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 #include <openssl/evp.h>
  15
  16 #include "para.h"
  17 #include "error.h"
  18 #include "string.h"
  19 #include "crypt.h"
  20 #include "crypt_backend.h"
  21 #include "portable_io.h"
  22
  23 struct asymmetric_key {
  24         RSA *rsa;
  25 };
  26
  27 void get_random_bytes_or_die(unsigned char *buf, int num)
  28 {
  29         unsigned long err;
  30
  31         /* RAND_bytes() returns 1 on success, 0 otherwise. */
  32         if (RAND_bytes(buf, num) == 1)
  33                 return;
  34         err = ERR_get_error();
  35         PARA_EMERG_LOG("%s\n", ERR_reason_error_string(err));
  36         exit(EXIT_FAILURE);
  37 }
  38
  39 /*
  40  * Read 64 bytes from /dev/urandom and add them to the SSL PRNG. Seed the PRNG
  41  * used by random(3) with a random seed obtained from SSL. If /dev/urandom is
  42  * not readable, the function calls exit().
  43  *
  44  * \sa RAND_load_file(3), \ref get_random_bytes_or_die(), srandom(3),
  45  * random(3), \ref para_random().
  46  */
  47 void crypt_init(void)
  48 {
  49         int seed, ret = RAND_load_file("/dev/urandom", 64);
  50
  51         if (ret != 64) {
  52                 PARA_EMERG_LOG("could not seed PRNG (ret = %d)\n", ret);
  53                 exit(EXIT_FAILURE);
  54         }
  55         get_random_bytes_or_die((unsigned char *)&seed, sizeof(seed));
  56         srandom(seed);
  57 }
  58
  59 void crypt_shutdown(void)
  60 {
  61 #ifdef HAVE_CRYPTO_CLEANUP_ALL_EX_DATA
  62         CRYPTO_cleanup_all_ex_data();
  63 #endif
  64 #ifdef HAVE_OPENSSL_THREAD_STOP /* openssl-1.1 or later */
  65         OPENSSL_thread_stop();
  66 #else /* openssl-1.0 */
  67         ERR_remove_thread_state(NULL);
  68 #endif
  69         EVP_cleanup();
  70 }
  71
  72 /*
  73  * The public key loading functions below were inspired by corresponding code
  74  * of openssh-5.2p1, Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo,
  75  * Finland. However, not much of the original code remains.
  76  */
  77
  78 static int read_bignum(const unsigned char *buf, size_t len, BIGNUM **result)
  79 {
  80         const unsigned char *p = buf, *end = buf + len;
  81         uint32_t bnsize;
  82         BIGNUM *bn;
  83
  84         if (p + 4 < p)
  85                 return -E_BIGNUM;
  86         if (p + 4 > end)
  87                 return -E_BIGNUM;
  88         bnsize = read_u32_be(p);
  89         PARA_DEBUG_LOG("bnsize: %u\n", bnsize);
  90         p += 4;
  91         if (p + bnsize < p)
  92                 return -E_BIGNUM;
  93         if (p + bnsize > end)
  94                 return -E_BIGNUM;
  95         if (bnsize > 8192)
  96                 return -E_BIGNUM;
  97         bn = BN_bin2bn(p, bnsize, NULL);
  98         if (!bn)
  99                 return -E_BIGNUM;
 100         *result = bn;
 101         return bnsize + 4;
 102 }
 103
 104 static int read_rsa_bignums(const unsigned char *blob, int blen, RSA **result)
 105 {
 106         int ret;
 107         RSA *rsa;
 108         BIGNUM *n, *e;
 109         const unsigned char *p = blob, *end = blob + blen;
 110
 111         rsa = RSA_new();
 112         if (!rsa)
 113                 return -E_BIGNUM;
 114         ret = read_bignum(p, end - p, &e);
 115         if (ret < 0)
 116                 goto free_rsa;
 117         p += ret;
 118         ret = read_bignum(p, end - p, &n);
 119         if (ret < 0)
