crypto/openssh/kexsntrup4591761x25519.c

   1 /* $OpenBSD: kexsntrup4591761x25519.c,v 1.3 2019/01/21 10:40:11 djm Exp $ */
   2 /*
   3  * Copyright (c) 2019 Markus Friedl.  All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  15  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  16  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  17  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  18  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  19  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  20  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  21  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  22  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  23  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  24  */
  25
  26 #include "includes.h"
  27
  28 #include <sys/types.h>
  29
  30 #include <stdio.h>
  31 #include <string.h>
  32 #include <signal.h>
  33
  34 #include "sshkey.h"
  35 #include "kex.h"
  36 #include "sshbuf.h"
  37 #include "digest.h"
  38 #include "ssherr.h"
  39
  40 int
  41 kex_kem_sntrup4591761x25519_keypair(struct kex *kex)
  42 {
  43         struct sshbuf *buf = NULL;
  44         u_char *cp = NULL;
  45         size_t need;
  46         int r;
  47
  48         if ((buf = sshbuf_new()) == NULL)
  49                 return SSH_ERR_ALLOC_FAIL;
  50         need = crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES + CURVE25519_SIZE;
  51         if ((r = sshbuf_reserve(buf, need, &cp)) != 0)
  52                 goto out;
  53         crypto_kem_sntrup4591761_keypair(cp, kex->sntrup4591761_client_key);
  54 #ifdef DEBUG_KEXECDH
  55         dump_digest("client public key sntrup4591761:", cp,
  56             crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES);
  57 #endif
  58         cp += crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES;
  59         kexc25519_keygen(kex->c25519_client_key, cp);
  60 #ifdef DEBUG_KEXECDH
  61         dump_digest("client public key c25519:", cp, CURVE25519_SIZE);
  62 #endif
  63         kex->client_pub = buf;
  64         buf = NULL;
  65  out:
  66         sshbuf_free(buf);
  67         return r;
  68 }
  69
  70 int
  71 kex_kem_sntrup4591761x25519_enc(struct kex *kex,
  72    const struct sshbuf *client_blob, struct sshbuf **server_blobp,
  73    struct sshbuf **shared_secretp)
  74 {
  75         struct sshbuf *server_blob = NULL;
  76         struct sshbuf *buf = NULL;
  77         const u_char *client_pub;
  78         u_char *kem_key, *ciphertext, *server_pub;
  79         u_char server_key[CURVE25519_SIZE];
  80         u_char hash[SSH_DIGEST_MAX_LENGTH];
  81         size_t need;
  82         int r;
  83
  84         *server_blobp = NULL;
  85         *shared_secretp = NULL;
  86
  87         /* client_blob contains both KEM and ECDH client pubkeys */
  88         need = crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES + CURVE25519_SIZE;
  89         if (sshbuf_len(client_blob) != need) {
  90                 r = SSH_ERR_SIGNATURE_INVALID;
  91                 goto out;
  92         }
  93         client_pub = sshbuf_ptr(client_blob);
  94 #ifdef DEBUG_KEXECDH
  95         dump_digest("client public key sntrup4591761:", client_pub,
  96             crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES);
  97         dump_digest("client public key 25519:",
  98             client_pub + crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES,
  99             CURVE25519_SIZE);
 100 #endif
 101         /* allocate buffer for concatenation of KEM key and ECDH shared key */
 102         /* the buffer will be hashed and the result is the shared secret */
 103         if ((buf = sshbuf_new()) == NULL) {
 104                 r = SSH_ERR_ALLOC_FAIL;
 105                 goto out;
 106         }
 107         if ((r = sshbuf_reserve(buf, crypto_kem_sntrup4591761_BYTES,
 108             &kem_key)) != 0)
 109                 goto out;
 110         /* allocate space for encrypted KEM key and ECDH pub key */
 111         if ((server_blob = sshbuf_new()) == NULL) {
 112                 r = SSH_ERR_ALLOC_FAIL;
 113                 goto out;
 114         }
 115         need = crypto_kem_sntrup4591761_CIPHERTEXTBYTES + CURVE25519_SIZE;
 116         if ((r = sshbuf_reserve(server_blob, need, &ciphertext)) != 0)
 117                 goto out;
 118         /* generate and encrypt KEM key with client key */
