[dev][ipsec][dpdk] strongswan/dpdk源碼分析--(七)ipsec算法配置過程
1 簡述
storngswan的配置里用一種固定格式的字符串設置了用于協商的預定義算法。在包協商過程中strongswan將字符串轉換為固定的枚舉值封在數據包里用于傳輸。
協商成功之后，這組被協商選中的枚舉值會通過netlink接口以xfrm定義好的字符串形式，傳遞給內核，內核再將字符串轉換成pfkey定義的枚舉值，最終進行加密設置。
DPDK的話，也有其統一的一組枚舉值的抽象。在調用不同的cryptodev pmd時，會想這組值轉換為對應的值或操作，如轉變成openssl對應的API調用。
見下圖：
1.1 名詞解釋
ICV：ICV有兩種翻譯，兩種解釋：Integrity Check Value， initial chaining vector。
通常我們把IV理解為： initial chaining vector； 把ICV理解為：Integrity Check Value
2 strongswan
在strongswan的配置里，算法是可以通過字符串進行配置的，這樣的字符串如下：
esp_proposals = aes128-sha384-curve25519-esn,aes128-sha384-esn
逗號分隔的是兩個套裝。橫線分隔的是不同的階段，加密-認證-協商-是否esn
手冊里有詳細的解釋：man ipsec.conf
The notation is encryption-integrity[-dhgroup][-esnmode].
上面提到的是字符串格式的定義。具體的字符串到數據包中的值的定義，是在RFC中約定的，見文檔：
https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/IKEv2CipherSuites
https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/IKEv1CipherSuites
3 netlink/xfrm
為了使用xfrm的統一接口，strongswan的netlink模塊做了一次轉換
4 linux kernel
kernel的xfrm模塊將netlink plugin傳遞過來的string轉換成pfkey中定義的枚舉。
xfrm部分的代碼：xfrm_algo.c
pfkey中的枚舉定義：linux/pfkeyv2.h
5 dpdk
dpdk中cryptodev同樣也有自己的封裝定義，按類別分為對稱，非對稱等。
算法的枚舉值定義在這個地方： rte_crypto_sym.h
5.1 關鍵API：
int rte_cryptodev_sym_session_init(uint8_t dev_id, struct rte_cryptodev_sym_session *sess, struct rte_crypto_sym_xform *xforms, struct rte_mempool *mempool);
如，開篇那個圖，所有的算法都是通過這個API注冊進dpdk的。
在這個數據結構里，它是一個串在一起的鏈表，將加密算法和消息認證碼算法串在一起作為參數傳遞。
struct rte_crypto_sym_xform { struct rte_crypto_sym_xform *next; /**< next xform in chain */ enum rte_crypto_sym_xform_type type ; /**< xform type */ RTE_STD_C11 union { struct rte_crypto_auth_xform auth; /**< Authentication / hash xform */ struct rte_crypto_cipher_xform cipher; /**< Cipher xform */ struct rte_crypto_aead_xform aead; /**< AEAD xform */ }; };
接下來逐個討論加密，消息認證和aead的結構：
5.2 加密：
struct rte_crypto_cipher_xform { enum rte_crypto_cipher_operation op; // 加密還是解密 enum rte_crypto_cipher_algorithm algo; // 哪一種加密算法 struct { uint8_t *data; uint16_t length; } key; // 秘鑰及其長度 struct { uint16_t offset; // 對于塊分組加密這里是初始化向量的起點（rte_crypto_op??），對于CRT分組加密，這里是counter， CCM的時候，第一個字節保留，第二個自己用來寫入nonce uint16_t length; // CRT的時候等于block length， CCM的時候是nonce的長度，7-13之間。 } iv; }；
5.3 消息認證：
struct rte_crypto_auth_xform { enum rte_crypto_auth_operation op; enum rte_crypto_auth_algorithm algo; struct { uint8_t *data; uint16_t length; // 必須小于或等于 block size } key; struct { uint16_t offset; // 初始化向量，需要八字節對齊 uint16_t length; } iv; uint16_t digest_length; // hash算法的截斷長度 };
5.4 AEAD：
