src/vnet/ipsec/ipsec.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2015 Cisco and/or its affiliates.
   3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   4  * you may not use this file except in compliance with the License.
   5  * You may obtain a copy of the License at:
   6  *
   7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   8  *
   9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  12  * See the License for the specific language governing permissions and
  13  * limitations under the License.
  14  */
  15 #ifndef __IPSEC_H__
  16 #define __IPSEC_H__
  17
  18 #include <vnet/ip/ip.h>
  19 #include <vnet/feature/feature.h>
  20
  21 #include <openssl/hmac.h>
  22 #include <openssl/rand.h>
  23 #include <openssl/evp.h>
  24
  25 #include <vppinfra/types.h>
  26 #include <vppinfra/cache.h>
  27
  28 #define IPSEC_FLAG_IPSEC_GRE_TUNNEL (1 << 0)
  29
  30 #define foreach_ipsec_output_next  \
  31   _ (DROP, "error-drop")           \
  32   _ (ESP4_ENCRYPT, "esp4-encrypt") \
  33   _ (AH4_ENCRYPT, "ah4-encrypt")   \
  34   _ (ESP6_ENCRYPT, "esp6-encrypt") \
  35   _ (AH6_ENCRYPT, "ah6-encrypt")
  36
  37 #define _(v, s) IPSEC_OUTPUT_NEXT_##v,
  38 typedef enum
  39 {
  40   foreach_ipsec_output_next
  41 #undef _
  42     IPSEC_OUTPUT_N_NEXT,
  43 } ipsec_output_next_t;
  44
  45 #define foreach_ipsec_input_next   \
  46   _ (DROP, "error-drop")           \
  47   _ (ESP4_DECRYPT, "esp4-decrypt") \
  48   _ (AH4_DECRYPT, "ah4-decrypt")   \
  49   _ (ESP6_DECRYPT, "esp6-decrypt") \
  50   _ (AH6_DECRYPT, "ah6-decrypt")
  51
  52 #define _(v, s) IPSEC_INPUT_NEXT_##v,
  53 typedef enum
  54 {
  55   foreach_ipsec_input_next
  56 #undef _
  57     IPSEC_INPUT_N_NEXT,
  58 } ipsec_input_next_t;
  59
  60 #define foreach_ipsec_policy_action \
  61   _ (0, BYPASS, "bypass")           \
  62   _ (1, DISCARD, "discard")         \
  63   _ (2, RESOLVE, "resolve")         \
  64   _ (3, PROTECT, "protect")
  65
  66 typedef enum
  67 {
  68 #define _(v, f, s) IPSEC_POLICY_ACTION_##f = v,
  69   foreach_ipsec_policy_action
  70 #undef _
  71     IPSEC_POLICY_N_ACTION,
  72 } ipsec_policy_action_t;
  73
  74 #define foreach_ipsec_crypto_alg    \
  75   _ (0, NONE, "none")               \
  76   _ (1, AES_CBC_128, "aes-cbc-128") \
  77   _ (2, AES_CBC_192, "aes-cbc-192") \
  78   _ (3, AES_CBC_256, "aes-cbc-256") \
  79   _ (4, AES_CTR_128, "aes-ctr-128") \
  80   _ (5, AES_CTR_192, "aes-ctr-192") \
  81   _ (6, AES_CTR_256, "aes-ctr-256") \
  82   _ (7, AES_GCM_128, "aes-gcm-128") \
  83   _ (8, AES_GCM_192, "aes-gcm-192") \
  84   _ (9, AES_GCM_256, "aes-gcm-256") \
  85   _ (10, DES_CBC, "des-cbc")        \
  86   _ (11, 3DES_CBC, "3des-cbc")
  87
  88 typedef enum
  89 {
  90 #define _(v, f, s) IPSEC_CRYPTO_ALG_##f = v,
  91   foreach_ipsec_crypto_alg
  92 #undef _
  93     IPSEC_CRYPTO_N_ALG,
  94 } ipsec_crypto_alg_t;
  95
  96 #define foreach_ipsec_integ_alg                                            \
  97   _ (0, NONE, "none")                                                      \
  98   _ (1, MD5_96, "md5-96")           /* RFC2403 */                          \
  99   _ (2, SHA1_96, "sha1-96")         /* RFC2404 */                          \
 100   _ (3, SHA_256_96, "sha-256-96")   /* draft-ietf-ipsec-ciph-sha-256-00 */ \
 101   _ (4, SHA_256_128, "sha-256-128") /* RFC4868 */                          \
