openssh/kex.c

   1 /* $OpenBSD: kex.c,v 1.76 2006/08/03 03:34:42 deraadt Exp $ */
   2 /*
   3  * Copyright (c) 2000, 2001 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/param.h>
  29
  30 #include <signal.h>
  31 #include <stdarg.h>
  32 #include <stdio.h>
  33 #include <stdlib.h>
  34 #include <string.h>
  35
  36 #include <openssl/crypto.h>
  37
  38 #include "xmalloc.h"
  39 #include "ssh2.h"
  40 #include "buffer.h"
  41 #include "packet.h"
  42 #include "compat.h"
  43 #include "cipher.h"
  44 #include "key.h"
  45 #include "kex.h"
  46 #include "log.h"
  47 #include "mac.h"
  48 #include "match.h"
  49 #include "dispatch.h"
  50 #include "monitor.h"
  51
  52 #ifdef GSSAPI
  53 #include "ssh-gss.h"
  54 #endif
  55
  56 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  57
  58 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
  59 # if defined(HAVE_EVP_SHA256)
  60 # define evp_ssh_sha256 EVP_sha256
  61 # else
  62 extern const EVP_MD *evp_ssh_sha256(void);
  63 # endif
  64 #endif
  65
  66 /* prototype */
  67 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  68 static void kex_choose_conf(Kex *);
  69
  70 /* put algorithm proposal into buffer */
  71 void
  72 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  73 {
  74         u_int i;
  75
  76         buffer_clear(b);
  77         /*
  78          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  79          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  80          */
  81         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  82                 buffer_put_char(b, 0);
  83         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  84                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  85         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  86         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  87 }
  88
  89 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  90 static char **
  91 kex_buf2prop(Buffer *raw, int *first_kex_follows)
  92 {
  93         Buffer b;
  94         int i;
  95         char **proposal;
  96
  97         proposal = xcalloc(PROPOSAL_MAX, sizeof(char *));
  98
  99         buffer_init(&b);
 100         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
 101         /* skip cookie */
 102         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 103                 buffer_get_char(&b);
 104         /* extract kex init proposal strings */
 105         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
 106                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
 107                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
 108         }
 109         /* first kex follows / reserved */
 110         i = buffer_get_char(&b);
 111         if (first_kex_follows != NULL)
 112                 *first_kex_follows = i;
 113         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
 114         i = buffer_get_int(&b);
 115         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
 116         buffer_free(&b);
 117         return proposal;
 118 }
 119
 120 static void
 121 kex_prop_free(char **proposal)
 122 {
 123         u_int i;
 124
 125         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 126                 xfree(proposal[i]);
 127         xfree(proposal);
 128 }
 129
 130 static void
 131 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 132 {
 133         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 134 }
 135
 136 static void
 137 kex_reset_dispatch(void)
 138 {
 139         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 140             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 141         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 142 }
 143
 144 void
 145 kex_finish(Kex *kex)
 146 {
 147         kex_reset_dispatch();
 148
 149         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 150         packet_send();
 151         /* packet_write_wait(); */
 152         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 153
 154         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 155         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 156         packet_check_eom();
 157         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 158
 159         kex->done = 1;
 160         buffer_clear(&kex->peer);
 161         /* buffer_clear(&kex->my); */
 162         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 163         xfree(kex->name);
 164         kex->name = NULL;
 165 }
 166
 167 void
 168 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 169 {
 170         u_int32_t rnd = 0;
 171         u_char *cookie;
 172         u_int i;
 173
 174         if (kex == NULL) {
 175                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 176                 return;
 177         }
 178         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 179                 debug("KEX_INIT_SENT");
 180                 return;
 181         }
 182         kex->done = 0;
 183
 184         /* generate a random cookie */
 185         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 186                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 187         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 188         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 189                 if (i % 4 == 0)
 190                         rnd = arc4random();
 191                 cookie[i] = rnd;
 192                 rnd >>= 8;
 193         }
 194         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 195         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 196         packet_send();
 197         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 198         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 199 }
 200
 201 void
 202 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 203 {
 204         char *ptr;
 205         u_int i, dlen;
 206         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 207
 208         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 209         if (kex == NULL)
 210                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 211
 212         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 213         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 214
 215         /* discard packet */
 216         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 217                 packet_get_char();
 218         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 219                 xfree(packet_get_string(NULL));
 220         (void) packet_get_char();
 221         (void) packet_get_int();
 222         packet_check_eom();
 223
 224         kex_kexinit_finish(kex);
 225 }
 226
 227 Kex *
 228 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 229 {
 230         Kex *kex;
 231
 232         kex = xcalloc(1, sizeof(*kex));
 233         buffer_init(&kex->peer);
 234         buffer_init(&kex->my);
