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 1.26 2001/04/03 19:53:29 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_send_newkeys(void)
 116 {
 117         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 118         packet_send();
 119         /* packet_write_wait(); */
 120         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 121 }
 122
 123 void
 124 kex_input_newkeys(int type, int plen, void *ctxt)
 125 {
 126         Kex *kex = ctxt;
 127         int i;
 128
 129         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 130         kex->newkeys = 1;
 131         for (i = 30; i <= 49; i++)
 132                 dispatch_set(i, &kex_protocol_error);
 133         buffer_clear(&kex->peer);
 134         buffer_clear(&kex->my);
 135         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 136 }
 137
 138 void
 139 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 140 {
 141         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 142         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 143         packet_send();
 144         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 145         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 146 }
 147
 148 void
 149 kex_input_kexinit(int type, int plen, void *ctxt)
 150 {
 151         char *ptr;
 152         int dlen;
 153         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 154
 155         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_protocol_error);
 156         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 157
 158         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 159         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 160
 161         kex_kexinit_finish(kex);
 162 }
 163
 164 Kex *
 165 kex_start(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 166 {
 167         Kex *kex;
 168         int i;
 169
 170         kex = xmalloc(sizeof(*kex));
 171         memset(kex, 0, sizeof(*kex));
 172         buffer_init(&kex->peer);
 173         buffer_init(&kex->my);
 174         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 175         kex->newkeys = 0;
 176
 177         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 178         /* Numbers 30-49 are used for kex packets */
 179         for (i = 30; i <= 49; i++)
 180                 dispatch_set(i, kex_protocol_error);
 181
 182         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 183         dispatch_set(SSH2_MSG_NEWKEYS, &kex_input_newkeys);
 184         return kex;
 185 }
 186
 187 void
 188 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 189 {
 190         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 191                 kex_send_kexinit(kex);
 192
 193         kex_choose_conf(kex);
 194
 195         switch(kex->kex_type) {
 196         case DH_GRP1_SHA1:
 197                 kexdh(kex);
 198                 break;
 199         case DH_GEX_SHA1:
 200                 kexgex(kex);
 201                 break;
 202         default:
 203                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 204         }
 205 }
 206
 207 void
 208 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 209 {
 210         char *name = match_list(client, server, NULL);
 211         if (name == NULL)
 212                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 213         enc->cipher = cipher_by_name(name);
 214         if (enc->cipher == NULL)
 215                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 216         enc->name = name;
 217         enc->enabled = 0;
 218         enc->iv = NULL;
 219         enc->key = NULL;
 220 }
 221 void
 222 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 223 {
 224         char *name = match_list(client, server, NULL);
 225         if (name == NULL)
 226                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 227         if (mac_init(mac, name) < 0)
 228                 fatal("unsupported mac %s", name);
 229         /* truncate the key */
 230         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 231                 mac->key_len = 16;
 232         mac->name = name;
 233         mac->key = NULL;
 234         mac->enabled = 0;
 235 }
 236 void
 237 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 238 {
 239         char *name = match_list(client, server, NULL);
 240         if (name == NULL)
 241                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 242         if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 243                 comp->type = 1;
 244         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 245                 comp->type = 0;
 246         } else {
 247                 fatal("unsupported comp %s", name);
 248         }
 249         comp->name = name;
 250 }
 251 void
 252 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 253 {
 254         k->name = match_list(client, server, NULL);
 255         if (k->name == NULL)
 256                 fatal("no kex alg");
 257         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 258                 k->kex_type = DH_GRP1_SHA1;
 259         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 260                 k->kex_type = DH_GEX_SHA1;
 261         } else
 262                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 263 }
 264 void
 265 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 266 {
 267         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 268         if (hostkeyalg == NULL)
 269                 fatal("no hostkey alg");
 270         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 271         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 272                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 273         xfree(hostkeyalg);
 274 }
 275
 276 void
 277 kex_choose_conf(Kex *k)
 278 {
 279         char **my, **peer;
 280         char **cprop, **sprop;
 281         int mode;
 282         int ctos;                               /* direction: if true client-to-server */
 283         int need;
 284
 285         my   = kex_buf2prop(&k->my);
 286         peer = kex_buf2prop(&k->peer);
 287
 288         if (k->server) {
 289                 cprop=peer;
 290                 sprop=my;
 291         } else {
 292                 cprop=my;
 293                 sprop=peer;
 294         }
 295
 296         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 297                 int nenc, nmac, ncomp;
 298                 ctos = (!k->server && mode == MODE_OUT) || (k->server && mode == MODE_IN);
 299                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 300                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 301                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 302                 choose_enc (&k->enc [mode], cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 303                 choose_mac (&k->mac [mode], cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 304                 choose_comp(&k->comp[mode], cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 305                 debug("kex: %s %s %s %s",
 306                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 307                     k->enc[mode].name,
 308                     k->mac[mode].name,
 309                     k->comp[mode].name);
 310         }
 311         choose_kex(k, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 312         choose_hostkeyalg(k, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 313             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 314         need = 0;
 315         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 316             if (need < k->enc[mode].cipher->key_len)
 317                     need = k->enc[mode].cipher->key_len;
 318             if (need < k->enc[mode].cipher->block_size)
 319                     need = k->enc[mode].cipher->block_size;
 320             if (need < k->mac[mode].key_len)
 321                     need = k->mac[mode].key_len;
 322         }
 323         /* XXX need runden? */
 324         k->we_need = need;
 325
 326         kex_prop_free(my);
 327         kex_prop_free(peer);
 328
 329 }
 330
 331 u_char *
 332 derive_key(int id, int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 333 {
 334         Buffer b;
 335         EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 336         EVP_MD_CTX md;
 337         char c = id;
 338         int have;
 339         int mdsz = evp_md->md_size;
 340         u_char *digest = xmalloc(((need+mdsz-1)/mdsz)*mdsz);
 341
 342         buffer_init(&b);
 343         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 344
 345         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 346         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));  /* shared_secret K */
 347         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);              /* transport-06 */
 348         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);                   /* key id */
 349         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);              /* session id */
 350         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 351
 352         /* expand */
 353         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 354                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 355                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 356                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 357                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 358                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 359         }
 360         buffer_free(&b);
 361 #ifdef DEBUG_KEX
 362         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 363         dump_digest("key", digest, need);
 364 #endif
 365         return digest;
 366 }
 367
 368 #define NKEYS   6
 369 void
 370 kex_derive_keys(Kex *k, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 371 {
 372         int i;
 373         int mode;
 374         int ctos;
 375         u_char *keys[NKEYS];
 376
 377         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 378                 keys[i] = derive_key('A'+i, k->we_need, hash, shared_secret);
 379
 380         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 381                 ctos = (!k->server && mode == MODE_OUT) || (k->server && mode == MODE_IN);
 382                 k->enc[mode].iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 383                 k->enc[mode].key = keys[ctos ? 2 : 3];
 384                 k->mac[mode].key = keys[ctos ? 4 : 5];
 385         }
 386 }
 387
 388 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 389 void
 390 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 391 {
 392         int i;
 393
 394         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 395         for (i = 0; i< len; i++){
 396                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 397                 if (i%32 == 31)
 398                         fprintf(stderr, "\n");
 399                 else if (i%8 == 7)
 400                         fprintf(stderr, " ");
 401         }
 402         fprintf(stderr, "\n");
 403 }
 404 #endif