cryptodev: add sym session mempool create
[dpdk.git] / doc / guides / prog_guide / cryptodev_lib.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2016-2017 Intel Corporation.
3
4 Cryptography Device Library
5 ===========================
6
7 The cryptodev library provides a Crypto device framework for management and
8 provisioning of hardware and software Crypto poll mode drivers, defining generic
9 APIs which support a number of different Crypto operations. The framework
10 currently only supports cipher, authentication, chained cipher/authentication
11 and AEAD symmetric and asymmetric Crypto operations.
12
13
14 Design Principles
15 -----------------
16
17 The cryptodev library follows the same basic principles as those used in DPDKs
18 Ethernet Device framework. The Crypto framework provides a generic Crypto device
19 framework which supports both physical (hardware) and virtual (software) Crypto
20 devices as well as a generic Crypto API which allows Crypto devices to be
21 managed and configured and supports Crypto operations to be provisioned on
22 Crypto poll mode driver.
23
24
25 Device Management
26 -----------------
27
28 Device Creation
29 ~~~~~~~~~~~~~~~
30
31 Physical Crypto devices are discovered during the PCI probe/enumeration of the
32 EAL function which is executed at DPDK initialization, based on
33 their PCI device identifier, each unique PCI BDF (bus/bridge, device,
34 function). Specific physical Crypto devices, like other physical devices in DPDK
35 can be white-listed or black-listed using the EAL command line options.
36
37 Virtual devices can be created by two mechanisms, either using the EAL command
38 line options or from within the application using an EAL API directly.
39
40 From the command line using the --vdev EAL option
41
42 .. code-block:: console
43
44    --vdev  'crypto_aesni_mb0,max_nb_queue_pairs=2,socket_id=0'
45
46 .. Note::
47
48    * If DPDK application requires multiple software crypto PMD devices then required
49      number of ``--vdev`` with appropriate libraries are to be added.
50
51    * An Application with crypto PMD instaces sharing the same library requires unique ID.
52
53    Example: ``--vdev  'crypto_aesni_mb0' --vdev  'crypto_aesni_mb1'``
54
55 Our using the rte_vdev_init API within the application code.
56
57 .. code-block:: c
58
59    rte_vdev_init("crypto_aesni_mb",
60                      "max_nb_queue_pairs=2,socket_id=0")
61
62 All virtual Crypto devices support the following initialization parameters:
63
64 * ``max_nb_queue_pairs`` - maximum number of queue pairs supported by the device.
65 * ``socket_id`` - socket on which to allocate the device resources on.
66
67
68 Device Identification
69 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
70
71 Each device, whether virtual or physical is uniquely designated by two
72 identifiers:
73
74 - A unique device index used to designate the Crypto device in all functions
75   exported by the cryptodev API.
76
77 - A device name used to designate the Crypto device in console messages, for
78   administration or debugging purposes. For ease of use, the port name includes
79   the port index.
80
81
82 Device Configuration
83 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
84
85 The configuration of each Crypto device includes the following operations:
86
87 - Allocation of resources, including hardware resources if a physical device.
88 - Resetting the device into a well-known default state.
89 - Initialization of statistics counters.
90
91 The rte_cryptodev_configure API is used to configure a Crypto device.
92
93 .. code-block:: c
94
95    int rte_cryptodev_configure(uint8_t dev_id,
96                                struct rte_cryptodev_config *config)
97
98 The ``rte_cryptodev_config`` structure is used to pass the configuration
99 parameters for socket selection and number of queue pairs.
100
101 .. code-block:: c
102
103     struct rte_cryptodev_config {
104         int socket_id;
105         /**< Socket to allocate resources on */
106         uint16_t nb_queue_pairs;
107         /**< Number of queue pairs to configure on device */
108     };
109
110
111 Configuration of Queue Pairs
112 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
113
114 Each Crypto devices queue pair is individually configured through the
115 ``rte_cryptodev_queue_pair_setup`` API.
116 Each queue pairs resources may be allocated on a specified socket.
117
118 .. code-block:: c
119
120     int rte_cryptodev_queue_pair_setup(uint8_t dev_id, uint16_t queue_pair_id,
121                 const struct rte_cryptodev_qp_conf *qp_conf,
122                 int socket_id)
123
124    struct rte_cryptodev_qp_conf {
125         uint32_t nb_descriptors; /**< Number of descriptors per queue pair */
126         struct rte_mempool *mp_session;
127         /**< The mempool for creating session in sessionless mode */
128         struct rte_mempool *mp_session_private;
129         /**< The mempool for creating sess private data in sessionless mode */
130     };
131
132
133 The fields ``mp_session`` and ``mp_session_private`` are used for creating
134 temporary session to process the crypto operations in the session-less mode.
135 They can be the same other different mempools. Please note not all Cryptodev
136 PMDs supports session-less mode.
137
138
139 Logical Cores, Memory and Queues Pair Relationships
140 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
141
142 The Crypto device Library as the Poll Mode Driver library support NUMA for when
143 a processor’s logical cores and interfaces utilize its local memory. Therefore
144 Crypto operations, and in the case of symmetric Crypto operations, the session
145 and the mbuf being operated on, should be allocated from memory pools created
146 in the local memory. The buffers should, if possible, remain on the local
147 processor to obtain the best performance results and buffer descriptors should
148 be populated with mbufs allocated from a mempool allocated from local memory.
