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Linux加密框架應用示例（二）_家有一希的博客-CSDN博客
linux加密框架 crypto 算法管理 - 應用角度講解加密框架的運行流程_CHYabc123456hh的博客-CSDN博客

在應用模塊中創建并初始化哈希算法實例

假設某個SA配置使用的認證算法為"hmac(md5)"（即x->aalg->alg_name為"hmac(md5)"），在調用ah_init_state函數初始化SA狀態時，將創建認證算法對應的異步哈希算法實例ahash，并設置HMAC密鑰（密鑰數據保存在SA中，即x->aalg->alg_key）

?ah_init_state函數

調用ah_init_state函數初始化SA狀態

static int ah_init_state(struct xfrm_state *x)
{struct ah_data *ahp = NULL;struct xfrm_algo_desc *aalg_desc;struct crypto_ahash *ahash;if (!x->aalg)goto error;if (x->encap)goto error;ahp = kzalloc(sizeof(*ahp), GFP_KERNEL);if (!ahp)return -ENOMEM;ahash = crypto_alloc_ahash(x->aalg->alg_name, 0, 0);if (IS_ERR(ahash))goto error;ahp->ahash = ahash;if (crypto_ahash_setkey(ahash, x->aalg->alg_key,(x->aalg->alg_key_len + 7) / 8))goto error;/** Lookup the algorithm description maintained by xfrm_algo,* verify crypto transform properties, and store information* we need for AH processing.  This lookup cannot fail here* after a successful crypto_alloc_ahash().*/aalg_desc = xfrm_aalg_get_byname(x->aalg->alg_name, 0);BUG_ON(!aalg_desc);if (aalg_desc->uinfo.auth.icv_fullbits/8 !=crypto_ahash_digestsize(ahash)) {pr_info("%s: %s digestsize %u != %hu\n",__func__, x->aalg->alg_name,crypto_ahash_digestsize(ahash),aalg_desc->uinfo.auth.icv_fullbits / 8);goto error;}ahp->icv_full_len = aalg_desc->uinfo.auth.icv_fullbits/8;ahp->icv_trunc_len = x->aalg->alg_trunc_len/8;if (x->props.flags & XFRM_STATE_ALIGN4)x->props.header_len = XFRM_ALIGN4(sizeof(struct ip_auth_hdr) +ahp->icv_trunc_len);elsex->props.header_len = XFRM_ALIGN8(sizeof(struct ip_auth_hdr) +ahp->icv_trunc_len);if (x->props.mode == XFRM_MODE_TUNNEL)x->props.header_len += sizeof(struct iphdr);x->data = ahp;return 0;error:if (ahp) {crypto_free_ahash(ahp->ahash);kfree(ahp);}return -EINVAL;
}

創建認證算法對應的異步哈希算法實例ahash

	ahash = crypto_alloc_ahash(x->aalg->alg_name, 0, 0);if (IS_ERR(ahash))goto error;

并設置HMAC密鑰（密鑰數據保存在SA中，即x->aalg->alg_key）

	ahp->ahash = ahash;if (crypto_ahash_setkey(ahash, x->aalg->alg_key,(x->aalg->alg_key_len + 7) / 8))goto error;

	/* Data for transformer */struct xfrm_algo_auth	*aalg;   //認證算法struct xfrm_algo	*ealg;       //加密算法struct xfrm_algo	*calg;       //壓縮算法struct xfrm_algo_aead	*aead;   //AEAD算法

這一塊有點繞
由于默認算法以異步方式實現，因此在ah_init_state函數中將調用crypto_alloc_ahash函數創建與認證算法"hmac(md5)"對應的異步哈希算法實例，記為hmac_md5_ahash。
由于MD5算法是以同步方式實現的，由其衍生的"hmac(md5)"算法也是以同步方式實現的，因此也會同步創建"hmac(md5)"算法的同步哈希算法實例，記為hmac_md5_shash。
由于"hmac(md5)"算法是在MD5算法基礎上構造的，具體的算法運算由MD5算法實現，因此還會同步創建MD5算法的同步哈希算法實例，記為md5_shash。
綜上所述，調用crypto_alloc_ahash函數實際上創建了三個算法實例，其中hmac_md5_ahash是面向具體算法應用（如IPSEC模塊）的，md5_shash是面向具體算法實現（如MD5算法）的，hmac_md5_shash負責將hmac_md5_ahash和md5_shash兩個算法實例串聯在一起，三個算法實例的關系如下所示。

