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
  27 struct asymmetric_key {
  28         RSA *rsa;
  29 };
  30
  31 void get_random_bytes_or_die(unsigned char *buf, int num)
  32 {
  33         unsigned long err;
  34
  35         /* RAND_bytes() returns 1 on success, 0 otherwise. */
  36         if (RAND_bytes(buf, num) == 1)
  37                 return;
  38         err = ERR_get_error();
  39         PARA_EMERG_LOG("%s\n", ERR_reason_error_string(err));
  40         exit(EXIT_FAILURE);
  41 }
  42
  43 /*
  44  * Read 64 bytes from /dev/urandom and adds them to the SSL PRNG. Seed the PRNG
  45  * used by random() with a random seed obtained from SSL. If /dev/random is not
  46  * readable the function calls exit().
  47  *
  48  * \sa RAND_load_file(3), \ref get_random_bytes_or_die(), srandom(3),
  49  * random(3), \ref para_random().
  50  */
  51 void init_random_seed_or_die(void)
  52 {
  53         int seed, ret = RAND_load_file("/dev/urandom", 64);
  54
  55         if (ret != 64) {
  56                 PARA_EMERG_LOG("could not seed PRNG (ret = %d)\n", ret);
  57                 exit(EXIT_FAILURE);
  58         }
  59         get_random_bytes_or_die((unsigned char *)&seed, sizeof(seed));
  60         srandom(seed);
  61 }
  62
  63 static EVP_PKEY *load_key(const char *file, int private)
  64 {
  65         BIO *key;
  66         EVP_PKEY *pkey = NULL;
  67         int ret = check_key_file(file, private);
  68
  69         if (ret < 0) {
  70                 PARA_ERROR_LOG("%s\n", para_strerror(-ret));
  71                 return NULL;
  72         }
  73         key = BIO_new(BIO_s_file());
  74         if (!key)
  75                 return NULL;
  76         if (BIO_read_filename(key, file) > 0) {
  77                 if (private == LOAD_PRIVATE_KEY)
  78                         pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, NULL);
  79                 else
  80                         pkey = PEM_read_bio_PUBKEY(key, NULL, NULL, NULL);
  81         }
  82         BIO_free(key);
  83         return pkey;
  84 }
  85
  86 static int get_openssl_key(const char *key_file, RSA **rsa, int private)
  87 {
  88         EVP_PKEY *key = load_key(key_file, private);
  89
  90         if (!key)
  91                 return (private == LOAD_PRIVATE_KEY)? -E_PRIVATE_KEY
  92                         : -E_PUBLIC_KEY;
  93         *rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(key);
  94         EVP_PKEY_free(key);
  95         if (!*rsa)
  96                 return -E_RSA;
  97         return RSA_size(*rsa);
  98 }
  99
 100 /*
 101  * The public key loading functions below were inspired by corresponding code
 102  * of openssh-5.2p1, Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo,
 103  * Finland. However, not much of the original code remains.
 104  */
 105
 106 static int read_bignum(const unsigned char *buf, size_t len, BIGNUM **result)
 107 {
 108         const unsigned char *p = buf, *end = buf + len;
 109         uint32_t bnsize;
 110         BIGNUM *bn;
 111
 112         if (p + 4 < p)
 113                 return -E_BIGNUM;
 114         if (p + 4 > end)
 115                 return -E_BIGNUM;
 116         bnsize = read_ssh_u32(p);
 117         PARA_DEBUG_LOG("bnsize: %u\n", bnsize);
 118         p += 4;
 119         if (p + bnsize < p)
 120                 return -E_BIGNUM;
 121         if (p + bnsize > end)
 122                 return -E_BIGNUM;
 123         if (bnsize > 8192)
 124                 return -E_BIGNUM;
 125         bn = BN_bin2bn(p, bnsize, NULL);
 126         if (!bn)
 127                 return -E_BIGNUM;
 128         *result = bn;
 129         return bnsize + 4;
 130 }
 131
 132 static int read_rsa_bignums(const unsigned char *blob, int blen, RSA **result)
 133 {
 134         int ret;
 135         RSA *rsa;
 136         BIGNUM *n, *e;
 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, &e);
 143         if (ret < 0)
 144                 goto fail;
 145         p += ret;
 146         ret = read_bignum(p, end - p, &n);
 147         if (ret < 0)
 148                 goto fail;
 149 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 150         RSA_set0_key(rsa, n, e, NULL);
 151 #else
 152         rsa->n = n;
 153         rsa->e = e;
 154 #endif
 155         *result = rsa;
 156         return 1;
 157 fail:
 158         RSA_free(rsa);
 159         return ret;
 160 }
 161
 162 int get_asymmetric_key(const char *key_file, int private,
 163                 struct asymmetric_key **result)
 164 {
 165         struct asymmetric_key *key = NULL;
 166         void *map = NULL;
 167         unsigned char *blob = NULL;
 168         size_t map_size, blob_size, decoded_size;
 169         int ret, ret2;
 170         char *cp;
 171
 172         key = para_malloc(sizeof(*key));
 173         if (private) {
 174                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PRIVATE_KEY);
 175                 goto out;
 176         }
 177         ret = mmap_full_file(key_file, O_RDONLY, &map, &map_size, NULL);
 178         if (ret < 0)
 179                 goto out;
 180         ret = is_ssh_rsa_key(map, map_size);
 181         if (!ret) {
 182                 ret = para_munmap(map, map_size);
 183                 map = NULL;
 184                 if (ret < 0)
 185                         goto out;
 186                 ret = get_openssl_key(key_file, &key->rsa, LOAD_PUBLIC_KEY);
 187                 goto out;
 188         }
 189         cp = map + ret;
 190         PARA_INFO_LOG("decoding public rsa-ssh key %s\n", key_file);
 191         ret = -ERRNO_TO_PARA_ERROR(EOVERFLOW);
 192         if (map_size > INT_MAX / 4)
 193                 goto out_unmap;
 194         blob_size = 2 * map_size;
 195         blob = para_malloc(blob_size);
 196         ret = uudecode(cp, blob, blob_size);
 197         if (ret < 0)
 198                 goto out_unmap;
 199         decoded_size = ret;
