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         BIGNUM *n, *e;
 138         const unsigned char *p = blob, *end = blob + blen;
 139
 140         rsa = RSA_new();
 141         if (!rsa)
 142                 return -E_BIGNUM;
 143         ret = read_bignum(p, end - p, &e);
 144         if (ret < 0)
 145                 goto fail;
 146         p += ret;
 147         ret = read_bignum(p, end - p, &n);
 148         if (ret < 0)
 149                 goto fail;
 150 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 151         RSA_set0_key(rsa, n, e, NULL);
 152 #else
 153         rsa->n = n;
 154         rsa->e = e;
 155 #endif
 156         *result = rsa;
 157         return 1;
 158 fail:
 159         RSA_free(rsa);
 160         return ret;
 161 }
 162
 163 int get_asymmetric_key(const char *key_file, int private,
 164                 struct asymmetric_key **result)
 165 {
 166         struct asymmetric_key *key = NULL;
 167         void *map = NULL;
 168         unsigned char *blob = NULL;
 169         size_t map_size, encoded_size, decoded_size;
 170         int ret, ret2;
 171         char *cp;
 172
 173         key = para_malloc(sizeof(*key));
 174         if (private) {
 175                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PRIVATE_KEY);
 176                 goto out;
 177         }
 178         ret = mmap_full_file(key_file, O_RDONLY, &map, &map_size, NULL);
 179         if (ret < 0)
 180                 goto out;
 181         ret = is_ssh_rsa_key(map, map_size);
 182         if (!ret) {
 183                 ret = para_munmap(map, map_size);
 184                 map = NULL;
 185                 if (ret < 0)
 186                         goto out;
 187                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PUBLIC_KEY);
 188                 goto out;
 189         }
 190         cp = map + ret;
 191         encoded_size = map_size - ret;
 192         PARA_INFO_LOG("decoding public rsa-ssh key %s\n", key_file);
 193         ret = uudecode(cp, encoded_size, (char **)&blob, &decoded_size);
 194         if (ret < 0)
 195                 goto out_unmap;
 196         ret = check_ssh_key_header(blob, decoded_size);
 197         if (ret < 0)
 198                 goto out_unmap;
 199         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 200         if (ret < 0)
 201                 goto out_unmap;
 202         ret = RSA_size(key->rsa);
 203 out_unmap:
 204         ret2 = para_munmap(map, map_size);
 205         if (ret >= 0 && ret2 < 0)
 206                 ret = ret2;
 207 out:
 208         if (ret < 0) {
 209                 free(key);
 210                 *result = NULL;
 211                 PARA_ERROR_LOG("key %s: %s\n", key_file, para_strerror(-ret));
 212         } else
 213                 *result = key;
 214         free(blob);
 215         return ret;
 216 }
 217
 218 void free_asymmetric_key(struct asymmetric_key *key)
 219 {
 220         if (!key)
 221                 return;
 222         RSA_free(key->rsa);
 223         free(key);
 224 }
 225
 226 int priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 227                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 228 {
 229         struct asymmetric_key *priv;
 230         int ret;
 231
 232         if (inlen < 0)
 233                 return -E_RSA;
 234         ret = get_asymmetric_key(key_file, LOAD_PRIVATE_KEY, &priv);
 235         if (ret < 0)
 236                 return ret;
 237         /*
 238          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 239          * factor to protect against this kind of attack.
 240          */
 241         ret = -E_BLINDING;
 242         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 243                 goto out;
 244         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 245                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 246         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 247         if (ret <= 0)
 248                 ret = -E_DECRYPT;
 249 out:
 250         free_asymmetric_key(priv);
 251         return ret;
 252 }
 253
 254 int pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 255                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 256 {
 257         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 258
 259         if (flen < 0)
 260                 return -E_ENCRYPT;
 261         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 262                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 263         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 264 }
 265
 266 struct stream_cipher {
 267         bool use_aes;
 268         union {
 269                 RC4_KEY rc4_key;
 270                 EVP_CIPHER_CTX *aes;
 271         } context;
 272 };
 273
 274 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len,
 275                 bool use_aes)
 276 {
 277         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 278
 279         sc->use_aes = use_aes;
 280         if (!use_aes) {
 281                 RC4_set_key(&sc->context.rc4_key, len, data);
 282                 return sc;
 283         }
 284         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 285         sc->context.aes = EVP_CIPHER_CTX_new();
 286         EVP_EncryptInit_ex(sc->context.aes, EVP_aes_128_ctr(), NULL, data,
 287                 data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 288         return sc;
 289 }
 290
 291 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 292 {
 293         if (!sc)
 294                 return;
 295         EVP_CIPHER_CTX_free(sc->context.aes);
 296         free(sc);
 297 }
 298
 299 /**
 300  * The RC4() implementation of openssl apparently reads and writes data in
 301  * blocks of 8 bytes. So we have to make sure our buffer sizes are a multiple
 302  * of this.
 303  */
 304 #define RC4_ALIGN 8
 305
 306 static void rc4_crypt(RC4_KEY *key, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 307 {
 308         size_t len = src->iov_len, l1, l2;
 309
 310         assert(len > 0);
 311         assert(len < ((typeof(src->iov_len))-1) / 2);
 312         l1 = ROUND_DOWN(len, RC4_ALIGN);
 313         l2 = ROUND_UP(len, RC4_ALIGN);
 314
 315         *dst = (typeof(*dst)) {
 316                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 317                 .iov_base = para_malloc(l2 + 1),
 318                 .iov_len = len
 319         };
 320         RC4(key, l1, src->iov_base, dst->iov_base);
 321         if (len > l1) {
 322                 unsigned char remainder[RC4_ALIGN] = "";
 323                 memcpy(remainder, src->iov_base + l1, len - l1);
 324                 RC4(key, len - l1, remainder, dst->iov_base + l1);
 325         }
 326         ((char *)dst->iov_base)[len] = '\0';
 327 }
 328
 329 static void aes_ctr128_crypt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, struct iovec *src,
 330                 struct iovec *dst)
 331 {
 332         int ret, inlen = src->iov_len, outlen, tmplen;
 333
 334         *dst = (typeof(*dst)) {
 335                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 336                 .iov_base = para_malloc(inlen + 1),
 337                 .iov_len = inlen
 338         };
 339         ret = EVP_EncryptUpdate(ctx, dst->iov_base, &outlen, src->iov_base, inlen);
 340         assert(ret != 0);
 341         ret = EVP_EncryptFinal_ex(ctx, dst->iov_base + outlen, &tmplen);
 342         assert(ret != 0);
 343         outlen += tmplen;
 344         ((char *)dst->iov_base)[outlen] = '\0';
 345         dst->iov_len = outlen;
 346 }
 347
 348 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 349 {
 350         if (sc->use_aes)
 351                 return aes_ctr128_crypt(sc->context.aes, src, dst);
 352         return rc4_crypt(&sc->context.rc4_key, src, dst);
 353 }
 354
 355 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 356 {
 357         SHA_CTX c;
 358         SHA1_Init(&c);
 359         SHA1_Update(&c, data, len);
 360         SHA1_Final(hash, &c);
 361 }