kex.c

   1 /* $OpenBSD: kex.c,v 1.74 2006/07/26 13:57:17 stevesk Exp $ */
   2 /*
   3  * Copyright (c) 2000, 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
  28 #include <sys/param.h>
  29
  30 #include <openssl/crypto.h>
  31
  32 #include <stdlib.h>
  33 #include <string.h>
  34
  35 #include "ssh2.h"
  36 #include "xmalloc.h"
  37 #include "buffer.h"
  38 #include "bufaux.h"
  39 #include "packet.h"
  40 #include "compat.h"
  41 #include "cipher.h"
  42 #include "kex.h"
  43 #include "key.h"
  44 #include "log.h"
  45 #include "mac.h"
  46 #include "match.h"
  47 #include "dispatch.h"
  48 #include "monitor.h"
  49
  50 #define KEX_COOKIE_LEN  16
  51
  52 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
  53 # if defined(HAVE_EVP_SHA256)
  54 # define evp_ssh_sha256 EVP_sha256
  55 # else
  56 extern const EVP_MD *evp_ssh_sha256(void);
  57 # endif
  58 #endif
  59
  60 /* prototype */
  61 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  62 static void kex_choose_conf(Kex *);
  63
  64 /* put algorithm proposal into buffer */
  65 static void
  66 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  67 {
  68         u_int i;
  69
  70         buffer_clear(b);
  71         /*
  72          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  73          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  74          */
  75         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  76                 buffer_put_char(b, 0);
  77         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  78                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  79         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  80         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  81 }
  82
  83 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  84 static char **
  85 kex_buf2prop(Buffer *raw, int *first_kex_follows)
  86 {
  87         Buffer b;
  88         int i;
  89         char **proposal;
  90
  91         proposal = xcalloc(PROPOSAL_MAX, sizeof(char *));
  92
  93         buffer_init(&b);
  94         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
  95         /* skip cookie */
  96         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  97                 buffer_get_char(&b);
  98         /* extract kex init proposal strings */
  99         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
 100                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
 101                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
 102         }
 103         /* first kex follows / reserved */
 104         i = buffer_get_char(&b);
 105         if (first_kex_follows != NULL)
 106                 *first_kex_follows = i;
 107         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
 108         i = buffer_get_int(&b);
 109         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %d ", i);
 110         buffer_free(&b);
 111         return proposal;
 112 }
 113
 114 static void
 115 kex_prop_free(char **proposal)
 116 {
 117         u_int i;
 118
 119         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 120                 xfree(proposal[i]);
 121         xfree(proposal);
 122 }
 123
 124 static void
 125 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 126 {
 127         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 128 }
 129
 130 static void
 131 kex_reset_dispatch(void)
 132 {
 133         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 134             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 135         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 136 }
 137
 138 void
 139 kex_finish(Kex *kex)
 140 {
 141         kex_reset_dispatch();
 142
 143         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 144         packet_send();
 145         /* packet_write_wait(); */
 146         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 147
 148         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 149         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 150         packet_check_eom();
 151         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 152
 153         kex->done = 1;
 154         buffer_clear(&kex->peer);
 155         /* buffer_clear(&kex->my); */
 156         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 157         xfree(kex->name);
 158         kex->name = NULL;
 159 }
 160
 161 void
 162 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 163 {
 164         u_int32_t rnd = 0;
 165         u_char *cookie;
 166         u_int i;
 167
 168         if (kex == NULL) {
 169                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 170                 return;
 171         }
 172         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 173                 debug("KEX_INIT_SENT");
 174                 return;
 175         }
 176         kex->done = 0;
 177
 178         /* generate a random cookie */
 179         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 180                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 181         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 182         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 183                 if (i % 4 == 0)
 184                         rnd = arc4random();
 185                 cookie[i] = rnd;
 186                 rnd >>= 8;
 187         }
 188         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 189         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 190         packet_send();
 191         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 192         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 193 }
 194
 195 void
 196 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 197 {
 198         char *ptr;
 199         u_int i, dlen;
 200         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 201
 202         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 203         if (kex == NULL)
 204                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 205
 206         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 207         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 208
 209         /* discard packet */
 210         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 211                 packet_get_char();
 212         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 213                 xfree(packet_get_string(NULL));
 214         (void) packet_get_char();
 215         (void) packet_get_int();
 216         packet_check_eom();
 217
 218         kex_kexinit_finish(kex);
 219 }
 220
 221 Kex *
 222 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 223 {
 224         Kex *kex;
 225