 200         ret = check_ssh_key_header(blob, decoded_size);
 201         if (ret < 0)
 202                 goto out_unmap;
 203         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 204         if (ret < 0)
 205                 goto out_unmap;
 206         ret = RSA_size(key->rsa);
 207 out_unmap:
 208         ret2 = para_munmap(map, map_size);
 209         if (ret >= 0 && ret2 < 0)
 210                 ret = ret2;
 211 out:
 212         if (ret < 0) {
 213                 free(key);
 214                 *result = NULL;
 215                 PARA_ERROR_LOG("key %s: %s\n", key_file, para_strerror(-ret));
 216         } else
 217                 *result = key;
 218         free(blob);
 219         return ret;
 220 }
 221
 222 void free_asymmetric_key(struct asymmetric_key *key)
 223 {
 224         if (!key)
 225                 return;
 226         RSA_free(key->rsa);
 227         free(key);
 228 }
 229
 230 int priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 231                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 232 {
 233         struct asymmetric_key *priv;
 234         int ret;
 235
 236         if (inlen < 0)
 237                 return -E_RSA;
 238         ret = get_asymmetric_key(key_file, LOAD_PRIVATE_KEY, &priv);
 239         if (ret < 0)
 240                 return ret;
 241         /*
 242          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 243          * factor to protect against this kind of attack.
 244          */
 245         ret = -E_BLINDING;
 246         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 247                 goto out;
 248         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 249                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 250         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 251         if (ret <= 0)
 252                 ret = -E_DECRYPT;
 253 out:
 254         free_asymmetric_key(priv);
 255         return ret;
 256 }
 257
 258 int pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 259                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 260 {
 261         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 262
 263         if (flen < 0)
 264                 return -E_ENCRYPT;
 265         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 266                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 267         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 268 }
 269
 270 struct stream_cipher {
 271         bool use_aes;
 272         union {
 273                 RC4_KEY rc4_key;
 274                 EVP_CIPHER_CTX *aes;
 275         } context;
 276 };
 277
 278 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len,
 279                 bool use_aes)
 280 {
 281         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 282
 283         sc->use_aes = use_aes;
 284         if (!use_aes) {
 285                 RC4_set_key(&sc->context.rc4_key, len, data);
 286                 return sc;
 287         }
 288         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 289         sc->context.aes = EVP_CIPHER_CTX_new();
 290         EVP_EncryptInit_ex(sc->context.aes, EVP_aes_128_ctr(), NULL, data,
 291                 data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 292         return sc;
 293 }
 294
 295 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 296 {
 297         if (!sc)
 298                 return;
 299         EVP_CIPHER_CTX_free(sc->context.aes);
 300         free(sc);
 301 }
 302
 303 /**
 304  * The RC4() implementation of openssl apparently reads and writes data in
 305  * blocks of 8 bytes. So we have to make sure our buffer sizes are a multiple
 306  * of this.
 307  */
 308 #define RC4_ALIGN 8
 309
 310 static void rc4_crypt(RC4_KEY *key, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 311 {
 312         size_t len = src->iov_len, l1, l2;
 313
 314         assert(len > 0);
 315         assert(len < ((typeof(src->iov_len))-1) / 2);
 316         l1 = ROUND_DOWN(len, RC4_ALIGN);
 317         l2 = ROUND_UP(len, RC4_ALIGN);
 318
 319         *dst = (typeof(*dst)) {
 320                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 321                 .iov_base = para_malloc(l2 + 1),
 322                 .iov_len = len
 323         };
 324         RC4(key, l1, src->iov_base, dst->iov_base);
 325         if (len > l1) {
 326                 unsigned char remainder[RC4_ALIGN] = "";
 327                 memcpy(remainder, src->iov_base + l1, len - l1);
 328                 RC4(key, len - l1, remainder, dst->iov_base + l1);
 329         }
 330         ((char *)dst->iov_base)[len] = '\0';
 331 }
 332
 333 static void aes_ctr128_crypt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, struct iovec *src,
 334                 struct iovec *dst)
 335 {
 336         int ret, inlen = src->iov_len, outlen, tmplen;
 337
 338         *dst = (typeof(*dst)) {
 339                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 340                 .iov_base = para_malloc(inlen + 1),
 341                 .iov_len = inlen
 342         };
 343         ret = EVP_EncryptUpdate(ctx, dst->iov_base, &outlen, src->iov_base, inlen);
 344         assert(ret != 0);
 345         ret = EVP_EncryptFinal_ex(ctx, dst->iov_base + outlen, &tmplen);
 346         assert(ret != 0);
 347         outlen += tmplen;
 348         ((char *)dst->iov_base)[outlen] = '\0';
 349         dst->iov_len = outlen;
 350 }
 351
 352 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 353 {
 354         if (sc->use_aes)
 355                 return aes_ctr128_crypt(sc->context.aes, src, dst);
 356         return rc4_crypt(&sc->context.rc4_key, src, dst);
 357 }
 358
 359 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 360 {
 361         SHA_CTX c;
 362         SHA1_Init(&c);
 363         SHA1_Update(&c, data, len);
 364         SHA1_Final(hash, &c);
 365 }