 102   _ (5, SHA_384_192, "sha-384-192") /* RFC4868 */                          \
 103   _ (6, SHA_512_256, "sha-512-256")     /* RFC4868 */
 104
 105 typedef enum
 106 {
 107 #define _(v, f, s) IPSEC_INTEG_ALG_##f = v,
 108   foreach_ipsec_integ_alg
 109 #undef _
 110     IPSEC_INTEG_N_ALG,
 111 } ipsec_integ_alg_t;
 112
 113 typedef enum
 114 {
 115   IPSEC_PROTOCOL_AH = 0,
 116   IPSEC_PROTOCOL_ESP = 1
 117 } ipsec_protocol_t;
 118
 119 typedef struct
 120 {
 121   u32 id;
 122   u32 spi;
 123   ipsec_protocol_t protocol;
 124
 125   ipsec_crypto_alg_t crypto_alg;
 126   u8 crypto_key_len;
 127   u8 crypto_key[128];
 128
 129   ipsec_integ_alg_t integ_alg;
 130   u8 integ_key_len;
 131   u8 integ_key[128];
 132
 133   u8 use_esn;
 134   u8 use_anti_replay;
 135
 136   u8 is_tunnel;
 137   u8 is_tunnel_ip6;
 138   u8 udp_encap;
 139   ip46_address_t tunnel_src_addr;
 140   ip46_address_t tunnel_dst_addr;
 141
 142   u32 salt;
 143
 144   /* runtime */
 145   u32 seq;
 146   u32 seq_hi;
 147   u32 last_seq;
 148   u32 last_seq_hi;
 149   u64 replay_window;
 150
 151   /* lifetime data */
 152   u64 total_data_size;
 153 } ipsec_sa_t;
 154
 155 typedef struct
 156 {
 157   ip46_address_t start, stop;
 158 } ip46_address_range_t;
 159
 160 typedef struct
 161 {
 162   u16 start, stop;
 163 } port_range_t;
 164
 165 typedef struct
 166 {
 167   u8 is_add;
 168   u8 esn;
 169   u8 anti_replay;
 170   ip4_address_t local_ip, remote_ip;
 171   u32 local_spi;
 172   u32 remote_spi;
 173   ipsec_crypto_alg_t crypto_alg;
 174   u8 local_crypto_key_len;
 175   u8 local_crypto_key[128];
 176   u8 remote_crypto_key_len;
 177   u8 remote_crypto_key[128];
 178   ipsec_integ_alg_t integ_alg;
 179   u8 local_integ_key_len;
 180   u8 local_integ_key[128];
 181   u8 remote_integ_key_len;
 182   u8 remote_integ_key[128];
 183   u8 renumber;
 184   u32 show_instance;
 185   u8 udp_encap;
 186 } ipsec_add_del_tunnel_args_t;
 187
 188 typedef struct
 189 {
 190   u8 is_add;
 191   u32 local_sa_id;
 192   u32 remote_sa_id;
 193   ip4_address_t local_ip;
 194   ip4_address_t remote_ip;
 195 } ipsec_add_del_ipsec_gre_tunnel_args_t;
 196
 197 typedef enum
 198 {
 199   IPSEC_IF_SET_KEY_TYPE_NONE,
 200   IPSEC_IF_SET_KEY_TYPE_LOCAL_CRYPTO,
 201   IPSEC_IF_SET_KEY_TYPE_REMOTE_CRYPTO,
 202   IPSEC_IF_SET_KEY_TYPE_LOCAL_INTEG,
 203   IPSEC_IF_SET_KEY_TYPE_REMOTE_INTEG,
 204 } ipsec_if_set_key_type_t;
 205
 206 typedef struct
 207 {
 208   u32 id;
 209   i32 priority;
 210   u8 is_outbound;
 211
 212   // Selector
 213   u8 is_ipv6;
 214   ip46_address_range_t laddr;
 215   ip46_address_range_t raddr;
 216   u8 protocol;
 217   port_range_t lport;
 218   port_range_t rport;
 219
 220   // Policy
 221   u8 policy;
 222   u32 sa_id;
 223   u32 sa_index;
 224
 225   // Counter
 226   vlib_counter_t counter;
 227 } ipsec_policy_t;
 228
 229 typedef struct
 230 {
 231   u32 id;
 232   /* pool of policies */
 233   ipsec_policy_t *policies;
 234   /* vectors of policy indices */
 235   u32 *ipv4_outbound_policies;
 236   u32 *ipv6_outbound_policies;
 237   u32 *ipv4_inbound_protect_policy_indices;
 238   u32 *ipv4_inbound_policy_discard_and_bypass_indices;
 239   u32 *ipv6_inbound_protect_policy_indices;
 240   u32 *ipv6_inbound_policy_discard_and_bypass_indices;
 241 } ipsec_spd_t;
 242
 243 typedef struct
 244 {
 245   u32 spd_index;
 246 } ip4_ipsec_config_t;
