kexgex.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2000 Niels Provos.  All rights reserved.
   3  * Copyright (c) 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 RCSID("$OpenBSD: kexgex.c,v 1.20 2002/02/28 15:46:33 markus Exp $");
  28
  29 #include <openssl/bn.h>
  30
  31 #include "xmalloc.h"
  32 #include "buffer.h"
  33 #include "bufaux.h"
  34 #include "key.h"
  35 #include "kex.h"
  36 #include "log.h"
  37 #include "packet.h"
  38 #include "dh.h"
  39 #include "ssh2.h"
  40 #include "compat.h"
  41 #include "monitor.h"
  42 #include "monitor_wrap.h"
  43
  44 /* Imports */
  45 extern int use_privsep;
  46 extern int mm_recvfd;
  47
  48 static u_char *
  49 kexgex_hash(
  50     char *client_version_string,
  51     char *server_version_string,
  52     char *ckexinit, int ckexinitlen,
  53     char *skexinit, int skexinitlen,
  54     u_char *serverhostkeyblob, int sbloblen,
  55     int min, int wantbits, int max, BIGNUM *prime, BIGNUM *gen,
  56     BIGNUM *client_dh_pub,
  57     BIGNUM *server_dh_pub,
  58     BIGNUM *shared_secret)
  59 {
  60         Buffer b;
  61         static u_char digest[EVP_MAX_MD_SIZE];
  62         const EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
  63         EVP_MD_CTX md;
  64
  65         buffer_init(&b);
  66         buffer_put_cstring(&b, client_version_string);
  67         buffer_put_cstring(&b, server_version_string);
  68
  69         /* kexinit messages: fake header: len+SSH2_MSG_KEXINIT */
  70         buffer_put_int(&b, ckexinitlen+1);
  71         buffer_put_char(&b, SSH2_MSG_KEXINIT);
  72         buffer_append(&b, ckexinit, ckexinitlen);
  73         buffer_put_int(&b, skexinitlen+1);
  74         buffer_put_char(&b, SSH2_MSG_KEXINIT);
  75         buffer_append(&b, skexinit, skexinitlen);
  76
  77         buffer_put_string(&b, serverhostkeyblob, sbloblen);
  78         if (min == -1 || max == -1)
  79                 buffer_put_int(&b, wantbits);
  80         else {
  81                 buffer_put_int(&b, min);
  82                 buffer_put_int(&b, wantbits);
  83                 buffer_put_int(&b, max);
  84         }
  85         buffer_put_bignum2(&b, prime);
  86         buffer_put_bignum2(&b, gen);
  87         buffer_put_bignum2(&b, client_dh_pub);
  88         buffer_put_bignum2(&b, server_dh_pub);
  89         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
  90
  91 #ifdef DEBUG_KEXDH
  92         buffer_dump(&b);
  93 #endif
  94         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
  95         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
  96         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
  97
  98         buffer_free(&b);
  99
 100 #ifdef DEBUG_KEXDH
 101         dump_digest("hash", digest, EVP_MD_size(evp_md));
 102 #endif
 103         return digest;
 104 }
 105
 106 /* client */
 107
 108 static void
 109 kexgex_client(Kex *kex)
 110 {
 111         BIGNUM *dh_server_pub = NULL, *shared_secret = NULL;
 112         BIGNUM *p = NULL, *g = NULL;
 113         Key *server_host_key;
 114         u_char *kbuf, *hash, *signature = NULL, *server_host_key_blob = NULL;
 115         u_int klen, kout, slen, sbloblen;
 116         int min, max, nbits;
 117         DH *dh;
 118
 119         nbits = dh_estimate(kex->we_need * 8);
 120
 121         if (datafellows & SSH_OLD_DHGEX) {
 122                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD sent");
 123
 124                 /* Old GEX request */
 125                 packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD);
 126                 packet_put_int(nbits);
 127                 min = DH_GRP_MIN;
 128                 max = DH_GRP_MAX;
 129         } else {
 130                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST sent");
 131
 132                 /* New GEX request */
 133                 min = DH_GRP_MIN;
 134                 max = DH_GRP_MAX;
 135                 packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST);
 136                 packet_put_int(min);
 137                 packet_put_int(nbits);
 138                 packet_put_int(max);
 139         }
 140 #ifdef DEBUG_KEXDH
 141         fprintf(stderr, "\nmin = %d, nbits = %d, max = %d\n",
 142             min, nbits, max);
 143 #endif
 144         packet_send();
 145
 146         debug("expecting SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP");
 147         packet_read_expect(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP);
 148
 149         if ((p = BN_new()) == NULL)
 150                 fatal("BN_new");
 151         packet_get_bignum2(p);
 152         if ((g = BN_new()) == NULL)
 153                 fatal("BN_new");
 154         packet_get_bignum2(g);
 155         packet_check_eom();
 156
 157         if (BN_num_bits(p) < min || BN_num_bits(p) > max)
 158                 fatal("DH_GEX group out of range: %d !< %d !< %d",
 159                     min, BN_num_bits(p), max);
 160
 161         dh = dh_new_group(g, p);
 162         dh_gen_key(dh, kex->we_need * 8);
 163
 164 #ifdef DEBUG_KEXDH
 165         DHparams_print_fp(stderr, dh);
 166         fprintf(stderr, "pub= ");