149
150 The run-to-completion model also performs better, especially in the case of
151 virtual Crypto devices, if the Crypto operation and session and data buffer is
152 in local memory instead of a remote processor's memory. This is also true for
153 the pipe-line model provided all logical cores used are located on the same
154 processor.
155
156 Multiple logical cores should never share the same queue pair for enqueuing
157 operations or dequeuing operations on the same Crypto device since this would
158 require global locks and hinder performance. It is however possible to use a
159 different logical core to dequeue an operation on a queue pair from the logical
160 core which it was enqueued on. This means that a crypto burst enqueue/dequeue
161 APIs are a logical place to transition from one logical core to another in a
162 packet processing pipeline.
163
164
165 Device Features and Capabilities
166 ---------------------------------
167
168 Crypto devices define their functionality through two mechanisms, global device
169 features and algorithm capabilities. Global devices features identify device
170 wide level features which are applicable to the whole device such as
171 the device having hardware acceleration or supporting symmetric and/or asymmetric
172 Crypto operations.
173
174 The capabilities mechanism defines the individual algorithms/functions which
175 the device supports, such as a specific symmetric Crypto cipher,
176 authentication operation or Authenticated Encryption with Associated Data
177 (AEAD) operation.
178
179
180 Device Features
181 ~~~~~~~~~~~~~~~
182
183 Currently the following Crypto device features are defined:
184
185 * Symmetric Crypto operations
186 * Asymmetric Crypto operations
187 * Chaining of symmetric Crypto operations
188 * SSE accelerated SIMD vector operations
189 * AVX accelerated SIMD vector operations
190 * AVX2 accelerated SIMD vector operations
191 * AESNI accelerated instructions
192 * Hardware off-load processing
193
194
195 Device Operation Capabilities
196 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
197
198 Crypto capabilities which identify particular algorithm which the Crypto PMD
199 supports are  defined by the operation type, the operation transform, the
200 transform identifier and then the particulars of the transform. For the full
201 scope of the Crypto capability see the definition of the structure in the
202 *DPDK API Reference*.
203
204 .. code-block:: c
205
206    struct rte_cryptodev_capabilities;
207
208 Each Crypto poll mode driver defines its own private array of capabilities
209 for the operations it supports. Below is an example of the capabilities for a
210 PMD which supports the authentication algorithm SHA1_HMAC and the cipher
211 algorithm AES_CBC.
212
213 .. code-block:: c
214
215     static const struct rte_cryptodev_capabilities pmd_capabilities[] = {
216         {    /* SHA1 HMAC */
217             .op = RTE_CRYPTO_OP_TYPE_SYMMETRIC,
218             .sym = {
219                 .xform_type = RTE_CRYPTO_SYM_XFORM_AUTH,
220                 .auth = {
221                     .algo = RTE_CRYPTO_AUTH_SHA1_HMAC,
222                     .block_size = 64,
223                     .key_size = {
224                         .min = 64,
225                         .max = 64,
226                         .increment = 0
227                     },
228                     .digest_size = {
229                         .min = 12,
230                         .max = 12,
231                         .increment = 0
232                     },
233                     .aad_size = { 0 },
234                     .iv_size = { 0 }
235                 }
236             }
237         },
238         {    /* AES CBC */
239             .op = RTE_CRYPTO_OP_TYPE_SYMMETRIC,
240             .sym = {
241                 .xform_type = RTE_CRYPTO_SYM_XFORM_CIPHER,
242                 .cipher = {
243                     .algo = RTE_CRYPTO_CIPHER_AES_CBC,
244                     .block_size = 16,
245                     .key_size = {
246                         .min = 16,
247                         .max = 32,
248                         .increment = 8
249                     },
250                     .iv_size = {
251                         .min = 16,
252                         .max = 16,
253                         .increment = 0
254                     }
255                 }
256             }
257         }
258     }
259
260
261 Capabilities Discovery
262 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
263
264 Discovering the features and capabilities of a Crypto device poll mode driver
265 is achieved through the ``rte_cryptodev_info_get`` function.
266
267 .. code-block:: c
268
269    void rte_cryptodev_info_get(uint8_t dev_id,
270                                struct rte_cryptodev_info *dev_info);
271
272 This allows the user to query a specific Crypto PMD and get all the device
273 features and capabilities. The ``rte_cryptodev_info`` structure contains all the
274 relevant information for the device.
275
276 .. code-block:: c
277
278     struct rte_cryptodev_info {
279         const char *driver_name;
280         uint8_t driver_id;
281         struct rte_device *device;
282
283         uint64_t feature_flags;
284
285         const struct rte_cryptodev_capabilities *capabilities;
286
287         unsigned max_nb_queue_pairs;
288
289         struct {
290             unsigned max_nb_sessions;
291         } sym;
292     };
293
294
295 Operation Processing
296 --------------------
297
298 Scheduling of Crypto operations on DPDK's application data path is
299 performed using a burst oriented asynchronous API set. A queue pair on a Crypto
300 device accepts a burst of Crypto operations using enqueue burst API. On physical
301 Crypto devices the enqueue burst API will place the operations to be processed
302 on the devices hardware input queue, for virtual devices the processing of the
303 Crypto operations is usually completed during the enqueue call to the Crypto
304 device. The dequeue burst API will retrieve any processed operations available
305 from the queue pair on the Crypto device, from physical devices this is usually
306 directly from the devices processed queue, and for virtual device's from a
307 ``rte_ring`` where processed operations are place after being processed on the
308 enqueue call.
