cipher.c

   1 /*
   2  *
   3  * cipher.c
   4  *
   5  * Author: Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>
   6  *
   7  * Copyright (c) 1995 Tatu Ylonen <ylo@cs.hut.fi>, Espoo, Finland
   8  *                    All rights reserved
   9  *
  10  * Created: Wed Apr 19 17:41:39 1995 ylo
  11  *
  12  */
  13
  14 #include "includes.h"
  15 RCSID("$OpenBSD: cipher.c,v 1.29 2000/07/10 16:30:25 ho Exp $");
  16
  17 #include "ssh.h"
  18 #include "cipher.h"
  19 #include "xmalloc.h"
  20
  21 #include <openssl/md5.h>
  22
  23 /*
  24  * This is used by SSH1:
  25  *
  26  * What kind of triple DES are these 2 routines?
  27  *
  28  * Why is there a redundant initialization vector?
  29  *
  30  * If only iv3 was used, then, this would till effect have been
  31  * outer-cbc. However, there is also a private iv1 == iv2 which
  32  * perhaps makes differential analysis easier. On the other hand, the
  33  * private iv1 probably makes the CRC-32 attack ineffective. This is a
  34  * result of that there is no longer any known iv1 to use when
  35  * choosing the X block.
  36  */
  37 void
  38 SSH_3CBC_ENCRYPT(des_key_schedule ks1,
  39                  des_key_schedule ks2, des_cblock * iv2,
  40                  des_key_schedule ks3, des_cblock * iv3,
  41                  unsigned char *dest, unsigned char *src,
  42                  unsigned int len)
  43 {
  44         des_cblock iv1;
  45
  46         memcpy(&iv1, iv2, 8);
  47
  48         des_cbc_encrypt(src, dest, len, ks1, &iv1, DES_ENCRYPT);
  49         memcpy(&iv1, dest + len - 8, 8);
  50
  51         des_cbc_encrypt(dest, dest, len, ks2, iv2, DES_DECRYPT);
  52         memcpy(iv2, &iv1, 8);   /* Note how iv1 == iv2 on entry and exit. */
  53
  54         des_cbc_encrypt(dest, dest, len, ks3, iv3, DES_ENCRYPT);
  55         memcpy(iv3, dest + len - 8, 8);
  56 }
  57
  58 void
  59 SSH_3CBC_DECRYPT(des_key_schedule ks1,
  60                  des_key_schedule ks2, des_cblock * iv2,
  61                  des_key_schedule ks3, des_cblock * iv3,
  62                  unsigned char *dest, unsigned char *src,
  63                  unsigned int len)
  64 {
  65         des_cblock iv1;
  66
  67         memcpy(&iv1, iv2, 8);
  68
  69         des_cbc_encrypt(src, dest, len, ks3, iv3, DES_DECRYPT);
  70         memcpy(iv3, src + len - 8, 8);
  71
  72         des_cbc_encrypt(dest, dest, len, ks2, iv2, DES_ENCRYPT);
  73         memcpy(iv2, dest + len - 8, 8);
  74
  75         des_cbc_encrypt(dest, dest, len, ks1, &iv1, DES_DECRYPT);
  76         /* memcpy(&iv1, iv2, 8); */
  77         /* Note how iv1 == iv2 on entry and exit. */
  78 }
  79
  80 /*
  81  * SSH1 uses a variation on Blowfish, all bytes must be swapped before
  82  * and after encryption/decryption. Thus the swap_bytes stuff (yuk).
  83  */
  84 static void
  85 swap_bytes(const unsigned char *src, unsigned char *dst_, int n)
  86 {
  87         /* dst must be properly aligned. */
  88         u_int32_t *dst = (u_int32_t *) dst_;
  89         union {
  90                 u_int32_t i;
  91                 char c[4];
  92         } t;
  93
  94         /* Process 8 bytes every lap. */
  95         for (n = n / 8; n > 0; n--) {
  96                 t.c[3] = *src++;
  97                 t.c[2] = *src++;
  98                 t.c[1] = *src++;
  99                 t.c[0] = *src++;
 100                 *dst++ = t.i;
 101
 102                 t.c[3] = *src++;
 103                 t.c[2] = *src++;
 104                 t.c[1] = *src++;
 105                 t.c[0] = *src++;
 106                 *dst++ = t.i;
 107         }
 108 }
 109
 110 /*
 111  * Names of all encryption algorithms.
 112  * These must match the numbers defined in cipher.h.
