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)
  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                 pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, NULL);
  74         BIO_free(key);
  75         return pkey;
  76 }
  77
  78 static int get_private_key(const char *key_file, RSA **rsa)
  79 {
  80         EVP_PKEY *key = load_key(key_file);
  81
  82         if (!key)
  83                 return -E_PRIVATE_KEY;
  84         *rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(key);
  85         EVP_PKEY_free(key);
  86         if (!*rsa)
  87                 return -E_RSA;
  88         return RSA_size(*rsa);
  89 }
  90
  91 /*
  92  * The public key loading functions below were inspired by corresponding code
  93  * of openssh-5.2p1, Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo,
  94  * Finland. However, not much of the original code remains.
  95  */
  96
  97 static int read_bignum(const unsigned char *buf, size_t len, BIGNUM **result)
  98 {
  99         const unsigned char *p = buf, *end = buf + len;
 100         uint32_t bnsize;
 101         BIGNUM *bn;
 102
 103         if (p + 4 < p)
 104                 return -E_BIGNUM;
 105         if (p + 4 > end)
 106                 return -E_BIGNUM;
 107         bnsize = read_ssh_u32(p);
 108         PARA_DEBUG_LOG("bnsize: %u\n", bnsize);
 109         p += 4;
 110         if (p + bnsize < p)
 111                 return -E_BIGNUM;
 112         if (p + bnsize > end)
 113                 return -E_BIGNUM;
 114         if (bnsize > 8192)
 115                 return -E_BIGNUM;
 116         bn = BN_bin2bn(p, bnsize, NULL);
 117         if (!bn)
 118                 return -E_BIGNUM;
 119         *result = bn;
 120         return bnsize + 4;
 121 }
 122
 123 static int read_rsa_bignums(const unsigned char *blob, int blen, RSA **result)
 124 {
 125         int ret;
 126         RSA *rsa;
 127         BIGNUM *n, *e;
 128         const unsigned char *p = blob, *end = blob + blen;
 129
 130         rsa = RSA_new();
 131         if (!rsa)
 132                 return -E_BIGNUM;
 133         ret = read_bignum(p, end - p, &e);
 134         if (ret < 0)
 135                 goto fail;
 136         p += ret;
 137         ret = read_bignum(p, end - p, &n);
 138         if (ret < 0)
 139                 goto fail;
 140 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 141         RSA_set0_key(rsa, n, e, NULL);
 142 #else
 143         rsa->n = n;
 144         rsa->e = e;
 145 #endif
 146         *result = rsa;
 147         return 1;
 148 fail:
 149         RSA_free(rsa);
 150         return ret;
 151 }
 152
 153 int get_public_key(const char *key_file, struct asymmetric_key **result)
 154 {
 155         struct asymmetric_key *key = NULL;
 156         void *map = NULL;
 157         unsigned char *blob = NULL;
 158         size_t map_size, encoded_size, decoded_size;
 159         int ret, ret2;
 160         char *cp;
 161
 162         key = para_malloc(sizeof(*key));
 163         ret = mmap_full_file(key_file, O_RDONLY, &map, &map_size, NULL);
 164         if (ret < 0)
 165                 goto out;
 166         ret = is_ssh_rsa_key(map, map_size);
 167         if (!ret) {
 168                 para_munmap(map, map_size);
 169                 return -E_SSH_PARSE;
 170         }
 171         cp = map + ret;
 172         encoded_size = map_size - ret;
 173         PARA_INFO_LOG("decoding public rsa-ssh key %s\n", key_file);
 174         ret = uudecode(cp, encoded_size, (char **)&blob, &decoded_size);
 175         if (ret < 0)
 176                 goto out_unmap;
 177         ret = check_ssh_key_header(blob, decoded_size);
 178         if (ret < 0)
 179                 goto out_unmap;
 180         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 181         if (ret < 0)
 182                 goto out_unmap;
 183         ret = RSA_size(key->rsa);
 184 out_unmap:
 185         ret2 = para_munmap(map, map_size);
 186         if (ret >= 0 && ret2 < 0)
 187                 ret = ret2;
 188 out:
 189         if (ret < 0) {
 190                 free(key);
 191                 *result = NULL;
 192                 PARA_ERROR_LOG("key %s: %s\n", key_file, para_strerror(-ret));
 193         } else
 194                 *result = key;
 195         free(blob);
 196         return ret;
 197 }
 198
 199 void free_public_key(struct asymmetric_key *key)
 200 {
 201         if (!key)
 202                 return;
 203         RSA_free(key->rsa);
 204         free(key);
 205 }
 206
 207 int priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 208                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 209 {
 210         struct asymmetric_key *priv;
 211         int ret;
 212
 213         ret = check_private_key_file(key_file);
 214         if (ret < 0)
 215                 return ret;
 216         if (inlen < 0)
 217                 return -E_RSA;
 218         priv = para_malloc(sizeof(*priv));
 219         ret = get_private_key(key_file, &priv->rsa);
 220         if (ret < 0) {
 221                 free(priv);
 222                 return ret;
 223         }
 224         /*
 225          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 226          * factor to protect against this kind of attack.
