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 1.64 2005/07/25 11:59:39 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 #ifdef GSSAPI
  46 #include "ssh-gss.h"
  47 #endif
  48
  49 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  50
  51 /* prototype */
  52 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  53 static void kex_choose_conf(Kex *);
  54
  55 /* put algorithm proposal into buffer */
  56 static void
  57 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  58 {
  59         u_int i;
  60
  61         buffer_clear(b);
  62         /*
  63          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  64          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  65          */
  66         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  67                 buffer_put_char(b, 0);
  68         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  69                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  70         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  71         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  72 }
  73
  74 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  75 static char **
  76 kex_buf2prop(Buffer *raw, int *first_kex_follows)
  77 {
  78         Buffer b;
  79         int i;
  80         char **proposal;
  81
  82         proposal = xmalloc(PROPOSAL_MAX * sizeof(char *));
  83
  84         buffer_init(&b);
  85         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  86         /* skip cookie */
  87         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  88                 buffer_get_char(&b);
  89         /* extract kex init proposal strings */
  90         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
  91                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
  92                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
  93         }
  94         /* first kex follows / reserved */
  95         i = buffer_get_char(&b);
  96         if (first_kex_follows != NULL)
  97                 *first_kex_follows = i;
  98         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
  99         i = buffer_get_int(&b);
 100         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
 101         buffer_free(&b);
 102         return proposal;
 103 }
 104
 105 static void
 106 kex_prop_free(char **proposal)
 107 {
 108         u_int i;
 109
 110         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 111                 xfree(proposal[i]);
 112         xfree(proposal);
 113 }
 114
 115 static void
 116 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 117 {
 118         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 119 }
 120
 121 static void
 122 kex_reset_dispatch(void)
 123 {
 124         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 125             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 126         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 127 }
 128
 129 void
 130 kex_finish(Kex *kex)
 131 {
 132         kex_reset_dispatch();
 133
 134         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 135         packet_send();
 136         /* packet_write_wait(); */
 137         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 138
 139         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 140         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 141         packet_check_eom();
 142         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 143
 144         kex->done = 1;
 145         buffer_clear(&kex->peer);
 146         /* buffer_clear(&kex->my); */
 147         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 148         xfree(kex->name);
 149         kex->name = NULL;
 150 }
 151
 152 void
 153 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 154 {
 155         u_int32_t rnd = 0;
 156         u_char *cookie;
 157         u_int i;
 158
 159         if (kex == NULL) {
 160                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 161                 return;
 162         }
 163         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 164                 debug("KEX_INIT_SENT");
 165                 return;
 166         }
 167         kex->done = 0;
 168
 169         /* generate a random cookie */
 170         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 171                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 172         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 173         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 174                 if (i % 4 == 0)
 175                         rnd = arc4random();
 176                 cookie[i] = rnd;
 177                 rnd >>= 8;
 178         }
 179         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 180         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 181         packet_send();
 182         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 183         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 184 }
 185
 186 void
 187 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 188 {
 189         char *ptr;
 190         u_int i, dlen;
 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         if (kex->kex_type >= 0 && kex->kex_type < KEX_MAX &&
 239             kex->kex[kex->kex_type] != NULL) {
 240                 (kex->kex[kex->kex_type])(kex);
 241         } else {
 242                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 243         }
 244 }
 245
 246 static void
 247 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 248 {
 249         char *name = match_list(client, server, NULL);
 250         if (name == NULL)
 251                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 252         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 253                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 254         enc->name = name;
 255         enc->enabled = 0;
 256         enc->iv = NULL;
 257         enc->key = NULL;
 258         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 259         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 260 }
 261 static void
 262 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 263 {
 264         char *name = match_list(client, server, NULL);
 265         if (name == NULL)
 266                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 267         if (mac_init(mac, name) < 0)
 268                 fatal("unsupported mac %s", name);
 269         /* truncate the key */
 270         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 271                 mac->key_len = 16;
 272         mac->name = name;
 273         mac->key = NULL;
 274         mac->enabled = 0;
 275 }
 276 static void
 277 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 278 {
 279         char *name = match_list(client, server, NULL);
 280         if (name == NULL)
 281                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 282         if (strcmp(name, "zlib@openssh.com") == 0) {
 283                 comp->type = COMP_DELAYED;
 284         } else if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 285                 comp->type = COMP_ZLIB;
 286         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 287                 comp->type = COMP_NONE;
 288         } else {
 289                 fatal("unsupported comp %s", name);
 290         }
 291         comp->name = name;
 292 }
 293 static void
 294 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 295 {
 296         k->name = match_list(client, server, NULL);
 297         if (k->name == NULL)
 298                 fatal("no kex alg");
 299         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 300                 k->kex_type = KEX_DH_GRP1_SHA1;
 301         } else if (strcmp(k->name, KEX_DH14) == 0) {
 302                 k->kex_type = KEX_DH_GRP14_SHA1;
 303         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 304                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA1;
 305 #ifdef GSSAPI
 306         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_SHA1, sizeof(KEX_GSS_SHA1)-1) == 0) {
 307                 k->kex_type = KEX_GSS_GRP1_SHA1;
 308 #endif
 309         } else
 310                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 311 }
 312 static void
 313 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 314 {
 315         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 316         if (hostkeyalg == NULL)
 317                 fatal("no hostkey alg");
 318         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 319         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 320                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 321         xfree(hostkeyalg);
 322 }
 323
 324 static int
 325 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 326 {