 226         kex = xcalloc(1, sizeof(*kex));
 227         buffer_init(&kex->peer);
 228         buffer_init(&kex->my);
 229         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 230         kex->done = 0;
 231
 232         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 233         kex_reset_dispatch();
 234
 235         return kex;
 236 }
 237
 238 static void
 239 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 240 {
 241         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 242                 kex_send_kexinit(kex);
 243
 244         kex_choose_conf(kex);
 245
 246         if (kex->kex_type >= 0 && kex->kex_type < KEX_MAX &&
 247             kex->kex[kex->kex_type] != NULL) {
 248                 (kex->kex[kex->kex_type])(kex);
 249         } else {
 250                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 251         }
 252 }
 253
 254 static void
 255 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 256 {
 257         char *name = match_list(client, server, NULL);
 258         if (name == NULL)
 259                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s", client, server);
 260         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 261                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 262         enc->name = name;
 263         enc->enabled = 0;
 264         enc->iv = NULL;
 265         enc->key = NULL;
 266         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 267         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 268 }
 269
 270 static void
 271 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 272 {
 273         char *name = match_list(client, server, NULL);
 274         if (name == NULL)
 275                 fatal("no matching mac found: client %s server %s", client, server);
 276         if (mac_init(mac, name) < 0)
 277                 fatal("unsupported mac %s", name);
 278         /* truncate the key */
 279         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 280                 mac->key_len = 16;
 281         mac->name = name;
 282         mac->key = NULL;
 283         mac->enabled = 0;
 284 }
 285
 286 static void
 287 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 288 {
 289         char *name = match_list(client, server, NULL);
 290         if (name == NULL)
 291                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 292         if (strcmp(name, "zlib@openssh.com") == 0) {
 293                 comp->type = COMP_DELAYED;
 294         } else if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 295                 comp->type = COMP_ZLIB;
 296         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 297                 comp->type = COMP_NONE;
 298         } else {
 299                 fatal("unsupported comp %s", name);
 300         }
 301         comp->name = name;
 302 }
 303
 304 static void
 305 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 306 {
 307         k->name = match_list(client, server, NULL);
 308         if (k->name == NULL)
 309                 fatal("no kex alg");
 310         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 311                 k->kex_type = KEX_DH_GRP1_SHA1;
 312                 k->evp_md = EVP_sha1();
 313         } else if (strcmp(k->name, KEX_DH14) == 0) {
 314                 k->kex_type = KEX_DH_GRP14_SHA1;
 315                 k->evp_md = EVP_sha1();
 316         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA1) == 0) {
 317                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA1;
 318                 k->evp_md = EVP_sha1();
 319 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
 320         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA256) == 0) {
 321                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA256;
 322                 k->evp_md = evp_ssh_sha256();
 323 #endif
 324         } else
 325                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 326 }
 327
 328 static void
 329 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 330 {
 331         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 332         if (hostkeyalg == NULL)
 333                 fatal("no hostkey alg");
 334         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 335         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 336                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 337         xfree(hostkeyalg);
 338 }
 339
 340 static int
 341 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 342 {
 343         static int check[] = {
 344                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 345         };
 346         int *idx;
 347         char *p;
 348
 349         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 350                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 351                         *p = '\0';
 352                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 353                         *p = '\0';
 354                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 355                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 356                             my[*idx], peer[*idx]);
 357                         return (0);
 358                 }
 359         }
 360         debug2("proposals match");
 361         return (1);
 362 }
 363
 364 static void
 365 kex_choose_conf(Kex *kex)
 366 {
 367         Newkeys *newkeys;
 368         char **my, **peer;
 369         char **cprop, **sprop;
 370         int nenc, nmac, ncomp;
 371         u_int mode, ctos, need;
 372         int first_kex_follows, type;
 373
 374         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 375         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 376
 377         if (kex->server) {
 378                 cprop=peer;
 379                 sprop=my;
 380         } else {
 381                 cprop=my;
 382                 sprop=peer;
 383         }
 384
 385         /* Algorithm Negotiation */
 386         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 387                 newkeys = xcalloc(1, sizeof(*newkeys));
 388                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 389                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) || (kex->server && mode == MODE_IN);
 390                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 391                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 392                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 393                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 394                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 395                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 396                 debug("kex: %s %s %s %s",