 227          */
 228         ret = -E_BLINDING;
 229         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 230                 goto out;
 231         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 232                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 233         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 234         if (ret <= 0)
 235                 ret = -E_DECRYPT;
 236 out:
 237         RSA_free(priv->rsa);
 238         free(priv);
 239         return ret;
 240 }
 241
 242 int pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 243                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 244 {
 245         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 246
 247         if (flen < 0)
 248                 return -E_ENCRYPT;
 249         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 250                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 251         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 252 }
 253
 254 struct stream_cipher {
 255         bool use_aes;
 256         union {
 257                 RC4_KEY rc4_key;
 258                 EVP_CIPHER_CTX *aes;
 259         } context;
 260 };
 261
 262 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len,
 263                 bool use_aes)
 264 {
 265         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 266
 267         sc->use_aes = use_aes;
 268         if (!use_aes) {
 269                 RC4_set_key(&sc->context.rc4_key, len, data);
 270                 return sc;
 271         }
 272         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 273         sc->context.aes = EVP_CIPHER_CTX_new();
 274         EVP_EncryptInit_ex(sc->context.aes, EVP_aes_128_ctr(), NULL, data,
 275                 data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 276         return sc;
 277 }
 278
 279 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 280 {
 281         if (!sc)
 282                 return;
 283         EVP_CIPHER_CTX_free(sc->context.aes);
 284         free(sc);
 285 }
 286
 287 /**
 288  * The RC4() implementation of openssl apparently reads and writes data in
 289  * blocks of 8 bytes. So we have to make sure our buffer sizes are a multiple
 290  * of this.
 291  */
 292 #define RC4_ALIGN 8
 293
 294 static void rc4_crypt(RC4_KEY *key, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 295 {
 296         size_t len = src->iov_len, l1, l2;
 297
 298         assert(len > 0);
 299         assert(len < ((typeof(src->iov_len))-1) / 2);
 300         l1 = ROUND_DOWN(len, RC4_ALIGN);
 301         l2 = ROUND_UP(len, RC4_ALIGN);
 302
 303         *dst = (typeof(*dst)) {
 304                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 305                 .iov_base = para_malloc(l2 + 1),
 306                 .iov_len = len
 307         };
 308         RC4(key, l1, src->iov_base, dst->iov_base);
 309         if (len > l1) {
 310                 unsigned char remainder[RC4_ALIGN] = "";
 311                 memcpy(remainder, src->iov_base + l1, len - l1);
 312                 RC4(key, len - l1, remainder, dst->iov_base + l1);
 313         }
 314         ((char *)dst->iov_base)[len] = '\0';
 315 }
 316
 317 static void aes_ctr128_crypt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, struct iovec *src,
 318                 struct iovec *dst)
 319 {
 320         int ret, inlen = src->iov_len, outlen, tmplen;
 321
 322         *dst = (typeof(*dst)) {
 323                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 324                 .iov_base = para_malloc(inlen + 1),
 325                 .iov_len = inlen
 326         };
 327         ret = EVP_EncryptUpdate(ctx, dst->iov_base, &outlen, src->iov_base, inlen);
 328         assert(ret != 0);
 329         ret = EVP_EncryptFinal_ex(ctx, dst->iov_base + outlen, &tmplen);
 330         assert(ret != 0);
 331         outlen += tmplen;
 332         ((char *)dst->iov_base)[outlen] = '\0';
 333         dst->iov_len = outlen;
 334 }
 335
 336 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 337 {
 338         if (sc->use_aes)
 339                 return aes_ctr128_crypt(sc->context.aes, src, dst);
 340         return rc4_crypt(&sc->context.rc4_key, src, dst);
 341 }
 342
 343 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 344 {
 345         SHA_CTX c;
 346         SHA1_Init(&c);
 347         SHA1_Update(&c, data, len);
 348         SHA1_Final(hash, &c);
 349 }