crypt.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2005-2011 Andre Noll <maan@systemlinux.org>
   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 <dirent.h>
  11 #include <sys/types.h>
  12 #include <sys/socket.h>
  13 #include <openssl/rand.h>
  14 #include <openssl/err.h>
  15 #include <openssl/rc4.h>
  16 #include <openssl/pem.h>
  17 #include <openssl/sha.h>
  18
  19 #include "para.h"
  20 #include "error.h"
  21 #include "string.h"
  22 #include "crypt.h"
  23 #include "fd.h"
  24
  25 struct asymmetric_key {
  26         RSA *rsa;
  27 };
  28
  29 /**
  30  * Fill a buffer with random content.
  31  *
  32  * \param buf The buffer to fill.
  33  * \param num The size of \a buf in bytes.
  34  *
  35  * This function puts \a num cryptographically strong pseudo-random bytes into
  36  * buf. If libssl can not guarantee an unpredictable byte sequence (for example
  37  * because the PRNG has not been seeded with enough randomness) the function
  38  * logs an error message and calls exit().
  39  */
  40 void get_random_bytes_or_die(unsigned char *buf, int num)
  41 {
  42         unsigned long err;
  43
  44         /* RAND_bytes() returns 1 on success, 0 otherwise. */
  45         if (RAND_bytes(buf, num) == 1)
  46                 return;
  47         err = ERR_get_error();
  48         PARA_EMERG_LOG("%s\n", ERR_reason_error_string(err));
  49         exit(EXIT_FAILURE);
  50 }
  51
  52 /**
  53  * Seed pseudo random number generators.
  54  *
  55  * This function reads 64 bytes from /dev/urandom and adds them to the SSL
  56  * PRNG. It also seeds the PRNG used by random() with a random seed obtained
  57  * from SSL. If /dev/random could not be read, an error message is logged and
  58  * the function calls exit().
  59  *
  60  * \sa RAND_load_file(3), \ref get_random_bytes_or_die(), srandom(3),
  61  * random(3), \ref para_random().
  62  */
  63 void init_random_seed_or_die(void)
  64 {
  65         int seed, ret = RAND_load_file("/dev/urandom", 64);
  66
  67         if (ret != 64) {
  68                 PARA_EMERG_LOG("could not seed PRNG (ret = %d)\n", ret);
  69                 exit(EXIT_FAILURE);
  70         }
  71         get_random_bytes_or_die((unsigned char *)&seed, sizeof(seed));
  72         srandom(seed);
  73 }
  74
  75 static int check_key_file(const char *file, int private)
  76 {
  77         struct stat st;
  78
  79         if (stat(file, &st) != 0)
  80                 return -ERRNO_TO_PARA_ERROR(errno);
  81         if (private != LOAD_PRIVATE_KEY)
  82                 return 0;
  83         if ((st.st_uid == getuid()) && (st.st_mode & 077) != 0)
  84                 return -E_KEY_PERM;
  85         return 1;
  86 }
  87
  88 static EVP_PKEY *load_key(const char *file, int private)
  89 {
  90         BIO *key;
  91         EVP_PKEY *pkey = NULL;
  92         int ret = check_key_file(file, private);
  93
  94         if (ret < 0) {
  95                 PARA_ERROR_LOG("%s\n", para_strerror(-ret));
  96                 return NULL;
  97         }
  98         key = BIO_new(BIO_s_file());
  99         if (!key)
 100                 return NULL;
 101         if (BIO_read_filename(key, file) > 0) {
 102                 if (private == LOAD_PRIVATE_KEY)
 103                         pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, NULL);
 104                 else
 105                         pkey = PEM_read_bio_PUBKEY(key, NULL, NULL, NULL);
 106         }
 107         BIO_free(key);
 108         return pkey;
 109 }
 110
 111 /**
 112  * Read an asymmetric key from a file.
 113  *
 114  * \param key_file The file containing the key.
 115  * \param private if non-zero, read the private key, otherwise the public key.
 116  * \param result The key structure is returned here.
 117  *
 118  * \return The size of the key on success, negative on errors.
 119  *
 120  * \sa openssl(1), rsa(1).
