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 1.28 2001/04/04 09:48:34 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_finish(Kex *kex)
 116 {
 117         int i, plen;
 118
 119         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 120         packet_send();
 121         /* packet_write_wait(); */
 122         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 123
 124         debug("waiting for SSH2_MSG_NEWKEYS");
 125         packet_read_expect(&plen, SSH2_MSG_NEWKEYS);
 126         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 127         kex->newkeys = 1;
 128         for (i = 30; i <= 49; i++)
 129                 dispatch_set(i, &kex_protocol_error);
 130         buffer_clear(&kex->peer);
 131         /* buffer_clear(&kex->my); */
 132         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 133 }
 134
 135 void
 136 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 137 {
 138         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 139                 debug("KEX_INIT_SENT");
 140                 return;
 141         }
 142         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 143         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 144         packet_send();
 145         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 146         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 147 }
 148
 149 void
 150 kex_input_kexinit(int type, int plen, void *ctxt)
 151 {
 152         char *ptr;
 153         int dlen;
 154         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 155
 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_setup(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         return kex;
 184 }
 185
 186 void
 187 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 188 {
 189         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 190                 kex_send_kexinit(kex);
 191
 192         kex_choose_conf(kex);
 193
 194         switch(kex->kex_type) {
 195         case DH_GRP1_SHA1:
 196                 kexdh(kex);
 197                 break;
 198         case DH_GEX_SHA1:
 199                 kexgex(kex);
 200                 break;
 201         default:
 202                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 203         }
 204 }
 205
 206 void
 207 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 208 {
 209         char *name = match_list(client, server, NULL);
 210         if (name == NULL)
 211                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 212         enc->cipher = cipher_by_name(name);
 213         if (enc->cipher == NULL)
 214                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 215         enc->name = name;
 216         enc->enabled = 0;
 217         enc->iv = NULL;
 218         enc->key = NULL;
 219 }
 220 void
 221 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 222 {
 223         char *name = match_list(client, server, NULL);
 224         if (name == NULL)
 225                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 226         if (mac_init(mac, name) < 0)
 227                 fatal("unsupported mac %s", name);
 228         /* truncate the key */
 229         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 230                 mac->key_len = 16;
 231         mac->name = name;
 232         mac->key = NULL;
 233         mac->enabled = 0;
 234 }
 235 void
 236 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 237 {
 238         char *name = match_list(client, server, NULL);
 239         if (name == NULL)
 240                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 241         if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 242                 comp->type = 1;
 243         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 244                 comp->type = 0;
 245         } else {
 246                 fatal("unsupported comp %s", name);
 247         }
 248         comp->name = name;
 249 }
 250 void
 251 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 252 {
 253         k->name = match_list(client, server, NULL);
 254         if (k->name == NULL)
 255                 fatal("no kex alg");
 256         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 257                 k->kex_type = DH_GRP1_SHA1;
 258         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 259                 k->kex_type = DH_GEX_SHA1;
 260         } else
 261                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 262 }
 263 void
 264 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 265 {
 266         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 267         if (hostkeyalg == NULL)
 268                 fatal("no hostkey alg");
 269         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 270         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 271                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 272         xfree(hostkeyalg);
 273 }
 274
 275 void
 276 kex_choose_conf(Kex *kex)
 277 {
 278         Newkeys *newkeys;
 279         char **my, **peer;
 280         char **cprop, **sprop;
 281         int nenc, nmac, ncomp;
 282         int mode;
 283         int ctos;                               /* direction: if true client-to-server */
 284         int need;
 285
 286         my   = kex_buf2prop(&kex->my);
 287         peer = kex_buf2prop(&kex->peer);
 288
 289         if (kex->server) {
 290                 cprop=peer;
 291                 sprop=my;
 292         } else {
 293                 cprop=my;
 294                 sprop=peer;
 295         }
 296
 297         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 298                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 299                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 300                 kex->keys[mode] = newkeys;
 301                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 302                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 303                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 304                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 305                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 306                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 307                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 308                 debug("kex: %s %s %s %s",
 309                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 310                     newkeys->enc.name,
 311                     newkeys->mac.name,
 312                     newkeys->comp.name);
 313         }
 314         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 315         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 316             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 317         need = 0;
 318         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 319                 newkeys = kex->keys[mode];
 320                 if (need < newkeys->enc.cipher->key_len)
 321                         need = newkeys->enc.cipher->key_len;
 322                 if (need < newkeys->enc.cipher->block_size)
 323                         need = newkeys->enc.cipher->block_size;
 324                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 325                         need = newkeys->mac.key_len;
 326         }
 327         /* XXX need runden? */
 328         kex->we_need = need;
 329
 330         kex_prop_free(my);
 331         kex_prop_free(peer);
 332 }
 333
 334 u_char *
 335 derive_key(Kex *kex, int id, int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 336 {
 337         Buffer b;
 338         EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 339         EVP_MD_CTX md;
 340         char c = id;
 341         int have;
 342         int mdsz = evp_md->md_size;
 343         u_char *digest = xmalloc(((need+mdsz-1)/mdsz)*mdsz);
 344
 345         buffer_init(&b);
 346         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 347
 348         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 349         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));  /* shared_secret K */
 350         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);              /* transport-06 */
 351         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);                   /* key id */
 352         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 353         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 354
 355         /* expand */
 356         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 357                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 358                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 359                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 360                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 361                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 362         }
 363         buffer_free(&b);
 364 #ifdef DEBUG_KEX
 365         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 366         dump_digest("key", digest, need);
 367 #endif
 368         return digest;
 369 }
 370
 371 Newkeys *x_newkeys[MODE_MAX];
 372
 373 #define NKEYS   6
 374 void
 375 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 376 {
 377         Newkeys *newkeys;
 378         u_char *keys[NKEYS];
 379         int i, mode, ctos;
 380
 381         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 382                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, shared_secret);
 383
 384         debug("kex_derive_keys");
 385         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 386                 newkeys = kex->keys[mode];
 387                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 388                 newkeys->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 389                 newkeys->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 390                 newkeys->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 391                 x_newkeys[mode] = newkeys;
 392         }
 393 }
 394
 395 Newkeys *
 396 kex_get_newkeys(int mode)
 397 {
 398         return x_newkeys[mode];
 399 }
 400
 401 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 402 void
 403 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 404 {
 405         int i;
 406
 407         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 408         for (i = 0; i< len; i++){
 409                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 410                 if (i%32 == 31)
 411                         fprintf(stderr, "\n");
 412                 else if (i%8 == 7)
 413                         fprintf(stderr, " ");
 414         }
 415         fprintf(stderr, "\n");
 416 }
 417 #endif