 120                 goto free_e;
 121 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 122         RSA_set0_key(rsa, n, e, NULL);
 123 #else
 124         rsa->n = n;
 125         rsa->e = e;
 126 #endif
 127         *result = rsa;
 128         return 1;
 129 free_e:
 130         BN_free(e);
 131 free_rsa:
 132         RSA_free(rsa);
 133         return ret;
 134 }
 135
 136 static int read_pem_private_key(const char *path, RSA **rsa)
 137 {
 138         EVP_PKEY *pkey;
 139         BIO *bio = BIO_new(BIO_s_file());
 140
 141         *rsa = NULL;
 142         if (!bio)
 143                 return -E_PRIVATE_KEY;
 144         if (BIO_read_filename(bio, path) <= 0)
 145                 goto bio_free;
 146         pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(bio, NULL, NULL, NULL);
 147         if (!pkey)
 148                 goto bio_free;
 149         *rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(pkey);
 150         EVP_PKEY_free(pkey);
 151 bio_free:
 152         BIO_free(bio);
 153         return *rsa? RSA_size(*rsa) : -E_PRIVATE_KEY;
 154 }
 155
 156 static int read_private_rsa_params(const unsigned char *blob,
 157                 const unsigned char *end, RSA **result)
 158 {
 159         int ret;
 160         RSA *rsa;
 161         BN_CTX *ctx;
 162         BIGNUM *n, *e, *d, *iqmp, *p, *q; /* stored in the key file */
 163         BIGNUM *dmp1, *dmq1; /* these will be computed */
 164         BIGNUM *tmp;
 165         const unsigned char *cp = blob;
 166
 167         rsa = RSA_new();
 168         if (!rsa)
 169                 return -E_BIGNUM;
 170         ret = -E_BIGNUM;
 171         tmp = BN_new();
 172         if (!tmp)
 173                 goto free_rsa;
 174         ctx = BN_CTX_new();
 175         if (!ctx)
 176                 goto free_tmp;
 177         dmp1 = BN_new();
 178         if (!dmp1)
 179                 goto free_ctx;
 180         dmq1 = BN_new();
 181         if (!dmq1)
 182                 goto free_dmp1;
 183         ret = read_bignum(cp, end - cp, &n);
 184         if (ret < 0)
 185                 goto free_dmq1;
 186         cp += ret;
 187         ret = read_bignum(cp, end - cp, &e);
 188         if (ret < 0)
 189                 goto free_n;
 190         cp += ret;
 191         ret = read_bignum(cp, end - cp, &d);
 192         if (ret < 0)
 193                 goto free_e;
 194         cp += ret;
 195         ret = read_bignum(cp, end - cp, &iqmp);
 196         if (ret < 0)
 197                 goto free_d;
 198         cp += ret;
 199         ret = read_bignum(cp, end - cp, &p);
 200         if (ret < 0)
 201                 goto free_iqmp;
 202         cp += ret;
 203         ret = read_bignum(cp, end - cp, &q);
 204         if (ret < 0)
 205                 goto free_p;
 206         ret = -E_BIGNUM;
 207         if (!BN_sub(tmp, q, BN_value_one()))
 208                 goto free_q;
 209         if (!BN_mod(dmp1, d, tmp, ctx))
 210                 goto free_q;
 211         if (!BN_sub(tmp, q, BN_value_one()))
 212                 goto free_q;
 213         if (!BN_mod(dmq1, d, tmp, ctx))
 214                 goto free_q;
 215 #ifdef HAVE_RSA_SET0_KEY
 216         RSA_set0_key(rsa, n, e, d);
 217         RSA_set0_factors(rsa, p, q);
 218         RSA_set0_crt_params(rsa, dmp1, dmq1, iqmp);
 219 #else
 220         rsa->n = n;
 221         rsa->e = e;
 222         rsa->d = d;
 223         rsa->p = p;