 167         BN_print_fp(stderr, dh->pub_key);
 168         fprintf(stderr, "\n");
 169 #endif
 170
 171         debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT sent");
 172         /* generate and send 'e', client DH public key */
 173         packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT);
 174         packet_put_bignum2(dh->pub_key);
 175         packet_send();
 176
 177         debug("expecting SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY");
 178         packet_read_expect(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY);
 179
 180         /* key, cert */
 181         server_host_key_blob = packet_get_string(&sbloblen);
 182         server_host_key = key_from_blob(server_host_key_blob, sbloblen);
 183         if (server_host_key == NULL)
 184                 fatal("cannot decode server_host_key_blob");
 185         if (server_host_key->type != kex->hostkey_type)
 186                 fatal("type mismatch for decoded server_host_key_blob");
 187         if (kex->verify_host_key == NULL)
 188                 fatal("cannot verify server_host_key");
 189         if (kex->verify_host_key(server_host_key) == -1)
 190                 fatal("server_host_key verification failed");
 191
 192         /* DH paramter f, server public DH key */
 193         if ((dh_server_pub = BN_new()) == NULL)
 194                 fatal("dh_server_pub == NULL");
 195         packet_get_bignum2(dh_server_pub);
 196
 197 #ifdef DEBUG_KEXDH
 198         fprintf(stderr, "dh_server_pub= ");
 199         BN_print_fp(stderr, dh_server_pub);
 200         fprintf(stderr, "\n");
 201         debug("bits %d", BN_num_bits(dh_server_pub));
 202 #endif
 203
 204         /* signed H */
 205         signature = packet_get_string(&slen);
 206         packet_check_eom();
 207
 208         if (!dh_pub_is_valid(dh, dh_server_pub))
 209                 packet_disconnect("bad server public DH value");
 210
 211         klen = DH_size(dh);
 212         kbuf = xmalloc(klen);
 213         kout = DH_compute_key(kbuf, dh_server_pub, dh);
 214 #ifdef DEBUG_KEXDH
 215         dump_digest("shared secret", kbuf, kout);
 216 #endif
 217         if ((shared_secret = BN_new()) == NULL)
 218                 fatal("kexgex_client: BN_new failed");
 219         BN_bin2bn(kbuf, kout, shared_secret);
 220         memset(kbuf, 0, klen);
 221         xfree(kbuf);
 222
 223         if (datafellows & SSH_OLD_DHGEX)
 224                 min = max = -1;
 225
 226         /* calc and verify H */
 227         hash = kexgex_hash(
 228             kex->client_version_string,
 229             kex->server_version_string,
 230             buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my),
 231             buffer_ptr(&kex->peer), buffer_len(&kex->peer),
 232             server_host_key_blob, sbloblen,
 233             min, nbits, max,
 234             dh->p, dh->g,
 235             dh->pub_key,
 236             dh_server_pub,
 237             shared_secret
 238         );
 239         /* have keys, free DH */
 240         DH_free(dh);
 241         xfree(server_host_key_blob);
 242         BN_clear_free(dh_server_pub);
 243
 244         if (key_verify(server_host_key, signature, slen, hash, 20) != 1)
 245                 fatal("key_verify failed for server_host_key");
 246         key_free(server_host_key);
 247         xfree(signature);
 248
 249         /* save session id */
 250         if (kex->session_id == NULL) {
 251                 kex->session_id_len = 20;
 252                 kex->session_id = xmalloc(kex->session_id_len);
 253                 memcpy(kex->session_id, hash, kex->session_id_len);
 254         }
 255         kex_derive_keys(kex, hash, shared_secret);
 256         BN_clear_free(shared_secret);
 257
 258         kex_finish(kex);
 259 }
 260
 261 /* server */
 262
 263 static void
 264 kexgex_server(Kex *kex)
 265 {
 266         BIGNUM *shared_secret = NULL, *dh_client_pub = NULL;
 267         Key *server_host_key;
 268         DH *dh = dh;
 269         u_char *kbuf, *hash, *signature = NULL, *server_host_key_blob = NULL;
 270         u_int sbloblen, klen, kout, slen;
 271         int min = -1, max = -1, nbits = -1, type;
 272
 273         if (kex->load_host_key == NULL)
 274                 fatal("Cannot load hostkey");
 275         server_host_key = kex->load_host_key(kex->hostkey_type);
 276         if (server_host_key == NULL)
 277                 fatal("Unsupported hostkey type %d", kex->hostkey_type);
 278
 279         type = packet_read();
 280         switch (type) {
 281         case SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST:
 282                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST received");
 283                 min = packet_get_int();
 284                 nbits = packet_get_int();
 285                 max = packet_get_int();
 286                 min = MAX(DH_GRP_MIN, min);
 287                 max = MIN(DH_GRP_MAX, max);
 288                 break;
 289         case SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD:
 290                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD received");