309
310
311 Private data
312 ~~~~~~~~~~~~
313 For session-based operations, the set and get API provides a mechanism for an
314 application to store and retrieve the private user data information stored along
315 with the crypto session.
316
317 For example, suppose an application is submitting a crypto operation with a session
318 associated and wants to indicate private user data information which is required to be
319 used after completion of the crypto operation. In this case, the application can use
320 the set API to set the user data and retrieve it using get API.
321
322 .. code-block:: c
323
324         int rte_cryptodev_sym_session_set_user_data(
325                 struct rte_cryptodev_sym_session *sess, void *data, uint16_t size);
326
327         void * rte_cryptodev_sym_session_get_user_data(
328                 struct rte_cryptodev_sym_session *sess);
329
330
331 For session-less mode, the private user data information can be placed along with the
332 ``struct rte_crypto_op``. The ``rte_crypto_op::private_data_offset`` indicates the
333 start of private data information. The offset is counted from the start of the
334 rte_crypto_op including other crypto information such as the IVs (since there can
335 be an IV also for authentication).
336
337
338 Enqueue / Dequeue Burst APIs
339 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
340
341 The burst enqueue API uses a Crypto device identifier and a queue pair
342 identifier to specify the Crypto device queue pair to schedule the processing on.
343 The ``nb_ops`` parameter is the number of operations to process which are
344 supplied in the ``ops`` array of ``rte_crypto_op`` structures.
345 The enqueue function returns the number of operations it actually enqueued for
346 processing, a return value equal to ``nb_ops`` means that all packets have been
347 enqueued.
348
349 .. code-block:: c
350
351    uint16_t rte_cryptodev_enqueue_burst(uint8_t dev_id, uint16_t qp_id,
352                                         struct rte_crypto_op **ops, uint16_t nb_ops)
353
354 The dequeue API uses the same format as the enqueue API of processed but
355 the ``nb_ops`` and ``ops`` parameters are now used to specify the max processed
356 operations the user wishes to retrieve and the location in which to store them.
357 The API call returns the actual number of processed operations returned, this
358 can never be larger than ``nb_ops``.
359
360 .. code-block:: c
361
362    uint16_t rte_cryptodev_dequeue_burst(uint8_t dev_id, uint16_t qp_id,
363                                         struct rte_crypto_op **ops, uint16_t nb_ops)
364
365
366 Operation Representation
367 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
368
369 An Crypto operation is represented by an rte_crypto_op structure, which is a
370 generic metadata container for all necessary information required for the
371 Crypto operation to be processed on a particular Crypto device poll mode driver.
372
373 .. figure:: img/crypto_op.*
374
375 The operation structure includes the operation type, the operation status
376 and the session type (session-based/less), a reference to the operation
377 specific data, which can vary in size and content depending on the operation
378 being provisioned. It also contains the source mempool for the operation,
379 if it allocated from a mempool.
380
381 If Crypto operations are allocated from a Crypto operation mempool, see next
382 section, there is also the ability to allocate private memory with the
383 operation for applications purposes.
384
385 Application software is responsible for specifying all the operation specific
386 fields in the ``rte_crypto_op`` structure which are then used by the Crypto PMD
387 to process the requested operation.
388
389
390 Operation Management and Allocation
391 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
392
393 The cryptodev library provides an API set for managing Crypto operations which
394 utilize the Mempool Library to allocate operation buffers. Therefore, it ensures
395 that the crytpo operation is interleaved optimally across the channels and
396 ranks for optimal processing.
397 A ``rte_crypto_op`` contains a field indicating the pool that it originated from.
398 When calling ``rte_crypto_op_free(op)``, the operation returns to its original pool.
399
400 .. code-block:: c
401
402    extern struct rte_mempool *
403    rte_crypto_op_pool_create(const char *name, enum rte_crypto_op_type type,
404                              unsigned nb_elts, unsigned cache_size, uint16_t priv_size,
405                              int socket_id);
406
407 During pool creation ``rte_crypto_op_init()`` is called as a constructor to
408 initialize each Crypto operation which subsequently calls
409 ``__rte_crypto_op_reset()`` to configure any operation type specific fields based
410 on the type parameter.
411
412
413 ``rte_crypto_op_alloc()`` and ``rte_crypto_op_bulk_alloc()`` are used to allocate
414 Crypto operations of a specific type from a given Crypto operation mempool.
415 ``__rte_crypto_op_reset()`` is called on each operation before being returned to
416 allocate to a user so the operation is always in a good known state before use
417 by the application.
418
419 .. code-block:: c
420
421    struct rte_crypto_op *rte_crypto_op_alloc(struct rte_mempool *mempool,
422                                              enum rte_crypto_op_type type)
423
424    unsigned rte_crypto_op_bulk_alloc(struct rte_mempool *mempool,
425                                      enum rte_crypto_op_type type,
426                                      struct rte_crypto_op **ops, uint16_t nb_ops)
427
428 ``rte_crypto_op_free()`` is called by the application to return an operation to
429 its allocating pool.