 119         crypto_kem_sntrup4591761_enc(ciphertext, kem_key, client_pub);
 120         /* generate ECDH key pair, store server pubkey after ciphertext */
 121         server_pub = ciphertext + crypto_kem_sntrup4591761_CIPHERTEXTBYTES;
 122         kexc25519_keygen(server_key, server_pub);
 123         /* append ECDH shared key */
 124         client_pub += crypto_kem_sntrup4591761_PUBLICKEYBYTES;
 125         if ((r = kexc25519_shared_key_ext(server_key, client_pub, buf, 1)) < 0)
 126                 goto out;
 127         if ((r = ssh_digest_buffer(kex->hash_alg, buf, hash, sizeof(hash))) != 0)
 128                 goto out;
 129 #ifdef DEBUG_KEXECDH
 130         dump_digest("server public key 25519:", server_pub, CURVE25519_SIZE);
 131         dump_digest("server cipher text:", ciphertext,
 132             crypto_kem_sntrup4591761_CIPHERTEXTBYTES);
 133         dump_digest("server kem key:", kem_key, sizeof(kem_key));
 134         dump_digest("concatenation of KEM key and ECDH shared key:",
 135             sshbuf_ptr(buf), sshbuf_len(buf));
 136 #endif
 137         /* string-encoded hash is resulting shared secret */
 138         sshbuf_reset(buf);
 139         if ((r = sshbuf_put_string(buf, hash,
 140             ssh_digest_bytes(kex->hash_alg))) != 0)
 141                 goto out;
 142 #ifdef DEBUG_KEXECDH
 143         dump_digest("encoded shared secret:", sshbuf_ptr(buf), sshbuf_len(buf));
 144 #endif
 145         *server_blobp = server_blob;
 146         *shared_secretp = buf;
 147         server_blob = NULL;
 148         buf = NULL;
 149  out:
 150         explicit_bzero(hash, sizeof(hash));
 151         explicit_bzero(server_key, sizeof(server_key));
 152         sshbuf_free(server_blob);
 153         sshbuf_free(buf);
 154         return r;
 155 }
 156
 157 int
 158 kex_kem_sntrup4591761x25519_dec(struct kex *kex,
 159     const struct sshbuf *server_blob, struct sshbuf **shared_secretp)
 160 {
 161         struct sshbuf *buf = NULL;
 162         u_char *kem_key = NULL;
 163         const u_char *ciphertext, *server_pub;
 164         u_char hash[SSH_DIGEST_MAX_LENGTH];
 165         size_t need;
 166         int r, decoded;
 167
 168         *shared_secretp = NULL;
 169
 170         need = crypto_kem_sntrup4591761_CIPHERTEXTBYTES + CURVE25519_SIZE;
 171         if (sshbuf_len(server_blob) != need) {
 172                 r = SSH_ERR_SIGNATURE_INVALID;
 173                 goto out;
 174         }
 175         ciphertext = sshbuf_ptr(server_blob);
 176         server_pub = ciphertext + crypto_kem_sntrup4591761_CIPHERTEXTBYTES;
 177 #ifdef DEBUG_KEXECDH
 178         dump_digest("server cipher text:", ciphertext,
 179             crypto_kem_sntrup4591761_CIPHERTEXTBYTES);
 180         dump_digest("server public key c25519:", server_pub, CURVE25519_SIZE);
 181 #endif
 182         /* hash concatenation of KEM key and ECDH shared key */
 183         if ((buf = sshbuf_new()) == NULL) {
 184                 r = SSH_ERR_ALLOC_FAIL;
 185                 goto out;
 186         }
 187         if ((r = sshbuf_reserve(buf, crypto_kem_sntrup4591761_BYTES,
 188             &kem_key)) != 0)
 189                 goto out;
 190         decoded = crypto_kem_sntrup4591761_dec(kem_key, ciphertext,
 191             kex->sntrup4591761_client_key);
 192         if ((r = kexc25519_shared_key_ext(kex->c25519_client_key, server_pub,
 193             buf, 1)) < 0)
 194                 goto out;
 195         if ((r = ssh_digest_buffer(kex->hash_alg, buf, hash, sizeof(hash))) != 0)
 196                 goto out;
 197 #ifdef DEBUG_KEXECDH
 198         dump_digest("client kem key:", kem_key, sizeof(kem_key));
 199         dump_digest("concatenation of KEM key and ECDH shared key:",
 200             sshbuf_ptr(buf), sshbuf_len(buf));
 201 #endif
 202         sshbuf_reset(buf);
 203         if ((r = sshbuf_put_string(buf, hash,
 204             ssh_digest_bytes(kex->hash_alg))) != 0)
 205                 goto out;
 206 #ifdef DEBUG_KEXECDH
 207         dump_digest("encoded shared secret:", sshbuf_ptr(buf), sshbuf_len(buf));
 208 #endif
 209         if (decoded != 0) {
 210                 r = SSH_ERR_SIGNATURE_INVALID;
 211                 goto out;
 212         }
 213         *shared_secretp = buf;
 214         buf = NULL;
 215  out:
 216         explicit_bzero(hash, sizeof(hash));
 217         sshbuf_free(buf);
 218         return r;
 219 }