crypt.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2005 Andre Noll <maan@tuebingen.mpg.de>
   3  *
   4  * Licensed under the GPL v2. For licencing details see COPYING.
   5  */
   6
   7 /** \file crypt.c Openssl-based encryption/decryption routines. */
   8
   9 #include <regex.h>
  10 #include <sys/types.h>
  11 #include <sys/socket.h>
  12 #include <openssl/rand.h>
  13 #include <openssl/err.h>
  14 #include <openssl/rc4.h>
  15 #include <openssl/pem.h>
  16 #include <openssl/sha.h>
  17 #include <openssl/bn.h>
  18 #include <openssl/aes.h>
  19
  20 #include "para.h"
  21 #include "error.h"
  22 #include "string.h"
  23 #include "crypt.h"
  24 #include "fd.h"
  25 #include "crypt_backend.h"
  26 #include "base64.h"
  27
  28 struct asymmetric_key {
  29         RSA *rsa;
  30 };
  31
  32 void get_random_bytes_or_die(unsigned char *buf, int num)
  33 {
  34         unsigned long err;
  35
  36         /* RAND_bytes() returns 1 on success, 0 otherwise. */
  37         if (RAND_bytes(buf, num) == 1)
  38                 return;
  39         err = ERR_get_error();
  40         PARA_EMERG_LOG("%s\n", ERR_reason_error_string(err));
  41         exit(EXIT_FAILURE);
  42 }
  43
  44 /*
  45  * Read 64 bytes from /dev/urandom and adds them to the SSL PRNG. Seed the PRNG
  46  * used by random() with a random seed obtained from SSL. If /dev/random is not
  47  * readable the function calls exit().
  48  *
  49  * \sa RAND_load_file(3), \ref get_random_bytes_or_die(), srandom(3),
  50  * random(3), \ref para_random().
  51  */
  52 void init_random_seed_or_die(void)
  53 {
  54         int seed, ret = RAND_load_file("/dev/urandom", 64);
  55
  56         if (ret != 64) {
  57                 PARA_EMERG_LOG("could not seed PRNG (ret = %d)\n", ret);
  58                 exit(EXIT_FAILURE);
  59         }
  60         get_random_bytes_or_die((unsigned char *)&seed, sizeof(seed));
  61         srandom(seed);
  62 }
  63
  64 static EVP_PKEY *load_key(const char *file, int private)
  65 {
  66         BIO *key;
  67         EVP_PKEY *pkey = NULL;
  68
  69         key = BIO_new(BIO_s_file());
  70         if (!key)
  71                 return NULL;
  72         if (BIO_read_filename(key, file) > 0) {
  73                 if (private == LOAD_PRIVATE_KEY)
  74                         pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, NULL);
  75                 else
  76                         pkey = PEM_read_bio_PUBKEY(key, NULL, NULL, NULL);
  77         }
  78         BIO_free(key);
  79         return pkey;
  80 }
  81
  82 static int get_openssl_key(const char *key_file, RSA **rsa, int private)
  83 {
  84         EVP_PKEY *key = load_key(key_file, private);
  85
  86         if (!key)
  87                 return (private == LOAD_PRIVATE_KEY)? -E_PRIVATE_KEY
  88                         : -E_PUBLIC_KEY;
  89         *rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(key);
  90         EVP_PKEY_free(key);
  91         if (!*rsa)
  92                 return -E_RSA;
  93         return RSA_size(*rsa);
  94 }
  95
  96 /*
  97  * The public key loading functions below were inspired by corresponding code
  98  * of openssh-5.2p1, Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo,
  99  * Finland. However, not much of the original code remains.
