kex.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2000 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 1.29 2001/04/04 14:34:58 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
  44 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  45
  46 void    kex_kexinit_finish(Kex *kex);
  47 void    kex_choose_conf(Kex *k);
  48
  49 /* put algorithm proposal into buffer */
  50 void
  51 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  52 {
  53         u_int32_t rand = 0;
  54         int i;
  55
  56         buffer_clear(b);
  57         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
  58                 if (i % 4 == 0)
  59                         rand = arc4random();
  60                 buffer_put_char(b, rand & 0xff);
  61                 rand >>= 8;
  62         }
  63         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  64                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  65         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  66         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  67 }
  68
  69 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  70 char **
  71 kex_buf2prop(Buffer *raw)
  72 {
  73         Buffer b;
  74         int i;
  75         char **proposal;
  76
  77         proposal = xmalloc(PROPOSAL_MAX * sizeof(char *));
  78
  79         buffer_init(&b);
  80         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  81         /* skip cookie */
  82         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  83                 buffer_get_char(&b);
  84         /* extract kex init proposal strings */
  85         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
  86                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
  87                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
  88         }
  89         /* first kex follows / reserved */
  90         i = buffer_get_char(&b);
  91         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
  92         i = buffer_get_int(&b);
  93         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
  94         buffer_free(&b);
  95         return proposal;
  96 }
  97
  98 void
  99 kex_prop_free(char **proposal)
 100 {
 101         int i;
 102
 103         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 104                 xfree(proposal[i]);
 105         xfree(proposal);
 106 }
 107
 108 void
 109 kex_protocol_error(int type, int plen, void *ctxt)
 110 {
 111         error("Hm, kex protocol error: type %d plen %d", type, plen);
 112 }
 113
 114 void
 115 kex_clear_dispatch(void)
 116 {
 117         int i;
 118
 119         /* Numbers 30-49 are used for kex packets */
 120         for (i = 30; i <= 49; i++)
 121                 dispatch_set(i, &kex_protocol_error);
 122 }
 123
 124 void
 125 kex_finish(Kex *kex)
 126 {
 127         int plen;
 128
 129         kex_clear_dispatch();
 130
 131         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 132         packet_send();
 133         /* packet_write_wait(); */
 134         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 135
 136         debug("waiting for SSH2_MSG_NEWKEYS");
 137         packet_read_expect(&plen, SSH2_MSG_NEWKEYS);
 138         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 139         kex->newkeys = 1;
 140         buffer_clear(&kex->peer);
 141         /* buffer_clear(&kex->my); */
 142         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 143 }
 144
 145 void
 146 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 147 {
 148         if (kex == NULL) {
 149                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 150                 return;
 151         }
 152         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 153                 debug("KEX_INIT_SENT");
 154                 return;
 155         }
 156         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 157         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 158         packet_send();
 159         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 160         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 161 }
 162
 163 void
 164 kex_input_kexinit(int type, int plen, void *ctxt)
 165 {
 166         char *ptr;
 167         int dlen;
 168         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 169
 170         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 171         if (kex == NULL)
 172                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 173
 174         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 175         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 176
 177         kex_kexinit_finish(kex);
 178 }
 179
 180 Kex *
 181 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 182 {
 183         Kex *kex;
 184
 185         kex = xmalloc(sizeof(*kex));
 186         memset(kex, 0, sizeof(*kex));
 187         buffer_init(&kex->peer);
 188         buffer_init(&kex->my);
 189         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 190         kex->newkeys = 0;
 191
 192         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 193         kex_clear_dispatch();
 194         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 195
 196         return kex;
 197 }
 198
 199 void
 200 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 201 {
 202         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 203                 kex_send_kexinit(kex);
 204
 205         kex_choose_conf(kex);
 206
 207         switch(kex->kex_type) {
 208         case DH_GRP1_SHA1:
 209                 kexdh(kex);
 210                 break;
 211         case DH_GEX_SHA1:
 212                 kexgex(kex);
 213                 break;
 214         default:
 215                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 216         }
 217 }
 218
 219 void
 220 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 221 {
 222         char *name = match_list(client, server, NULL);
 223         if (name == NULL)
 224                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 225         enc->cipher = cipher_by_name(name);
 226         if (enc->cipher == NULL)
 227                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 228         enc->name = name;
 229         enc->enabled = 0;
 230         enc->iv = NULL;
 231         enc->key = NULL;
 232 }
 233 void
 234 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 235 {
 236         char *name = match_list(client, server, NULL);
 237         if (name == NULL)
 238                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 239         if (mac_init(mac, name) < 0)
 240                 fatal("unsupported mac %s", name);
 241         /* truncate the key */
 242         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 243                 mac->key_len = 16;
 244         mac->name = name;
 245         mac->key = NULL;
 246         mac->enabled = 0;
 247 }
 248 void
 249 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 250 {
 251         char *name = match_list(client, server, NULL);
 252         if (name == NULL)
