crypto/openssh/kex.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2000, 2001 Markus Friedl.  All rights reserved.
   3  *
   4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5  * modification, are permitted provided that the following conditions
   6  * are met:
   7  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   8  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   9  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  11  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  12  *
  13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  14  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  15  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  16  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  17  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  18  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  19  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  20  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  21  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  22  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  23  */
  24
  25 #include "includes.h"
  26 RCSID("$OpenBSD: kex.c,v 1.51 2002/06/24 14:55:38 markus Exp $");
  27
  28 #include <openssl/crypto.h>
  29
  30 #include "ssh2.h"
  31 #include "xmalloc.h"
  32 #include "buffer.h"
  33 #include "bufaux.h"
  34 #include "packet.h"
  35 #include "compat.h"
  36 #include "cipher.h"
  37 #include "kex.h"
  38 #include "key.h"
  39 #include "log.h"
  40 #include "mac.h"
  41 #include "match.h"
  42 #include "dispatch.h"
  43 #include "monitor.h"
  44
  45 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  46
  47 /* Use privilege separation for sshd */
  48 int use_privsep;
  49 struct monitor *pmonitor;
  50
  51
  52 /* prototype */
  53 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  54 static void kex_choose_conf(Kex *);
  55
  56 /* put algorithm proposal into buffer */
  57 static void
  58 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  59 {
  60         int i;
  61
  62         buffer_clear(b);
  63         /*
  64          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  65          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  66          */
  67         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  68                 buffer_put_char(b, 0);
  69         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  70                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  71         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  72         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  73 }
  74
  75 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  76 static char **
  77 kex_buf2prop(Buffer *raw)
  78 {
  79         Buffer b;
  80         int i;
  81         char **proposal;
  82
  83         proposal = xmalloc(PROPOSAL_MAX * sizeof(char *));
  84
  85         buffer_init(&b);
  86         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  87         /* skip cookie */
  88         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  89                 buffer_get_char(&b);
  90         /* extract kex init proposal strings */
  91         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
  92                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
  93                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
  94         }
  95         /* first kex follows / reserved */
  96         i = buffer_get_char(&b);
  97         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
  98         i = buffer_get_int(&b);
  99         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
 100         buffer_free(&b);
 101         return proposal;
 102 }
 103
 104 static void
 105 kex_prop_free(char **proposal)
 106 {
 107         int i;
 108
 109         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 110                 xfree(proposal[i]);
 111         xfree(proposal);
 112 }
 113
 114 static void
 115 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 116 {
 117         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 118 }
 119
 120 static void
 121 kex_reset_dispatch(void)
 122 {
 123         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 124             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 125         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 126 }
 127
 128 void
 129 kex_finish(Kex *kex)
 130 {
 131         kex_reset_dispatch();
 132
 133         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 134         packet_send();
 135         /* packet_write_wait(); */
 136         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 137
 138         debug("waiting for SSH2_MSG_NEWKEYS");
 139         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 140         packet_check_eom();
 141         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 142
 143         kex->done = 1;
 144         buffer_clear(&kex->peer);
 145         /* buffer_clear(&kex->my); */
 146         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 147         xfree(kex->name);
 148         kex->name = NULL;
 149 }
 150
 151 void
 152 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 153 {
 154         u_int32_t rand = 0;
 155         u_char *cookie;
 156         int i;
 157
 158         if (kex == NULL) {
 159                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 160                 return;
 161         }
 162         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 163                 debug("KEX_INIT_SENT");
 164                 return;
 165         }
 166         kex->done = 0;
 167
 168         /* generate a random cookie */
 169         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 170                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 171         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 172         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 173                 if (i % 4 == 0)
 174                         rand = arc4random();
 175                 cookie[i] = rand;
 176                 rand >>= 8;
 177         }
 178         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 179         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 180         packet_send();
 181         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 182         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 183 }
 184
 185 void
 186 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 187 {
 188         char *ptr;
 189         int dlen;
 190         int i;
 191         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 192
 193         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 194         if (kex == NULL)
 195                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 196
 197         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 198         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 199
 200         /* discard packet */
 201         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 202                 packet_get_char();
 203         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 204                 xfree(packet_get_string(NULL));
 205         (void) packet_get_char();
 206         (void) packet_get_int();
 207         packet_check_eom();
 208
 209         kex_kexinit_finish(kex);
 210 }
 211
 212 Kex *
 213 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 214 {
 215         Kex *kex;
 216
 217         kex = xmalloc(sizeof(*kex));
 218         memset(kex, 0, sizeof(*kex));
 219         buffer_init(&kex->peer);
 220         buffer_init(&kex->my);
 221         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 222         kex->done = 0;
 223
 224         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 225         kex_reset_dispatch();
 226
 227         return kex;
 228 }
 229
 230 static void
 231 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 232 {
 233         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 234                 kex_send_kexinit(kex);
 235
 236         kex_choose_conf(kex);
 237
 238         switch (kex->kex_type) {
 239         case DH_GRP1_SHA1:
 240                 kexdh(kex);
 241                 break;
 242         case DH_GEX_SHA1:
 243                 kexgex(kex);
 244                 break;
 245         default:
 246                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 247         }
 248 }
 249
 250 static void
 251 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 252 {
 253         char *name = match_list(client, server, NULL);
 254         if (name == NULL)
 255                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 256         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 257                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 258         enc->name = name;
