518
 519    * *lookaside-protocol-offload*: look aside protocol offload to HW accelerator
 520    * *inline-protocol-offload*: inline protocol offload on ethernet device
 521    * *inline-crypto-offload*: inline crypto processing on ethernet device
 522    * *no-offload*: no offloading to hardware
 523
 524  ``<port_id>``
 525
 526  * Port/device ID of the ethernet/crypto accelerator for which the SA is
 527    configured. For *inline-crypto-offload* and *inline-protocol-offload*, this
 528    port will be used for routing. The routing table will not be referred in
 529    this case.
 530
 531  * Optional: No, if *type* is not *no-offload*
 532
 533  * Syntax:
 534
 535    * *port_id X* X is a valid device number in decimal
 536
 537
 538 Example SA rules:
 539
 540 .. code-block:: console
 541
 542     sa out 5 cipher_algo null auth_algo null mode ipv4-tunnel \
 543     src 172.16.1.5 dst 172.16.2.5
 544
 545     sa out 25 cipher_algo aes-128-cbc \
 546     cipher_key c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3 \
 547     auth_algo sha1-hmac \
 548     auth_key c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3 \
 549     mode ipv6-tunnel \
 550     src 1111:1111:1111:1111:1111:1111:1111:5555 \
 551     dst 2222:2222:2222:2222:2222:2222:2222:5555
 552
 553     sa in 105 aead_algo aes-128-gcm \
 554     aead_key de:ad:be:ef:de:ad:be:ef:de:ad:be:ef:de:ad:be:ef:de:ad:be:ef \
 555     mode ipv4-tunnel src 172.16.2.5 dst 172.16.1.5
 556
 557     sa out 5 cipher_algo aes-128-cbc cipher_key 0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0 \
 558     auth_algo sha1-hmac auth_key 0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0 \
 559     mode ipv4-tunnel src 172.16.1.5 dst 172.16.2.5 \
 560     type lookaside-protocol-offload port_id 4
 561
 562 Routing rule syntax
 563 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 564
 565 The Routing rule syntax is shown as follows:
 566
 567 .. code-block:: console
 568
 569     rt <ip_ver> <src_ip> <dst_ip> <port>
 570
 571
 572 where each options means:
 573
 574 ``<ip_ver>``
 575
 576  * IP protocol version
 577
 578  * Optional: No
 579
 580  * Available options:
 581
 582    * *ipv4*: IP protocol version 4
 583    * *ipv6*: IP protocol version 6
 584
 585 ``<src_ip>``
 586
 587  * The source IP address and mask
 588
 589  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 590
 591  * Syntax:
 592
 593    * *src X.X.X.X/Y* for IPv4
 594    * *src XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 595
 596 ``<dst_ip>``
 597
 598  * The destination IP address and mask
 599
 600  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 601
 602  * Syntax:
 603
 604    * *dst X.X.X.X/Y* for IPv4
 605    * *dst XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 606
 607 ``<port>``
 608
 609  * The traffic output port id
 610
 611  * Optional: yes, default output port 0 will be used
 612
 613  * Syntax: *port X*
 614
 615 Example SP rules:
 616
 617 .. code-block:: console
 618
 619     rt ipv4 dst 172.16.1.5/32 port 0
 620
 621     rt ipv6 dst 1111:1111:1111:1111:1111:1111:1111:5555/116 port 0