 247
 248 typedef struct
 249 {
 250   u32 spd_index;
 251 } ip6_ipsec_config_t;
 252
 253 typedef struct
 254 {
 255   /* Required for pool_get_aligned */
 256   CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
 257   u32 input_sa_index;
 258   u32 output_sa_index;
 259   u32 hw_if_index;
 260   u32 show_instance;
 261 } ipsec_tunnel_if_t;
 262
 263 typedef clib_error_t *(*add_del_sa_sess_cb_t) (u32 sa_index, u8 is_add);
 264 typedef clib_error_t *(*check_support_cb_t) (ipsec_sa_t * sa);
 265
 266 typedef struct
 267 {
 268   u8 *name;
 269   /* add/del callback */
 270   add_del_sa_sess_cb_t add_del_sa_sess_cb;
 271   /* check support function */
 272   check_support_cb_t check_support_cb;
 273   u32 ah4_encrypt_node_index;
 274   u32 ah4_decrypt_node_index;
 275   u32 ah4_encrypt_next_index;
 276   u32 ah4_decrypt_next_index;
 277   u32 ah6_encrypt_node_index;
 278   u32 ah6_decrypt_node_index;
 279   u32 ah6_encrypt_next_index;
 280   u32 ah6_decrypt_next_index;
 281 } ipsec_ah_backend_t;
 282
 283 typedef struct
 284 {
 285   u8 *name;
 286   /* add/del callback */
 287   add_del_sa_sess_cb_t add_del_sa_sess_cb;
 288   /* check support function */
 289   check_support_cb_t check_support_cb;
 290   u32 esp4_encrypt_node_index;
 291   u32 esp4_decrypt_node_index;
 292   u32 esp4_encrypt_next_index;
 293   u32 esp4_decrypt_next_index;
 294   u32 esp6_encrypt_node_index;
 295   u32 esp6_decrypt_node_index;
 296   u32 esp6_encrypt_next_index;
 297   u32 esp6_decrypt_next_index;
 298 } ipsec_esp_backend_t;
 299
 300 typedef struct
 301 {
 302   const EVP_CIPHER *type;
 303   u8 iv_size;
 304   u8 block_size;
 305 } ipsec_proto_main_crypto_alg_t;
 306
 307 typedef struct
 308 {
 309   const EVP_MD *md;
 310   u8 trunc_size;
 311 } ipsec_proto_main_integ_alg_t;
 312
 313 typedef struct
 314 {
 315   CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
 316 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x10100000L
 317   EVP_CIPHER_CTX *encrypt_ctx;
 318 #else
 319   EVP_CIPHER_CTX encrypt_ctx;
 320 #endif
 321     CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline1);
 322 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x10100000L
 323   EVP_CIPHER_CTX *decrypt_ctx;
 324 #else
 325   EVP_CIPHER_CTX decrypt_ctx;
 326 #endif
 327     CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline2);
 328 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x10100000L
 329   HMAC_CTX *hmac_ctx;
 330 #else
 331   HMAC_CTX hmac_ctx;
 332 #endif
 333   ipsec_crypto_alg_t last_encrypt_alg;
 334   ipsec_crypto_alg_t last_decrypt_alg;
 335   ipsec_integ_alg_t last_integ_alg;
 336 } ipsec_proto_main_per_thread_data_t;
 337
 338 typedef struct
 339 {
 340   ipsec_proto_main_crypto_alg_t *ipsec_proto_main_crypto_algs;
 341   ipsec_proto_main_integ_alg_t *ipsec_proto_main_integ_algs;
 342   ipsec_proto_main_per_thread_data_t *per_thread_data;
 343 } ipsec_proto_main_t;
 344
 345 extern ipsec_proto_main_t ipsec_proto_main;
 346
 347 typedef struct
 348 {
 349   /* pool of tunnel instances */
 350   ipsec_spd_t *spds;
 351   ipsec_sa_t *sad;
 352
 353   /* pool of tunnel interfaces */
 354   ipsec_tunnel_if_t *tunnel_interfaces;
 355   u32 *free_tunnel_if_indices;
 356
 357   u32 **empty_buffers;
 358
 359   uword *tunnel_index_by_key;
 360
 361   /* convenience */
 362   vlib_main_t *vlib_main;
