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 1.53 2003/02/02 10:56:08 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 #include "monitor.h"
  44
  45 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  46
  47 /* Use privilege separation for sshd */
  48 int use_privsep;
  49 struct monitor *pmonitor;
  50
  51
  52 /* prototype */
  53 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  54 static void kex_choose_conf(Kex *);
  55
  56 /* put algorithm proposal into buffer */
  57 static void
  58 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  59 {
  60         int i;
  61
  62         buffer_clear(b);
  63         /*
  64          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  65          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  66          */
  67         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  68                 buffer_put_char(b, 0);
  69         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  70                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  71         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  72         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  73 }
  74
  75 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  76 static char **
  77 kex_buf2prop(Buffer *raw, int *first_kex_follows)
  78 {
  79         Buffer b;
  80         int i;
  81         char **proposal;
  82
  83         proposal = xmalloc(PROPOSAL_MAX * sizeof(char *));
  84
  85         buffer_init(&b);
  86         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  87         /* skip cookie */
  88         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  89                 buffer_get_char(&b);
  90         /* extract kex init proposal strings */
  91         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
  92                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
  93                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
  94         }
  95         /* first kex follows / reserved */
  96         i = buffer_get_char(&b);
  97         if (first_kex_follows != NULL)
  98                 *first_kex_follows = i;
  99         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
 100         i = buffer_get_int(&b);
 101         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
 102         buffer_free(&b);
 103         return proposal;
 104 }
 105
 106 static void
 107 kex_prop_free(char **proposal)
 108 {
 109         int i;
 110
 111         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 112                 xfree(proposal[i]);
 113         xfree(proposal);
 114 }
 115
 116 static void
 117 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 118 {
 119         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 120 }
 121
 122 static void
 123 kex_reset_dispatch(void)
 124 {
 125         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 126             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 127         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 128 }
 129
 130 void
 131 kex_finish(Kex *kex)
 132 {
 133         kex_reset_dispatch();
 134
 135         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 136         packet_send();
 137         /* packet_write_wait(); */
 138         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 139
 140         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 141         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 142         packet_check_eom();
 143         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 144
 145         kex->done = 1;
 146         buffer_clear(&kex->peer);
 147         /* buffer_clear(&kex->my); */
 148         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 149         xfree(kex->name);
 150         kex->name = NULL;
 151 }
 152
 153 void
 154 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 155 {
 156         u_int32_t rand = 0;
 157         u_char *cookie;
 158         int i;
 159
 160         if (kex == NULL) {
 161                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 162                 return;
 163         }
 164         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 165                 debug("KEX_INIT_SENT");
 166                 return;
 167         }
 168         kex->done = 0;
 169
 170         /* generate a random cookie */
 171         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 172                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 173         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 174         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 175                 if (i % 4 == 0)
 176                         rand = arc4random();
 177                 cookie[i] = rand;
 178                 rand >>= 8;
 179         }
 180         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 181         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 182         packet_send();
 183         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 184         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 185 }
 186
 187 void
 188 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 189 {
 190         char *ptr;
 191         int dlen;
 192         int i;
 193         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 194
 195         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 196         if (kex == NULL)
 197                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 198
 199         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 200         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 201
 202         /* discard packet */
 203         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 204                 packet_get_char();
 205         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 206                 xfree(packet_get_string(NULL));
 207         (void) packet_get_char();
 208         (void) packet_get_int();
 209         packet_check_eom();
 210
 211         kex_kexinit_finish(kex);
 212 }
 213
 214 Kex *
 215 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 216 {
 217         Kex *kex;
 218
 219         kex = xmalloc(sizeof(*kex));
 220         memset(kex, 0, sizeof(*kex));
 221         buffer_init(&kex->peer);
 222         buffer_init(&kex->my);
 223         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 224         kex->done = 0;
 225
 226         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 227         kex_reset_dispatch();
 228
 229         return kex;
 230 }
 231
 232 static void
 233 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 234 {
 235         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 236                 kex_send_kexinit(kex);
 237
 238         kex_choose_conf(kex);
 239
 240         switch (kex->kex_type) {
 241         case DH_GRP1_SHA1:
 242                 kexdh(kex);
 243                 break;
 244         case DH_GEX_SHA1:
 245                 kexgex(kex);
 246                 break;
 247         default:
 248                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 249         }
 250 }
 251
 252 static void
 253 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 254 {
 255         char *name = match_list(client, server, NULL);
 256         if (name == NULL)
 257                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 258         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 259                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 260         enc->name = name;
 261         enc->enabled = 0;
 262         enc->iv = NULL;
 263         enc->key = NULL;
 264         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 265         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 266 }
 267 static void
 268 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 269 {
 270         char *name = match_list(client, server, NULL);
 271         if (name == NULL)
 272                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 273         if (mac_init(mac, name) < 0)
 274                 fatal("unsupported mac %s", name);
 275         /* truncate the key */
 276         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 277                 mac->key_len = 16;
 278         mac->name = name;
 279         mac->key = NULL;
 280         mac->enabled = 0;
 281 }
 282 static void
 283 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 284 {
 285         char *name = match_list(client, server, NULL);
 286         if (name == NULL)
 287                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 288         if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 289                 comp->type = 1;
 290         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 291                 comp->type = 0;
