crypto/openssh/cipher-chachapoly.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013 Damien Miller <djm@mindrot.org>
   3  *
   4  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
   5  * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
   6  * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
   7  *
   8  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
   9  * WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
  10  * MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
  11  * ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
  12  * WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN
  13  * ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF
  14  * OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
  15  */
  16
  17 /* $OpenBSD: cipher-chachapoly.c,v 1.9 2020/04/03 04:27:03 djm Exp $ */
  18
  19 #include "includes.h"
  20 #ifdef WITH_OPENSSL
  21 #include "openbsd-compat/openssl-compat.h"
  22 #endif
  23
  24 #if !defined(HAVE_EVP_CHACHA20) || defined(HAVE_BROKEN_CHACHA20)
  25
  26 #include <sys/types.h>
  27 #include <stdarg.h> /* needed for log.h */
  28 #include <string.h>
  29 #include <stdio.h>  /* needed for misc.h */
  30
  31 #include "log.h"
  32 #include "sshbuf.h"
  33 #include "ssherr.h"
  34 #include "cipher-chachapoly.h"
  35
  36 struct chachapoly_ctx {
  37         struct chacha_ctx main_ctx, header_ctx;
  38 };
  39
  40 struct chachapoly_ctx *
  41 chachapoly_new(const u_char *key, u_int keylen)
  42 {
  43         struct chachapoly_ctx *ctx;
  44
  45         if (keylen != (32 + 32)) /* 2 x 256 bit keys */
  46                 return NULL;
  47         if ((ctx = calloc(1, sizeof(*ctx))) == NULL)
  48                 return NULL;
  49         chacha_keysetup(&ctx->main_ctx, key, 256);
  50         chacha_keysetup(&ctx->header_ctx, key + 32, 256);
  51         return ctx;
  52 }
  53
  54 void
  55 chachapoly_free(struct chachapoly_ctx *cpctx)
  56 {
  57         freezero(cpctx, sizeof(*cpctx));
  58 }
  59
  60 /*
  61  * chachapoly_crypt() operates as following:
  62  * En/decrypt with header key 'aadlen' bytes from 'src', storing result
  63  * to 'dest'. The ciphertext here is treated as additional authenticated
  64  * data for MAC calculation.
  65  * En/decrypt 'len' bytes at offset 'aadlen' from 'src' to 'dest'. Use
  66  * POLY1305_TAGLEN bytes at offset 'len'+'aadlen' as the authentication
  67  * tag. This tag is written on encryption and verified on decryption.
  68  */
  69 int
  70 chachapoly_crypt(struct chachapoly_ctx *ctx, u_int seqnr, u_char *dest,
  71     const u_char *src, u_int len, u_int aadlen, u_int authlen, int do_encrypt)
  72 {
  73         u_char seqbuf[8];
  74         const u_char one[8] = { 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }; /* NB little-endian */
  75         u_char expected_tag[POLY1305_TAGLEN], poly_key[POLY1305_KEYLEN];
  76         int r = SSH_ERR_INTERNAL_ERROR;
  77
  78         /*
  79          * Run ChaCha20 once to generate the Poly1305 key. The IV is the
  80          * packet sequence number.
  81          */
  82         memset(poly_key, 0, sizeof(poly_key));
  83         POKE_U64(seqbuf, seqnr);
  84         chacha_ivsetup(&ctx->main_ctx, seqbuf, NULL);
  85         chacha_encrypt_bytes(&ctx->main_ctx,
  86             poly_key, poly_key, sizeof(poly_key));
  87
  88         /* If decrypting, check tag before anything else */
  89         if (!do_encrypt) {
  90                 const u_char *tag = src + aadlen + len;
  91
  92                 poly1305_auth(expected_tag, src, aadlen + len, poly_key);
  93                 if (timingsafe_bcmp(expected_tag, tag, POLY1305_TAGLEN) != 0) {
  94                         r = SSH_ERR_MAC_INVALID;
  95                         goto out;
  96                 }
  97         }
  98
  99         /* Crypt additional data */
 100         if (aadlen) {
 101                 chacha_ivsetup(&ctx->header_ctx, seqbuf, NULL);
 102                 chacha_encrypt_bytes(&ctx->header_ctx, src, dest, aadlen);
 103         }
 104
 105         /* Set Chacha's block counter to 1 */
 106         chacha_ivsetup(&ctx->main_ctx, seqbuf, one);
 107         chacha_encrypt_bytes(&ctx->main_ctx, src + aadlen,
 108             dest + aadlen, len);
 109
 110         /* If encrypting, calculate and append tag */
 111         if (do_encrypt) {
 112                 poly1305_auth(dest + aadlen + len, dest, aadlen + len,
 113                     poly_key);
 114         }
 115         r = 0;
 116  out:
 117         explicit_bzero(expected_tag, sizeof(expected_tag));
 118         explicit_bzero(seqbuf, sizeof(seqbuf));
 119         explicit_bzero(poly_key, sizeof(poly_key));
 120         return r;
 121 }
 122
 123 /* Decrypt and extract the encrypted packet length */
 124 int
 125 chachapoly_get_length(struct chachapoly_ctx *ctx,
 126     u_int *plenp, u_int seqnr, const u_char *cp, u_int len)
 127 {
 128         u_char buf[4], seqbuf[8];
 129
 130         if (len < 4)
 131                 return SSH_ERR_MESSAGE_INCOMPLETE;
 132         POKE_U64(seqbuf, seqnr);
 133         chacha_ivsetup(&ctx->header_ctx, seqbuf, NULL);
 134         chacha_encrypt_bytes(&ctx->header_ctx, cp, buf, 4);
 135         *plenp = PEEK_U32(buf);
 136         return 0;
 137 }
 138
 139 #endif /* !defined(HAVE_EVP_CHACHA20) || defined(HAVE_BROKEN_CHACHA20) */