kex.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2000, 2001 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
  27 #include <openssl/crypto.h>
  28
  29 #include "ssh2.h"
  30 #include "xmalloc.h"
  31 #include "buffer.h"
  32 #include "bufaux.h"
  33 #include "packet.h"
  34 #include "compat.h"
  35 #include "cipher.h"
  36 #include "kex.h"
  37 #include "key.h"
  38 #include "log.h"
  39 #include "mac.h"
  40 #include "match.h"
  41 #include "dispatch.h"
  42 #include "monitor.h"
  43
  44 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  45
  46 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
  47 # if defined(HAVE_EVP_SHA256)
  48 # define evp_ssh_sha256 EVP_sha256
  49 # else
  50 extern const EVP_MD *evp_ssh_sha256(void);
  51 # endif
  52 #endif
  53
  54 /* prototype */
  55 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  56 static void kex_choose_conf(Kex *);
  57
  58 /* put algorithm proposal into buffer */
  59 static void
  60 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  61 {
  62         u_int i;
  63
  64         buffer_clear(b);
  65         /*
  66          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  67          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  68          */
  69         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  70                 buffer_put_char(b, 0);
  71         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  72                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  73         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  74         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  75 }
  76
  77 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  78 static char **
  79 kex_buf2prop(Buffer *raw, int *first_kex_follows)
  80 {
  81         Buffer b;
  82         int i;
  83         char **proposal;
  84
  85         proposal = xmalloc(PROPOSAL_MAX * sizeof(char *));
  86
  87         buffer_init(&b);
  88         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  89         /* skip cookie */
  90         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  91                 buffer_get_char(&b);
  92         /* extract kex init proposal strings */
  93         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
  94                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
  95                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
  96         }
  97         /* first kex follows / reserved */
  98         i = buffer_get_char(&b);
  99         if (first_kex_follows != NULL)
 100                 *first_kex_follows = i;
 101         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
 102         i = buffer_get_int(&b);
 103         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
 104         buffer_free(&b);
 105         return proposal;
 106 }
 107
 108 static void
 109 kex_prop_free(char **proposal)
 110 {
 111         u_int i;
 112
 113         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 114                 xfree(proposal[i]);
 115         xfree(proposal);
 116 }
 117
 118 static void
 119 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 120 {
 121         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 122 }
 123
 124 static void
 125 kex_reset_dispatch(void)
 126 {
 127         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 128             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 129         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 130 }
 131
 132 void
 133 kex_finish(Kex *kex)
 134 {
 135         kex_reset_dispatch();
 136
 137         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 138         packet_send();
 139         /* packet_write_wait(); */
 140         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 141
 142         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 143         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 144         packet_check_eom();
 145         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 146
 147         kex->done = 1;
 148         buffer_clear(&kex->peer);
 149         /* buffer_clear(&kex->my); */
 150         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 151         xfree(kex->name);
 152         kex->name = NULL;
 153 }
 154
 155 void
 156 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 157 {
 158         u_int32_t rnd = 0;
 159         u_char *cookie;
 160         u_int i;
 161
 162         if (kex == NULL) {
 163                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 164                 return;
 165         }
 166         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 167                 debug("KEX_INIT_SENT");
 168                 return;
 169         }
 170         kex->done = 0;
 171
 172         /* generate a random cookie */
 173         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 174                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 175         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 176         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 177                 if (i % 4 == 0)
 178                         rnd = arc4random();
 179                 cookie[i] = rnd;
 180                 rnd >>= 8;
 181         }
 182         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 183         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 184         packet_send();
 185         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 186         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 187 }
 188
 189 void
 190 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 191 {
 192         char *ptr;
 193         u_int i, dlen;
 194         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 195
 196         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 197         if (kex == NULL)
 198                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 199
 200         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 201         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 202
 203         /* discard packet */
 204         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 205                 packet_get_char();
 206         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 207                 xfree(packet_get_string(NULL));
 208         (void) packet_get_char();
 209         (void) packet_get_int();
 210         packet_check_eom();
 211
 212         kex_kexinit_finish(kex);
 213 }
 214
 215 Kex *
 216 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 217 {
 218         Kex *kex;
 219
 220         kex = xmalloc(sizeof(*kex));
 221         memset(kex, 0, sizeof(*kex));
