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 RCSID("$OpenBSD: kex.c,v 1.47 2002/02/28 15:46:33 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 /* Use privilege separation for sshd */
  47 int use_privsep;
  48 int mm_recvfd;
  49
  50 /* prototype */
  51 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  52 static void kex_choose_conf(Kex *);
  53
  54 /* put algorithm proposal into buffer */
  55 static void
  56 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  57 {
  58         u_int32_t rand = 0;
  59         int i;
  60
  61         buffer_clear(b);
  62         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
  63                 if (i % 4 == 0)
  64                         rand = arc4random();
  65                 buffer_put_char(b, rand & 0xff);
  66                 rand >>= 8;
  67         }
  68         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  69                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  70         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  71         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  72 }
  73
  74 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  75 static char **
  76 kex_buf2prop(Buffer *raw)
  77 {
  78         Buffer b;
  79         int i;
  80         char **proposal;
  81
  82         proposal = xmalloc(PROPOSAL_MAX * sizeof(char *));
  83
  84         buffer_init(&b);
  85         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  86         /* skip cookie */
  87         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  88                 buffer_get_char(&b);
  89         /* extract kex init proposal strings */
  90         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
  91                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
  92                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
  93         }
  94         /* first kex follows / reserved */
  95         i = buffer_get_char(&b);
  96         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
  97         i = buffer_get_int(&b);
  98         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
  99         buffer_free(&b);
 100         return proposal;
 101 }
 102
 103 static void
 104 kex_prop_free(char **proposal)
 105 {
 106         int i;
 107
 108         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 109                 xfree(proposal[i]);
 110         xfree(proposal);
 111 }
 112
 113 static void
 114 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 115 {
 116         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 117 }
 118
 119 static void
 120 kex_reset_dispatch(void)
 121 {
 122         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 123             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 124         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 125 }
 126
 127 void
 128 kex_finish(Kex *kex)
 129 {
 130         kex_reset_dispatch();
 131
 132         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 133         packet_send();
 134         /* packet_write_wait(); */
 135         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 136
 137         debug("waiting for SSH2_MSG_NEWKEYS");
 138         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 139         packet_check_eom();
 140         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 141
 142         kex->done = 1;
 143         buffer_clear(&kex->peer);
 144         /* buffer_clear(&kex->my); */
 145         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 146         xfree(kex->name);
 147         kex->name = NULL;
 148 }
 149
 150 void
 151 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 152 {
 153         if (kex == NULL) {
 154                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 155                 return;
 156         }
 157         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 158                 debug("KEX_INIT_SENT");
 159                 return;
 160         }
 161         kex->done = 0;
 162         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 163         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 164         packet_send();
 165         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 166         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 167 }
 168
 169 void
 170 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 171 {
 172         char *ptr;
 173         int dlen;
 174         int i;
 175         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 176
 177         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 178         if (kex == NULL)
 179                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 180
 181         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 182         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 183
 184         /* discard packet */
 185         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 186                 packet_get_char();
 187         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 188                 xfree(packet_get_string(NULL));
 189         packet_get_char();
 190         packet_get_int();
 191         packet_check_eom();
 192
 193         kex_kexinit_finish(kex);
 194 }
 195
 196 Kex *
 197 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 198 {
 199         Kex *kex;
 200
 201         kex = xmalloc(sizeof(*kex));
 202         memset(kex, 0, sizeof(*kex));
 203         buffer_init(&kex->peer);
 204         buffer_init(&kex->my);
 205         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 206         kex->done = 0;
 207
 208         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 209         kex_reset_dispatch();
 210
 211         return kex;
 212 }
 213
 214 static void
 215 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 216 {
 217         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 218                 kex_send_kexinit(kex);
 219
 220         kex_choose_conf(kex);
 221
 222         switch (kex->kex_type) {
 223         case DH_GRP1_SHA1:
 224                 kexdh(kex);
 225                 break;
 226         case DH_GEX_SHA1:
 227                 kexgex(kex);
 228                 break;
 229         default:
 230                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 231         }
 232 }
 233
 234 static void
 235 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 236 {
 237         char *name = match_list(client, server, NULL);
 238         if (name == NULL)
 239                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 240         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 241                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 242         enc->name = name;
 243         enc->enabled = 0;
 244         enc->iv = NULL;
 245         enc->key = NULL;
 246         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 247         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 248 }
 249 static void
 250 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 251 {
 252         char *name = match_list(client, server, NULL);
 253         if (name == NULL)
 254                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 255         if (mac_init(mac, name) < 0)
 256                 fatal("unsupported mac %s", name);
 257         /* truncate the key */
 258         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 259                 mac->key_len = 16;
 260         mac->name = name;
 261         mac->key = NULL;
 262         mac->enabled = 0;
 263 }
 264 static void
 265 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 266 {
 267         char *name = match_list(client, server, NULL);
 268         if (name == NULL)
