crypto/openssh/kex.c

   1 /* $OpenBSD: kex.c,v 1.82 2009/10/24 11:13:54 andreas Exp $ */
   2 /* $FreeBSD$ */
   3 /*
   4  * Copyright (c) 2000, 2001 Markus Friedl.  All rights reserved.
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  25  */
  26
  27 #include "includes.h"
  28
  29 #include <sys/param.h>
  30
  31 #include <signal.h>
  32 #include <stdarg.h>
  33 #include <stdio.h>
  34 #include <stdlib.h>
  35 #include <string.h>
  36
  37 #include <openssl/crypto.h>
  38
  39 #include "xmalloc.h"
  40 #include "ssh2.h"
  41 #include "buffer.h"
  42 #include "packet.h"
  43 #include "compat.h"
  44 #include "cipher.h"
  45 #include "key.h"
  46 #include "kex.h"
  47 #include "log.h"
  48 #include "mac.h"
  49 #include "match.h"
  50 #include "dispatch.h"
  51 #include "monitor.h"
  52 #include "roaming.h"
  53
  54 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
  55 # if defined(HAVE_EVP_SHA256)
  56 # define evp_ssh_sha256 EVP_sha256
  57 # else
  58 extern const EVP_MD *evp_ssh_sha256(void);
  59 # endif
  60 #endif
  61
  62 /* prototype */
  63 static void kex_kexinit_finish(Kex *);
  64 static void kex_choose_conf(Kex *);
  65
  66 /* Put algorithm proposal into buffer. */
  67 #ifndef NONE_CIPHER_ENABLED
  68 static void
  69 #else
  70 /* Also used in sshconnect2.c. */
  71 void
  72 #endif
  73 kex_prop2buf(Buffer *b, char *proposal[PROPOSAL_MAX])
  74 {
  75         u_int i;
  76
  77         buffer_clear(b);
  78         /*
  79          * add a dummy cookie, the cookie will be overwritten by
  80          * kex_send_kexinit(), each time a kexinit is set
  81          */
  82         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
  83                 buffer_put_char(b, 0);
  84         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
  85                 buffer_put_cstring(b, proposal[i]);
  86         buffer_put_char(b, 0);                  /* first_kex_packet_follows */
  87         buffer_put_int(b, 0);                   /* uint32 reserved */
  88 }
  89
  90 /* parse buffer and return algorithm proposal */
  91 static char **
  92 kex_buf2prop(Buffer *raw, int *first_kex_follows)
  93 {
  94         Buffer b;
  95         u_int i;
  96         char **proposal;
  97
  98         proposal = xcalloc(PROPOSAL_MAX, sizeof(char *));
  99
 100         buffer_init(&b);
 101         buffer_append(&b, buffer_ptr(raw), buffer_len(raw));
 102         /* skip cookie */
 103         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 104                 buffer_get_char(&b);
 105         /* extract kex init proposal strings */
 106         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++) {
 107                 proposal[i] = buffer_get_string(&b,NULL);
 108                 debug2("kex_parse_kexinit: %s", proposal[i]);
 109         }
 110         /* first kex follows / reserved */
 111         i = buffer_get_char(&b);
 112         if (first_kex_follows != NULL)
 113                 *first_kex_follows = i;
 114         debug2("kex_parse_kexinit: first_kex_follows %d ", i);
 115         i = buffer_get_int(&b);
 116         debug2("kex_parse_kexinit: reserved %u ", i);
 117         buffer_free(&b);
 118         return proposal;
 119 }
 120
 121 static void
 122 kex_prop_free(char **proposal)
 123 {
 124         u_int i;
 125
 126         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 127                 xfree(proposal[i]);
 128         xfree(proposal);
 129 }
 130
 131 /* ARGSUSED */
 132 static void
 133 kex_protocol_error(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 134 {
 135         error("Hm, kex protocol error: type %d seq %u", type, seq);
 136 }
 137
 138 static void
 139 kex_reset_dispatch(void)
 140 {
 141         dispatch_range(SSH2_MSG_TRANSPORT_MIN,
 142             SSH2_MSG_TRANSPORT_MAX, &kex_protocol_error);
 143         dispatch_set(SSH2_MSG_KEXINIT, &kex_input_kexinit);
 144 }
 145
 146 void
 147 kex_finish(Kex *kex)
 148 {
 149         kex_reset_dispatch();
 150
 151         packet_start(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 152         packet_send();
 153         /* packet_write_wait(); */
 154         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS sent");