 224         rsa->q = q;
 225         rsa->dmp1 = dmp1;
 226         rsa->dmq1 = dmq1;
 227         rsa->iqmp = iqmp;
 228 #endif
 229         *result = rsa;
 230         ret = 1;
 231         goto free_ctx;
 232 free_q:
 233         BN_clear_free(q);
 234 free_p:
 235         BN_clear_free(p);
 236 free_iqmp:
 237         BN_clear_free(iqmp);
 238 free_d:
 239         BN_clear_free(d);
 240 free_e:
 241         BN_free(e);
 242 free_n:
 243         BN_free(n);
 244 free_dmq1:
 245         BN_clear_free(dmq1);
 246 free_dmp1:
 247         BN_clear_free(dmp1);
 248 free_ctx:
 249         BN_CTX_free(ctx);
 250 free_tmp:
 251         BN_clear_free(tmp);
 252 free_rsa:
 253         if (ret < 0)
 254                 RSA_free(rsa);
 255         return ret;
 256 }
 257
 258 static int get_private_key(const char *path, RSA **rsa)
 259 {
 260         int ret;
 261         unsigned char *blob, *end;
 262         size_t blob_size;
 263
 264         *rsa = NULL;
 265         ret = decode_private_key(path, &blob, &blob_size);
 266         if (ret < 0)
 267                 return ret;
 268         end = blob + blob_size;
 269         if (ret == PKT_OPENSSH) {
 270                 ret = find_openssh_bignum_offset(blob, blob_size);
 271                 if (ret < 0)
 272                         goto free_blob;
 273                 PARA_INFO_LOG("reading RSA params at offset %d\n", ret);
 274                 ret = read_private_rsa_params(blob + ret, end, rsa);
 275         } else
 276                 ret = read_pem_private_key(path, rsa);
 277 free_blob:
 278         free(blob);
 279         return ret;
 280 }
 281
 282 int apc_get_pubkey(const char *key_file, struct asymmetric_key **result)
 283 {
 284         unsigned char *blob;
 285         size_t decoded_size;
 286         int ret;
 287         struct asymmetric_key *key = alloc(sizeof(*key));
 288
 289         ret = decode_public_key(key_file, &blob, &decoded_size);
 290         if (ret < 0)
 291                 goto out;
 292         ret = read_rsa_bignums(blob + ret, decoded_size - ret, &key->rsa);
 293         if (ret < 0)
 294                 goto free_blob;
 295         ret = RSA_size(key->rsa);
 296         assert(ret > 0);
 297         *result = key;
 298 free_blob:
 299         free(blob);
 300 out:
 301         if (ret < 0) {
 302                 free(key);
 303                 *result = NULL;
 304                 PARA_ERROR_LOG("can not load key %s\n", key_file);
 305         }
 306         return ret;
 307 }
 308
 309 void apc_free_pubkey(struct asymmetric_key *key)
 310 {
 311         if (!key)
 312                 return;
 313         RSA_free(key->rsa);
 314         free(key);
 315 }
 316
 317 int apc_priv_decrypt(const char *key_file, unsigned char *outbuf,
 318                 unsigned char *inbuf, int inlen)
 319 {
 320         struct asymmetric_key *priv;
 321         int ret;
 322
 323         ret = check_private_key_file(key_file);
 324         if (ret < 0)
 325                 return ret;
 326         if (inlen < 0)
 327                 return -E_RSA;
 328         priv = alloc(sizeof(*priv));
 329         ret = get_private_key(key_file, &priv->rsa);
 330         if (ret < 0) {
 331                 free(priv);
 332                 return ret;
 333         }
 334         /*
 335          * RSA is vulnerable to timing attacks. Generate a random blinding
 336          * factor to protect against this kind of attack.
