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