Merge tag 'staging-5.8-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/gregkh...
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / crypto / asymmetric-keys.txt
blob8763866b11cfd0f6af865ed67d8ba6db75a48b60
1                 =============================================
2                 ASYMMETRIC / PUBLIC-KEY CRYPTOGRAPHY KEY TYPE
3                 =============================================
5 Contents:
7   - Overview.
8   - Key identification.
9   - Accessing asymmetric keys.
10     - Signature verification.
11   - Asymmetric key subtypes.
12   - Instantiation data parsers.
13   - Keyring link restrictions.
16 ========
17 OVERVIEW
18 ========
20 The "asymmetric" key type is designed to be a container for the keys used in
21 public-key cryptography, without imposing any particular restrictions on the
22 form or mechanism of the cryptography or form of the key.
24 The asymmetric key is given a subtype that defines what sort of data is
25 associated with the key and provides operations to describe and destroy it.
26 However, no requirement is made that the key data actually be stored in the
27 key.
29 A completely in-kernel key retention and operation subtype can be defined, but
30 it would also be possible to provide access to cryptographic hardware (such as
31 a TPM) that might be used to both retain the relevant key and perform
32 operations using that key.  In such a case, the asymmetric key would then
33 merely be an interface to the TPM driver.
35 Also provided is the concept of a data parser.  Data parsers are responsible
36 for extracting information from the blobs of data passed to the instantiation
37 function.  The first data parser that recognises the blob gets to set the
38 subtype of the key and define the operations that can be done on that key.
40 A data parser may interpret the data blob as containing the bits representing a
41 key, or it may interpret it as a reference to a key held somewhere else in the
42 system (for example, a TPM).
45 ==================
46 KEY IDENTIFICATION
47 ==================
49 If a key is added with an empty name, the instantiation data parsers are given
50 the opportunity to pre-parse a key and to determine the description the key
51 should be given from the content of the key.
53 This can then be used to refer to the key, either by complete match or by
54 partial match.  The key type may also use other criteria to refer to a key.
56 The asymmetric key type's match function can then perform a wider range of
57 comparisons than just the straightforward comparison of the description with
58 the criterion string:
60  (1) If the criterion string is of the form "id:<hexdigits>" then the match
61      function will examine a key's fingerprint to see if the hex digits given
62      after the "id:" match the tail.  For instance:
64         keyctl search @s asymmetric id:5acc2142
66      will match a key with fingerprint:
68         1A00 2040 7601 7889 DE11  882C 3823 04AD 5ACC 2142
70  (2) If the criterion string is of the form "<subtype>:<hexdigits>" then the
71      match will match the ID as in (1), but with the added restriction that
72      only keys of the specified subtype (e.g. tpm) will be matched.  For
73      instance:
75         keyctl search @s asymmetric tpm:5acc2142
77 Looking in /proc/keys, the last 8 hex digits of the key fingerprint are
78 displayed, along with the subtype:
80         1a39e171 I-----     1 perm 3f010000     0     0 asymmetric modsign.0: DSA 5acc2142 []
83 =========================
84 ACCESSING ASYMMETRIC KEYS
85 =========================
87 For general access to asymmetric keys from within the kernel, the following
88 inclusion is required:
90         #include <crypto/public_key.h>
92 This gives access to functions for dealing with asymmetric / public keys.
93 Three enums are defined there for representing public-key cryptography
94 algorithms:
96         enum pkey_algo
98 digest algorithms used by those:
100         enum pkey_hash_algo
102 and key identifier representations:
104         enum pkey_id_type
106 Note that the key type representation types are required because key
107 identifiers from different standards aren't necessarily compatible.  For
108 instance, PGP generates key identifiers by hashing the key data plus some
109 PGP-specific metadata, whereas X.509 has arbitrary certificate identifiers.
111 The operations defined upon a key are:
113  (1) Signature verification.
115 Other operations are possible (such as encryption) with the same key data
116 required for verification, but not currently supported, and others
117 (eg. decryption and signature generation) require extra key data.
120 SIGNATURE VERIFICATION
121 ----------------------
123 An operation is provided to perform cryptographic signature verification, using
124 an asymmetric key to provide or to provide access to the public key.
126         int verify_signature(const struct key *key,
127                              const struct public_key_signature *sig);
129 The caller must have already obtained the key from some source and can then use
130 it to check the signature.  The caller must have parsed the signature and
131 transferred the relevant bits to the structure pointed to by sig.
133         struct public_key_signature {
134                 u8 *digest;
135                 u8 digest_size;
136                 enum pkey_hash_algo pkey_hash_algo : 8;
137                 u8 nr_mpi;
138                 union {
139                         MPI mpi[2];
140                         ...
141                 };
142         };
144 The algorithm used must be noted in sig->pkey_hash_algo, and all the MPIs that
145 make up the actual signature must be stored in sig->mpi[] and the count of MPIs
146 placed in sig->nr_mpi.
148 In addition, the data must have been digested by the caller and the resulting
149 hash must be pointed to by sig->digest and the size of the hash be placed in
150 sig->digest_size.