 292         } else {
 293                 fatal("unsupported comp %s", name);
 294         }
 295         comp->name = name;
 296 }
 297 static void
 298 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 299 {
 300         k->name = match_list(client, server, NULL);
 301         if (k->name == NULL)
 302                 fatal("no kex alg");
 303         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 304                 k->kex_type = DH_GRP1_SHA1;
 305         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX) == 0) {
 306                 k->kex_type = DH_GEX_SHA1;
 307         } else
 308                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 309 }
 310 static void
 311 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 312 {
 313         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 314         if (hostkeyalg == NULL)
 315                 fatal("no hostkey alg");
 316         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 317         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 318                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 319         xfree(hostkeyalg);
 320 }
 321
 322 static int
 323 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 324 {
 325         static int check[] = {
 326                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 327         };
 328         int *idx;
 329         char *p;
 330
 331         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 332                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 333                         *p = '\0';
 334                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 335                         *p = '\0';
 336                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 337                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 338                             my[*idx], peer[*idx]);
 339                         return (0);
 340                 }
 341         }
 342         debug2("proposals match");
 343         return (1);
 344 }
 345
 346 static void
 347 kex_choose_conf(Kex *kex)
 348 {
 349         Newkeys *newkeys;
 350         char **my, **peer;
 351         char **cprop, **sprop;
 352         int nenc, nmac, ncomp;
 353         int mode;
 354         int ctos;                               /* direction: if true client-to-server */
 355         int need;
 356         int first_kex_follows, type;
 357
 358         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 359         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 360
 361         if (kex->server) {
 362                 cprop=peer;
 363                 sprop=my;
 364         } else {
 365                 cprop=my;
 366                 sprop=peer;
 367         }
 368
 369         /* Algorithm Negotiation */
 370         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 371                 newkeys = xmalloc(sizeof(*newkeys));
 372                 memset(newkeys, 0, sizeof(*newkeys));
 373                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 374                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 375                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 376                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 377                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 378                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 379                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 380                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 381                 debug("kex: %s %s %s %s",
 382                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 383                     newkeys->enc.name,
 384                     newkeys->mac.name,
 385                     newkeys->comp.name);
 386         }
 387         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 388         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 389             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 390         need = 0;
 391         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 392                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 393                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 394                         need = newkeys->enc.key_len;
 395                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 396                         need = newkeys->enc.block_size;
 397                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 398                         need = newkeys->mac.key_len;
 399         }
 400         /* XXX need runden? */
 401         kex->we_need = need;
 402
 403         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 404         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer)) {
 405                 type = packet_read();
 406                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 407         }
 408
 409         kex_prop_free(my);
 410         kex_prop_free(peer);
 411 }
 412
 413 static u_char *
 414 derive_key(Kex *kex, int id, int need, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 415 {
 416         Buffer b;
 417         const EVP_MD *evp_md = EVP_sha1();
 418         EVP_MD_CTX md;
 419         char c = id;
 420         int have;
 421         int mdsz = EVP_MD_size(evp_md);
 422         u_char *digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 423
 424         buffer_init(&b);
 425         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 426
 427         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 428         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 429         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 430                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 431         EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 432         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 433         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 434         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 435
 436         /*
 437          * expand key:
 438          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 439          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 440          */
 441         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 442                 EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 443                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 444                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 445                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, mdsz);
 446                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 447                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 448         }
 449         buffer_free(&b);
 450 #ifdef DEBUG_KEX
 451         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 452         dump_digest("key", digest, need);
 453 #endif
 454         return digest;
 455 }
 456
 457 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 458
 459 #define NKEYS   6
 460 void
 461 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, BIGNUM *shared_secret)
 462 {
 463         u_char *keys[NKEYS];
 464         int i, mode, ctos;
 465
 466         for (i = 0; i < NKEYS; i++)
 467                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, shared_secret);
 468
 469         debug2("kex_derive_keys");
 470         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 471                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 472                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 473                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 474                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 475                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 476                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 477         }
 478 }
 479
 480 Newkeys *
 481 kex_get_newkeys(int mode)
 482 {
 483         Newkeys *ret;
 484
 485         ret = current_keys[mode];
 486         current_keys[mode] = NULL;
 487         return ret;
 488 }
 489
 490 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 491 void
 492 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 493 {
 494         int i;
 495
 496         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 497         for (i = 0; i< len; i++) {
 498                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 499                 if (i%32 == 31)
 500                         fprintf(stderr, "\n");
 501                 else if (i%8 == 7)
 502                         fprintf(stderr, " ");
 503         }
 504         fprintf(stderr, "\n");
 505 }
 506 #endif