 363   vnet_main_t *vnet_main;
 364
 365   /* next node indices */
 366   u32 feature_next_node_index[32];
 367
 368   /* hashes */
 369   uword *spd_index_by_spd_id;
 370   uword *spd_index_by_sw_if_index;
 371   uword *sa_index_by_sa_id;
 372   uword *ipsec_if_pool_index_by_key;
 373   uword *ipsec_if_real_dev_by_show_dev;
 374
 375   /* node indices */
 376   u32 error_drop_node_index;
 377   u32 esp4_encrypt_node_index;
 378   u32 esp4_decrypt_node_index;
 379   u32 ah4_encrypt_node_index;
 380   u32 ah4_decrypt_node_index;
 381   u32 esp6_encrypt_node_index;
 382   u32 esp6_decrypt_node_index;
 383   u32 ah6_encrypt_node_index;
 384   u32 ah6_decrypt_node_index;
 385   /* next node indices */
 386   u32 esp4_encrypt_next_index;
 387   u32 esp4_decrypt_next_index;
 388   u32 ah4_encrypt_next_index;
 389   u32 ah4_decrypt_next_index;
 390   u32 esp6_encrypt_next_index;
 391   u32 esp6_decrypt_next_index;
 392   u32 ah6_encrypt_next_index;
 393   u32 ah6_decrypt_next_index;
 394
 395   /* pool of ah backends */
 396   ipsec_ah_backend_t *ah_backends;
 397   /* pool of esp backends */
 398   ipsec_esp_backend_t *esp_backends;
 399   /* index of current ah backend */
 400   u32 ah_current_backend;
 401   /* index of current esp backend */
 402   u32 esp_current_backend;
 403   /* index of default ah backend */
 404   u32 ah_default_backend;
 405   /* index of default esp backend */
 406   u32 esp_default_backend;
 407
 408   /* helper for sort function */
 409   ipsec_spd_t *spd_to_sort;
 410 } ipsec_main_t;
 411
 412 extern ipsec_main_t ipsec_main;
 413
 414 clib_error_t *ipsec_add_del_sa_sess_cb (ipsec_main_t * im, u32 sa_index,
 415                                         u8 is_add);
 416
 417 clib_error_t *ipsec_check_support_cb (ipsec_main_t * im, ipsec_sa_t * sa);
 418
 419 extern vlib_node_registration_t esp4_encrypt_node;
 420 extern vlib_node_registration_t esp4_decrypt_node;
 421 extern vlib_node_registration_t ah4_encrypt_node;
 422 extern vlib_node_registration_t ah4_decrypt_node;
 423 extern vlib_node_registration_t esp6_encrypt_node;
 424 extern vlib_node_registration_t esp6_decrypt_node;
 425 extern vlib_node_registration_t ah6_encrypt_node;
 426 extern vlib_node_registration_t ah6_decrypt_node;
 427 extern vlib_node_registration_t ipsec_if_input_node;
 428
 429 /*
 430  * functions
 431  */
 432 int ipsec_set_interface_spd (vlib_main_t * vm, u32 sw_if_index, u32 spd_id,
 433                              int is_add);
 434 int ipsec_add_del_spd (vlib_main_t * vm, u32 spd_id, int is_add);
 435 int ipsec_add_del_policy (vlib_main_t * vm, ipsec_policy_t * policy,
 436                           int is_add);
 437 int ipsec_add_del_sa (vlib_main_t * vm, ipsec_sa_t * new_sa, int is_add);
 438 int ipsec_set_sa_key (vlib_main_t * vm, ipsec_sa_t * sa_update);
 439
 440 u32 ipsec_get_sa_index_by_sa_id (u32 sa_id);
 441 u8 ipsec_is_sa_used (u32 sa_index);
 442 u8 *format_ipsec_policy_action (u8 * s, va_list * args);
 443 u8 *format_ipsec_crypto_alg (u8 * s, va_list * args);
 444 u8 *format_ipsec_integ_alg (u8 * s, va_list * args);
 445 u8 *format_ipsec_replay_window (u8 * s, va_list * args);
 446 uword unformat_ipsec_policy_action (unformat_input_t * input, va_list * args);
 447 uword unformat_ipsec_crypto_alg (unformat_input_t * input, va_list * args);
 448 uword unformat_ipsec_integ_alg (unformat_input_t * input, va_list * args);
 449