 113  */
 114 static char *cipher_names[] =
 115 {
 116         "none",
 117         "idea",
 118         "des",
 119         "3des",
 120         "tss",
 121         "rc4",
 122         "blowfish",
 123         "reserved",
 124         "blowfish-cbc",
 125         "3des-cbc",
 126         "arcfour",
 127         "cast128-cbc"
 128 };
 129
 130 /*
 131  * Returns a bit mask indicating which ciphers are supported by this
 132  * implementation.  The bit mask has the corresponding bit set of each
 133  * supported cipher.
 134  */
 135
 136 unsigned int
 137 cipher_mask1()
 138 {
 139         unsigned int mask = 0;
 140         mask |= 1 << SSH_CIPHER_3DES;           /* Mandatory */
 141         mask |= 1 << SSH_CIPHER_BLOWFISH;
 142         return mask;
 143 }
 144 unsigned int
 145 cipher_mask2()
 146 {
 147         unsigned int mask = 0;
 148         mask |= 1 << SSH_CIPHER_BLOWFISH_CBC;
 149         mask |= 1 << SSH_CIPHER_3DES_CBC;
 150         mask |= 1 << SSH_CIPHER_ARCFOUR;
 151         mask |= 1 << SSH_CIPHER_CAST128_CBC;
 152         return mask;
 153 }
 154 unsigned int
 155 cipher_mask()
 156 {
 157         return cipher_mask1() | cipher_mask2();
 158 }
 159
 160 /* Returns the name of the cipher. */
 161
 162 const char *
 163 cipher_name(int cipher)
 164 {
 165         if (cipher < 0 || cipher >= sizeof(cipher_names) / sizeof(cipher_names[0]) ||
 166             cipher_names[cipher] == NULL)
 167                 fatal("cipher_name: bad cipher name: %d", cipher);
 168         return cipher_names[cipher];
 169 }
 170
 171 /* Returns 1 if the name of the ciphers are valid. */
 172
 173 #define CIPHER_SEP      ","
 174 int
 175 ciphers_valid(const char *names)
 176 {
 177         char *ciphers, *cp;
 178         char *p;
 179         int i;
 180
 181         if (names == NULL || strcmp(names, "") == 0)
 182                 return 0;
 183         ciphers = cp = xstrdup(names);
 184         for ((p = strsep(&cp, CIPHER_SEP)); p && *p != '\0';
 185              (p = strsep(&cp, CIPHER_SEP))) {
 186                 i = cipher_number(p);
 187                 if (i == -1 || !(cipher_mask2() & (1 << i))) {
 188                         xfree(ciphers);
 189                         return 0;
 190                 }
 191         }
 192         xfree(ciphers);
 193         return 1;
 194 }
 195
 196 /*
 197  * Parses the name of the cipher.  Returns the number of the corresponding
 198  * cipher, or -1 on error.
 199  */
 200
 201 int
 202 cipher_number(const char *name)
 203 {
 204         int i;
 205         if (name == NULL)
 206                 return -1;
 207         for (i = 0; i < sizeof(cipher_names) / sizeof(cipher_names[0]); i++)
 208                 if (strcmp(cipher_names[i], name) == 0 &&
 209                     (cipher_mask() & (1 << i)))
 210                         return i;
 211         return -1;
 212 }
 213
 214 /*
 215  * Selects the cipher, and keys if by computing the MD5 checksum of the
 216  * passphrase and using the resulting 16 bytes as the key.
 217  */
 218
 219 void
 220 cipher_set_key_string(CipherContext *context, int cipher, const char *passphrase)
 221 {
 222         MD5_CTX md;
 223         unsigned char digest[16];
 224
 225         MD5_Init(&md);
 226         MD5_Update(&md, (const unsigned char *) passphrase, strlen(passphrase));
 227         MD5_Final(digest, &md);
 228
 229         cipher_set_key(context, cipher, digest, 16);
 230
 231         memset(digest, 0, sizeof(digest));
 232         memset(&md, 0, sizeof(md));
 233 }
 234
 235 /* Selects the cipher to use and sets the key. */
 236
 237 void
 238 cipher_set_key(CipherContext *context, int cipher, const unsigned char *key,
 239     int keylen)
 240 {
 241         unsigned char padded[32];
 242
 243         /* Set cipher type. */
 244         context->type = cipher;
 245
 246         /* Get 32 bytes of key data.  Pad if necessary.  (So that code
 247            below does not need to worry about key size). */
 248         memset(padded, 0, sizeof(padded));
 249         memcpy(padded, key, keylen < sizeof(padded) ? keylen : sizeof(padded));
 250
 251         /* Initialize the initialization vector. */
 252         switch (cipher) {
 253         case SSH_CIPHER_NONE:
 254                 /*
 255                  * Has to stay for authfile saving of private key with no
 256                  * passphrase
 257                  */
 258                 break;
 259
 260         case SSH_CIPHER_3DES:
 261                 /*
 262                  * Note: the least significant bit of each byte of key is
 263                  * parity, and must be ignored by the implementation.  16
 264                  * bytes of key are used (first and last keys are the same).