152 The function will return 0 upon success or -EKEYREJECTED if the signature
153 doesn't match.
155 The function may also return -ENOTSUPP if an unsupported public-key algorithm
156 or public-key/hash algorithm combination is specified or the key doesn't
157 support the operation; -EBADMSG or -ERANGE if some of the parameters have weird
158 data; or -ENOMEM if an allocation can't be performed.  -EINVAL can be returned
159 if the key argument is the wrong type or is incompletely set up.
162 =======================
163 ASYMMETRIC KEY SUBTYPES
164 =======================
166 Asymmetric keys have a subtype that defines the set of operations that can be
167 performed on that key and that determines what data is attached as the key
168 payload.  The payload format is entirely at the whim of the subtype.
170 The subtype is selected by the key data parser and the parser must initialise
171 the data required for it.  The asymmetric key retains a reference on the
172 subtype module.
174 The subtype definition structure can be found in:
176         #include <keys/asymmetric-subtype.h>
178 and looks like the following:
180         struct asymmetric_key_subtype {
181                 struct module           *owner;
182                 const char              *name;
184                 void (*describe)(const struct key *key, struct seq_file *m);
185                 void (*destroy)(void *payload);
186                 int (*query)(const struct kernel_pkey_params *params,
187                              struct kernel_pkey_query *info);
188                 int (*eds_op)(struct kernel_pkey_params *params,
189                               const void *in, void *out);
190                 int (*verify_signature)(const struct key *key,
191                                         const struct public_key_signature *sig);
192         };
194 Asymmetric keys point to this with their payload[asym_subtype] member.
196 The owner and name fields should be set to the owning module and the name of
197 the subtype.  Currently, the name is only used for print statements.
199 There are a number of operations defined by the subtype:
201  (1) describe().
203      Mandatory.  This allows the subtype to display something in /proc/keys
204      against the key.  For instance the name of the public key algorithm type
205      could be displayed.  The key type will display the tail of the key
206      identity string after this.
208  (2) destroy().
210      Mandatory.  This should free the memory associated with the key.  The
211      asymmetric key will look after freeing the fingerprint and releasing the
212      reference on the subtype module.
214  (3) query().
216      Mandatory.  This is a function for querying the capabilities of a key.
218  (4) eds_op().
220      Optional.  This is the entry point for the encryption, decryption and
221      signature creation operations (which are distinguished by the operation ID
222      in the parameter struct).  The subtype may do anything it likes to
223      implement an operation, including offloading to hardware.
225  (5) verify_signature().
227      Optional.  This is the entry point for signature verification.  The
228      subtype may do anything it likes to implement an operation, including
229      offloading to hardware.
232 ==========================
233 INSTANTIATION DATA PARSERS
234 ==========================
236 The asymmetric key type doesn't generally want to store or to deal with a raw
237 blob of data that holds the key data.  It would have to parse it and error
238 check it each time it wanted to use it.  Further, the contents of the blob may
239 have various checks that can be performed on it (eg. self-signatures, validity
240 dates) and may contain useful data about the key (identifiers, capabilities).
242 Also, the blob may represent a pointer to some hardware containing the key
243 rather than the key itself.
245 Examples of blob formats for which parsers could be implemented include:
247  - OpenPGP packet stream [RFC 4880].
248  - X.509 ASN.1 stream.
249  - Pointer to TPM key.
250  - Pointer to UEFI key.
251  - PKCS#8 private key [RFC 5208].
252  - PKCS#5 encrypted private key [RFC 2898].
254 During key instantiation each parser in the list is tried until one doesn't
255 return -EBADMSG.
257 The parser definition structure can be found in:
259         #include <keys/asymmetric-parser.h>
261 and looks like the following:
263         struct asymmetric_key_parser {
264                 struct module   *owner;
265                 const char      *name;
267                 int (*parse)(struct key_preparsed_payload *prep);
268         };
270 The owner and name fields should be set to the owning module and the name of
271 the parser.
273 There is currently only a single operation defined by the parser, and it is
274 mandatory:
276  (1) parse().
278      This is called to preparse the key from the key creation and update paths.
279      In particular, it is called during the key creation _before_ a key is
280      allocated, and as such, is permitted to provide the key's description in
281      the case that the caller declines to do so.
283      The caller passes a pointer to the following struct with all of the fields
284      cleared, except for data, datalen and quotalen [see
285      Documentation/security/keys/core.rst].
287         struct key_preparsed_payload {
288                 char            *description;
289                 void            *payload[4];
290                 const void      *data;
291                 size_t          datalen;
292                 size_t          quotalen;
293         };
295      The instantiation data is in a blob pointed to by data and is datalen in
296      size.  The parse() function is not permitted to change these two values at
297      all, and shouldn't change any of the other values _unless_ they are
298      recognise the blob format and will not return -EBADMSG to indicate it is
299      not theirs.
301      If the parser is happy with the blob, it should propose a description for
302      the key and attach it to ->description, ->payload[asym_subtype] should be
303      set to point to the subtype to be used, ->payload[asym_crypto] should be
304      set to point to the initialised data for that subtype,
305      ->payload[asym_key_ids] should point to one or more hex fingerprints and
306      quotalen should be updated to indicate how much quota this key should
307      account for.
