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 1.5 2001/04/05 10:42:50 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
  42 u_char *
  43 kexgex_hash(
  44     char *client_version_string,
  45     char *server_version_string,
  46     char *ckexinit, int ckexinitlen,
  47     char *skexinit, int skexinitlen,
  48     char *serverhostkeyblob, int sbloblen,
  49     int min, int wantbits, int max, BIGNUM *prime, BIGNUM *gen,
  50     BIGNUM *client_dh_pub,
  51     BIGNUM *server_dh_pub,
  52     BIGNUM *shared_secret)
  53 {
  54         Buffer b;
  55         static u_char digest[EVP_MAX_MD_SIZE];
  56         EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
  57         EVP_MD_CTX md;
  58
  59         buffer_init(&b);
  60         buffer_put_string(&b, client_version_string, strlen(client_version_string));
  61         buffer_put_string(&b, server_version_string, strlen(server_version_string));
  62
  63         /* kexinit messages: fake header: len+SSH2_MSG_KEXINIT */
  64         buffer_put_int(&b, ckexinitlen+1);
  65         buffer_put_char(&b, SSH2_MSG_KEXINIT);
  66         buffer_append(&b, ckexinit, ckexinitlen);
  67         buffer_put_int(&b, skexinitlen+1);
  68         buffer_put_char(&b, SSH2_MSG_KEXINIT);
  69         buffer_append(&b, skexinit, skexinitlen);
  70
  71         buffer_put_string(&b, serverhostkeyblob, sbloblen);
  72         if (min == -1 || max == -1)
  73                 buffer_put_int(&b, wantbits);
  74         else {
  75                 buffer_put_int(&b, min);
  76                 buffer_put_int(&b, wantbits);
  77                 buffer_put_int(&b, max);
  78         }
  79         buffer_put_bignum2(&b, prime);
  80         buffer_put_bignum2(&b, gen);
  81         buffer_put_bignum2(&b, client_dh_pub);
  82         buffer_put_bignum2(&b, server_dh_pub);
  83         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
  84
  85 #ifdef DEBUG_KEXDH
  86         buffer_dump(&b);
  87 #endif
  88         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
  89         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
  90         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
  91
  92         buffer_free(&b);
  93
  94 #ifdef DEBUG_KEXDH
  95         dump_digest("hash", digest, evp_md->md_size);
  96 #endif
  97         return digest;
  98 }
  99
 100 /* client */
 101
 102 void
 103 kexgex_client(Kex *kex)
 104 {
 105         BIGNUM *dh_server_pub = NULL, *shared_secret = NULL;
 106         BIGNUM *p = NULL, *g = NULL;
 107         Key *server_host_key;
 108         u_char *kbuf, *hash, *signature = NULL, *server_host_key_blob = NULL;
 109         u_int klen, kout, slen, sbloblen;
 110         int dlen, plen, min, max, nbits;
 111         DH *dh;
 112
 113         nbits = dh_estimate(kex->we_need * 8);
 114
 115         if (datafellows & SSH_OLD_DHGEX) {
 116                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD sent");
 117
 118                 /* Old GEX request */
 119                 packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD);
 120                 packet_put_int(nbits);
 121                 min = DH_GRP_MIN;
 122                 max = DH_GRP_MAX;
 123         } else {
 124                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST sent");
 125
 126                 /* New GEX request */
 127                 min = DH_GRP_MIN;
 128                 max = DH_GRP_MAX;
 129                 packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST);
 130                 packet_put_int(min);
 131                 packet_put_int(nbits);
 132                 packet_put_int(max);
 133         }
 134 #ifdef DEBUG_KEXDH
 135         fprintf(stderr, "\nmin = %d, nbits = %d, max = %d\n",
 136             min, nbits, max);
 137 #endif
 138         packet_send();
 139
 140         debug("expecting SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP");
 141         packet_read_expect(&plen, SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP);
 142
 143         if ((p = BN_new()) == NULL)
 144                 fatal("BN_new");
 145         packet_get_bignum2(p, &dlen);
 146         if ((g = BN_new()) == NULL)
 147                 fatal("BN_new");
 148         packet_get_bignum2(g, &dlen);
 149         packet_done();
 150
 151         if (BN_num_bits(p) < min || BN_num_bits(p) > max)
 152                 fatal("DH_GEX group out of range: %d !< %d !< %d",
 153                     min, BN_num_bits(p), max);
 154
 155         dh = dh_new_group(g, p);
 156         dh_gen_key(dh, kex->we_need * 8);
 157
 158 #ifdef DEBUG_KEXDH
 159         DHparams_print_fp(stderr, dh);
 160         fprintf(stderr, "pub= ");
 161         BN_print_fp(stderr, dh->pub_key);
 162         fprintf(stderr, "\n");
 163 #endif