 235         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 236         kex->done = 0;
 237
 238         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 239         kex_reset_dispatch();
 240
 241         return kex;
 242 }
 243
 244 static void
 245 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 246 {
 247         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 248                 kex_send_kexinit(kex);
 249
 250         kex_choose_conf(kex);
 251
 252         if (kex->kex_type >= 0 && kex->kex_type < KEX_MAX &&
 253             kex->kex[kex->kex_type] != NULL) {
 254                 (kex->kex[kex->kex_type])(kex);
 255         } else {
 256                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 257         }
 258 }
 259
 260 static void
 261 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 262 {
 263         char *name = match_list(client, server, NULL);
 264         if (name == NULL)
 265                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 266         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 267                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 268         enc->name = name;
 269         enc->enabled = 0;
 270         enc->iv = NULL;
 271         enc->key = NULL;
 272         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 273         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 274 }
 275
 276 static void
 277 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 278 {
 279         char *name = match_list(client, server, NULL);
 280         if (name == NULL)
 281                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 282         if (mac_init(mac, name) < 0)
 283                 fatal("unsupported mac %s", name);
 284         /* truncate the key */
 285         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 286                 mac->key_len = 16;
 287         mac->name = name;
 288         mac->key = NULL;
 289         mac->enabled = 0;
 290 }
 291
 292 static void
 293 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 294 {
 295         char *name = match_list(client, server, NULL);
 296         if (name == NULL)
 297                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 298         if (strcmp(name, "zlib@openssh.com") == 0) {
 299                 comp->type = COMP_DELAYED;
 300         } else if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 301                 comp->type = COMP_ZLIB;
 302         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 303                 comp->type = COMP_NONE;
 304         } else {
 305                 fatal("unsupported comp %s", name);
 306         }
 307         comp->name = name;
 308 }
 309
 310 static void
 311 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 312 {
 313         k->name = match_list(client, server, NULL);
 314         if (k->name == NULL)
 315                 fatal("no kex alg");
 316         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 317                 k->kex_type = KEX_DH_GRP1_SHA1;
 318                 k->evp_md = EVP_sha1();
 319         } else if (strcmp(k->name, KEX_DH14) == 0) {
 320                 k->kex_type = KEX_DH_GRP14_SHA1;
 321                 k->evp_md = EVP_sha1();
 322         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA1) == 0) {
 323                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA1;
 324                 k->evp_md = EVP_sha1();
 325 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
 326         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA256) == 0) {
 327                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA256;
 328                 k->evp_md = evp_ssh_sha256();
 329 #endif
 330 #ifdef GSSAPI
 331         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_GEX_SHA1_ID,
 332             sizeof(KEX_GSS_GEX_SHA1_ID) - 1) == 0) {
 333                 k->kex_type = KEX_GSS_GEX_SHA1;
 334                 k->evp_md = EVP_sha1();
 335         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_GRP1_SHA1_ID,
 336             sizeof(KEX_GSS_GRP1_SHA1_ID) - 1) == 0) {
 337                 k->kex_type = KEX_GSS_GRP1_SHA1;
 338                 k->evp_md = EVP_sha1();
 339         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_GRP14_SHA1_ID,
 340             sizeof(KEX_GSS_GRP14_SHA1_ID) - 1) == 0) {
 341                 k->kex_type = KEX_GSS_GRP14_SHA1;
 342                 k->evp_md = EVP_sha1();
 343 #endif
 344         } else
 345                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 346 }
 347
 348 static void
 349 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 350 {
 351         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 352         if (hostkeyalg == NULL)
 353                 fatal("no hostkey alg");
 354         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 355         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 356                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 357         xfree(hostkeyalg);
 358 }
 359
 360 static int
 361 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 362 {
 363         static int check[] = {
 364                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 365         };
 366         int *idx;
 367         char *p;
 368
 369         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 370                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 371                         *p = '\0';
 372                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 373                         *p = '\0';
 374                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 375                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 376                             my[*idx], peer[*idx]);
 377                         return (0);
 378                 }
 379         }
 380         debug2("proposals match");
 381         return (1);
 382 }
 383
 384 static void
 385 kex_choose_conf(Kex *kex)
 386 {
 387         Newkeys *newkeys;
 388         char **my, **peer;
 389         char **cprop, **sprop;
 390         int nenc, nmac, ncomp;
 391         u_int mode, ctos, need;
 392         int first_kex_follows, type;
 393
 394         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 395         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 396
 397         if (kex->server) {
 398                 cprop=peer;
 399                 sprop=my;
 400         } else {
 401                 cprop=my;
 402                 sprop=peer;
 403         }
 404
 405         /* Algorithm Negotiation */
 406         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 407                 newkeys = xcalloc(1, sizeof(*newkeys));
