openssh/kex.c

   1 /* $OpenBSD: kex.c,v 1.80 2008/09/06 12:24:13 djm 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 static 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         u_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 %u ", 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 /* ARGSUSED */
 131 static void
 132 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 133 {
 134         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 135 }
 136
 137 static void
 138 kex_reset_dispatch(void)
 139 {
 140         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 141             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 142         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 143 }
 144
 145 void
 146 kex_finish(Kex *kex)
 147 {
 148         kex_reset_dispatch();
 149
 150         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 151         packet_send();
 152         /* packet_write_wait(); */
 153         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 154
 155         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 156         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 157         packet_check_eom();
 158         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 159
 160         kex->done = 1;
 161         buffer_clear(&kex->peer);
 162         /* buffer_clear(&kex->my); */
 163         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 164         xfree(kex->name);
 165         kex->name = NULL;
 166 }
 167
 168 void
 169 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 170 {
 171         u_int32_t rnd = 0;
 172         u_char *cookie;
 173         u_int i;
 174
 175         if (kex == NULL) {
 176                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 177                 return;
 178         }
 179         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 180                 debug("KEX_INIT_SENT");
 181                 return;
 182         }
 183         kex->done = 0;
 184
 185         /* generate a random cookie */
 186         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 187                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 188         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 189         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 190                 if (i % 4 == 0)
 191                         rnd = arc4random();
 192                 cookie[i] = rnd;
 193                 rnd >>= 8;
 194         }
 195         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 196         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 197         packet_send();
 198         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 199         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 200 }
 201
 202 /* ARGSUSED */
 203 void
 204 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 205 {
 206         char *ptr;
 207         u_int i, dlen;
 208         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 209
 210         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 211         if (kex == NULL)
 212                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 213
 214         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 215         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 216
 217         /* discard packet */
 218         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 219                 packet_get_char();
 220         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 221                 xfree(packet_get_string(NULL));
 222         (void) packet_get_char();
 223         (void) packet_get_int();
 224         packet_check_eom();
 225
 226         kex_kexinit_finish(kex);
 227 }
 228
 229 Kex *
 230 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 231 {
 232         Kex *kex;
 233
 234         kex = xcalloc(1, sizeof(*kex));
 235         buffer_init(&kex->peer);
 236         buffer_init(&kex->my);
 237         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 238         kex->done = 0;
 239
 240         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 241         kex_reset_dispatch();
 242
 243         return kex;
 244 }
 245
 246 static void
 247 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 248 {
 249         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 250                 kex_send_kexinit(kex);
 251
 252         kex_choose_conf(kex);
 253
 254         if (kex->kex_type >= 0 && kex->kex_type < KEX_MAX &&
 255             kex->kex[kex->kex_type] != NULL) {
 256                 (kex->kex[kex->kex_type])(kex);
 257         } else {
 258                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 259         }
 260 }
 261
 262 static void
 263 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 264 {
 265         char *name = match_list(client, server, NULL);
 266         if (name == NULL)
 267                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s",
 268                     client, server);
 269         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 270                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 271         enc->name = name;
 272         enc->enabled = 0;
 273         enc->iv = NULL;
 274         enc->key = NULL;
 275         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 276         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 277 }
 278
 279 static void
 280 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 281 {
 282         char *name = match_list(client, server, NULL);
 283         if (name == NULL)
 284                 fatal("no matching mac found: client %s server %s",
 285                     client, server);
 286         if (mac_setup(mac, name) < 0)
 287                 fatal("unsupported mac %s", name);
 288         /* truncate the key */
 289         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 290                 mac->key_len = 16;
 291         mac->name = name;
 292         mac->key = NULL;
 293         mac->enabled = 0;
 294 }
 295
 296 static void
 297 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 298 {
 299         char *name = match_list(client, server, NULL);
 300         if (name == NULL)
 301                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 302         if (strcmp(name, "zlib@openssh.com") == 0) {
 303                 comp->type = COMP_DELAYED;
 304         } else if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 305                 comp->type = COMP_ZLIB;
 306         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 307                 comp->type = COMP_NONE;
 308         } else {
 309                 fatal("unsupported comp %s", name);
 310         }
 311         comp->name = name;
 312 }
 313
 314 static void
 315 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 316 {
 317         k->name = match_list(client, server, NULL);
 318         if (k->name == NULL)
 319                 fatal("Unable to negotiate a key exchange method");
 320         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 321                 k->kex_type = KEX_DH_GRP1_SHA1;
 322                 k->evp_md = EVP_sha1();
 323         } else if (strcmp(k->name, KEX_DH14) == 0) {
 324                 k->kex_type = KEX_DH_GRP14_SHA1;
 325                 k->evp_md = EVP_sha1();
 326         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA1) == 0) {
 327                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA1;
 328                 k->evp_md = EVP_sha1();
 329 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
 330         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA256) == 0) {
 331                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA256;
 332                 k->evp_md = evp_ssh_sha256();
 333 #endif
 334 #ifdef GSSAPI
 335         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_GEX_SHA1_ID,
 336             sizeof(KEX_GSS_GEX_SHA1_ID) - 1) == 0) {
 337                 k->kex_type = KEX_GSS_GEX_SHA1;
 338                 k->evp_md = EVP_sha1();
 339         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_GRP1_SHA1_ID,
 340             sizeof(KEX_GSS_GRP1_SHA1_ID) - 1) == 0) {
 341                 k->kex_type = KEX_GSS_GRP1_SHA1;
 342                 k->evp_md = EVP_sha1();
 343         } else if (strncmp(k->name, KEX_GSS_GRP14_SHA1_ID,
 344             sizeof(KEX_GSS_GRP14_SHA1_ID) - 1) == 0) {
 345                 k->kex_type = KEX_GSS_GRP14_SHA1;
 346                 k->evp_md = EVP_sha1();
 347 #endif
 348         } else
 349                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 350 }
 351
 352 static void
 353 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 354 {
 355         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 356         if (hostkeyalg == NULL)
 357                 fatal("no hostkey alg");
 358         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 359         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 360                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 361         xfree(hostkeyalg);