309      When clearing up, the data attached to ->payload[asym_key_ids] and
310      ->description will be kfree()'d and the data attached to
311      ->payload[asm_crypto] will be passed to the subtype's ->destroy() method
312      to be disposed of.  A module reference for the subtype pointed to by
313      ->payload[asym_subtype] will be put.
316      If the data format is not recognised, -EBADMSG should be returned.  If it
317      is recognised, but the key cannot for some reason be set up, some other
318      negative error code should be returned.  On success, 0 should be returned.
320      The key's fingerprint string may be partially matched upon.  For a
321      public-key algorithm such as RSA and DSA this will likely be a printable
322      hex version of the key's fingerprint.
324 Functions are provided to register and unregister parsers:
326         int register_asymmetric_key_parser(struct asymmetric_key_parser *parser);
327         void unregister_asymmetric_key_parser(struct asymmetric_key_parser *subtype);
329 Parsers may not have the same name.  The names are otherwise only used for
330 displaying in debugging messages.
333 =========================
334 KEYRING LINK RESTRICTIONS
335 =========================
337 Keyrings created from userspace using add_key can be configured to check the
338 signature of the key being linked.  Keys without a valid signature are not
339 allowed to link.
341 Several restriction methods are available:
343  (1) Restrict using the kernel builtin trusted keyring
345      - Option string used with KEYCTL_RESTRICT_KEYRING:
346        - "builtin_trusted"
348      The kernel builtin trusted keyring will be searched for the signing key.
349      If the builtin trusted keyring is not configured, all links will be
350      rejected.  The ca_keys kernel parameter also affects which keys are used
351      for signature verification.
353  (2) Restrict using the kernel builtin and secondary trusted keyrings
355      - Option string used with KEYCTL_RESTRICT_KEYRING:
356        - "builtin_and_secondary_trusted"
358      The kernel builtin and secondary trusted keyrings will be searched for the
359      signing key.  If the secondary trusted keyring is not configured, this
360      restriction will behave like the "builtin_trusted" option.  The ca_keys
361      kernel parameter also affects which keys are used for signature
362      verification.
364  (3) Restrict using a separate key or keyring
366      - Option string used with KEYCTL_RESTRICT_KEYRING:
367        - "key_or_keyring:<key or keyring serial number>[:chain]"
369      Whenever a key link is requested, the link will only succeed if the key
370      being linked is signed by one of the designated keys.  This key may be
371      specified directly by providing a serial number for one asymmetric key, or
372      a group of keys may be searched for the signing key by providing the
373      serial number for a keyring.
375      When the "chain" option is provided at the end of the string, the keys
376      within the destination keyring will also be searched for signing keys.
377      This allows for verification of certificate chains by adding each
378      certificate in order (starting closest to the root) to a keyring.  For
379      instance, one keyring can be populated with links to a set of root
380      certificates, with a separate, restricted keyring set up for each
381      certificate chain to be validated:
383         # Create and populate a keyring for root certificates
384         root_id=`keyctl add keyring root-certs "" @s`
385         keyctl padd asymmetric "" $root_id < root1.cert
386         keyctl padd asymmetric "" $root_id < root2.cert
388         # Create and restrict a keyring for the certificate chain
389         chain_id=`keyctl add keyring chain "" @s`
390         keyctl restrict_keyring $chain_id asymmetric key_or_keyring:$root_id:chain
392         # Attempt to add each certificate in the chain, starting with the
393         # certificate closest to the root.
394         keyctl padd asymmetric "" $chain_id < intermediateA.cert
395         keyctl padd asymmetric "" $chain_id < intermediateB.cert
396         keyctl padd asymmetric "" $chain_id < end-entity.cert
398      If the final end-entity certificate is successfully added to the "chain"
399      keyring, we can be certain that it has a valid signing chain going back to
400      one of the root certificates.
402      A single keyring can be used to verify a chain of signatures by
403      restricting the keyring after linking the root certificate:
405         # Create a keyring for the certificate chain and add the root
406         chain2_id=`keyctl add keyring chain2 "" @s`
407         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < root1.cert
409         # Restrict the keyring that already has root1.cert linked.  The cert
410         # will remain linked by the keyring.
411         keyctl restrict_keyring $chain2_id asymmetric key_or_keyring:0:chain
413         # Attempt to add each certificate in the chain, starting with the
414         # certificate closest to the root.
415         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < intermediateA.cert
416         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < intermediateB.cert
417         keyctl padd asymmetric "" $chain2_id < end-entity.cert
419      If the final end-entity certificate is successfully added to the "chain2"
420      keyring, we can be certain that there is a valid signing chain going back
421      to the root certificate that was added before the keyring was restricted.
424 In all of these cases, if the signing key is found the signature of the key to
425 be linked will be verified using the signing key.  The requested key is added
426 to the keyring only if the signature is successfully verified.  -ENOKEY is
427 returned if the parent certificate could not be found, or -EKEYREJECTED is
428 returned if the signature check fails or the key is blacklisted.  Other errors
429 may be returned if the signature check could not be performed.