openssl.c

   1 /* Copyright (C) 2005 Andre Noll <maan@tuebingen.mpg.de>, see file COPYING. */
   2
   3 /** \file openssl.c Openssl-based encryption/decryption routines. */
   4
   5 #include <regex.h>
   6 #include <sys/types.h>
   7 #include <sys/socket.h>
   8 #include <openssl/rand.h>
   9 #include <openssl/err.h>
  10 #include <openssl/pem.h>
  11 #include <openssl/sha.h>
  12 #include <openssl/bn.h>
  13 #include <openssl/aes.h>
  14
  15 #include "para.h"
  16 #include "error.h"
  17 #include "string.h"
  18 #include "crypt.h"
  19 #include "crypt_backend.h"
  20 #include "portable_io.h"
  21
  22 struct asymmetric_key {
  23         RSA *rsa;
  24 };
  25
  26 void get_random_bytes_or_die(unsigned char *buf, int num)
  27 {
  28         unsigned long err;
  29
  30         /* RAND_bytes() returns 1 on success, 0 otherwise. */
  31         if (RAND_bytes(buf, num) == 1)
  32                 return;
  33         err = ERR_get_error();
  34         PARA_EMERG_LOG("%s\n", ERR_reason_error_string(err));
  35         exit(EXIT_FAILURE);
  36 }
  37
  38 /*
  39  * Read 64 bytes from /dev/urandom and add them to the SSL PRNG. Seed the PRNG
  40  * used by random(3) with a random seed obtained from SSL. If /dev/urandom is
  41  * not readable, the function calls exit().
  42  *
  43  * \sa RAND_load_file(3), \ref get_random_bytes_or_die(), srandom(3),
  44  * random(3), \ref para_random().
  45  */
  46 void crypt_init(void)
  47 {
  48         int seed, ret = RAND_load_file("/dev/urandom", 64);
  49
  50         if (ret != 64) {
  51                 PARA_EMERG_LOG("could not seed PRNG (ret = %d)\n", ret);
  52                 exit(EXIT_FAILURE);
  53         }
  54         get_random_bytes_or_die((unsigned char *)&seed, sizeof(seed));
  55         srandom(seed);
  56 }
  57
  58 void crypt_shutdown(void)
  59 {
  60 #ifdef HAVE_CRYPTO_CLEANUP_ALL_EX_DATA
  61         CRYPTO_cleanup_all_ex_data();
  62 #endif
  63 }
  64
  65 /*
  66  * The public key loading functions below were inspired by corresponding code
  67  * of openssh-5.2p1, Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo,
  68  * Finland. However, not much of the original code remains.
  69  */
  70
  71 static int read_bignum(const unsigned char *buf, size_t len, BIGNUM **result)
  72 {
  73         const unsigned char *p = buf, *end = buf + len;
  74         uint32_t bnsize;
  75         BIGNUM *bn;
  76
  77         if (p + 4 < p)
  78                 return -E_BIGNUM;
  79         if (p + 4 > end)
  80                 return -E_BIGNUM;
  81         bnsize = read_u32_be(p);
  82         PARA_DEBUG_LOG("bnsize: %u\n", bnsize);
  83         p += 4;
  84         if (p + bnsize < p)
  85                 return -E_BIGNUM;
  86         if (p + bnsize > end)
  87                 return -E_BIGNUM;
  88         if (bnsize > 8192)
  89                 return -E_BIGNUM;
  90         bn = BN_bin2bn(p, bnsize, NULL);
  91         if (!bn)
  92                 return -E_BIGNUM;
  93         *result = bn;
  94         return bnsize + 4;
  95 }
  96
  97 static int read_rsa_bignums(const unsigned char *blob, int blen, RSA **result)
  98 {
  99         int ret;
 100         RSA *rsa;
 101         BIGNUM *n, *e;
 102         const unsigned char *p = blob, *end = blob + blen;
 103
 104         rsa = RSA_new();
 105         if (!rsa)
 106                 return -E_BIGNUM;
 107         ret = read_bignum(p, end - p, &e);
 108         if (ret < 0)
 109                 goto free_rsa;
 110         p += ret;
 111         ret = read_bignum(p, end - p, &n);
 112         if (ret < 0)
 113                 goto free_e;
 114 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 115         RSA_set0_key(rsa, n, e, NULL);
 116 #else
 117         rsa->n = n;
 118         rsa->e = e;
 119 #endif
 120         *result = rsa;
 121         return 1;
 122 free_e:
 123         BN_free(e);
 124 free_rsa:
 125         RSA_free(rsa);
 126         return ret;
 127 }
 128
 129 static int read_pem_private_key(const char *path, RSA **rsa)
 130 {
 131         EVP_PKEY *pkey;
 132         BIO *bio = BIO_new(BIO_s_file());
 133
 134         *rsa = NULL;
 135         if (!bio)
 136                 return -E_PRIVATE_KEY;
 137         if (BIO_read_filename(bio, path) <= 0)
 138                 goto bio_free;
 139         pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(bio, NULL, NULL, NULL);
 140         if (!pkey)
 141                 goto bio_free;