 164
 165         debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT sent");
 166         /* generate and send 'e', client DH public key */
 167         packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT);
 168         packet_put_bignum2(dh->pub_key);
 169         packet_send();
 170
 171         debug("expecting SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY");
 172         packet_read_expect(&plen, SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY);
 173
 174         /* key, cert */
 175         server_host_key_blob = packet_get_string(&sbloblen);
 176         server_host_key = key_from_blob(server_host_key_blob, sbloblen);
 177         if (server_host_key == NULL)
 178                 fatal("cannot decode server_host_key_blob");
 179
 180         if (kex->check_host_key == NULL)
 181                 fatal("cannot check server_host_key");
 182         kex->check_host_key(server_host_key);
 183
 184         /* DH paramter f, server public DH key */
 185         dh_server_pub = BN_new();
 186         if (dh_server_pub == NULL)
 187                 fatal("dh_server_pub == NULL");
 188         packet_get_bignum2(dh_server_pub, &dlen);
 189
 190 #ifdef DEBUG_KEXDH
 191         fprintf(stderr, "dh_server_pub= ");
 192         BN_print_fp(stderr, dh_server_pub);
 193         fprintf(stderr, "\n");
 194         debug("bits %d", BN_num_bits(dh_server_pub));
 195 #endif
 196
 197         /* signed H */
 198         signature = packet_get_string(&slen);
 199         packet_done();
 200
 201         if (!dh_pub_is_valid(dh, dh_server_pub))
 202                 packet_disconnect("bad server public DH value");
 203
 204         klen = DH_size(dh);
 205         kbuf = xmalloc(klen);
 206         kout = DH_compute_key(kbuf, dh_server_pub, dh);
 207 #ifdef DEBUG_KEXDH
 208         dump_digest("shared secret", kbuf, kout);
 209 #endif
 210         shared_secret = BN_new();
 211         BN_bin2bn(kbuf, kout, shared_secret);
 212         memset(kbuf, 0, klen);
 213         xfree(kbuf);
 214
 215         if (datafellows & SSH_OLD_DHGEX)
 216                 min = max = -1;
 217
 218         /* calc and verify H */
 219         hash = kexgex_hash(
 220             kex->client_version_string,
 221             kex->server_version_string,
 222             buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my),
 223             buffer_ptr(&kex->peer), buffer_len(&kex->peer),
 224             server_host_key_blob, sbloblen,
 225             min, nbits, max,
 226             dh->p, dh->g,
 227             dh->pub_key,
 228             dh_server_pub,
 229             shared_secret
 230         );
 231         /* have keys, free DH */
 232         DH_free(dh);
 233         xfree(server_host_key_blob);
 234         BN_free(dh_server_pub);
 235
 236         if (key_verify(server_host_key, (u_char *)signature, slen, hash, 20) != 1)
 237                 fatal("key_verify failed for server_host_key");
 238         key_free(server_host_key);
 239         xfree(signature);
 240
 241         /* save session id */
 242         if (kex->session_id == NULL) {
 243                 kex->session_id_len = 20;
 244                 kex->session_id = xmalloc(kex->session_id_len);
 245                 memcpy(kex->session_id, hash, kex->session_id_len);
 246         }
 247         kex_derive_keys(kex, hash, shared_secret);
 248         BN_clear_free(shared_secret);
 249
 250         kex_finish(kex);
 251 }
 252
 253 /* server */
 254
 255 void
 256 kexgex_server(Kex *kex)
 257 {
 258         BIGNUM *shared_secret = NULL, *dh_client_pub = NULL;
 259         Key *server_host_key;
 260         DH *dh = dh;
 261         u_char *kbuf, *hash, *signature = NULL, *server_host_key_blob = NULL;
 262         u_int sbloblen, klen, kout;
 263         int min = -1, max = -1, nbits = -1, type, plen, dlen, slen;
 264
 265         if (kex->load_host_key == NULL)
 266                 fatal("Cannot load hostkey");
 267         server_host_key = kex->load_host_key(kex->hostkey_type);
 268         if (server_host_key == NULL)
 269                 fatal("Unsupported hostkey type %d", kex->hostkey_type);
 270
 271         type = packet_read(&plen);
 272         switch(type){
 273         case SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST:
 274                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST received");
 275                 min = packet_get_int();
 276                 nbits = packet_get_int();
 277                 max = packet_get_int();
 278                 min = MAX(DH_GRP_MIN, min);
 279                 max = MIN(DH_GRP_MAX, max);
 280                 break;
 281         case SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD:
 282                 debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD received");