430
431 .. code-block:: c
432
433    void rte_crypto_op_free(struct rte_crypto_op *op)
434
435
436 Symmetric Cryptography Support
437 ------------------------------
438
439 The cryptodev library currently provides support for the following symmetric
440 Crypto operations; cipher, authentication, including chaining of these
441 operations, as well as also supporting AEAD operations.
442
443
444 Session and Session Management
445 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
446
447 Sessions are used in symmetric cryptographic processing to store the immutable
448 data defined in a cryptographic transform which is used in the operation
449 processing of a packet flow. Sessions are used to manage information such as
450 expand cipher keys and HMAC IPADs and OPADs, which need to be calculated for a
451 particular Crypto operation, but are immutable on a packet to packet basis for
452 a flow. Crypto sessions cache this immutable data in a optimal way for the
453 underlying PMD and this allows further acceleration of the offload of
454 Crypto workloads.
455
456 .. figure:: img/cryptodev_sym_sess.*
457
458 The Crypto device framework provides APIs to create session mempool and allocate
459 and initialize sessions for crypto devices, where sessions are mempool objects.
460 The application has to use ``rte_cryptodev_sym_session_pool_create()`` to
461 create the session header mempool that creates a mempool with proper element
462 size automatically and stores necessary information for safely accessing the
463 session in the mempool's private data field.
464
465 To create a mempool for storing session private data, the application has two
466 options. The first is to create another mempool with elt size equal to or
467 bigger than the maximum session private data size of all crypto devices that
468 will share the same session header. The creation of the mempool shall use the
469 traditional ``rte_mempool_create()`` with the correct ``elt_size``. The other
470 option is to change the ``elt_size`` parameter in
471 ``rte_cryptodev_sym_session_pool_create()`` to the correct value. The first
472 option is more complex to implement but may result in better memory usage as
473 a session header normally takes smaller memory footprint as the session private
474 data.
475
476 Once the session mempools have been created, ``rte_cryptodev_sym_session_create()``
477 is used to allocate an uninitialized session from the given mempool.
478 The session then must be initialized using ``rte_cryptodev_sym_session_init()``
479 for each of the required crypto devices. A symmetric transform chain
480 is used to specify the operation and its parameters. See the section below for
481 details on transforms.
482
483 When a session is no longer used, user must call ``rte_cryptodev_sym_session_clear()``
484 for each of the crypto devices that are using the session, to free all driver
485 private session data. Once this is done, session should be freed using
486 ``rte_cryptodev_sym_session_free`` which returns them to their mempool.
487
488
489 Transforms and Transform Chaining
490 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
491
492 Symmetric Crypto transforms (``rte_crypto_sym_xform``) are the mechanism used
493 to specify the details of the Crypto operation. For chaining of symmetric
494 operations such as cipher encrypt and authentication generate, the next pointer
495 allows transform to be chained together. Crypto devices which support chaining
496 must publish the chaining of symmetric Crypto operations feature flag.
497
498 Currently there are three transforms types cipher, authentication and AEAD.
499 Also it is important to note that the order in which the
500 transforms are passed indicates the order of the chaining.
501
502 .. code-block:: c
503
504     struct rte_crypto_sym_xform {
505         struct rte_crypto_sym_xform *next;
506         /**< next xform in chain */
507         enum rte_crypto_sym_xform_type type;
508         /**< xform type */
509         union {
510             struct rte_crypto_auth_xform auth;
511             /**< Authentication / hash xform */
512             struct rte_crypto_cipher_xform cipher;
513             /**< Cipher xform */
514             struct rte_crypto_aead_xform aead;
515             /**< AEAD xform */
516         };
517     };
518
519 The API does not place a limit on the number of transforms that can be chained
520 together but this will be limited by the underlying Crypto device poll mode
521 driver which is processing the operation.
522
523 .. figure:: img/crypto_xform_chain.*
524
525
526 Symmetric Operations
527 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
528
529 The symmetric Crypto operation structure contains all the mutable data relating
530 to performing symmetric cryptographic processing on a referenced mbuf data
531 buffer. It is used for either cipher, authentication, AEAD and chained
532 operations.
533
534 As a minimum the symmetric operation must have a source data buffer (``m_src``),
535 a valid session (or transform chain if in session-less mode) and the minimum
536 authentication/ cipher/ AEAD parameters required depending on the type of operation
537 specified in the session or the transform
538 chain.
539
540 .. code-block:: c
541
542     struct rte_crypto_sym_op {
543         struct rte_mbuf *m_src;
544         struct rte_mbuf *m_dst;
545
546         union {
547             struct rte_cryptodev_sym_session *session;
548             /**< Handle for the initialised session context */
549             struct rte_crypto_sym_xform *xform;
550             /**< Session-less API Crypto operation parameters */
551         };
552
553         union {
554             struct {
555                 struct {
556                     uint32_t offset;
557                     uint32_t length;
558                 } data; /**< Data offsets and length for AEAD */
559
560                 struct {
561                     uint8_t *data;
562                     rte_iova_t phys_addr;
563                 } digest; /**< Digest parameters */
564
565                 struct {
566                     uint8_t *data;
567                     rte_iova_t phys_addr;
568                 } aad;
569                 /**< Additional authentication parameters */
570             } aead;
571
572             struct {
573                 struct {
574                     struct {
575                         uint32_t offset;
576                         uint32_t length;
577                     } data; /**< Data offsets and length for ciphering */
578                 } cipher;
579
580                 struct {
581                     struct {
582                         uint32_t offset;
583                         uint32_t length;
584                     } data;
585                     /**< Data offsets and length for authentication */
586
587                     struct {
588                         uint8_t *data;
589                         rte_iova_t phys_addr;
590                     } digest; /**< Digest parameters */
591                 } auth;
592             };
593         };
594     };
595
596 Sample code
597 -----------
598
599 There are various sample applications that show how to use the cryptodev library,
600 such as the L2fwd with Crypto sample application (L2fwd-crypto) and
601 the IPSec Security Gateway application (ipsec-secgw).