 155
 156         debug("expecting SSH2_MSG_NEWKEYS");
 157         packet_read_expect(SSH2_MSG_NEWKEYS);
 158         packet_check_eom();
 159         debug("SSH2_MSG_NEWKEYS received");
 160
 161         kex->done = 1;
 162         buffer_clear(&kex->peer);
 163         /* buffer_clear(&kex->my); */
 164         kex->flags &= ~KEX_INIT_SENT;
 165         xfree(kex->name);
 166         kex->name = NULL;
 167 }
 168
 169 void
 170 kex_send_kexinit(Kex *kex)
 171 {
 172         u_int32_t rnd = 0;
 173         u_char *cookie;
 174         u_int i;
 175
 176         if (kex == NULL) {
 177                 error("kex_send_kexinit: no kex, cannot rekey");
 178                 return;
 179         }
 180         if (kex->flags & KEX_INIT_SENT) {
 181                 debug("KEX_INIT_SENT");
 182                 return;
 183         }
 184         kex->done = 0;
 185
 186         /* generate a random cookie */
 187         if (buffer_len(&kex->my) < KEX_COOKIE_LEN)
 188                 fatal("kex_send_kexinit: kex proposal too short");
 189         cookie = buffer_ptr(&kex->my);
 190         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++) {
 191                 if (i % 4 == 0)
 192                         rnd = arc4random();
 193                 cookie[i] = rnd;
 194                 rnd >>= 8;
 195         }
 196         packet_start(SSH2_MSG_KEXINIT);
 197         packet_put_raw(buffer_ptr(&kex->my), buffer_len(&kex->my));
 198         packet_send();
 199         debug("SSH2_MSG_KEXINIT sent");
 200         kex->flags |= KEX_INIT_SENT;
 201 }
 202
 203 /* ARGSUSED */
 204 void
 205 kex_input_kexinit(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 206 {
 207         char *ptr;
 208         u_int i, dlen;
 209         Kex *kex = (Kex *)ctxt;
 210
 211         debug("SSH2_MSG_KEXINIT received");
 212         if (kex == NULL)
 213                 fatal("kex_input_kexinit: no kex, cannot rekey");
 214
 215         ptr = packet_get_raw(&dlen);
 216         buffer_append(&kex->peer, ptr, dlen);
 217
 218         /* discard packet */
 219         for (i = 0; i < KEX_COOKIE_LEN; i++)
 220                 packet_get_char();
 221         for (i = 0; i < PROPOSAL_MAX; i++)
 222                 xfree(packet_get_string(NULL));
 223         (void) packet_get_char();
 224         (void) packet_get_int();
 225         packet_check_eom();
 226
 227         kex_kexinit_finish(kex);
 228 }
 229
 230 Kex *
 231 kex_setup(char *proposal[PROPOSAL_MAX])
 232 {
 233         Kex *kex;
 234
 235         kex = xcalloc(1, sizeof(*kex));
 236         buffer_init(&kex->peer);
 237         buffer_init(&kex->my);
 238         kex_prop2buf(&kex->my, proposal);
 239         kex->done = 0;
 240
 241         kex_send_kexinit(kex);                                  /* we start */
 242         kex_reset_dispatch();
 243
 244         return kex;
 245 }
 246
 247 static void
 248 kex_kexinit_finish(Kex *kex)
 249 {
 250         if (!(kex->flags & KEX_INIT_SENT))
 251                 kex_send_kexinit(kex);
 252
 253         kex_choose_conf(kex);
 254
 255         if (kex->kex_type >= 0 && kex->kex_type < KEX_MAX &&
 256             kex->kex[kex->kex_type] != NULL) {
 257                 (kex->kex[kex->kex_type])(kex);
 258         } else {
 259                 fatal("Unsupported key exchange %d", kex->kex_type);
 260         }
 261 }
 262
 263 static void
 264 choose_enc(Enc *enc, char *client, char *server)
 265 {
 266         char *name = match_list(client, server, NULL);
 267         if (name == NULL)
 268                 fatal("no matching cipher found: client %s server %s",
 269                     client, server);
 270         if ((enc->cipher = cipher_by_name(name)) == NULL)
 271                 fatal("matching cipher is not supported: %s", name);
 272         enc->name = name;
 273         enc->enabled = 0;
 274         enc->iv = NULL;
 275         enc->key = NULL;
 276         enc->key_len = cipher_keylen(enc->cipher);
 277         enc->block_size = cipher_blocksize(enc->cipher);
 278 }
 279
 280 static void
 281 choose_mac(Mac *mac, char *client, char *server)
 282 {
 283         char *name = match_list(client, server, NULL);