 327         static int check[] = {
 328                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 329         };
 330         int *idx;
 331         char *p;
 332
 333         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 334                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 335                         *p = '\0';
 336                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 337                         *p = '\0';
 338                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 339                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 340                             my[*idx], peer[*idx]);
 341                         return (0);
 342                 }
 343         }
 344         debug2("proposals match");
 345         return (1);
 346 }
 347
 348 static void
 349 kex_choose_conf(Kex *kex)
 350 {
 351         Newkeys *newkeys;
 352         char **my, **peer;
 353         char **cprop, **sprop;
 354         int nenc, nmac, ncomp;
 355         u_int mode, ctos, need;
 356         int first_kex_follows, type;
 357
 358         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 359         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 360
 361         if (kex->server) {
 362                 cprop=peer;
 363                 sprop=my;
 364         } else {
 365                 cprop=my;
 366                 sprop=peer;
 367         }
 368
 369         /* Algorithm Negotiation */
 370         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 371                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 372                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 373                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 374                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 375                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 376                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 377                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 378                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 379                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 380                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 381                 debug("kex: %s %s %s %s",
 382                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 383                     newkeys->enc.name,
 384                     newkeys->mac.name,
 385                     newkeys->comp.name);
 386         }
 387         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 388         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 389             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 390         need = 0;
 391         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 392                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 393                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 394                         need = newkeys->enc.key_len;
 395                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 396                         need = newkeys->enc.block_size;
 397                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 398                         need = newkeys->mac.key_len;
 399         }
 400         /* XXX need runden? */
 401         kex->we_need = need;
 402
 403         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 404         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer) &&
 405             !(datafellows & SSH_BUG_FIRSTKEX)) {
 406                 type = packet_read();
 407                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 408         }
 409
 410         kex_prop_free(my);
 411         kex_prop_free(peer);
 412 }
 413
 414 static u_char *
 415 derive_key(Kex *kex, int id, u_int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 416 {
 417         Buffer b;
 418         const EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 419         EVP_MD_CTX md;
 420         char c = id;
 421         u_int have;
 422         int mdsz = EVP_MD_size(evp_md);
 423         u_char *digest;
 424
 425         if (mdsz < 0)
 426                 fatal("derive_key: mdsz < 0");
 427         digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 428
 429         buffer_init(&b);
 430         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 431
 432         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 433         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 434         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 435                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 436         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 437         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 438         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 439         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 440
 441         /*
 442          * expand key:
 443          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 444          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 445          */
 446         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 447                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 448                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 449                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 450                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 451                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 452                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 453         }
 454         buffer_free(&b);
 455 #ifdef DEBUG_KEX
 456         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 457         dump_digest("key", digest, need);
 458 #endif
 459         return digest;
 460 }
 461
 462 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 463
 464 #define NKEYS   6
 465 void
 466 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 467 {
 468         u_char *keys[NKEYS];
 469         u_int i, mode, ctos;
 470
 471         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 472                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, shared_secret);
 473
 474         debug2("kex_derive_keys");
 475         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 476                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 477                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 478                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 479                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 480                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 481                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 482         }
 483 }
 484
 485 Newkeys *
 486 kex_get_newkeys(int mode)
 487 {
 488         Newkeys *ret;
 489
 490         ret = current_keys[mode];
 491         current_keys[mode] = NULL;
 492         return ret;
 493 }
 494
 495 void
 496 derive_ssh1_session_id(BIGNUM *host_modulus, BIGNUM *server_modulus,
 497     u_int8_t cookie[8], u_int8_t id[16])
 498 {
 499         const EVP_MD *evp_md = EVP_md5();
 500         EVP_MD_CTX md;
 501         u_int8_t nbuf[2048], obuf[EVP_MAX_MD_SIZE];
 502         int len;
 503
 504         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 505
 506         len = BN_num_bytes(host_modulus);
 507         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 508                 fatal("%s: bad host modulus (len %d)", __func__, len);
 509         BN_bn2bin(host_modulus, nbuf);
 510         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 511
 512         len = BN_num_bytes(server_modulus);
 513         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 514                 fatal("%s: bad server modulus (len %d)", __func__, len);
 515         BN_bn2bin(server_modulus, nbuf);
 516         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 517
 518         EVP_DigestUpdate(&md, cookie, 8);
 519
 520         EVP_DigestFinal(&md, obuf, NULL);
 521         memcpy(id, obuf, 16);
 522
 523         memset(nbuf, 0, sizeof(nbuf));
 524         memset(obuf, 0, sizeof(obuf));
 525         memset(&md, 0, sizeof(md));
 526 }
 527
 528 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 529 void
 530 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 531 {
 532         u_int i;
 533
 534         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 535         for (i = 0; i< len; i++) {
 536                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 537                 if (i%32 == 31)
 538                         fprintf(stderr, "\n");
 539                 else if (i%8 == 7)
 540                         fprintf(stderr, " ");
 541         }
 542         fprintf(stderr, "\n");
 543 }
 544 #endif