 269                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 270         if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 271                 comp->type = 1;
 272         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 273                 comp->type = 0;
 274         } else {
 275                 fatal("unsupported comp %s", name);
 276         }
 277         comp->name = name;
 278 }
 279 static void
 280 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 281 {
 282         k->name = match_list(client, server, NULL);
 283         if (k->name == NULL)
 284                 fatal("no kex alg");
 285         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 286                 k->kex_type = DH_GRP1_SHA1;
 287         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 288                 k->kex_type = DH_GEX_SHA1;
 289         } else
 290                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 291 }
 292 static void
 293 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 294 {
 295         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 296         if (hostkeyalg == NULL)
 297                 fatal("no hostkey alg");
 298         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 299         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 300                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 301         xfree(hostkeyalg);
 302 }
 303
 304 static void
 305 kex_choose_conf(Kex *kex)
 306 {
 307         Newkeys *newkeys;
 308         char **my, **peer;
 309         char **cprop, **sprop;
 310         int nenc, nmac, ncomp;
 311         int mode;
 312         int ctos;                               /* direction: if true client-to-server */
 313         int need;
 314
 315         my   = kex_buf2prop(&kex->my);
 316         peer = kex_buf2prop(&kex->peer);
 317
 318         if (kex->server) {
 319                 cprop=peer;
 320                 sprop=my;
 321         } else {
 322                 cprop=my;
 323                 sprop=peer;
 324         }
 325
 326         /* Algorithm Negotiation */
 327         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 328                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 329                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 330                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 331                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 332                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 333                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 334                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 335                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 336                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 337                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 338                 debug("kex: %s %s %s %s",
 339                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 340                     newkeys->enc.name,
 341                     newkeys->mac.name,
 342                     newkeys->comp.name);
 343         }
 344         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 345         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 346             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 347         need = 0;
 348         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 349                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 350                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 351                         need = newkeys->enc.key_len;
 352                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 353                         need = newkeys->enc.block_size;
 354                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 355                         need = newkeys->mac.key_len;
 356         }
 357         /* XXX need runden? */
 358         kex->we_need = need;
 359
 360         kex_prop_free(my);
 361         kex_prop_free(peer);
 362 }
 363
 364 static u_char *
 365 derive_key(Kex *kex, int id, int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 366 {
 367         Buffer b;
 368         const EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 369         EVP_MD_CTX md;
 370         char c = id;
 371         int have;
 372         int mdsz = EVP_MD_size(evp_md);
 373         u_char *digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 374
 375         buffer_init(&b);
 376         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 377
 378         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 379         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 380         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 381                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 382         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 383         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 384         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 385         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 386
 387         /*
 388          * expand key:
 389          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 390          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 391          */
 392         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 393                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 394                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 395                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 396                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 397                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 398                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 399         }
 400         buffer_free(&b);
 401 #ifdef DEBUG_KEX
 402         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 403         dump_digest("key", digest, need);
 404 #endif
 405         return digest;
 406 }
 407
 408 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 409
 410 #define NKEYS   6
 411 void
 412 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 413 {
 414         u_char *keys[NKEYS];
 415         int i, mode, ctos;
 416
 417         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 418                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, shared_secret);
 419
 420         debug("kex_derive_keys");
 421         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 422                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 423                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 424                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 425                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 426                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 427                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 428         }
 429 }
 430
 431 Newkeys *
 432 kex_get_newkeys(int mode)
 433 {
 434         Newkeys *ret;
 435
 436         ret = current_keys[mode];
 437         current_keys[mode] = NULL;
 438         return ret;
 439 }
 440
 441 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 442 void
 443 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 444 {
 445         int i;
 446
 447         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 448         for (i = 0; i< len; i++) {
 449                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 450                 if (i%32 == 31)
 451                         fprintf(stderr, "\n");
 452                 else if (i%8 == 7)
 453                         fprintf(stderr, " ");
 454         }
 455         fprintf(stderr, "\n");
 456 }
 457 #endif