 284         if (name == NULL)
 285                 fatal("no matching mac found: client %s server %s",
 286                     client, server);
 287         if (mac_setup(mac, name) < 0)
 288                 fatal("unsupported mac %s", name);
 289         /* truncate the key */
 290         if (datafellows & SSH_BUG_HMAC)
 291                 mac->key_len = 16;
 292         mac->name = name;
 293         mac->key = NULL;
 294         mac->enabled = 0;
 295 }
 296
 297 static void
 298 choose_comp(Comp *comp, char *client, char *server)
 299 {
 300         char *name = match_list(client, server, NULL);
 301         if (name == NULL)
 302                 fatal("no matching comp found: client %s server %s", client, server);
 303         if (strcmp(name, "zlib@openssh.com") == 0) {
 304                 comp->type = COMP_DELAYED;
 305         } else if (strcmp(name, "zlib") == 0) {
 306                 comp->type = COMP_ZLIB;
 307         } else if (strcmp(name, "none") == 0) {
 308                 comp->type = COMP_NONE;
 309         } else {
 310                 fatal("unsupported comp %s", name);
 311         }
 312         comp->name = name;
 313 }
 314
 315 static void
 316 choose_kex(Kex *k, char *client, char *server)
 317 {
 318         k->name = match_list(client, server, NULL);
 319         if (k->name == NULL)
 320                 fatal("Unable to negotiate a key exchange method");
 321         if (strcmp(k->name, KEX_DH1) == 0) {
 322                 k->kex_type = KEX_DH_GRP1_SHA1;
 323                 k->evp_md = EVP_sha1();
 324         } else if (strcmp(k->name, KEX_DH14) == 0) {
 325                 k->kex_type = KEX_DH_GRP14_SHA1;
 326                 k->evp_md = EVP_sha1();
 327         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA1) == 0) {
 328                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA1;
 329                 k->evp_md = EVP_sha1();
 330 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x00907000L
 331         } else if (strcmp(k->name, KEX_DHGEX_SHA256) == 0) {
 332                 k->kex_type = KEX_DH_GEX_SHA256;
 333                 k->evp_md = evp_ssh_sha256();
 334 #endif
 335         } else
 336                 fatal("bad kex alg %s", k->name);
 337 }
 338
 339 static void
 340 choose_hostkeyalg(Kex *k, char *client, char *server)
 341 {
 342         char *hostkeyalg = match_list(client, server, NULL);
 343         if (hostkeyalg == NULL)
 344                 fatal("no hostkey alg");
 345         k->hostkey_type = key_type_from_name(hostkeyalg);
 346         if (k->hostkey_type == KEY_UNSPEC)
 347                 fatal("bad hostkey alg '%s'", hostkeyalg);
 348         xfree(hostkeyalg);
 349 }
 350
 351 static int
 352 proposals_match(char *my[PROPOSAL_MAX], char *peer[PROPOSAL_MAX])
 353 {
 354         static int check[] = {
 355                 PROPOSAL_KEX_ALGS, PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS, -1
 356         };
 357         int *idx;
 358         char *p;
 359
 360         for (idx = &check[0]; *idx != -1; idx++) {
 361                 if ((p = strchr(my[*idx], ',')) != NULL)
 362                         *p = '\0';
 363                 if ((p = strchr(peer[*idx], ',')) != NULL)
 364                         *p = '\0';
 365                 if (strcmp(my[*idx], peer[*idx]) != 0) {
 366                         debug2("proposal mismatch: my %s peer %s",
 367                             my[*idx], peer[*idx]);
 368                         return (0);
 369                 }
 370         }
 371         debug2("proposals match");
 372         return (1);
 373 }
 374
 375 static void
 376 kex_choose_conf(Kex *kex)
 377 {
 378         Newkeys *newkeys;
 379         char **my, **peer;
 380         char **cprop, **sprop;
 381         int nenc, nmac, ncomp;
 382         u_int mode, ctos, need;
 383         int first_kex_follows, type;
 384 #ifdef  NONE_CIPHER_ENABLED
 385         int auth_flag;
 386 #endif
 387
 388         my   = kex_buf2prop(&kex->my, NULL);
 389         peer = kex_buf2prop(&kex->peer, &first_kex_follows);
 390
 391         if (kex->server) {
 392                 cprop=peer;
 393                 sprop=my;
 394         } else {
 395                 cprop=my;