 100  */
 101
 102 static int read_bignum(const unsigned char *buf, size_t len, BIGNUM **result)
 103 {
 104         const unsigned char *p = buf, *end = buf + len;
 105         uint32_t bnsize;
 106         BIGNUM *bn;
 107
 108         if (p + 4 < p)
 109                 return -E_BIGNUM;
 110         if (p + 4 > end)
 111                 return -E_BIGNUM;
 112         bnsize = read_ssh_u32(p);
 113         PARA_DEBUG_LOG("bnsize: %u\n", bnsize);
 114         p += 4;
 115         if (p + bnsize < p)
 116                 return -E_BIGNUM;
 117         if (p + bnsize > end)
 118                 return -E_BIGNUM;
 119         if (bnsize > 8192)
 120                 return -E_BIGNUM;
 121         bn = BN_bin2bn(p, bnsize, NULL);
 122         if (!bn)
 123                 return -E_BIGNUM;
 124         *result = bn;
 125         return bnsize + 4;
 126 }
 127
 128 static int read_rsa_bignums(const unsigned char *blob, int blen, RSA **result)
 129 {
 130         int ret;
 131         RSA *rsa;
 132         BIGNUM *n, *e;
 133         const unsigned char *p = blob, *end = blob + blen;
 134
 135         rsa = RSA_new();
 136         if (!rsa)
 137                 return -E_BIGNUM;
 138         ret = read_bignum(p, end - p, &e);
 139         if (ret < 0)
 140                 goto fail;
 141         p += ret;
 142         ret = read_bignum(p, end - p, &n);
 143         if (ret < 0)
 144                 goto fail;
 145 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 146         RSA_set0_key(rsa, n, e, NULL);
 147 #else
 148         rsa->n = n;
 149         rsa->e = e;
 150 #endif
 151         *result = rsa;
 152         return 1;
 153 fail:
 154         RSA_free(rsa);
 155         return ret;
 156 }
 157
 158 int get_asymmetric_key(const char *key_file, int private,
 159                 struct asymmetric_key **result)
 160 {
 161         struct asymmetric_key *key = NULL;
 162         void *map = NULL;
 163         unsigned char *blob = NULL;
 164         size_t map_size, encoded_size, decoded_size;
 165         int ret, ret2;
 166         char *cp;
 167
 168         key = para_malloc(sizeof(*key));
 169         if (private) {
 170                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PRIVATE_KEY);
 171                 goto out;
 172         }
 173         ret = mmap_full_file(key_file, O_RDONLY, &map, &map_size, NULL);
 174         if (ret < 0)
 175                 goto out;
 176         ret = is_ssh_rsa_key(map, map_size);
 177         if (!ret) {
 178                 ret = para_munmap(map, map_size);
 179                 map = NULL;
 180                 if (ret < 0)
 181                         goto out;
 182                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PUBLIC_KEY);
 183                 goto out;
 184         }
 185         cp = map + ret;
 186         encoded_size = map_size - ret;
 187         PARA_INFO_LOG("decoding public rsa-ssh key %s\n", key_file);
 188         ret = uudecode(cp, encoded_size, (char **)&blob, &decoded_size);
 189         if (ret < 0)
 190                 goto out_unmap;
 191         ret = check_ssh_key_header(blob, decoded_size);
 192         if (ret < 0)
 193                 goto out_unmap;
 194         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 195         if (ret < 0)
 196                 goto out_unmap;
 197         ret = RSA_size(key->rsa);
 198 out_unmap:
 199         ret2 = para_munmap(map, map_size);
 200         if (ret >= 0 && ret2 < 0)
 201                 ret = ret2;
 202 out:
 203         if (ret < 0) {
 204                 free(key);
 205                 *result = NULL;
 206                 PARA_ERROR_LOG("key %s: %s\n", key_file, para_strerror(-ret));
 207         } else
 208                 *result = key;
 209         free(blob);
 210         return ret;
 211 }
 212
 213 void free_asymmetric_key(struct asymmetric_key *key)
 214 {
 215         if (!key)
 216                 return;
 217         RSA_free(key->rsa);
 218         free(key);
 219 }
 220
 221 int priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 222                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 223 {
 224         struct asymmetric_key *priv;
 225         int ret;
 226
 227         ret = check_private_key_file(key_file);
 228         if (ret < 0)
 229                 return ret;
 230         if (inlen < 0)
 231                 return -E_RSA;
 232         ret = get_asymmetric_key(key_file, LOAD_PRIVATE_KEY, &priv);
 233         if (ret < 0)
 234                 return ret;
 235         /*
 236          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 237          * factor to protect against this kind of attack.