在這里插入圖片描述

創建哈希算法實例hmac_md5_ahash

下面將按照函數調用關系逐步說明如何創建哈希算法實例hmac_md5_ahash。

1）ah_init_state函數

ah_init_state函數調用crypto_alloc_ahash函數異步哈希算法實例hmac_md5_ahash時，輸入參數包括算法alg_name（=“hmac(md5)”）、算法類型type（=0）和算法類型屏蔽字mask（=0）

	ahash = crypto_alloc_ahash(x->aalg->alg_name, 0, 0);if (IS_ERR(ahash))goto error;

從函數的輸入參數可知，ah_init_state函數不關心認證算法的實現方式，只關心是否有可提供服務的認證算法。

2）crypto_alloc_ahash函數

實際上crypto_alloc_ahash函數是一個包裹函數（wrapper），具體工作由crypto_alloc_tfm函數實現。crypto_alloc_tfm函數繼承了調用者所有的輸入參數。
ahash.c - crypto/ahash.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin
由于crypto_alloc_tfm函數并不是創建特定的算法實例（即特定數據結構指針），而是返回一個通用指針（即void *），由調用者具體解釋通用指針的含義（即將通用指針轉換為特定算法實例數據結構指針）。不同類型算法實例占用的內存空間不同、初始化流程存在差異，這些不同和差異由crypto_alloc_tfm函數的輸入參數frontend說明，在這里參數frontend按照字面理解為算法前端，按照數據結構實際上就是算法類型常量指針。
frontend的類型是?crypto_type
internal.h - crypto/internal.h - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin??
由于crypto_alloc_ahash函數用于創建異步哈希算法實例，因此在調用crypto_alloc_tfm函數時傳遞的frontend參數為異步哈希算法類型常量crypto_shash_type，調用結束后將crypto_alloc_tfm函數返回地通用指針隱式地強制轉換為異步哈希算法實例指針。

3）crypto_alloc_tfm函數

api.c - crypto/api.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin
crypto_alloc_tfm函數內部調用? crypto_alloc_tfm_node 函數
crypto_alloc_tfm_node 函數的基本邏輯是先調用crypto_find_alg函數查找符合條件（包括算法名alg_name、算法類型type和算法類型屏蔽字）的算法alg，然后再調用crypto_create_tfm_node函數創建與算法alg關聯的算法實例tfm。

void *crypto_alloc_tfm_node(const char *alg_name,const struct crypto_type *frontend, u32 type, u32 mask,int node)
{void *tfm;int err;for (;;) {struct crypto_alg *alg;alg = crypto_find_alg(alg_name, frontend, type, mask);if (IS_ERR(alg)) {err = PTR_ERR(alg);goto err;}tfm = crypto_create_tfm_node(alg, frontend, node);if (!IS_ERR(tfm))return tfm;crypto_mod_put(alg);err = PTR_ERR(tfm);err:if (err != -EAGAIN)break;if (fatal_signal_pending(current)) {err = -EINTR;break;}}return ERR_PTR(err);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_alloc_tfm_node);

假設第一次使用"hmac(md5)“算法，算法查找不命中，因此加密框架將根據算法模板（HMAC模板）和基礎算法（MD5算法）動態創建新的算法（通用算法說明記為hmac_md5_alg）并注冊。
截至到目前為止，函數接口調用關系如下圖所示

? 在這里插入圖片描述

?crypto_find_alg 函數調用之前，alg_name指代hmac(md5)，crypto_find_alg函數轉化之后輸出alg，alg已經指定的是hmac_md5_alg

