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         int ret = check_key_file(file, private);
  69
  70         if (ret < 0) {
  71                 PARA_ERROR_LOG("%s\n", para_strerror(-ret));
  72                 return NULL;
  73         }
  74         key = BIO_new(BIO_s_file());
  75         if (!key)
  76                 return NULL;
  77         if (BIO_read_filename(key, file) > 0) {
  78                 if (private == LOAD_PRIVATE_KEY)
  79                         pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, NULL);
  80                 else
  81                         pkey = PEM_read_bio_PUBKEY(key, NULL, NULL, NULL);
  82         }
  83         BIO_free(key);
  84         return pkey;
  85 }
  86
  87 static int get_openssl_key(const char *key_file, RSA **rsa, int private)
  88 {
  89         EVP_PKEY *key = load_key(key_file, private);
  90
  91         if (!key)
  92                 return (private == LOAD_PRIVATE_KEY)? -E_PRIVATE_KEY
  93                         : -E_PUBLIC_KEY;
  94         *rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(key);
  95         EVP_PKEY_free(key);
  96         if (!*rsa)
  97                 return -E_RSA;
  98         return RSA_size(*rsa);
  99 }
 100
 101 /*
 102  * The public key loading functions below were inspired by corresponding code
 103  * of openssh-5.2p1, Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo,
 104  * Finland. However, not much of the original code remains.
 105  */
 106
 107 static int read_bignum(const unsigned char *buf, size_t len, BIGNUM **result)
 108 {
 109         const unsigned char *p = buf, *end = buf + len;
 110         uint32_t bnsize;
 111         BIGNUM *bn;
 112
 113         if (p + 4 < p)
 114                 return -E_BIGNUM;
 115         if (p + 4 > end)
 116                 return -E_BIGNUM;
 117         bnsize = read_ssh_u32(p);
 118         PARA_DEBUG_LOG("bnsize: %u\n", bnsize);
 119         p += 4;
 120         if (p + bnsize < p)
 121                 return -E_BIGNUM;
 122         if (p + bnsize > end)
 123                 return -E_BIGNUM;
 124         if (bnsize > 8192)
 125                 return -E_BIGNUM;
 126         bn = BN_bin2bn(p, bnsize, NULL);
 127         if (!bn)
 128                 return -E_BIGNUM;
 129         *result = bn;
 130         return bnsize + 4;
 131 }
 132
 133 static int read_rsa_bignums(const unsigned char *blob, int blen, RSA **result)
 134 {
 135         int ret;
 136         RSA *rsa;
 137         const unsigned char *p = blob, *end = blob + blen;
 138
 139         rsa = RSA_new();
 140         if (!rsa)
 141                 return -E_BIGNUM;
 142         ret = read_bignum(p, end - p, &rsa->e);
 143         if (ret < 0)
 144                 goto fail;
 145         p += ret;
 146         ret = read_bignum(p, end - p, &rsa->n);
 147         if (ret < 0)
 148                 goto fail;
 149         *result = rsa;
 150         return 1;
 151 fail:
 152         RSA_free(rsa);
 153         return ret;
 154 }
 155
 156 int get_asymmetric_key(const char *key_file, int private,
 157                 struct asymmetric_key **result)
 158 {
 159         struct asymmetric_key *key = NULL;
 160         void *map = NULL;
 161         unsigned char *blob = NULL;
 162         size_t map_size, blob_size, decoded_size;
 163         int ret, ret2;
 164         char *cp;
 165
 166         key = para_malloc(sizeof(*key));
 167         if (private) {
 168                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PRIVATE_KEY);
 169                 goto out;
 170         }
 171         ret = mmap_full_file(key_file, O_RDONLY, &map, &map_size, NULL);
 172         if (ret < 0)
 173                 goto out;
 174         ret = is_ssh_rsa_key(map, map_size);
 175         if (!ret) {
 176                 ret = para_munmap(map, map_size);
 177                 map = NULL;
 178                 if (ret < 0)
 179                         goto out;
 180                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PUBLIC_KEY);
 181                 goto out;
 182         }
 183         cp = map + ret;
 184         PARA_INFO_LOG("decoding public rsa-ssh key %s\n", key_file);
 185         ret = -ERRNO_TO_PARA_ERROR(EOVERFLOW);
 186         if (map_size > INT_MAX / 4)
 187                 goto out_unmap;
 188         blob_size = 2 * map_size;
 189         blob = para_malloc(blob_size);
 190         ret = uudecode(cp, blob, blob_size);
 191         if (ret < 0)
 192                 goto out_unmap;
 193         decoded_size = ret;
 194         ret = check_ssh_key_header(blob, decoded_size);
 195         if (ret < 0)
 196                 goto out_unmap;