 238          */
 239         ret = -E_BLINDING;
 240         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 241                 goto out;
 242         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 243                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 244         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 245         if (ret <= 0)
 246                 ret = -E_DECRYPT;
 247 out:
 248         free_asymmetric_key(priv);
 249         return ret;
 250 }
 251
 252 int pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 253                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 254 {
 255         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 256
 257         if (flen < 0)
 258                 return -E_ENCRYPT;
 259         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 260                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 261         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 262 }
 263
 264 struct stream_cipher {
 265         bool use_aes;
 266         union {
 267                 RC4_KEY rc4_key;
 268                 EVP_CIPHER_CTX *aes;
 269         } context;
 270 };
 271
 272 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len,
 273                 bool use_aes)
 274 {
 275         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 276
 277         sc->use_aes = use_aes;
 278         if (!use_aes) {
 279                 RC4_set_key(&sc->context.rc4_key, len, data);
 280                 return sc;
 281         }
 282         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 283         sc->context.aes = EVP_CIPHER_CTX_new();
 284         EVP_EncryptInit_ex(sc->context.aes, EVP_aes_128_ctr(), NULL, data,
 285                 data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 286         return sc;
 287 }
 288
 289 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 290 {
 291         if (!sc)
 292                 return;
 293         EVP_CIPHER_CTX_free(sc->context.aes);
 294         free(sc);
 295 }
 296
 297 /**
 298  * The RC4() implementation of openssl apparently reads and writes data in
 299  * blocks of 8 bytes. So we have to make sure our buffer sizes are a multiple
 300  * of this.
 301  */
 302 #define RC4_ALIGN 8
 303
 304 static void rc4_crypt(RC4_KEY *key, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 305 {
 306         size_t len = src->iov_len, l1, l2;
 307
 308         assert(len > 0);
 309         assert(len < ((typeof(src->iov_len))-1) / 2);
 310         l1 = ROUND_DOWN(len, RC4_ALIGN);
 311         l2 = ROUND_UP(len, RC4_ALIGN);
 312
 313         *dst = (typeof(*dst)) {
 314                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 315                 .iov_base = para_malloc(l2 + 1),
 316                 .iov_len = len
 317         };
 318         RC4(key, l1, src->iov_base, dst->iov_base);
 319         if (len > l1) {
 320                 unsigned char remainder[RC4_ALIGN] = "";
 321                 memcpy(remainder, src->iov_base + l1, len - l1);
 322                 RC4(key, len - l1, remainder, dst->iov_base + l1);
 323         }
 324         ((char *)dst->iov_base)[len] = '\0';
 325 }
 326
 327 static void aes_ctr128_crypt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, struct iovec *src,
 328                 struct iovec *dst)
 329 {
 330         int ret, inlen = src->iov_len, outlen, tmplen;
 331
 332         *dst = (typeof(*dst)) {
 333                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 334                 .iov_base = para_malloc(inlen + 1),
 335                 .iov_len = inlen
 336         };
 337         ret = EVP_EncryptUpdate(ctx, dst->iov_base, &outlen, src->iov_base, inlen);
 338         assert(ret != 0);
 339         ret = EVP_EncryptFinal_ex(ctx, dst->iov_base + outlen, &tmplen);
 340         assert(ret != 0);
 341         outlen += tmplen;
 342         ((char *)dst->iov_base)[outlen] = '\0';
 343         dst->iov_len = outlen;
 344 }
 345
 346 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 347 {
 348         if (sc->use_aes)
 349                 return aes_ctr128_crypt(sc->context.aes, src, dst);
 350         return rc4_crypt(&sc->context.rc4_key, src, dst);
 351 }
 352
 353 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 354 {
 355         SHA_CTX c;
 356         SHA1_Init(&c);
 357         SHA1_Update(&c, data, len);
 358         SHA1_Final(hash, &c);
 359 }