3. 創建動態算法"hmac(md5)”

1）crypto_find_alg函數
crypto_find_alg函數的主要功能是確認算法查找的預期算法類型（包括算法類型type以及算法類型屏蔽字mask）和算法查找接口lookup
api.c - crypto/api.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

struct crypto_alg *crypto_find_alg(const char *alg_name,const struct crypto_type *frontend,u32 type, u32 mask)
{if (frontend) {type &= frontend->maskclear;mask &= frontend->maskclear;type |= frontend->type;mask |= frontend->maskset;}return crypto_alg_mod_lookup(alg_name, type, mask);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_find_alg);

按照調用關系，此時傳遞給crypto_find_alg函數的算法前端frontend為異步哈希算法類型常量crypto_ahash_type，算法類型type和算法類型屏蔽字均為0，其中算法前端frontend與算法查找相關的成員變量如下所示。

static const struct crypto_type crypto_ahash_type = {.extsize = crypto_ahash_extsize,.init_tfm = crypto_ahash_init_tfm,.free = crypto_ahash_free_instance,
#ifdef CONFIG_PROC_FS.show = crypto_ahash_show,
#endif.report = crypto_ahash_report,.maskclear = ~CRYPTO_ALG_TYPE_MASK,.maskset = CRYPTO_ALG_TYPE_AHASH_MASK,.type = CRYPTO_ALG_TYPE_AHASH,.tfmsize = offsetof(struct crypto_ahash, base),
};

在調用算法查找接口lookup（默認接口crypto_alg_mod_lookup）時，算法類型type為CRYPTO_ALG_TYPE_AHASH，算法類型屏蔽字mask為CRYPTO_ALG_TYPE_AHASH_MASK。
注意事項：未找到證據? 在遍歷算法管理鏈表查找算法前（crypto_larval_lookup函數），還會再次更新算法類型為type=type&mask=0x08（在算法類型定義中為CRYPTO_ALG_TYPE_HASH）。
api.c - crypto/api.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin
api.c - crypto/api.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

在遍歷管理算法鏈表時，如果((cra_flags ^ type) & mask)=0表示當前算法滿足查找條件中的算法類型要求，否則不滿足算法類型要求，也就是說只要是哈希算法，無論是同步方式實現還是異步方式實現，都滿足算法類型要求。
api.c - crypto/api.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

2）crypto_alg_mod_lookup函數
在crypto_alg_mod_lookup函數中，調用crypto_larval_lookup函數查找符合條件的算法。假設第一次使用"hmac(md5)"算法，算法查找不命中，在調用crypto_larval_lookup函數時將返回一個與查找算法同名的注冊用算法幼蟲，記為hmac_md5_larval_r。
算法查找不命中時，加密框架嘗試動態創建符合條件的算法，調用crypto_probing_notify函數在加密通知鏈發布一個算法注冊（CRYPTO_MSG_ALG_REQUEST）通知，動態創建"hmac(md5)“算法，傳遞的參數由注冊用算法幼蟲hmac_md5_larval_r指定。
larvel 接收?crypto_larval_lookup? 返回的??算法同名的注冊用算法幼蟲，記為hmac_md5_larval_r
larvel 指定?hmac_md5_larval_r；
larvel 作為函數的形參輸入，由函數?crypto_probing_notify 進行算法注冊
api.c - crypto/api.c - Linux source code (v5.15.12) - Bootlin

發布算法注冊通知時，通過解析注冊用算法幼蟲hmac_md5_larval_r的算法名（即"hmac(md5)”）可獲取算法模板名hmac和基礎算法名md5，加上預期的算法類型共同組成傳遞給算法探測線程cryptomgr_probe的參數param。?

https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/crypto/algboss.c#L50
算法探測線程運行時，根據算法模板名hmac查找到對應的算法模板hmac_tmpl。由于算法模板hmac_tmpl定義了create接口（即hmac_create函數），將調用之根據參數列表param->tb創建并注冊動態算法。