struct rte_crypto_aead_xform { enum rte_crypto_aead_operation op; enum rte_crypto_aead_algorithm algo; struct { uint8_t *data; uint16_t length; } key; struct { uint16_t offset; // CCM的時候，第一個字節保留，第二個字節用來寫入nonce uint16_t length; // CCM的時候，nonce的長度，7-13之間 } iv; uint16_t digest_length; uint16_t aad_length; // 附加驗證長度？？ };
前文的IV offset與一個結構體相關struct rte_crypto_op cop
這個結構體是作為參數傳遞給下面api的
static inline int rte_crypto_op_attach_sym_session(struct rte_crypto_op *op, struct rte_cryptodev_sym_session *sess)
在不使用rte_ipsec庫的情況下，op中的一些值需要用戶關心。使用rte_ipsec庫的時候，一般不用關心。rte_ipsec將其封裝在內部處理。
6 rte_ipsec
在rte_ipsec庫中，圍繞這前文提到的加密算法及其參數主要做了以下三方面的動作：
1. 通過API rte_cryptodev_sym_session_init()將算法和參數下發給底層的pmd設備。
2. 為每一個需要加解密的報文準備op(rte_crypto_op)，然后attach進session里邊。通過這個函數esp_inb_tun_cop_prepare() [librte_ipsec/sa.c]
3. 為每一個需要加解密的報文準備數據包的esp封裝。通過這個函數esp_inb_tun_pkt_prepare() [librte_ipsec/sa.c]
所以在整個rte_ipsec庫的使用過程中。只有保證以上3者的數據和設置可以正常配合，便能保證成功使用。
詳見：[dev][dpdk][crypto] dpdk加解密設備與IPSEC
（另外：在分析rte_ipsec的源碼過程中，并沒有發現對API rte_crypto_op_attach_sym_session的調用。奇怪。。。）
7 strongswan libipsec
基于我們對于dpdk庫的分析，此刻已經了解到，一個算法的基本構成單元，是由方法本身及一組參數構成的。參數為：key長度，iv長度，digest長度，鹽等組成的。
現在回到strongswan，它的代碼里邊除了對rfc中各個函數的定義以為，一定還擁有這些參數值與辦法定義直接的對應關系。
前文，我們已經知道與內核通信時的netlink plugin中對這部分參數在傳遞過程中進行了定義，但由于內核的支持有限，所以也并不完整。同時，strongswan也提供了一個用戶態的esp實現，
叫做libipsec，根據文檔中的描述，該庫對rfc中的所有算法實現了完整的支持。接下來我們對這個庫進行簡要的分析。
進入這部分功能的入口在，函數 create_traditional() [/strongswan.git/src/libipsec/esp_context.c] 中。
1. create_traditional() 會調用函數crypto_factory.c::create_crypter()
2. 之后會進入加解密plugin的create函數
METHOD(crypto_factory_t, create_crypter, crypter_t*, private_crypto_factory_t *this, encryption_algorithm_t algo, size_t key_size) { 。。。 。。。 enumerator = this->crypters->create_enumerator(this->crypters); while (enumerator->enumerate(enumerator, &entry)) { 。。。 。。。 crypter = entry->create_crypter(algo, key_size); 。。。 。。。 } 。。。 。。。 }
紅色字體是一個函數指針，是由下文中的這個宏，注冊進去的。
METHOD(plugin_t, get_features, int, private_aes_plugin_t *this, plugin_feature_t *features[]) { static plugin_feature_t f[] = { PLUGIN_REGISTER(CRYPTER, aes_crypter_create), ... ... }; ... ... }
故，逐個分析每一個算法plugin的實現，將能夠得到具體的參數數值。
8 RFC
一些關于算法參數的細節除了可以查看7中的實現以外，我們還可以查看RFC。
所有RFC的列表可以從第二章的兩個鏈接關聯出來，便能針對不同的算法找到它所對應的RFC文件了。
在RFC中有對各種算法的參數特別詳細的描寫。
https://www.iana.org/assignments/ikev2-parameters/ikev2-parameters.xhtml
https://www.iana.org/assignments/ipsec-registry/ipsec-registry.xhtml
https://www.iana.org/assignments/isakmp-registry/isakmp-registry.xhtml
浙公網安備 33010602011771號