602
603 While these applications demonstrate how an application can be created to perform
604 generic crypto operation, the required complexity hides the basic steps of
605 how to use the cryptodev APIs.
606
607 The following sample code shows the basic steps to encrypt several buffers
608 with AES-CBC (although performing other crypto operations is similar),
609 using one of the crypto PMDs available in DPDK.
610
611 .. code-block:: c
612
613     /*
614      * Simple example to encrypt several buffers with AES-CBC using
615      * the Cryptodev APIs.
616      */
617
618     #define MAX_SESSIONS         1024
619     #define NUM_MBUFS            1024
620     #define POOL_CACHE_SIZE      128
621     #define BURST_SIZE           32
622     #define BUFFER_SIZE          1024
623     #define AES_CBC_IV_LENGTH    16
624     #define AES_CBC_KEY_LENGTH   16
625     #define IV_OFFSET            (sizeof(struct rte_crypto_op) + \
626                                  sizeof(struct rte_crypto_sym_op))
627
628     struct rte_mempool *mbuf_pool, *crypto_op_pool;
629     struct rte_mempool *session_pool, *session_priv_pool;
630     unsigned int session_size;
631     int ret;
632
633     /* Initialize EAL. */
634     ret = rte_eal_init(argc, argv);
635     if (ret < 0)
636         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL arguments\n");
637
638     uint8_t socket_id = rte_socket_id();
639
640     /* Create the mbuf pool. */
641     mbuf_pool = rte_pktmbuf_pool_create("mbuf_pool",
642                                     NUM_MBUFS,
643                                     POOL_CACHE_SIZE,
644                                     0,
645                                     RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE,
646                                     socket_id);
647     if (mbuf_pool == NULL)
648         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create mbuf pool\n");
649
650     /*
651      * The IV is always placed after the crypto operation,
652      * so some private data is required to be reserved.
653      */
654     unsigned int crypto_op_private_data = AES_CBC_IV_LENGTH;
655
656     /* Create crypto operation pool. */
657     crypto_op_pool = rte_crypto_op_pool_create("crypto_op_pool",
658                                             RTE_CRYPTO_OP_TYPE_SYMMETRIC,
659                                             NUM_MBUFS,
660                                             POOL_CACHE_SIZE,
661                                             crypto_op_private_data,
662                                             socket_id);
663     if (crypto_op_pool == NULL)
664         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create crypto op pool\n");
665
666     /* Create the virtual crypto device. */
667     char args[128];
668     const char *crypto_name = "crypto_aesni_mb0";
669     snprintf(args, sizeof(args), "socket_id=%d", socket_id);
670     ret = rte_vdev_init(crypto_name, args);
671     if (ret != 0)
672         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create virtual device");
673
674     uint8_t cdev_id = rte_cryptodev_get_dev_id(crypto_name);
675
676     /* Get private session data size. */
677     session_size = rte_cryptodev_sym_get_private_session_size(cdev_id);
678
679     #ifdef USE_TWO_MEMPOOLS
680     /* Create session mempool for the session header. */
681     session_pool = rte_cryptodev_sym_session_pool_create("session_pool",
682                                     MAX_SESSIONS,
683                                     0,
684                                     POOL_CACHE_SIZE,
685                                     0,
686                                     socket_id);
687
688     /*
689      * Create session private data mempool for the
690      * private session data for the crypto device.