 142         *rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(pkey);
 143         EVP_PKEY_free(pkey);
 144 bio_free:
 145         BIO_free(bio);
 146         return *rsa? RSA_size(*rsa) : -E_PRIVATE_KEY;
 147 }
 148
 149 static int read_private_rsa_params(const unsigned char *blob,
 150                 const unsigned char *end, RSA **result)
 151 {
 152         int ret;
 153         RSA *rsa;
 154         BN_CTX *ctx;
 155         BIGNUM *n, *e, *d, *iqmp, *p, *q; /* stored in the key file */
 156         BIGNUM *dmp1, *dmq1; /* these will be computed */
 157         BIGNUM *tmp;
 158         const unsigned char *cp = blob;
 159
 160         rsa = RSA_new();
 161         if (!rsa)
 162                 return -E_BIGNUM;
 163         ret = -E_BIGNUM;
 164         tmp = BN_new();
 165         if (!tmp)
 166                 goto free_rsa;
 167         ctx = BN_CTX_new();
 168         if (!ctx)
 169                 goto free_tmp;
 170         dmp1 = BN_new();
 171         if (!dmp1)
 172                 goto free_ctx;
 173         dmq1 = BN_new();
 174         if (!dmq1)
 175                 goto free_dmp1;
 176         ret = read_bignum(cp, end - cp, &n);
 177         if (ret < 0)
 178                 goto free_dmq1;
 179         cp += ret;
 180         ret = read_bignum(cp, end - cp, &e);
 181         if (ret < 0)
 182                 goto free_n;
 183         cp += ret;
 184         ret = read_bignum(cp, end - cp, &d);
 185         if (ret < 0)
 186                 goto free_e;
 187         cp += ret;
 188         ret = read_bignum(cp, end - cp, &iqmp);
 189         if (ret < 0)
 190                 goto free_d;
 191         cp += ret;
 192         ret = read_bignum(cp, end - cp, &p);
 193         if (ret < 0)
 194                 goto free_iqmp;
 195         cp += ret;
 196         ret = read_bignum(cp, end - cp, &q);
 197         if (ret < 0)
 198                 goto free_p;
 199         ret = -E_BIGNUM;
 200         if (!BN_sub(tmp, q, BN_value_one()))
 201                 goto free_q;
 202         if (!BN_mod(dmp1, d, tmp, ctx))
 203                 goto free_q;
 204         if (!BN_sub(tmp, q, BN_value_one()))
 205                 goto free_q;
 206         if (!BN_mod(dmq1, d, tmp, ctx))
 207                 goto free_q;
 208 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 209         RSA_set0_key(rsa, n, e, d);
 210         RSA_set0_factors(rsa, p, q);
 211         RSA_set0_crt_params(rsa, dmp1, dmq1, iqmp);
 212 #else
 213         rsa->n = n;
 214         rsa->e = e;
 215         rsa->d = d;
 216         rsa->p = p;
 217         rsa->q = q;
 218         rsa->dmp1 = dmp1;
 219         rsa->dmq1 = dmq1;
 220         rsa->iqmp = iqmp;
 221 #endif
 222         *result = rsa;
 223         ret = 1;
 224         goto free_ctx;
 225 free_q:
 226         BN_clear_free(q);
 227 free_p:
 228         BN_clear_free(p);
 229 free_iqmp:
 230         BN_clear_free(iqmp);
 231 free_d:
 232         BN_clear_free(d);
 233 free_e:
 234         BN_free(e);
 235 free_n:
 236         BN_free(n);
 237 free_dmq1:
 238         BN_clear_free(dmq1);
 239 free_dmp1:
 240         BN_clear_free(dmp1);
 241 free_ctx:
 242         BN_CTX_free(ctx);
 243 free_tmp:
 244         BN_clear_free(tmp);
 245 free_rsa:
 246         if (ret < 0)
 247                 RSA_free(rsa);
 248         return ret;
 249 }
 250
 251 static int get_private_key(const char *path, RSA **rsa)
 252 {
 253         int ret;
 254         unsigned char *blob, *end;
 255         size_t blob_size;
 256
 257         *rsa = NULL;
 258         ret = decode_private_key(path, &blob, &blob_size);
 259         if (ret < 0)
 260                 return ret;
 261         end = blob + blob_size;
 262         if (ret == PKT_OPENSSH) {
 263                 ret = find_openssh_bignum_offset(blob, blob_size);
 264                 if (ret < 0)
 265                         goto free_blob;
 266                 PARA_INFO_LOG("reading RSA params at offset %d\n", ret);
 267                 ret = read_private_rsa_params(blob + ret, end, rsa);
 268         } else
 269                 ret = read_pem_private_key(path, rsa);
 270 free_blob:
 271         free(blob);
 272         return ret;
 273 }
 274
 275 int apc_get_pubkey(const char *key_file, struct asymmetric_key **result)
 276 {
 277         unsigned char *blob;
 278         size_t decoded_size;
 279         int ret;
 280         struct asymmetric_key *key = para_malloc(sizeof(*key));