 397                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 398                     newkeys->enc.name,
 399                     newkeys->mac.name,
 400                     newkeys->comp.name);
 401         }
 402         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 403         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 404             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 405         need = 0;
 406         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 407                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 408                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 409                         need = newkeys->enc.key_len;
 410                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 411                         need = newkeys->enc.block_size;
 412                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 413                         need = newkeys->mac.key_len;
 414         }
 415         /* XXX need runden? */
 416         kex->we_need = need;
 417
 418         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 419         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer) &&
 420             !(datafellows & SSH_BUG_FIRSTKEX)) {
 421                 type = packet_read();
 422                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 423         }
 424
 425         kex_prop_free(my);
 426         kex_prop_free(peer);
 427 }
 428
 429 static u_char *
 430 derive_key(Kex *kex, int id, u_int need, u_char *hash, u_int hashlen,
 431     BIGNUM *shared_secret)
 432 {
 433         Buffer b;
 434         EVP_MD_CTX md;
 435         char c = id;
 436         u_int have;
 437         int mdsz;
 438         u_char *digest;
 439
 440         if ((mdsz = EVP_MD_size(kex->evp_md)) <= 0)
 441                 fatal("bad kex md size %d", mdsz);
 442         digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 443
 444         buffer_init(&b);
 445         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 446
 447         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 448         EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 449         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 450                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 451         EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 452         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 453         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 454         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 455
 456         /*
 457          * expand key:
 458          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 459          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 460          */
 461         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 462                 EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 463                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 464                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 465                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 466                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 467                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 468         }
 469         buffer_free(&b);
 470 #ifdef DEBUG_KEX
 471         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 472         dump_digest("key", digest, need);
 473 #endif
 474         return digest;
 475 }
 476
 477 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 478
 479 #define NKEYS   6
 480 void
 481 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, u_int hashlen, BIGNUM *shared_secret)
 482 {
 483         u_char *keys[NKEYS];
 484         u_int i, mode, ctos;
 485
 486         for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
 487                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, hashlen,
 488                     shared_secret);
 489         }
 490
 491         debug2("kex_derive_keys");
 492         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 493                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 494                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 495                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) ||
 496                     (kex->server && mode == MODE_IN);
 497                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 498                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 499                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 500         }
 501 }
 502
 503 Newkeys *
 504 kex_get_newkeys(int mode)
 505 {
 506         Newkeys *ret;
 507
 508         ret = current_keys[mode];
 509         current_keys[mode] = NULL;
 510         return ret;
 511 }
 512
 513 void
 514 derive_ssh1_session_id(BIGNUM *host_modulus, BIGNUM *server_modulus,
 515     u_int8_t cookie[8], u_int8_t id[16])
 516 {
 517         const EVP_MD *evp_md = EVP_md5();
 518         EVP_MD_CTX md;
 519         u_int8_t nbuf[2048], obuf[EVP_MAX_MD_SIZE];
 520         int len;
 521
 522         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 523
 524         len = BN_num_bytes(host_modulus);
 525         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 526                 fatal("%s: bad host modulus (len %d)", __func__, len);
 527         BN_bn2bin(host_modulus, nbuf);
 528         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 529
 530         len = BN_num_bytes(server_modulus);
 531         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 532                 fatal("%s: bad server modulus (len %d)", __func__, len);
 533         BN_bn2bin(server_modulus, nbuf);
 534         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 535
 536         EVP_DigestUpdate(&md, cookie, 8);
 537
 538         EVP_DigestFinal(&md, obuf, NULL);
 539         memcpy(id, obuf, 16);
 540
 541         memset(nbuf, 0, sizeof(nbuf));
 542         memset(obuf, 0, sizeof(obuf));
 543         memset(&md, 0, sizeof(md));
 544 }
 545
 546 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 547 void
 548 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 549 {
 550         u_int i;
 551
 552         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 553         for (i = 0; i< len; i++) {
 554                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 555                 if (i%32 == 31)
 556                         fprintf(stderr, "\n");
 557                 else if (i%8 == 7)
 558                         fprintf(stderr, " ");
 559         }
 560         fprintf(stderr, "\n");
 561 }
 562 #endif