 259         enc->enabled = 0;
 260         enc->iv = NULL;
 261         enc->key = NULL;
 262         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 263         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 264 }
 265 static void
 266 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 267 {
 268         char *name = match_list(client, server, NULL);
 269         if (name == NULL)
 270                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 271         if (mac_init(mac, name) < 0)
 272                 fatal("unsupported mac %s", name);
 273         /* truncate the key */
 274         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 275                 mac->key_len = 16;
 276         mac->name = name;
 277         mac->key = NULL;
 278         mac->enabled = 0;
 279 }
 280 static void
 281 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 282 {
 283         char *name = match_list(client, server, NULL);
 284         if (name == NULL)
 285                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 286         if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 287                 comp->type = 1;
 288         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 289                 comp->type = 0;
 290         } else {
 291                 fatal("unsupported comp %s", name);
 292         }
 293         comp->name = name;
 294 }
 295 static void
 296 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 297 {
 298         k->name = match_list(client, server, NULL);
 299         if (k->name == NULL)
 300                 fatal("no kex alg");
 301         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 302                 k->kex_type = DH_GRP1_SHA1;
 303         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 304                 k->kex_type = DH_GEX_SHA1;
 305         } else
 306                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 307 }
 308 static void
 309 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 310 {
 311         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 312         if (hostkeyalg == NULL)
 313                 fatal("no hostkey alg");
 314         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 315         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 316                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 317         xfree(hostkeyalg);
 318 }
 319
 320 static void
 321 kex_choose_conf(Kex *kex)
 322 {
 323         Newkeys *newkeys;
 324         char **my, **peer;
 325         char **cprop, **sprop;
 326         int nenc, nmac, ncomp;
 327         int mode;
 328         int ctos;                               /* direction: if true client-to-server */
 329         int need;
 330
 331         my   = kex_buf2prop(&kex->my);
 332         peer = kex_buf2prop(&kex->peer);
 333
 334         if (kex->server) {
 335                 cprop=peer;
 336                 sprop=my;
 337         } else {
 338                 cprop=my;
 339                 sprop=peer;
 340         }
 341
 342         /* Algorithm Negotiation */
 343         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 344                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 345                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 346                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 347                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 348                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 349                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 350                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 351                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 352                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 353                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 354                 debug("kex: %s %s %s %s",
 355                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 356                     newkeys->enc.name,
 357                     newkeys->mac.name,
 358                     newkeys->comp.name);
 359         }
 360         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 361         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 362             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 363         need = 0;
 364         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 365                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 366                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 367                         need = newkeys->enc.key_len;
 368                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 369                         need = newkeys->enc.block_size;
 370                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 371                         need = newkeys->mac.key_len;
 372         }
 373         /* XXX need runden? */
 374         kex->we_need = need;
 375
 376         kex_prop_free(my);
 377         kex_prop_free(peer);
 378 }
 379
 380 static u_char *
 381 derive_key(Kex *kex, int id, int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 382 {
 383         Buffer b;
 384         const EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 385         EVP_MD_CTX md;
 386         char c = id;
 387         int have;
 388         int mdsz = EVP_MD_size(evp_md);
 389         u_char *digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 390
 391         buffer_init(&b);
 392         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 393
 394         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 395         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 396         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 397                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 398         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 399         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 400         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 401         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 402
 403         /*
 404          * expand key:
 405          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 406          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 407          */
 408         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 409                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 410                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 411                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 412                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 413                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 414                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 415         }
 416         buffer_free(&b);
 417 #ifdef DEBUG_KEX
 418         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 419         dump_digest("key", digest, need);
 420 #endif
 421         return digest;
 422 }
 423
 424 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 425
 426 #define NKEYS   6
 427 void
 428 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 429 {
 430         u_char *keys[NKEYS];
 431         int i, mode, ctos;
 432
 433         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 434                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, shared_secret);
 435
 436         debug("kex_derive_keys");
 437         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 438                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 439                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 440                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 441                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 442                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 443                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 444         }
 445 }
 446
 447 Newkeys *
 448 kex_get_newkeys(int mode)
 449 {
 450         Newkeys *ret;
 451
 452         ret = current_keys[mode];
 453         current_keys[mode] = NULL;
 454         return ret;
 455 }
 456
 457 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 458 void
 459 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 460 {
 461         int i;
 462
 463         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 464         for (i = 0; i< len; i++) {
 465                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 466                 if (i%32 == 31)
 467                         fprintf(stderr, "\n");
 468                 else if (i%8 == 7)
 469                         fprintf(stderr, " ");
 470         }
 471         fprintf(stderr, "\n");
 472 }
 473 #endif