 121  */
 122 int get_asymmetric_key(const char *key_file, int private,
 123                 struct asymmetric_key **result)
 124 {
 125         struct asymmetric_key *key;
 126         RSA *rsa;
 127         EVP_PKEY *pkey = load_key(key_file, private);
 128
 129         if (!pkey)
 130                 return (private == LOAD_PRIVATE_KEY)? -E_PRIVATE_KEY
 131                         : -E_PUBLIC_KEY;
 132         rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(pkey);
 133         EVP_PKEY_free(pkey);
 134         if (!rsa)
 135                 return -E_RSA;
 136         key = para_malloc(sizeof(*key));
 137         key->rsa = rsa;
 138         *result = key;
 139         return RSA_size(rsa);
 140 }
 141
 142 /**
 143  * Deallocate an asymmetric key structure.
 144  *
 145  * \param key Pointer to the key structure to free.
 146  *
 147  * This must be called for any key obtained by get_asymmetric_key().
 148  */
 149 void free_asymmetric_key(struct asymmetric_key *key)
 150 {
 151         if (!key)
 152                 return;
 153         RSA_free(key->rsa);
 154         free(key);
 155 }
 156
 157 /**
 158  * Decrypt a buffer using a private key.
 159  *
 160  * \param key_file Full path of the key.
 161  * \param outbuf The output buffer.
 162  * \param inbuf The encrypted input buffer.
 163  * \param inlen The length of \a inbuf in bytes.
 164  *
 165  * The \a outbuf must be large enough to hold at least \a rsa_inlen bytes.
 166  *
 167  * \return The size of the recovered plaintext on success, negative on errors.
 168  *
 169  * \sa RSA_private_decrypt(3)
 170  **/
 171 int priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 172                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 173 {
 174         struct asymmetric_key *priv;
 175         int ret;
 176
 177         if (inlen < 0)
 178                 return -E_RSA;
 179         ret = get_asymmetric_key(key_file, LOAD_PRIVATE_KEY, &priv);
 180         if (ret < 0)
 181                 return ret;
 182         /*
 183          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 184          * factor to protect against this kind of attack.
 185          */
 186         ret = -E_BLINDING;
 187         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 188                 goto out;
 189         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 190                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 191         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 192         if (ret <= 0)
 193                 ret = -E_DECRYPT;
 194 out:
 195         free_asymmetric_key(priv);
 196         return ret;
 197 }
 198
 199 /**
 200  * Encrypt a buffer using an RSA key
 201  *
 202  * \param pub: The public key.
 203  * \param inbuf The input buffer.
 204  * \param len The length of \a inbuf.
 205  * \param outbuf The output buffer.
 206  *
 207  * \return The size of the encrypted data on success, negative on errors.
 208  *
 209  * \sa RSA_public_encrypt(3)
 210  */
 211 int pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 212                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 213 {
 214         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 215
 216         if (flen < 0)
 217                 return -E_ENCRYPT;
 218         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 219                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 220         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 221 }
 222
 223 #define RC4_ALIGN 8
 224 struct stream_cipher {
 225         RC4_KEY key;
 226 };
 227
 228 /**
 229  * Allocate and initialize a stream cipher structure.
 230  *
 231  * \param data The key.
 232  * \param len The size of the key.
 233  *
 234  * \return A new stream cipher structure.
 235  */
 236 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len)
 237 {
 238         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 239         RC4_set_key(&sc->key, len, data);
 240         return sc;
 241 }
 242
 243 /**
 244  * Deallocate a stream cipher structure.
 245  *
 246  * \param sc A stream cipher previously obtained by sc_new().
 247  */
 248 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 249 {
 250         free(sc);
 251 }
 252
 253 /**
 254  * Encrypt and send a buffer.
 255  *
 256  * \param scc The context.
 257  * \param buf The buffer to send.
 258  * \param len The size of \a buf in bytes.
 259  *
 260  * \return The return value of the underyling call to write_all().
 261  *
 262  * \sa \ref write_all(), RC4(3).