 396                 sprop=peer;
 397         }
 398
 399         /* Check whether server offers roaming */
 400         if (!kex->server) {
 401                 char *roaming;
 402                 roaming = match_list(KEX_RESUME, peer[PROPOSAL_KEX_ALGS], NULL);
 403                 if (roaming) {
 404                         kex->roaming = 1;
 405                         xfree(roaming);
 406                 }
 407         }
 408
 409         /* Algorithm Negotiation */
 410 #ifdef  NONE_CIPHER_ENABLED
 411         auth_flag = packet_get_authentication_state();
 412         debug ("AUTH STATE is %d", auth_flag);
 413 #endif
 414         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 415                 newkeys = xcalloc(1, sizeof(*newkeys));
 416                 kex->newkeys[mode] = newkeys;
 417                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) ||
 418                     (kex->server && mode == MODE_IN);
 419                 nenc  = ctos ? PROPOSAL_ENC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_ENC_ALGS_STOC;
 420                 nmac  = ctos ? PROPOSAL_MAC_ALGS_CTOS  : PROPOSAL_MAC_ALGS_STOC;
 421                 ncomp = ctos ? PROPOSAL_COMP_ALGS_CTOS : PROPOSAL_COMP_ALGS_STOC;
 422                 choose_enc (&newkeys->enc,  cprop[nenc],  sprop[nenc]);
 423                 choose_mac (&newkeys->mac,  cprop[nmac],  sprop[nmac]);
 424                 choose_comp(&newkeys->comp, cprop[ncomp], sprop[ncomp]);
 425 #ifdef  NONE_CIPHER_ENABLED
 426                 debug("REQUESTED ENC.NAME is '%s'", newkeys->enc.name);
 427                 if (strcmp(newkeys->enc.name, "none") == 0) {
 428                         debug("Requesting NONE. Authflag is %d", auth_flag);
 429                         if (auth_flag == 1)
 430                                 debug("None requested post authentication.");
 431                         else
 432                                 fatal("Pre-authentication none cipher requests "
 433                                     "are not allowed.");
 434                 }
 435 #endif
 436                 debug("kex: %s %s %s %s",
 437                     ctos ? "client->server" : "server->client",
 438                     newkeys->enc.name,
 439                     newkeys->mac.name,
 440                     newkeys->comp.name);
 441         }
 442         choose_kex(kex, cprop[PROPOSAL_KEX_ALGS], sprop[PROPOSAL_KEX_ALGS]);
 443         choose_hostkeyalg(kex, cprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS],
 444             sprop[PROPOSAL_SERVER_HOST_KEY_ALGS]);
 445         need = 0;
 446         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 447                 newkeys = kex->newkeys[mode];
 448                 if (need < newkeys->enc.key_len)
 449                         need = newkeys->enc.key_len;
 450                 if (need < newkeys->enc.block_size)
 451                         need = newkeys->enc.block_size;
 452                 if (need < newkeys->mac.key_len)
 453                         need = newkeys->mac.key_len;
 454         }
 455         /* XXX need runden? */
 456         kex->we_need = need;
 457
 458         /* ignore the next message if the proposals do not match */
 459         if (first_kex_follows && !proposals_match(my, peer) &&
 460             !(datafellows & SSH_BUG_FIRSTKEX)) {
 461                 type = packet_read();
 462                 debug2("skipping next packet (type %u)", type);
 463         }
 464
 465         kex_prop_free(my);
 466         kex_prop_free(peer);
 467 }
 468
 469 static u_char *
 470 derive_key(Kex *kex, int id, u_int need, u_char *hash, u_int hashlen,
 471     BIGNUM *shared_secret)
 472 {
 473         Buffer b;
 474         EVP_MD_CTX md;
 475         char c = id;
 476         u_int have;
 477         int mdsz;
 478         u_char *digest;
 479
 480         if ((mdsz = EVP_MD_size(kex->evp_md)) <= 0)
 481                 fatal("bad kex md size %d", mdsz);
 482         digest = xmalloc(roundup(need, mdsz));
 483
 484         buffer_init(&b);
 485         buffer_put_bignum2(&b, shared_secret);
 486
 487         /* K1 = HASH(K || H || "A" || session_id) */