 408                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 409                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 410                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 411                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 412                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 413                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 414                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 415                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 416                 debug("kex: %s %s %s %s",
 417                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 418                     newkeys->enc.name,
 419                     newkeys->mac.name,
 420                     newkeys->comp.name);
 421         }
 422         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 423         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 424             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 425         need = 0;
 426         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 427                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 428                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 429                         need = newkeys->enc.key_len;
 430                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 431                         need = newkeys->enc.block_size;
 432                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 433                         need = newkeys->mac.key_len;
 434         }
 435         /* XXX need runden? */
 436         kex->we_need = need;
 437
 438         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 439         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer) &&
 440             !(datafellows & SSH_BUG_FIRSTKEX)) {
 441                 type = packet_read();
 442                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 443         }
 444
 445         kex_prop_free(my);
 446         kex_prop_free(peer);
 447 }
 448
 449 static u_char *
 450 derive_key(Kex *kex, int id, u_int need, u_char *hash, u_int hashlen,
 451     BIGNUM *shared_secret)
 452 {
 453         Buffer b;
 454         EVP_MD_CTX md;
 455         char c = id;
 456         u_int have;
 457         int mdsz;
 458         u_char *digest;
 459
 460         if ((mdsz = EVP_MD_size(kex->evp_md)) <= 0)
 461                 fatal("bad kex md size %d", mdsz);
 462         digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 463
 464         buffer_init(&b);
 465         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 466
 467         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 468         EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 469         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 470                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 471         EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 472         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 473         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 474         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 475
 476         /*
 477          * expand key:
 478          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 479          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 480          */
 481         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 482                 EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 483                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 484                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 485                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 486                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 487                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 488         }
 489         buffer_free(&b);
 490 #ifdef DEBUG_KEX
 491         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 492         dump_digest("key", digest, need);
 493 #endif
 494         return digest;
 495 }
 496
 497 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 498
 499 #define NKEYS   6
 500 void
 501 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, u_int hashlen, BIGNUM *shared_secret)
 502 {
 503         u_char *keys[NKEYS];
 504         u_int i, mode, ctos;
 505
 506         for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
 507                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, hashlen,
 508                     shared_secret);
 509         }
 510
 511         debug2("kex_derive_keys");
 512         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 513                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 514                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 515                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) ||
 516                     (kex->server && mode == MODE_IN);
 517                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 518                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 519                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 520         }
 521 }
 522
 523 Newkeys *
 524 kex_get_newkeys(int mode)
 525 {
 526         Newkeys *ret;
 527
 528         ret = current_keys[mode];
 529         current_keys[mode] = NULL;
 530         return ret;
 531 }
 532
 533 void
 534 derive_ssh1_session_id(BIGNUM *host_modulus, BIGNUM *server_modulus,
 535     u_int8_t cookie[8], u_int8_t id[16])
 536 {
 537         const EVP_MD *evp_md = EVP_md5();
 538         EVP_MD_CTX md;
 539         u_int8_t nbuf[2048], obuf[EVP_MAX_MD_SIZE];
 540         int len;
 541
 542         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 543
 544         len = BN_num_bytes(host_modulus);
 545         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 546                 fatal("%s: bad host modulus (len %d)", __func__, len);
 547         BN_bn2bin(host_modulus, nbuf);
 548         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 549
 550         len = BN_num_bytes(server_modulus);
 551         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 552                 fatal("%s: bad server modulus (len %d)", __func__, len);
 553         BN_bn2bin(server_modulus, nbuf);
 554         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 555
 556         EVP_DigestUpdate(&md, cookie, 8);
 557
 558         EVP_DigestFinal(&md, obuf, NULL);
 559         memcpy(id, obuf, 16);
 560
 561         memset(nbuf, 0, sizeof(nbuf));
 562         memset(obuf, 0, sizeof(obuf));
 563         memset(&md, 0, sizeof(md));
 564 }
 565
 566 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 567 void
 568 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 569 {
 570         u_int i;
 571
 572         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 573         for (i = 0; i< len; i++) {
 574                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 575                 if (i%32 == 31)
 576                         fprintf(stderr, "\n");
 577                 else if (i%8 == 7)
 578                         fprintf(stderr, " ");
 579         }
 580         fprintf(stderr, "\n");
 581 }
 582 #endif