 362 }
 363
 364 static int
 365 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 366 {
 367         static int check[] = {
 368                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 369         };
 370         int *idx;
 371         char *p;
 372
 373         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 374                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 375                         *p = '\0';
 376                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 377                         *p = '\0';
 378                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 379                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 380                             my[*idx], peer[*idx]);
 381                         return (0);
 382                 }
 383         }
 384         debug2("proposals match");
 385         return (1);
 386 }
 387
 388 static void
 389 kex_choose_conf(Kex *kex)
 390 {
 391         Newkeys *newkeys;
 392         char **my, **peer;
 393         char **cprop, **sprop;
 394         int nenc, nmac, ncomp;
 395         u_int mode, ctos, need;
 396         int first_kex_follows, type;
 397
 398         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 399         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 400
 401         if (kex->server) {
 402                 cprop=peer;
 403                 sprop=my;
 404         } else {
 405                 cprop=my;
 406                 sprop=peer;
 407         }
 408
 409         /* Algorithm Negotiation */
 410         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 411                 newkeys = xcalloc(1, sizeof(*newkeys));
 412                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 413                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) ||
 414                     (kex->server && mode == MODE_IN);
 415                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 416                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 417                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 418                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 419                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 420                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 421                 debug("kex: %s %s %s %s",
 422                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 423                     newkeys->enc.name,
 424                     newkeys->mac.name,
 425                     newkeys->comp.name);
 426         }
 427         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 428         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 429             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 430         need = 0;
 431         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 432                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 433                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 434                         need = newkeys->enc.key_len;
 435                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 436                         need = newkeys->enc.block_size;
 437                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 438                         need = newkeys->mac.key_len;
 439         }
 440         /* XXX need runden? */
 441         kex->we_need = need;
 442
 443         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 444         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer) &&
 445             !(datafellows & SSH_BUG_FIRSTKEX)) {
 446                 type = packet_read();
 447                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 448         }
 449
 450         kex_prop_free(my);
 451         kex_prop_free(peer);
 452 }
 453
 454 static u_char *
 455 derive_key(Kex *kex, int id, u_int need, u_char *hash, u_int hashlen,
 456     BIGNUM *shared_secret)
 457 {
 458         Buffer b;
 459         EVP_MD_CTX md;
 460         char c = id;
 461         u_int have;
 462         int mdsz;
 463         u_char *digest;
 464
 465         if ((mdsz = EVP_MD_size(kex->evp_md)) <= 0)
 466                 fatal("bad kex md size %d", mdsz);
 467         digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 468
 469         buffer_init(&b);
 470         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 471
 472         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 473         EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 474         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 475                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 476         EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 477         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 478         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 479         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 480
 481         /*
 482          * expand key:
 483          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 484          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 485          */
 486         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 487                 EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 488                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 489                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 490                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 491                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 492                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 493         }
 494         buffer_free(&b);
 495 #ifdef DEBUG_KEX
 496         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 497         dump_digest("key", digest, need);
 498 #endif
 499         return digest;
 500 }
 501
 502 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 503
 504 #define NKEYS   6
 505 void
 506 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, u_int hashlen, BIGNUM *shared_secret)
 507 {
 508         u_char *keys[NKEYS];
 509         u_int i, mode, ctos;
 510
 511         for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
 512                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, hashlen,
 513                     shared_secret);
 514         }
 515
 516         debug2("kex_derive_keys");
 517         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 518                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 519                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 520                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) ||
 521                     (kex->server && mode == MODE_IN);
 522                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 523                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 524                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 525         }
 526 }
 527
 528 Newkeys *
 529 kex_get_newkeys(int mode)
 530 {
 531         Newkeys *ret;
 532
 533         ret = current_keys[mode];
 534         current_keys[mode] = NULL;
 535         return ret;
 536 }
 537
 538 void
 539 derive_ssh1_session_id(BIGNUM *host_modulus, BIGNUM *server_modulus,
 540     u_int8_t cookie[8], u_int8_t id[16])
 541 {
 542         const EVP_MD *evp_md = EVP_md5();
 543         EVP_MD_CTX md;
 544         u_int8_t nbuf[2048], obuf[EVP_MAX_MD_SIZE];
 545         int len;
 546
 547         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 548
 549         len = BN_num_bytes(host_modulus);
 550         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 551                 fatal("%s: bad host modulus (len %d)", __func__, len);
 552         BN_bn2bin(host_modulus, nbuf);
 553         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 554
 555         len = BN_num_bytes(server_modulus);
 556         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 557                 fatal("%s: bad server modulus (len %d)", __func__, len);
 558         BN_bn2bin(server_modulus, nbuf);
 559         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 560
 561         EVP_DigestUpdate(&md, cookie, 8);
 562
 563         EVP_DigestFinal(&md, obuf, NULL);
 564         memcpy(id, obuf, 16);
 565
 566         memset(nbuf, 0, sizeof(nbuf));
 567         memset(obuf, 0, sizeof(obuf));
 568         memset(&md, 0, sizeof(md));
 569 }
 570
 571 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 572 void
 573 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 574 {
 575         u_int i;
 576
 577         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 578         for (i = 0; i < len; i++) {
 579                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 580                 if (i%32 == 31)
 581                         fprintf(stderr, "\n");
 582                 else if (i%8 == 7)
 583                         fprintf(stderr, " ");
 584         }
 585         fprintf(stderr, "\n");
 586 }
 587 #endif