 488         EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 489         if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 490                 EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 491         EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 492         EVP_DigestUpdate(&md, &c, 1);
 493         EVP_DigestUpdate(&md, kex->session_id, kex->session_id_len);
 494         EVP_DigestFinal(&md, digest, NULL);
 495
 496         /*
 497          * expand key:
 498          * Kn = HASH(K || H || K1 || K2 || ... || Kn-1)
 499          * Key = K1 || K2 || ... || Kn
 500          */
 501         for (have = mdsz; need > have; have += mdsz) {
 502                 EVP_DigestInit(&md, kex->evp_md);
 503                 if (!(datafellows & SSH_BUG_DERIVEKEY))
 504                         EVP_DigestUpdate(&md, buffer_ptr(&b), buffer_len(&b));
 505                 EVP_DigestUpdate(&md, hash, hashlen);
 506                 EVP_DigestUpdate(&md, digest, have);
 507                 EVP_DigestFinal(&md, digest + have, NULL);
 508         }
 509         buffer_free(&b);
 510 #ifdef DEBUG_KEX
 511         fprintf(stderr, "key '%c'== ", c);
 512         dump_digest("key", digest, need);
 513 #endif
 514         return digest;
 515 }
 516
 517 Newkeys *current_keys[MODE_MAX];
 518
 519 #define NKEYS   6
 520 void
 521 kex_derive_keys(Kex *kex, u_char *hash, u_int hashlen, BIGNUM *shared_secret)
 522 {
 523         u_char *keys[NKEYS];
 524         u_int i, mode, ctos;
 525
 526         for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
 527                 keys[i] = derive_key(kex, 'A'+i, kex->we_need, hash, hashlen,
 528                     shared_secret);
 529         }
 530
 531         debug2("kex_derive_keys");
 532         for (mode = 0; mode < MODE_MAX; mode++) {
 533                 current_keys[mode] = kex->newkeys[mode];
 534                 kex->newkeys[mode] = NULL;
 535                 ctos = (!kex->server && mode == MODE_OUT) ||
 536                     (kex->server && mode == MODE_IN);
 537                 current_keys[mode]->enc.iv  = keys[ctos ? 0 : 1];
 538                 current_keys[mode]->enc.key = keys[ctos ? 2 : 3];
 539                 current_keys[mode]->mac.key = keys[ctos ? 4 : 5];
 540         }
 541 }
 542
 543 Newkeys *
 544 kex_get_newkeys(int mode)
 545 {
 546         Newkeys *ret;
 547
 548         ret = current_keys[mode];
 549         current_keys[mode] = NULL;
 550         return ret;
 551 }
 552
 553 void
 554 derive_ssh1_session_id(BIGNUM *host_modulus, BIGNUM *server_modulus,
 555     u_int8_t cookie[8], u_int8_t id[16])
 556 {
 557         const EVP_MD *evp_md = EVP_md5();
 558         EVP_MD_CTX md;
 559         u_int8_t nbuf[2048], obuf[EVP_MAX_MD_SIZE];
 560         int len;
 561
 562         EVP_DigestInit(&md, evp_md);
 563
 564         len = BN_num_bytes(host_modulus);
 565         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 566                 fatal("%s: bad host modulus (len %d)", __func__, len);
 567         BN_bn2bin(host_modulus, nbuf);
 568         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 569
 570         len = BN_num_bytes(server_modulus);
 571         if (len < (512 / 8) || (u_int)len > sizeof(nbuf))
 572                 fatal("%s: bad server modulus (len %d)", __func__, len);
 573         BN_bn2bin(server_modulus, nbuf);
 574         EVP_DigestUpdate(&md, nbuf, len);
 575
 576         EVP_DigestUpdate(&md, cookie, 8);
 577
 578         EVP_DigestFinal(&md, obuf, NULL);
 579         memcpy(id, obuf, 16);
 580
 581         memset(nbuf, 0, sizeof(nbuf));
 582         memset(obuf, 0, sizeof(obuf));
 583         memset(&md, 0, sizeof(md));
 584 }
 585
 586 #if defined(DEBUG_KEX) || defined(DEBUG_KEXDH)
 587 void
 588 dump_digest(char *msg, u_char *digest, int len)
 589 {
 590         u_int i;
 591
 592         fprintf(stderr, "%s\n", msg);
 593         for (i = 0; i < len; i++) {
 594                 fprintf(stderr, "%02x", digest[i]);
 595                 if (i%32 == 31)
 596                         fprintf(stderr, "\n");
 597                 else if (i%8 == 7)
 598                         fprintf(stderr, " ");
 599         }
 600         fprintf(stderr, "\n");
 601 }
 602 #endif