691      */
692     session_priv_pool = rte_mempool_create("session_pool",
693                                     MAX_SESSIONS,
694                                     session_size,
695                                     POOL_CACHE_SIZE,
696                                     0, NULL, NULL, NULL,
697                                     NULL, socket_id,
698                                     0);
699
700     #else
701     /* Use of the same mempool for session header and private data */
702         session_pool = rte_cryptodev_sym_session_pool_create("session_pool",
703                                     MAX_SESSIONS * 2,
704                                     session_size,
705                                     POOL_CACHE_SIZE,
706                                     0,
707                                     socket_id);
708
709         session_priv_pool = session_pool;
710
711     #endif
712
713     /* Configure the crypto device. */
714     struct rte_cryptodev_config conf = {
715         .nb_queue_pairs = 1,
716         .socket_id = socket_id
717     };
718
719     struct rte_cryptodev_qp_conf qp_conf = {
720         .nb_descriptors = 2048,
721         .mp_session = session_pool,
722         .mp_session_private = session_priv_pool
723     };
724
725     if (rte_cryptodev_configure(cdev_id, &conf) < 0)
726         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to configure cryptodev %u", cdev_id);
727
728     if (rte_cryptodev_queue_pair_setup(cdev_id, 0, &qp_conf, socket_id) < 0)
729         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to setup queue pair\n");
730
731     if (rte_cryptodev_start(cdev_id) < 0)
732         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to start device\n");
733
734     /* Create the crypto transform. */
735     uint8_t cipher_key[16] = {0};
736     struct rte_crypto_sym_xform cipher_xform = {
737         .next = NULL,
738         .type = RTE_CRYPTO_SYM_XFORM_CIPHER,
739         .cipher = {
740             .op = RTE_CRYPTO_CIPHER_OP_ENCRYPT,
741             .algo = RTE_CRYPTO_CIPHER_AES_CBC,
742             .key = {
743                 .data = cipher_key,
744                 .length = AES_CBC_KEY_LENGTH
745             },
746             .iv = {
747                 .offset = IV_OFFSET,
748                 .length = AES_CBC_IV_LENGTH
749             }
750         }
751     };
752
753     /* Create crypto session and initialize it for the crypto device. */
754     struct rte_cryptodev_sym_session *session;
755     session = rte_cryptodev_sym_session_create(session_pool);
756     if (session == NULL)
757         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Session could not be created\n");
758
759     if (rte_cryptodev_sym_session_init(cdev_id, session,
760                     &cipher_xform, session_priv_pool) < 0)
761         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Session could not be initialized "
762                     "for the crypto device\n");
763
764     /* Get a burst of crypto operations. */
765     struct rte_crypto_op *crypto_ops[BURST_SIZE];
766     if (rte_crypto_op_bulk_alloc(crypto_op_pool,
767                             RTE_CRYPTO_OP_TYPE_SYMMETRIC,
768                             crypto_ops, BURST_SIZE) == 0)
769         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Not enough crypto operations available\n");
770
771     /* Get a burst of mbufs. */
772     struct rte_mbuf *mbufs[BURST_SIZE];
773     if (rte_pktmbuf_alloc_bulk(mbuf_pool, mbufs, BURST_SIZE) < 0)
774         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Not enough mbufs available");
775
776     /* Initialize the mbufs and append them to the crypto operations. */
777     unsigned int i;
778     for (i = 0; i < BURST_SIZE; i++) {
779         if (rte_pktmbuf_append(mbufs[i], BUFFER_SIZE) == NULL)
780             rte_exit(EXIT_FAILURE, "Not enough room in the mbuf\n");
781         crypto_ops[i]->sym->m_src = mbufs[i];
782     }
783
784     /* Set up the crypto operations. */
785     for (i = 0; i < BURST_SIZE; i++) {
786         struct rte_crypto_op *op = crypto_ops[i];
787         /* Modify bytes of the IV at the end of the crypto operation */
788         uint8_t *iv_ptr = rte_crypto_op_ctod_offset(op, uint8_t *,
789                                                 IV_OFFSET);
790
791         generate_random_bytes(iv_ptr, AES_CBC_IV_LENGTH);
792
793         op->sym->cipher.data.offset = 0;
794         op->sym->cipher.data.length = BUFFER_SIZE;
795
796         /* Attach the crypto session to the operation */
797         rte_crypto_op_attach_sym_session(op, session);
798     }
799
800     /* Enqueue the crypto operations in the crypto device. */
801     uint16_t num_enqueued_ops = rte_cryptodev_enqueue_burst(cdev_id, 0,
802                                             crypto_ops, BURST_SIZE);
803
804     /*
805      * Dequeue the crypto operations until all the operations
806      * are proccessed in the crypto device.
807      */
808     uint16_t num_dequeued_ops, total_num_dequeued_ops = 0;
809     do {
810         struct rte_crypto_op *dequeued_ops[BURST_SIZE];
811         num_dequeued_ops = rte_cryptodev_dequeue_burst(cdev_id, 0,
812                                         dequeued_ops, BURST_SIZE);
813         total_num_dequeued_ops += num_dequeued_ops;
814
815         /* Check if operation was processed successfully */
816         for (i = 0; i < num_dequeued_ops; i++) {
817             if (dequeued_ops[i]->status != RTE_CRYPTO_OP_STATUS_SUCCESS)
818                 rte_exit(EXIT_FAILURE,
819                         "Some operations were not processed correctly");
820         }
821
822         rte_mempool_put_bulk(crypto_op_pool, (void **)dequeued_ops,
823                                             num_dequeued_ops);
824     } while (total_num_dequeued_ops < num_enqueued_ops);
825
826 Asymmetric Cryptography
827 -----------------------
828
829 The cryptodev library currently provides support for the following asymmetric
830 Crypto operations; RSA, Modular exponentiation and inversion, Diffie-Hellman
831 public and/or private key generation and shared secret compute, DSA Signature
832 generation and verification.
833
834 Session and Session Management
835 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
836
837 Sessions are used in asymmetric cryptographic processing to store the immutable
838 data defined in asymmetric cryptographic transform which is further used in the
839 operation processing. Sessions typically stores information, such as, public
840 and private key information or domain params or prime modulus data i.e. immutable
841 across data sets. Crypto sessions cache this immutable data in a optimal way for the
842 underlying PMD and this allows further acceleration of the offload of Crypto workloads.
843
844 Like symmetric, the Crypto device framework provides APIs to allocate and initialize
845 asymmetric sessions for crypto devices, where sessions are mempool objects.
846 It is the application's responsibility to create and manage the session mempools.
847 Application using both symmetric and asymmetric sessions should allocate and maintain
848 different sessions pools for each type.