 291                 nbits = packet_get_int();
 292                 min = DH_GRP_MIN;
 293                 max = DH_GRP_MAX;
 294                 /* unused for old GEX */
 295                 break;
 296         default:
 297                 fatal("protocol error during kex, no DH_GEX_REQUEST: %d", type);
 298         }
 299         packet_check_eom();
 300
 301         if (max < min || nbits < min || max < nbits)
 302                 fatal("DH_GEX_REQUEST, bad parameters: %d !< %d !< %d",
 303                     min, nbits, max);
 304
 305         /* Contact privileged parent */
 306         if (use_privsep)
 307                 dh = mm_choose_dh(mm_recvfd, min, nbits, max);
 308         else
 309                 dh = choose_dh(min, nbits, max);
 310         if (dh == NULL)
 311                 packet_disconnect("Protocol error: no matching DH grp found");
 312
 313         debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP sent");
 314         packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP);
 315         packet_put_bignum2(dh->p);
 316         packet_put_bignum2(dh->g);
 317         packet_send();
 318
 319         /* flush */
 320         packet_write_wait();
 321
 322         /* Compute our exchange value in parallel with the client */
 323         dh_gen_key(dh, kex->we_need * 8);
 324
 325         debug("expecting SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT");
 326         packet_read_expect(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT);
 327
 328         /* key, cert */
 329         if ((dh_client_pub = BN_new()) == NULL)
 330                 fatal("dh_client_pub == NULL");
 331         packet_get_bignum2(dh_client_pub);
 332         packet_check_eom();
 333
 334 #ifdef DEBUG_KEXDH
 335         fprintf(stderr, "dh_client_pub= ");
 336         BN_print_fp(stderr, dh_client_pub);
 337         fprintf(stderr, "\n");
 338         debug("bits %d", BN_num_bits(dh_client_pub));
 339 #endif
 340
 341 #ifdef DEBUG_KEXDH
 342         DHparams_print_fp(stderr, dh);
 343         fprintf(stderr, "pub= ");
 344         BN_print_fp(stderr, dh->pub_key);
 345         fprintf(stderr, "\n");
 346 #endif
 347         if (!dh_pub_is_valid(dh, dh_client_pub))
 348                 packet_disconnect("bad client public DH value");
 349
 350         klen = DH_size(dh);
 351         kbuf = xmalloc(klen);
 352         kout = DH_compute_key(kbuf, dh_client_pub, dh);
 353 #ifdef DEBUG_KEXDH
 354         dump_digest("shared secret", kbuf, kout);
 355 #endif
 356         if ((shared_secret = BN_new()) == NULL)
 357                 fatal("kexgex_server: BN_new failed");
 358         BN_bin2bn(kbuf, kout, shared_secret);
 359         memset(kbuf, 0, klen);
 360         xfree(kbuf);
 361
 362         key_to_blob(server_host_key, &server_host_key_blob, &sbloblen);
 363
 364         if (type == SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD)
 365                 min = max = -1;
 366
 367         /* calc H */                    /* XXX depends on 'kex' */
 368         hash = kexgex_hash(
 369             kex->client_version_string,
 370             kex->server_version_string,
 371             buffer_ptr(&kex->peer), buffer_len(&kex->peer),
 372             buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my),
 373             server_host_key_blob, sbloblen,
 374             min, nbits, max,
 375             dh->p, dh->g,
 376             dh_client_pub,
 377             dh->pub_key,
 378             shared_secret
 379         );
 380         BN_clear_free(dh_client_pub);
 381
 382         /* save session id := H */
 383         /* XXX hashlen depends on KEX */
 384         if (kex->session_id == NULL) {
 385                 kex->session_id_len = 20;
 386                 kex->session_id = xmalloc(kex->session_id_len);
 387                 memcpy(kex->session_id, hash, kex->session_id_len);
 388         }
 389
 390         /* sign H */
 391         /* XXX hashlen depends on KEX */
 392         if (use_privsep)
 393                 mm_key_sign(mm_recvfd, kex->host_key_index(server_host_key),
 394                     &signature, &slen, hash, 20);
 395         else
 396                 key_sign(server_host_key, &signature, &slen, hash, 20);
 397
 398         /* destroy_sensitive_data(); */
 399
 400         /* send server hostkey, DH pubkey 'f' and singed H */
 401         debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY sent");
 402         packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY);
 403         packet_put_string(server_host_key_blob, sbloblen);
 404         packet_put_bignum2(dh->pub_key);        /* f */
 405         packet_put_string(signature, slen);
 406         packet_send();
 407
 408         xfree(signature);
 409         xfree(server_host_key_blob);
 410         /* have keys, free DH */
 411         DH_free(dh);
 412
 413         kex_derive_keys(kex, hash, shared_secret);
 414         BN_clear_free(shared_secret);
 415
 416         kex_finish(kex);
 417 }
 418
 419 void
 420 kexgex(Kex *kex)
 421 {
 422         if (kex->server)
 423                 kexgex_server(kex);
 424         else
 425                 kexgex_client(kex);
 426 }