 283                 nbits = packet_get_int();
 284                 min = DH_GRP_MIN;
 285                 max = DH_GRP_MAX;
 286                 /* unused for old GEX */
 287                 break;
 288         default:
 289                 fatal("protocol error during kex, no DH_GEX_REQUEST: %d", type);
 290         }
 291         packet_done();
 292
 293         if (max < min || nbits < min || max < nbits)
 294                 fatal("DH_GEX_REQUEST, bad parameters: %d !< %d !< %d",
 295                     min, nbits, max);
 296
 297         dh = choose_dh(min, nbits, max);
 298         if (dh == NULL)
 299                 packet_disconnect("Protocol error: no matching DH grp found");
 300
 301         debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP sent");
 302         packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_GROUP);
 303         packet_put_bignum2(dh->p);
 304         packet_put_bignum2(dh->g);
 305         packet_send();
 306
 307         /* flush */
 308         packet_write_wait();
 309
 310         /* Compute our exchange value in parallel with the client */
 311         dh_gen_key(dh, kex->we_need * 8);
 312
 313         debug("expecting SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT");
 314         packet_read_expect(&plen, SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_INIT);
 315
 316         /* key, cert */
 317         dh_client_pub = BN_new();
 318         if (dh_client_pub == NULL)
 319                 fatal("dh_client_pub == NULL");
 320         packet_get_bignum2(dh_client_pub, &dlen);
 321
 322 #ifdef DEBUG_KEXDH
 323         fprintf(stderr, "dh_client_pub= ");
 324         BN_print_fp(stderr, dh_client_pub);
 325         fprintf(stderr, "\n");
 326         debug("bits %d", BN_num_bits(dh_client_pub));
 327 #endif
 328
 329 #ifdef DEBUG_KEXDH
 330         DHparams_print_fp(stderr, dh);
 331         fprintf(stderr, "pub= ");
 332         BN_print_fp(stderr, dh->pub_key);
 333         fprintf(stderr, "\n");
 334 #endif
 335         if (!dh_pub_is_valid(dh, dh_client_pub))
 336                 packet_disconnect("bad client public DH value");
 337
 338         klen = DH_size(dh);
 339         kbuf = xmalloc(klen);
 340         kout = DH_compute_key(kbuf, dh_client_pub, dh);
 341 #ifdef DEBUG_KEXDH
 342         dump_digest("shared secret", kbuf, kout);
 343 #endif
 344         shared_secret = BN_new();
 345         BN_bin2bn(kbuf, kout, shared_secret);
 346         memset(kbuf, 0, klen);
 347         xfree(kbuf);
 348
 349         key_to_blob(server_host_key, &server_host_key_blob, &sbloblen);
 350
 351         if (type == SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REQUEST_OLD)
 352                 min = max = -1;
 353
 354         /* calc H */                    /* XXX depends on 'kex' */
 355         hash = kexgex_hash(
 356             kex->client_version_string,
 357             kex->server_version_string,
 358             buffer_ptr(&kex->peer), buffer_len(&kex->peer),
 359             buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my),
 360             (char *)server_host_key_blob, sbloblen,
 361             min, nbits, max,
 362             dh->p, dh->g,
 363             dh_client_pub,
 364             dh->pub_key,
 365             shared_secret
 366         );
 367         BN_free(dh_client_pub);
 368
 369         /* save session id := H */
 370         /* XXX hashlen depends on KEX */
 371         if (kex->session_id == NULL) {
 372                 kex->session_id_len = 20;
 373                 kex->session_id = xmalloc(kex->session_id_len);
 374                 memcpy(kex->session_id, hash, kex->session_id_len);
 375         }
 376
 377         /* sign H */
 378         /* XXX hashlen depends on KEX */
 379         key_sign(server_host_key, &signature, &slen, hash, 20);
 380
 381         /* destroy_sensitive_data(); */
 382
 383         /* send server hostkey, DH pubkey 'f' and singed H */
 384         debug("SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY sent");
 385         packet_start(SSH2_MSG_KEX_DH_GEX_REPLY);
 386         packet_put_string((char *)server_host_key_blob, sbloblen);
 387         packet_put_bignum2(dh->pub_key);        /* f */
 388         packet_put_string((char *)signature, slen);
 389         packet_send();
 390         xfree(signature);
 391         xfree(server_host_key_blob);
 392         /* have keys, free DH */
 393         DH_free(dh);
 394
 395         kex_derive_keys(kex, hash, shared_secret);
 396         BN_clear_free(shared_secret);
 397
 398         kex_finish(kex);
 399 }
 400
 401 void
 402 kexgex(Kex *kex)
 403 {
 404         if (kex->server)
 405                 kexgex_server(kex);
 406         else
 407                 kexgex_client(kex);
 408 }