 281
 282         ret = decode_public_key(key_file, &blob, &decoded_size);
 283         if (ret < 0)
 284                 goto out;
 285         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 286         if (ret < 0)
 287                 goto free_blob;
 288         ret = RSA_size(key->rsa);
 289         assert(ret > 0);
 290         *result = key;
 291 free_blob:
 292         free(blob);
 293 out:
 294         if (ret < 0) {
 295                 free(key);
 296                 *result = NULL;
 297                 PARA_ERROR_LOG("can not load key %s\n", key_file);
 298         }
 299         return ret;
 300 }
 301
 302 void apc_free_pubkey(struct asymmetric_key *key)
 303 {
 304         if (!key)
 305                 return;
 306         RSA_free(key->rsa);
 307         free(key);
 308 }
 309
 310 int apc_priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 311                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 312 {
 313         struct asymmetric_key *priv;
 314         int ret;
 315
 316         ret = check_private_key_file(key_file);
 317         if (ret < 0)
 318                 return ret;
 319         if (inlen < 0)
 320                 return -E_RSA;
 321         priv = para_malloc(sizeof(*priv));
 322         ret = get_private_key(key_file, &priv->rsa);
 323         if (ret < 0) {
 324                 free(priv);
 325                 return ret;
 326         }
 327         /*
 328          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 329          * factor to protect against this kind of attack.
 330          */
 331         ret = -E_BLINDING;
 332         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 333                 goto out;
 334         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 335                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 336         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 337         if (ret <= 0)
 338                 ret = -E_DECRYPT;
 339 out:
 340         RSA_free(priv->rsa);
 341         free(priv);
 342         return ret;
 343 }
 344
 345 int apc_pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 346                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 347 {
 348         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 349
 350         if (flen < 0)
 351                 return -E_ENCRYPT;
 352         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 353                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 354         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 355 }
 356
 357 struct stream_cipher {
 358         EVP_CIPHER_CTX *aes;
 359 };
 360
 361 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len)
 362 {
 363         struct stream_cipher *sc = para_malloc(sizeof(*sc));
 364
 365         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 366         sc->aes = EVP_CIPHER_CTX_new();
 367         EVP_EncryptInit_ex(sc->aes, EVP_aes_128_ctr(), NULL, data,
 368                 data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 369         return sc;
 370 }
 371
 372 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 373 {
 374         if (!sc)
 375                 return;
 376         EVP_CIPHER_CTX_free(sc->aes);
 377         free(sc);
 378 }
 379
 380 static void aes_ctr128_crypt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, struct iovec *src,
 381                 struct iovec *dst)
 382 {
 383         int ret, inlen = src->iov_len, outlen, tmplen;
 384
 385         *dst = (typeof(*dst)) {
 386                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 387                 .iov_base = para_malloc(inlen + 1),
 388                 .iov_len = inlen
 389         };
 390         ret = EVP_EncryptUpdate(ctx, dst->iov_base, &outlen, src->iov_base, inlen);
 391         assert(ret != 0);
 392         ret = EVP_EncryptFinal_ex(ctx, dst->iov_base + outlen, &tmplen);
 393         assert(ret != 0);
 394         outlen += tmplen;
 395         ((char *)dst->iov_base)[outlen] = '\0';
 396         dst->iov_len = outlen;
 397 }
 398
 399 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 400 {
 401         return aes_ctr128_crypt(sc->aes, src, dst);
 402 }
 403
 404 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 405 {
 406         SHA_CTX c;
 407         SHA1_Init(&c);
 408         SHA1_Update(&c, data, len);
 409         SHA1_Final(hash, &c);
 410 }