 222         buffer_init(&kex->peer);
 223         buffer_init(&kex->my);
 224         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 225         kex->done = 0;
 226
 227         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 228         kex_reset_dispatch();
 229
 230         return kex;
 231 }
 232
 233 static void
 234 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 235 {
 236         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 237                 kex_send_kexinit(kex);
 238
 239         kex_choose_conf(kex);
 240
 241         if (kex->kex_type >= 0 && kex->kex_type < KEX_MAX &&
 242             kex->kex[kex->kex_type] != NULL) {
 243                 (kex->kex[kex->kex_type])(kex);
 244         } else {
 245                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 246         }
 247 }
 248
 249 static void
 250 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 251 {
 252         char *name = match_list(client, server, NULL);
 253         if (name == NULL)
 254                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 255         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 256                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 257         enc->name = name;
 258         enc->enabled = 0;
 259         enc->iv = NULL;
 260         enc->key = NULL;
 261         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 262         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 263 }
 264 static void
 265 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 266 {
 267         char *name = match_list(client, server, NULL);
 268         if (name == NULL)
 269                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 270         if (mac_init(mac, name) < 0)
 271                 fatal("unsupported mac %s", name);
 272         /* truncate the key */
 273         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 274                 mac->key_len = 16;
 275         mac->name = name;
 276         mac->key = NULL;
 277         mac->enabled = 0;
 278 }
 279 static void
 280 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 281 {
 282         char *name = match_list(client, server, NULL);
 283         if (name == NULL)
 284                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 285         if (strcmp(name, "zlib@openssh.com") == 0) {
 286                 comp->type = COMP_DELAYED;
 287         } else if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 288                 comp->type = COMP_ZLIB;
 289         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 290                 comp->type = COMP_NONE;
 291         } else {
 292                 fatal("unsupported comp %s", name);
 293         }
 294         comp->name = name;
 295 }
 296 static void
 297 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 298 {
 299         k->name = match_list(client, server, NULL);
 300         if (k->name == NULL)
 301                 fatal("no kex alg");
 302         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 303                 k->kex_type = KEX_DH_GRP1_SHA1;
 304                 k->evp_md = EVP_sha1();
 305         } else if (strcmp(k->name, KEX_DH14) == 0) {
 306                 k->kex_type = KEX_DH_GRP14_SHA1;
 307                 k->evp_md = EVP_sha1();
 308         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA1) == 0) {
 309                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA1;
 310                 k->evp_md = EVP_sha1();
 311 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
 312         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA256) == 0) {
 313                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA256;
 314                 k->evp_md = evp_ssh_sha256();
 315 #endif
 316         } else
 317                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 318 }
 319
 320 static void
 321 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 322 {
 323         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 324         if (hostkeyalg == NULL)
 325                 fatal("no hostkey alg");
 326         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 327         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 328                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 329         xfree(hostkeyalg);
 330 }
 331
 332 static int
 333 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 334 {
 335         static int check[] = {
 336                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 337         };
 338         int *idx;
 339         char *p;
 340
 341         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 342                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 343                         *p = '\0';
 344                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 345                         *p = '\0';
 346                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 347                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 348                             my[*idx], peer[*idx]);
 349                         return (0);
 350                 }
 351         }
 352         debug2("proposals match");
 353         return (1);
 354 }
 355
 356 static void
 357 kex_choose_conf(Kex *kex)
 358 {
 359         Newkeys *newkeys;
 360         char **my, **peer;
 361         char **cprop, **sprop;
 362         int nenc, nmac, ncomp;
 363         u_int mode, ctos, need;
 364         int first_kex_follows, type;
 365
 366         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 367         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 368
 369         if (kex->server) {
 370                 cprop=peer;
 371                 sprop=my;
 372         } else {
 373                 cprop=my;
 374                 sprop=peer;
 375         }
 376
 377         /* Algorithm Negotiation */
 378         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 379                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 380                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 381                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 382                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 383                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 384                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 385                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 386                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 387                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 388                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 389                 debug("kex: %s %s %s %s",
