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Linux加密框架的算法管理（三）_家有一希的博客-CSDN博客

动态和静态算法管理

静态算法

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
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。

动态算法

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
在加密框架中，动态算法表示为一个算法模板实例。

差异

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。

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。

算法管理链表

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
algboss.c - crypto/algboss.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin
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);case CRYPTO_MSG_ALG_LOADED:break;}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。
algboss.c - crypto/algboss.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

static int cryptomgr_schedule_probe(struct crypto_larval *larval)
{struct task_struct *thread;struct cryptomgr_param *param;const char *name = larval->alg.cra_name;const char *p;unsigned int len;int i;if (!try_module_get(THIS_MODULE))goto err;param = kzalloc(sizeof(*param), GFP_KERNEL);if (!param)goto err_put_module;for (p = name; isalnum(*p) || *p == '-' || *p == '_'; p++);len = p - name;if (!len || *p != '(')goto err_free_param;memcpy(param->template, name, len);i = 0;for (;;) {name = ++p;for (; isalnum(*p) || *p == '-' || *p == '_'; p++);if (*p == '(') {int recursion = 0;for (;;) {if (!*++p)goto err_free_param;if (*p == '(')recursion++;else if (*p == ')' && !recursion--)break;}p++;}len = p - name;if (!len)goto err_free_param;param->attrs[i].attr.rta_len = sizeof(param->attrs[i]);param->attrs[i].attr.rta_type = CRYPTOA_ALG;memcpy(param->attrs[i].data.name, name, len);param->tb[i + 1] = &param->attrs[i].attr;i++;if (i >= CRYPTO_MAX_ATTRS)goto err_free_param;if (*p == ')')break;if (*p != ',')goto err_free_param;}if (!i)goto err_free_param;param->tb[i + 1] = NULL;param->type.attr.rta_len = sizeof(param->type);param->type.attr.rta_type = CRYPTOA_TYPE;param->type.data.type = larval->alg.cra_flags & ~CRYPTO_ALG_TESTED;param->type.data.mask = larval->mask & ~CRYPTO_ALG_TESTED;param->tb[0] = &param->type.attr;param->otype = larval->alg.cra_flags;param->omask = larval->mask;crypto_alg_get(&larval->alg);param->larval = larval;thread = kthread_run(cryptomgr_probe, param, "cryptomgr_probe");if (IS_ERR(thread))goto err_put_larval;return NOTIFY_STOP;err_put_larval:crypto_alg_put(&larval->alg);
err_free_param:kfree(param);
err_put_module:module_put(THIS_MODULE);
err:return NOTIFY_OK;
}

cryptomgr_schedule_probe函数执行流程如下所示。

创建内核线程执行算法探测

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：
正则表达式
- 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。
例子
- 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)。

cryptomgr_param

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：
algboss.c - crypto/algboss.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

struct cryptomgr_param {struct rtattr *tb[CRYPTO_MAX_ATTRS + 2];struct {struct rtattr attr;struct crypto_attr_type data;} type;struct {struct rtattr attr;struct crypto_attr_alg data;} attrs[CRYPTO_MAX_ATTRS];char template[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];struct crypto_larval *larval;u32 otype;u32 omask;
};

参数介绍

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）。
type：算法类型，TLV结构，包含算法类型和屏蔽位。
attrs：基础算法名列表，TLV结构。
larval：算法幼虫名，即待创建的动态算法的算法名。
template：算法模板名。
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。
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。
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_put_larval;

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
struct completion *completion;完成量，指向算法幼虫的完成量。
目前的版本 V5.15.12已经删除这个变量

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
algboss.c - crypto/algboss.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

static int cryptomgr_probe(void *data)
{struct cryptomgr_param *param = data;struct crypto_template *tmpl;int err;tmpl = crypto_lookup_template(param->template);if (!tmpl)goto out;do {err = tmpl->create(tmpl, param->tb);} while (err == -EAGAIN && !signal_pending(current));crypto_tmpl_put(tmpl);out:complete_all(&param->larval->completion);crypto_alg_put(&param->larval->alg);kfree(param);module_put_and_exit(0);
}

处理流程如下所示

算法探测流程

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。
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
- 注意事项
- crypto_larval_error 版本5.15.11已经不再支持
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。
- 问题：
- create和alloc必须要二者选一实现，但是我没有找到证据进行论证

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。
algapi.c - crypto/algapi.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

int crypto_register_instance(struct crypto_template *tmpl,struct crypto_instance *inst)
{struct crypto_larval *larval;struct crypto_spawn *spawn;int err;err = crypto_check_alg(&inst->alg);if (err)return err;inst->alg.cra_module = tmpl->module;inst->alg.cra_flags |= CRYPTO_ALG_INSTANCE;down_write(&crypto_alg_sem);larval = ERR_PTR(-EAGAIN);for (spawn = inst->spawns; spawn;) {struct crypto_spawn *next;if (spawn->dead)goto unlock;next = spawn->next;spawn->inst = inst;spawn->registered = true;crypto_mod_put(spawn->alg);spawn = next;}larval = __crypto_register_alg(&inst->alg);if (IS_ERR(larval))goto unlock;hlist_add_head(&inst->list, &tmpl->instances);inst->tmpl = tmpl;unlock:up_write(&crypto_alg_sem);err = PTR_ERR(larval);if (IS_ERR(larval))goto err;crypto_wait_for_test(larval);err = 0;err:return err;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_register_instance);

动态算法注册流程

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。

接口调用情况

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。

同步哈希算法模板注册

shash.c - crypto/shash.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

int shash_register_instance(struct crypto_template *tmpl,struct shash_instance *inst)
{int err;if (WARN_ON(!inst->free))return -EINVAL;err = shash_prepare_alg(&inst->alg);if (err)return err;return crypto_register_instance(tmpl, shash_crypto_instance(inst));
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(shash_register_instance);

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。

接口调用