 265                  */
 266                 if (keylen < 16)
 267                         error("Key length %d is insufficient for 3DES.", keylen);
 268                 des_set_key((void *) padded, context->u.des3.key1);
 269                 des_set_key((void *) (padded + 8), context->u.des3.key2);
 270                 if (keylen <= 16)
 271                         des_set_key((void *) padded, context->u.des3.key3);
 272                 else
 273                         des_set_key((void *) (padded + 16), context->u.des3.key3);
 274                 memset(context->u.des3.iv2, 0, sizeof(context->u.des3.iv2));
 275                 memset(context->u.des3.iv3, 0, sizeof(context->u.des3.iv3));
 276                 break;
 277
 278         case SSH_CIPHER_BLOWFISH:
 279                 if (keylen < 16)
 280                         error("Key length %d is insufficient for blowfish.", keylen);
 281                 BF_set_key(&context->u.bf.key, keylen, padded);
 282                 memset(context->u.bf.iv, 0, 8);
 283                 break;
 284
 285         case SSH_CIPHER_3DES_CBC:
 286         case SSH_CIPHER_BLOWFISH_CBC:
 287         case SSH_CIPHER_ARCFOUR:
 288         case SSH_CIPHER_CAST128_CBC:
 289                 fatal("cipher_set_key: illegal cipher: %s", cipher_name(cipher));
 290                 break;
 291
 292         default:
 293                 fatal("cipher_set_key: unknown cipher: %s", cipher_name(cipher));
 294         }
 295         memset(padded, 0, sizeof(padded));
 296 }
 297
 298 void
 299 cipher_set_key_iv(CipherContext * context, int cipher,
 300     const unsigned char *key, int keylen,
 301     const unsigned char *iv, int ivlen)
 302 {
 303         /* Set cipher type. */
 304         context->type = cipher;
 305
 306         /* Initialize the initialization vector. */
 307         switch (cipher) {
 308         case SSH_CIPHER_NONE:
 309                 break;
 310
 311         case SSH_CIPHER_3DES:
 312         case SSH_CIPHER_BLOWFISH:
 313                 fatal("cipher_set_key_iv: illegal cipher: %s", cipher_name(cipher));
 314                 break;
 315
 316         case SSH_CIPHER_3DES_CBC:
 317                 if (keylen < 24)
 318                         error("Key length %d is insufficient for 3des-cbc.", keylen);
 319                 des_set_key((void *) key, context->u.des3.key1);
 320                 des_set_key((void *) (key+8), context->u.des3.key2);
 321                 des_set_key((void *) (key+16), context->u.des3.key3);
 322                 if (ivlen < 8)
 323                         error("IV length %d is insufficient for 3des-cbc.", ivlen);
 324                 memcpy(context->u.des3.iv3, (char *)iv, 8);
 325                 break;
 326
 327         case SSH_CIPHER_BLOWFISH_CBC:
 328                 if (keylen < 16)
 329                         error("Key length %d is insufficient for blowfish.", keylen);
 330                 if (ivlen < 8)
 331                         error("IV length %d is insufficient for blowfish.", ivlen);
 332                 BF_set_key(&context->u.bf.key, keylen, (unsigned char *)key);
 333                 memcpy(context->u.bf.iv, (char *)iv, 8);
 334                 break;
 335
 336         case SSH_CIPHER_ARCFOUR:
 337                 if (keylen < 16)
 338                         error("Key length %d is insufficient for arcfour.", keylen);
 339                 RC4_set_key(&context->u.rc4, keylen, (unsigned char *)key);
 340                 break;
 341
 342         case SSH_CIPHER_CAST128_CBC:
 343                 if (keylen < 16)
 344                         error("Key length %d is insufficient for cast128.", keylen);
 345                 if (ivlen < 8)
 346                         error("IV length %d is insufficient for cast128.", ivlen);
 347                 CAST_set_key(&context->u.cast.key, keylen, (unsigned char *) key);
 348                 memcpy(context->u.cast.iv, (char *)iv, 8);
 349                 break;
 350
 351         default:
 352                 fatal("cipher_set_key: unknown cipher: %s", cipher_name(cipher));
 353         }
 354 }
 355
 356 /* Encrypts data using the cipher. */
 357
 358 void
 359 cipher_encrypt(CipherContext *context, unsigned char *dest,
 360                const unsigned char *src, unsigned int len)