 450 int ipsec_add_del_tunnel_if_internal (vnet_main_t * vnm,
 451                                       ipsec_add_del_tunnel_args_t * args,
 452                                       u32 * sw_if_index);
 453 int ipsec_add_del_tunnel_if (ipsec_add_del_tunnel_args_t * args);
 454 int ipsec_add_del_ipsec_gre_tunnel (vnet_main_t * vnm,
 455                                     ipsec_add_del_ipsec_gre_tunnel_args_t *
 456                                     args);
 457 int ipsec_set_interface_key (vnet_main_t * vnm, u32 hw_if_index,
 458                              ipsec_if_set_key_type_t type, u8 alg, u8 * key);
 459 int ipsec_set_interface_sa (vnet_main_t * vnm, u32 hw_if_index, u32 sa_id,
 460                             u8 is_outbound);
 461
 462 /*
 463  *  inline functions
 464  */
 465
 466 always_inline void
 467 ipsec_alloc_empty_buffers (vlib_main_t * vm, ipsec_main_t * im)
 468 {
 469   u32 thread_index = vm->thread_index;
 470   uword l = vec_len (im->empty_buffers[thread_index]);
 471   uword n_alloc = 0;
 472
 473   if (PREDICT_FALSE (l < VLIB_FRAME_SIZE))
 474     {
 475       if (!im->empty_buffers[thread_index])
 476         {
 477           vec_alloc (im->empty_buffers[thread_index], 2 * VLIB_FRAME_SIZE);
 478         }
 479
 480       n_alloc = vlib_buffer_alloc (vm, im->empty_buffers[thread_index] + l,
 481                                    2 * VLIB_FRAME_SIZE - l);
 482
 483       _vec_len (im->empty_buffers[thread_index]) = l + n_alloc;
 484     }
 485 }
 486
 487 static_always_inline u32
 488 get_next_output_feature_node_index (vlib_buffer_t * b,
 489                                     vlib_node_runtime_t * nr)
 490 {
 491   u32 next;
 492   vlib_main_t *vm = vlib_get_main ();
 493   vlib_node_t *node = vlib_get_node (vm, nr->node_index);
 494
 495   vnet_feature_next (&next, b);
 496   return node->next_nodes[next];
 497 }
 498
 499 u32 ipsec_register_ah_backend (vlib_main_t * vm, ipsec_main_t * im,
 500                                const char *name,
 501                                const char *ah4_encrypt_node_name,
 502                                const char *ah4_decrypt_node_name,
 503                                const char *ah6_encrypt_node_name,
 504                                const char *ah6_decrypt_node_name,
 505                                check_support_cb_t ah_check_support_cb,
 506                                add_del_sa_sess_cb_t ah_add_del_sa_sess_cb);
 507
 508 u32 ipsec_register_esp_backend (vlib_main_t * vm, ipsec_main_t * im,
 509                                 const char *name,
 510                                 const char *esp4_encrypt_node_name,
 511                                 const char *esp4_decrypt_node_name,
 512                                 const char *esp6_encrypt_node_name,
 513                                 const char *esp6_decrypt_node_name,
 514                                 check_support_cb_t esp_check_support_cb,
 515                                 add_del_sa_sess_cb_t esp_add_del_sa_sess_cb);
 516
 517 int ipsec_select_ah_backend (ipsec_main_t * im, u32 ah_backend_idx);
 518 int ipsec_select_esp_backend (ipsec_main_t * im, u32 esp_backend_idx);
 519 #endif /* __IPSEC_H__ */
 520
 521 /*
 522  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 523  *
 524  * Local Variables:
 525  * eval: (c-set-style "gnu")
 526  * End:
 527  */