 253                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 254         if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 255                 comp->type = 1;
 256         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 257                 comp->type = 0;
 258         } else {
 259                 fatal("unsupported comp %s", name);
 260         }
 261         comp->name = name;
 262 }
 263 void
 264 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 265 {
 266         k->name = match_list(client, server, NULL);
 267         if (k->name == NULL)
 268                 fatal("no kex alg");
 269         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 270                 k->kex_type = DH_GRP1_SHA1;
 271         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 272                 k->kex_type = DH_GEX_SHA1;
 273         } else
 274                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 275 }
 276 void
 277 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 278 {
 279         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 280         if (hostkeyalg == NULL)
 281                 fatal("no hostkey alg");
 282         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 283         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 284                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 285         xfree(hostkeyalg);
 286 }
 287
 288 void
 289 kex_choose_conf(Kex *kex)
 290 {
 291         Newkeys *newkeys;
 292         char **my, **peer;
 293         char **cprop, **sprop;
 294         int nenc, nmac, ncomp;
 295         int mode;
 296         int ctos;                               /* direction: if true client-to-server */
 297         int need;
 298
 299         my   = kex_buf2prop(&kex->my);
 300         peer = kex_buf2prop(&kex->peer);
 301
 302         if (kex->server) {
 303                 cprop=peer;
 304                 sprop=my;
 305         } else {
 306                 cprop=my;
 307                 sprop=peer;
 308         }
 309
 310         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 311                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 312                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 313                 kex->keys[mode] = newkeys;
 314                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 315                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 316                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 317                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 318                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 319                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 320                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 321                 debug("kex: %s %s %s %s",
 322                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 323                     newkeys->enc.name,
 324                     newkeys->mac.name,
 325                     newkeys->comp.name);
 326         }
 327         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 328         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 329             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 330         need = 0;
 331         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 332                 newkeys = kex->keys[mode];
 333                 if (need < newkeys->enc.cipher->key_len)
 334                         need = newkeys->enc.cipher->key_len;
 335                 if (need < newkeys->enc.cipher->block_size)
 336                         need = newkeys->enc.cipher->block_size;
 337                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 338                         need = newkeys->mac.key_len;
 339         }
 340         /* XXX need runden? */
 341         kex->we_need = need;
 342
 343         kex_prop_free(my);
 344         kex_prop_free(peer);
 345 }
 346
 347 u_char *
 348 derive_key(Kex *kex, int id, int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 349 {
 350         Buffer b;
 351         EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 352         EVP_MD_CTX md;
 353         char c = id;
 354         int have;
 355         int mdsz = evp_md->md_size;
 356         u_char *digest = xmalloc(((need+mdsz-1)/mdsz)*mdsz);
 357
 358         buffer_init(&b);
 359         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 360
 361         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 362         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));  /* shared_secret K */
 363         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);              /* transport-06 */
 364         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);                   /* key id */
 365         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 366         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 367
 368         /* expand */
 369         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 370                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 371                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 372                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 373                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 374                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 375         }
 376         buffer_free(&b);
 377 #ifdef DEBUG_KEX
 378         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 379         dump_digest("key", digest, need);
 380 #endif
 381         return digest;
 382 }
 383
 384 Newkeys *x_newkeys[MODE_MAX];
 385
 386 #define NKEYS   6
 387 void
 388 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 389 {
 390         Newkeys *newkeys;
 391         u_char *keys[NKEYS];
 392         int i, mode, ctos;
 393
 394         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 395                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, shared_secret);
 396
 397         debug("kex_derive_keys");
 398         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 399                 newkeys = kex->keys[mode];
 400                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 401                 newkeys->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 402                 newkeys->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 403                 newkeys->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 404                 x_newkeys[mode] = newkeys;
 405         }
 406 }
 407
 408 Newkeys *
 409 kex_get_newkeys(int mode)
 410 {
 411         return x_newkeys[mode];
 412 }
 413
 414 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 415 void
 416 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 417 {
 418         int i;
 419
 420         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 421         for (i = 0; i< len; i++){
 422                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 423                 if (i%32 == 31)
 424                         fprintf(stderr, "\n");
 425                 else if (i%8 == 7)
 426                         fprintf(stderr, " ");
 427         }
 428         fprintf(stderr, "\n");
 429 }
 430 #endif