849
850 An application can use ``rte_cryptodev_get_asym_session_private_size()`` to
851 get the private size of asymmetric session on a given crypto device. This
852 function would allow an application to calculate the max device asymmetric
853 session size of all crypto devices to create a single session mempool.
854 If instead an application creates multiple asymmetric session mempools,
855 the Crypto device framework also provides ``rte_cryptodev_asym_get_header_session_size()`` to get
856 the size of an uninitialized session.
857
858 Once the session mempools have been created, ``rte_cryptodev_asym_session_create()``
859 is used to allocate an uninitialized asymmetric session from the given mempool.
860 The session then must be initialized using ``rte_cryptodev_asym_session_init()``
861 for each of the required crypto devices. An asymmetric transform chain
862 is used to specify the operation and its parameters. See the section below for
863 details on transforms.
864
865 When a session is no longer used, user must call ``rte_cryptodev_asym_session_clear()``
866 for each of the crypto devices that are using the session, to free all driver
867 private asymmetric session data. Once this is done, session should be freed using
868 ``rte_cryptodev_asym_session_free()`` which returns them to their mempool.
869
870 Asymmetric Sessionless Support
871 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
872 Currently asymmetric crypto framework does not support sessionless.
873
874 Transforms and Transform Chaining
875 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
876
877 Asymmetric Crypto transforms (``rte_crypto_asym_xform``) are the mechanism used
878 to specify the details of the asymmetric Crypto operation. Next pointer within
879 xform allows transform to be chained together. Also it is important to note that
880 the order in which the transforms are passed indicates the order of the chaining.
881
882 Not all asymmetric crypto xforms are supported for chaining. Currently supported
883 asymmetric crypto chaining is Diffie-Hellman private key generation followed by
884 public generation. Also, currently API does not support chaining of symmetric and
885 asymmetric crypto xfroms.
886
887 Each xform defines specific asymmetric crypto algo. Currently supported are:
888 * RSA
889 * Modular operations (Exponentiation and Inverse)
890 * Diffie-Hellman
891 * DSA
892 * None - special case where PMD may support a passthrough mode. More for diagnostic purpose
893
894 See *DPDK API Reference* for details on each rte_crypto_xxx_xform struct
895
896 Asymmetric Operations
897 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
898
899 The asymmetric Crypto operation structure contains all the mutable data relating
900 to asymmetric cryptographic processing on an input data buffer. It uses either
901 RSA, Modular, Diffie-Hellman or DSA operations depending upon session it is attached
902 to.
903
904 Every operation must carry a valid session handle which further carries information
905 on xform or xform-chain to be performed on op. Every xform type defines its own set
906 of operational params in their respective rte_crypto_xxx_op_param struct. Depending
907 on xform information within session, PMD picks up and process respective op_param
908 struct.
909 Unlike symmetric, asymmetric operations do not use mbufs for input/output.
910 They operate on data buffer of type ``rte_crypto_param``.
911
912 See *DPDK API Reference* for details on each rte_crypto_xxx_op_param struct
913
914 Asymmetric crypto Sample code
915 -----------------------------
916
917 There's a unit test application test_cryptodev_asym.c inside unit test framework that
918 show how to setup and process asymmetric operations using cryptodev library.
919
920 The following sample code shows the basic steps to compute modular exponentiation
921 using 1024-bit modulus length using openssl PMD available in DPDK (performing other
922 crypto operations is similar except change to respective op and xform setup).
923
924 .. code-block:: c
925
926     /*
927      * Simple example to compute modular exponentiation with 1024-bit key
928      *
929      */
930     #define MAX_ASYM_SESSIONS   10
931     #define NUM_ASYM_BUFS       10
932
933     struct rte_mempool *crypto_op_pool, *asym_session_pool;
934     unsigned int asym_session_size;
935     int ret;
936
937     /* Initialize EAL. */
938     ret = rte_eal_init(argc, argv);
939     if (ret < 0)
940         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL arguments\n");
941
942     uint8_t socket_id = rte_socket_id();
943
944     /* Create crypto operation pool. */
945     crypto_op_pool = rte_crypto_op_pool_create(
946                                     "crypto_op_pool",
947                                     RTE_CRYPTO_OP_TYPE_ASYMMETRIC,
948                                     NUM_ASYM_BUFS, 0, 0,
949                                     socket_id);
950     if (crypto_op_pool == NULL)
951         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create crypto op pool\n");
952
953     /* Create the virtual crypto device. */
954     char args[128];
955     const char *crypto_name = "crypto_openssl";
956     snprintf(args, sizeof(args), "socket_id=%d", socket_id);
957     ret = rte_vdev_init(crypto_name, args);
958     if (ret != 0)
959         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create virtual device");
960
961     uint8_t cdev_id = rte_cryptodev_get_dev_id(crypto_name);
962
963     /* Get private asym session data size. */
964     asym_session_size = rte_cryptodev_get_asym_private_session_size(cdev_id);
965
966     /*
967      * Create session mempool, with two objects per session,
968      * one for the session header and another one for the
969      * private asym session data for the crypto device.