 263  */
 264 int sc_send_bin_buffer(struct stream_cipher_context *scc, const char *buf,
 265                 size_t len)
 266 {
 267         int ret;
 268         unsigned char *tmp;
 269         static unsigned char remainder[RC4_ALIGN];
 270         size_t l1 = ROUND_DOWN(len, RC4_ALIGN), l2 = ROUND_UP(len, RC4_ALIGN);
 271
 272         assert(len);
 273         tmp = para_malloc(l2);
 274         RC4(&scc->send->key, l1, (const unsigned char *)buf, tmp);
 275         if (len > l1) {
 276                 memcpy(remainder, buf + l1, len - l1);
 277                 RC4(&scc->send->key, len - l1, remainder, tmp + l1);
 278         }
 279         ret = write_all(scc->fd, (char *)tmp, &len);
 280         free(tmp);
 281         return ret;
 282 }
 283
 284 /**
 285  * Encrypt and send a \p NULL-terminated buffer.
 286  *
 287  * \param scc The context.
 288  * \param buf The buffer to send.
 289  *
 290  * \return The return value of the underyling call to sc_send_bin_buffer().
 291  */
 292 int sc_send_buffer(struct stream_cipher_context *scc, const char *buf)
 293 {
 294         return sc_send_bin_buffer(scc, buf, strlen(buf));
 295 }
 296
 297 /**
 298  * Format, encrypt and send a buffer.
 299  *
 300  * \param scc The context.
 301  * \param fmt A format string.
 302  *
 303  * \return The return value of the underyling call to sc_send_buffer().
 304  */
 305 __printf_2_3 int sc_send_va_buffer(struct stream_cipher_context *scc,
 306                 const char *fmt, ...)
 307 {
 308         char *msg;
 309         int ret;
 310
 311         PARA_VSPRINTF(fmt, msg);
 312         ret = sc_send_buffer(scc, msg);
 313         free(msg);
 314         return ret;
 315 }
 316
 317 /**
 318  * Receive a buffer and decrypt it.
 319  *
 320  * \param scc The context.
 321  * \param buf The buffer to write the decrypted data to.
 322  * \param size The size of \a buf.
 323  *
 324  * \return The number of bytes received on success, negative on errors, zero if
 325  * the peer has performed an orderly shutdown.
 326  *
 327  * \sa recv(2), RC4(3).
 328  */
 329 int sc_recv_bin_buffer(struct stream_cipher_context *scc, char *buf,
 330                 size_t size)
 331 {
 332         unsigned char *tmp = para_malloc(size);
 333         ssize_t ret = recv(scc->fd, tmp, size, 0);
 334
 335         if (ret > 0)
 336                 RC4(&scc->recv->key, ret, tmp, (unsigned char *)buf);
 337         else if (ret < 0)
 338                 ret = -ERRNO_TO_PARA_ERROR(errno);
 339         free(tmp);
 340         return ret;
 341 }
 342
 343 /**
 344  * Receive a buffer, decrypt it and write terminating NULL byte.
 345  *
 346  * \param scc The context.
 347  * \param buf The buffer to write the decrypted data to.
 348  * \param size The size of \a buf.
 349  *
 350  * Read at most \a size - 1 bytes from file descriptor given by \a scc, decrypt
 351  * the received data and write a NULL byte at the end of the decrypted data.
 352  *
 353  * \return The return value of the underlying call to \ref
 354  * sc_recv_bin_buffer().
 355  */
 356 int sc_recv_buffer(struct stream_cipher_context *scc, char *buf, size_t size)
 357 {
 358         int n;
 359
 360         assert(size);
 361         n = sc_recv_bin_buffer(scc, buf, size - 1);
 362         if (n >= 0)
 363                 buf[n] = '\0';
 364         else
 365                 *buf = '\0';
 366         return n;
 367 }
 368
 369 /**
 370  * Compute the hash of the given input data.
 371  *
 372  * \param data Pointer to the data to compute the hash value from.
 373  * \param len The length of \a data in bytes.
 374  * \param hash Result pointer.
 375  *
 376  * \a hash must point to an area at least \p HASH_SIZE bytes large.
 377  *
 378  * \sa sha(3), openssl(1).
 379  * */
 380 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 381 {
 382         SHA_CTX c;
 383         SHA1_Init(&c);
 384         SHA1_Update(&c, data, len);
 385         SHA1_Final(hash, &c);
 386 }