 361 {
 362         if ((len & 7) != 0)
 363                 fatal("cipher_encrypt: bad plaintext length %d", len);
 364
 365         switch (context->type) {
 366         case SSH_CIPHER_NONE:
 367                 memcpy(dest, src, len);
 368                 break;
 369
 370         case SSH_CIPHER_3DES:
 371                 SSH_3CBC_ENCRYPT(context->u.des3.key1,
 372                                  context->u.des3.key2, &context->u.des3.iv2,
 373                                  context->u.des3.key3, &context->u.des3.iv3,
 374                                  dest, (unsigned char *) src, len);
 375                 break;
 376
 377         case SSH_CIPHER_BLOWFISH:
 378                 swap_bytes(src, dest, len);
 379                 BF_cbc_encrypt(dest, dest, len,
 380                                &context->u.bf.key, context->u.bf.iv,
 381                                BF_ENCRYPT);
 382                 swap_bytes(dest, dest, len);
 383                 break;
 384
 385         case SSH_CIPHER_BLOWFISH_CBC:
 386                 BF_cbc_encrypt((void *)src, dest, len,
 387                                &context->u.bf.key, context->u.bf.iv,
 388                                BF_ENCRYPT);
 389                 break;
 390
 391         case SSH_CIPHER_3DES_CBC:
 392                 des_ede3_cbc_encrypt(src, dest, len,
 393                     context->u.des3.key1, context->u.des3.key2,
 394                     context->u.des3.key3, &context->u.des3.iv3, DES_ENCRYPT);
 395                 break;
 396
 397         case SSH_CIPHER_ARCFOUR:
 398                 RC4(&context->u.rc4, len, (unsigned char *)src, dest);
 399                 break;
 400
 401         case SSH_CIPHER_CAST128_CBC:
 402                 CAST_cbc_encrypt(src, dest, len,
 403                     &context->u.cast.key, context->u.cast.iv, CAST_ENCRYPT);
 404                 break;
 405
 406         default:
 407                 fatal("cipher_encrypt: unknown cipher: %s", cipher_name(context->type));
 408         }
 409 }
 410
 411 /* Decrypts data using the cipher. */
 412
 413 void
 414 cipher_decrypt(CipherContext *context, unsigned char *dest,
 415                const unsigned char *src, unsigned int len)
 416 {
 417         if ((len & 7) != 0)
 418                 fatal("cipher_decrypt: bad ciphertext length %d", len);
 419
 420         switch (context->type) {
 421         case SSH_CIPHER_NONE:
 422                 memcpy(dest, src, len);
 423                 break;
 424
 425         case SSH_CIPHER_3DES:
 426                 SSH_3CBC_DECRYPT(context->u.des3.key1,
 427                                  context->u.des3.key2, &context->u.des3.iv2,
 428                                  context->u.des3.key3, &context->u.des3.iv3,
 429                                  dest, (unsigned char *) src, len);
 430                 break;
 431
 432         case SSH_CIPHER_BLOWFISH:
 433                 swap_bytes(src, dest, len);
 434                 BF_cbc_encrypt((void *) dest, dest, len,
 435                                &context->u.bf.key, context->u.bf.iv,
 436                                BF_DECRYPT);
 437                 swap_bytes(dest, dest, len);
 438                 break;
 439
 440         case SSH_CIPHER_BLOWFISH_CBC:
 441                 BF_cbc_encrypt((void *) src, dest, len,
 442                                &context->u.bf.key, context->u.bf.iv,
 443                                BF_DECRYPT);
 444                 break;
 445
 446         case SSH_CIPHER_3DES_CBC:
 447                 des_ede3_cbc_encrypt(src, dest, len,
 448                     context->u.des3.key1, context->u.des3.key2,
 449                     context->u.des3.key3, &context->u.des3.iv3, DES_DECRYPT);
 450                 break;
 451
 452         case SSH_CIPHER_ARCFOUR:
 453                 RC4(&context->u.rc4, len, (unsigned char *)src, dest);
 454                 break;
 455
 456         case SSH_CIPHER_CAST128_CBC:
 457                 CAST_cbc_encrypt(src, dest, len,
 458                     &context->u.cast.key, context->u.cast.iv, CAST_DECRYPT);
 459                 break;
 460
 461         default:
 462                 fatal("cipher_decrypt: unknown cipher: %s", cipher_name(context->type));
 463         }
 464 }