 197         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 198         if (ret < 0)
 199                 goto out_unmap;
 200         ret = RSA_size(key->rsa);
 201 out_unmap:
 202         ret2 = para_munmap(map, map_size);
 203         if (ret >= 0 && ret2 < 0)
 204                 ret = ret2;
 205 out:
 206         if (ret < 0) {
 207                 free(key);
 208                 *result = NULL;
 209                 PARA_ERROR_LOG("key %s: %s\n", key_file, para_strerror(-ret));
 210         } else
 211                 *result = key;
 212         free(blob);
 213         return ret;
 214 }
 215
 216 void free_asymmetric_key(struct asymmetric_key *key)
 217 {
 218         if (!key)
 219                 return;
 220         RSA_free(key->rsa);
 221         free(key);
 222 }
 223
 224 int priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 225                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 226 {
 227         struct asymmetric_key *priv;
 228         int ret;
 229
 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 aes_ctr_128_context {
 265         AES_KEY key;
 266         unsigned char ivec[AES_CRT128_BLOCK_SIZE];
 267         unsigned char ecount[AES_CRT128_BLOCK_SIZE];
 268         unsigned int num;
 269 };
 270
 271 struct stream_cipher {
 272         bool use_aes;
 273         union {
 274                 RC4_KEY rc4_key;
 275                 struct aes_ctr_128_context aes;
 276         } context;
 277 };
 278
 279 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len,
 280                 bool use_aes)
 281 {
 282         int ret;
 283         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 284         struct aes_ctr_128_context *aes;
 285
 286         sc->use_aes = use_aes;
 287         if (!use_aes) {
 288                 RC4_set_key(&sc->context.rc4_key, len, data);
 289                 return sc;
 290         }
 291         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 292         aes = &sc->context.aes;
 293         ret = AES_set_encrypt_key(data, AES_CRT128_BLOCK_SIZE * 8 /* bits */,
 294                 &aes->key);
 295         assert(ret == 0);
 296         memcpy(aes->ivec, data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE, AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 297         aes->num = 0;
 298         return sc;
 299 }
 300
 301 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 302 {
 303         free(sc);
 304 }
 305
 306 /**
 307  * The RC4() implementation of openssl apparently reads and writes data in
 308  * blocks of 8 bytes. So we have to make sure our buffer sizes are a multiple
 309  * of this.
 310  */
 311 #define RC4_ALIGN 8
 312
 313 static void rc4_crypt(RC4_KEY *key, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 314 {
 315         size_t len = src->iov_len, l1, l2;
 316
 317         assert(len > 0);
 318         assert(len < ((typeof(src->iov_len))-1) / 2);
 319         l1 = ROUND_DOWN(len, RC4_ALIGN);
 320         l2 = ROUND_UP(len, RC4_ALIGN);
 321
 322         *dst = (typeof(*dst)) {
 323                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 324                 .iov_base = para_malloc(l2 + 1),
 325                 .iov_len = len
 326         };
 327         RC4(key, l1, src->iov_base, dst->iov_base);
 328         if (len > l1) {
 329                 unsigned char remainder[RC4_ALIGN] = "";
 330                 memcpy(remainder, src->iov_base + l1, len - l1);
 331                 RC4(key, len - l1, remainder, dst->iov_base + l1);
 332         }
 333         ((char *)dst->iov_base)[len] = '\0';
 334 }
 335
 336 static void aes_ctr128_crypt(struct aes_ctr_128_context *aes, struct iovec *src,
 337                 struct iovec *dst)
 338 {
 339         size_t len = src->iov_len;
 340
 341         *dst = (typeof(*dst)) {
 342                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 343                 .iov_base = para_malloc(len + 1),
 344                 .iov_len = len
 345         };
 346         AES_ctr128_encrypt(src->iov_base, dst->iov_base, len,
 347                 &aes->key, aes->ivec, aes->ecount, &aes->num);
 348         ((char *)dst->iov_base)[len] = '\0';
 349 }
 350
 351 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 352 {
 353         if (sc->use_aes)
 354                 return aes_ctr128_crypt(&sc->context.aes, src, dst);
 355         return rc4_crypt(&sc->context.rc4_key, src, dst);
 356 }
 357
 358 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 359 {
 360         SHA_CTX c;
 361         SHA1_Init(&c);
 362         SHA1_Update(&c, data, len);
 363         SHA1_Final(hash, &c);
 364 }