970      */
971     asym_session_pool = rte_mempool_create("asym_session_pool",
972                                     MAX_ASYM_SESSIONS * 2,
973                                     asym_session_size,
974                                     0,
975                                     0, NULL, NULL, NULL,
976                                     NULL, socket_id,
977                                     0);
978
979     /* Configure the crypto device. */
980     struct rte_cryptodev_config conf = {
981         .nb_queue_pairs = 1,
982         .socket_id = socket_id
983     };
984     struct rte_cryptodev_qp_conf qp_conf = {
985         .nb_descriptors = 2048
986     };
987
988     if (rte_cryptodev_configure(cdev_id, &conf) < 0)
989         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to configure cryptodev %u", cdev_id);
990
991     if (rte_cryptodev_queue_pair_setup(cdev_id, 0, &qp_conf,
992                             socket_id, asym_session_pool) < 0)
993         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to setup queue pair\n");
994
995     if (rte_cryptodev_start(cdev_id) < 0)
996         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to start device\n");
997
998     /* Setup crypto xform to do modular exponentiation with 1024 bit
999          * length modulus
1000          */
1001     struct rte_crypto_asym_xform modex_xform = {
1002                 .next = NULL,
1003                 .xform_type = RTE_CRYPTO_ASYM_XFORM_MODEX,
1004                 .modex = {
1005                         .modulus = {
1006                                 .data =
1007                                 (uint8_t *)
1008                                 ("\xb3\xa1\xaf\xb7\x13\x08\x00\x0a\x35\xdc\x2b\x20\x8d"
1009                                 "\xa1\xb5\xce\x47\x8a\xc3\x80\xf4\x7d\x4a\xa2\x62\xfd\x61\x7f"
1010                                 "\xb5\xa8\xde\x0a\x17\x97\xa0\xbf\xdf\x56\x5a\x3d\x51\x56\x4f"
1011                                 "\x70\x70\x3f\x63\x6a\x44\x5b\xad\x84\x0d\x3f\x27\x6e\x3b\x34"
1012                                 "\x91\x60\x14\xb9\xaa\x72\xfd\xa3\x64\xd2\x03\xa7\x53\x87\x9e"
1013                                 "\x88\x0b\xc1\x14\x93\x1a\x62\xff\xb1\x5d\x74\xcd\x59\x63\x18"
1014                                 "\x11\x3d\x4f\xba\x75\xd4\x33\x4e\x23\x6b\x7b\x57\x44\xe1\xd3"
1015                                 "\x03\x13\xa6\xf0\x8b\x60\xb0\x9e\xee\x75\x08\x9d\x71\x63\x13"
1016                                 "\xcb\xa6\x81\x92\x14\x03\x22\x2d\xde\x55"),
1017                                 .length = 128
1018                         },
1019                         .exponent = {
1020                                 .data = (uint8_t *)("\x01\x00\x01"),
1021                                 .length = 3
1022                         }
1023                 }
1024     };
1025     /* Create asym crypto session and initialize it for the crypto device. */
1026     struct rte_cryptodev_asym_session *asym_session;
1027     asym_session = rte_cryptodev_asym_session_create(asym_session_pool);
1028     if (asym_session == NULL)
1029         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Session could not be created\n");
1030
1031     if (rte_cryptodev_asym_session_init(cdev_id, asym_session,
1032                     &modex_xform, asym_session_pool) < 0)
1033         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Session could not be initialized "
1034                     "for the crypto device\n");
1035
1036     /* Get a burst of crypto operations. */
1037     struct rte_crypto_op *crypto_ops[1];
1038     if (rte_crypto_op_bulk_alloc(crypto_op_pool,
1039                             RTE_CRYPTO_OP_TYPE_ASYMMETRIC,
1040                             crypto_ops, 1) == 0)
1041         rte_exit(EXIT_FAILURE, "Not enough crypto operations available\n");
1042
1043     /* Set up the crypto operations. */
1044     struct rte_crypto_asym_op *asym_op = crypto_ops[0]->asym;
1045
1046         /* calculate mod exp of value 0xf8 */
1047     static unsigned char base[] = {0xF8};
1048     asym_op->modex.base.data = base;
1049     asym_op->modex.base.length = sizeof(base);
1050         asym_op->modex.base.iova = base;
1051
1052     /* Attach the asym crypto session to the operation */
1053     rte_crypto_op_attach_asym_session(op, asym_session);
1054
1055     /* Enqueue the crypto operations in the crypto device. */
1056     uint16_t num_enqueued_ops = rte_cryptodev_enqueue_burst(cdev_id, 0,
1057                                             crypto_ops, 1);
1058
1059     /*
1060      * Dequeue the crypto operations until all the operations
1061      * are processed in the crypto device.
1062      */
1063     uint16_t num_dequeued_ops, total_num_dequeued_ops = 0;
1064     do {
1065         struct rte_crypto_op *dequeued_ops[1];
1066         num_dequeued_ops = rte_cryptodev_dequeue_burst(cdev_id, 0,
1067                                         dequeued_ops, 1);
1068         total_num_dequeued_ops += num_dequeued_ops;
1069
1070         /* Check if operation was processed successfully */
1071         if (dequeued_ops[0]->status != RTE_CRYPTO_OP_STATUS_SUCCESS)
1072                 rte_exit(EXIT_FAILURE,
1073                         "Some operations were not processed correctly");
1074
1075     } while (total_num_dequeued_ops < num_enqueued_ops);
1076
1077
1078 Asymmetric Crypto Device API
1079 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1080
1081 The cryptodev Library API is described in the
1082 `DPDK API Reference <http://doc.dpdk.org/api/>`_