 390                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 391                     newkeys->enc.name,
 392                     newkeys->mac.name,
 393                     newkeys->comp.name);
 394         }
 395         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 396         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 397             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 398         need = 0;
 399         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 400                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 401                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 402                         need = newkeys->enc.key_len;
 403                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 404                         need = newkeys->enc.block_size;
 405                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 406                         need = newkeys->mac.key_len;
 407         }
 408         /* XXX need runden? */
 409         kex->we_need = need;
 410
 411         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 412         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer) &&
 413             !(datafellows & SSH_BUG_FIRSTKEX)) {
 414                 type = packet_read();
 415                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 416         }
 417
 418         kex_prop_free(my);
 419         kex_prop_free(peer);
 420 }
 421
 422 static u_char *
 423 derive_key(Kex *kex, int id, u_int need, u_char *hash, u_int hashlen,
 424     BIGNUM *shared_secret)
 425 {
 426         Buffer b;
 427         EVP_MD_CTX md;
 428         char c = id;
 429         u_int have;
 430         int mdsz;
 431         u_char *digest;
 432
 433         if ((mdsz = EVP_MD_size(kex->evp_md)) <= 0)
 434                 fatal("bad kex md size %d", mdsz);
 435         digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 436
 437         buffer_init(&b);
 438         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 439
 440         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 441         EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 442         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 443                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 444         EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 445         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 446         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 447         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 448
 449         /*
 450          * expand key:
 451          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 452          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 453          */
 454         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 455                 EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 456                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 457                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 458                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 459                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 460                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 461         }
 462         buffer_free(&b);
 463 #ifdef DEBUG_KEX
 464         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 465         dump_digest("key", digest, need);
 466 #endif
 467         return digest;
 468 }
 469
 470 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 471
 472 #define NKEYS   6
 473 void
 474 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, u_int hashlen, BIGNUM *shared_secret)
 475 {
 476         u_char *keys[NKEYS];
 477         u_int i, mode, ctos;
 478
 479         for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
 480                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, hashlen,
 481                     shared_secret);
 482         }
 483
 484         debug2("kex_derive_keys");
 485         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 486                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 487                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 488                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 489                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 490                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 491                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 492         }
 493 }
 494
 495 Newkeys *
 496 kex_get_newkeys(int mode)
 497 {
 498         Newkeys *ret;
 499
 500         ret = current_keys[mode];
 501         current_keys[mode] = NULL;
 502         return ret;
 503 }
 504
 505 void
 506 derive_ssh1_session_id(BIGNUM *host_modulus, BIGNUM *server_modulus,
 507     u_int8_t cookie[8], u_int8_t id[16])
 508 {
 509         const EVP_MD *evp_md = EVP_md5();
 510         EVP_MD_CTX md;
 511         u_int8_t nbuf[2048], obuf[EVP_MAX_MD_SIZE];
 512         int len;
 513
 514         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 515
 516         len = BN_num_bytes(host_modulus);
 517         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 518                 fatal("%s: bad host modulus (len %d)", __func__, len);
 519         BN_bn2bin(host_modulus, nbuf);
 520         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 521
 522         len = BN_num_bytes(server_modulus);
 523         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 524                 fatal("%s: bad server modulus (len %d)", __func__, len);
 525         BN_bn2bin(server_modulus, nbuf);
 526         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 527
 528         EVP_DigestUpdate(&md, cookie, 8);
 529
 530         EVP_DigestFinal(&md, obuf, NULL);
 531         memcpy(id, obuf, 16);
 532
 533         memset(nbuf, 0, sizeof(nbuf));
 534         memset(obuf, 0, sizeof(obuf));
 535         memset(&md, 0, sizeof(md));
 536 }
 537
 538 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 539 void
 540 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 541 {
 542         u_int i;
 543
 544         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 545         for (i = 0; i< len; i++) {
 546                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 547                 if (i%32 == 31)
 548                         fprintf(stderr, "\n");
 549                 else if (i%8 == 7)
 550                         fprintf(stderr, " ");
 551         }
 552         fprintf(stderr, "\n");
 553 }
 554 #endif