 337          */
 338         ret = -E_BLINDING;
 339         if (RSA_blinding_on(priv->rsa, NULL) == 0)
 340                 goto out;
 341         ret = RSA_private_decrypt(inlen, inbuf, outbuf, priv->rsa,
 342                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 343         RSA_blinding_off(priv->rsa);
 344         if (ret <= 0)
 345                 ret = -E_DECRYPT;
 346 out:
 347         RSA_free(priv->rsa);
 348         free(priv);
 349         return ret;
 350 }
 351
 352 int apc_pub_encrypt(struct asymmetric_key *pub, unsigned char *inbuf,
 353                 unsigned len, unsigned char *outbuf)
 354 {
 355         int ret, flen = len; /* RSA_public_encrypt expects a signed int */
 356
 357         if (flen < 0)
 358                 return -E_ENCRYPT;
 359         ret = RSA_public_encrypt(flen, inbuf, outbuf, pub->rsa,
 360                 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
 361         return ret < 0? -E_ENCRYPT : ret;
 362 }
 363
 364 struct stream_cipher {
 365         EVP_CIPHER_CTX *aes;
 366 };
 367
 368 struct stream_cipher *sc_new(const unsigned char *data, int len)
 369 {
 370         struct stream_cipher *sc = alloc(sizeof(*sc));
 371
 372         assert(len >= 2 * AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 373         sc->aes = EVP_CIPHER_CTX_new();
 374         EVP_EncryptInit_ex(sc->aes, EVP_aes_128_ctr(), NULL, data,
 375                 data + AES_CRT128_BLOCK_SIZE);
 376         return sc;
 377 }
 378
 379 void sc_free(struct stream_cipher *sc)
 380 {
 381         if (!sc)
 382                 return;
 383         EVP_CIPHER_CTX_free(sc->aes);
 384         free(sc);
 385 }
 386
 387 static void aes_ctr128_crypt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, struct iovec *src,
 388                 struct iovec *dst)
 389 {
 390         int ret, inlen = src->iov_len, outlen, tmplen;
 391
 392         *dst = (typeof(*dst)) {
 393                 /* Add one for the terminating zero byte. */
 394                 .iov_base = alloc(inlen + 1),
 395                 .iov_len = inlen
 396         };
 397         ret = EVP_EncryptUpdate(ctx, dst->iov_base, &outlen, src->iov_base, inlen);
 398         assert(ret != 0);
 399         ret = EVP_EncryptFinal_ex(ctx, dst->iov_base + outlen, &tmplen);
 400         assert(ret != 0);
 401         outlen += tmplen;
 402         ((char *)dst->iov_base)[outlen] = '\0';
 403         dst->iov_len = outlen;
 404 }
 405
 406 void sc_crypt(struct stream_cipher *sc, struct iovec *src, struct iovec *dst)
 407 {
 408         return aes_ctr128_crypt(sc->aes, src, dst);
 409 }
 410
 411 void hash_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 412 {
 413         EVP_MD_CTX *c = EVP_MD_CTX_new();
 414         int ret = EVP_DigestInit_ex(c, EVP_sha1(), NULL);
 415         assert(ret != 0);
 416         ret = EVP_DigestUpdate(c, data, len);
 417         assert(ret != 0);
 418         ret = EVP_DigestFinal_ex(c, hash, NULL);
 419         assert(ret != 0);
 420         EVP_MD_CTX_free(c);
 421 }
 422
 423 void hash2_function(const char *data, unsigned long len, unsigned char *hash)
 424 {
 425         EVP_MD_CTX *c = EVP_MD_CTX_new();
 426         int ret = EVP_DigestInit_ex(c, EVP_sha256(), NULL);
 427         assert(ret != 0);
 428         ret = EVP_DigestUpdate(c, data, len);
 429         assert(ret != 0);
 430         ret = EVP_DigestFinal_ex(c, hash, NULL);
 431         assert(ret != 0);
 432         EVP_MD_CTX_free(c);
 433 }