crypto/openssh/auth2-jpake.c

   1 /* $OpenBSD: auth2-jpake.c,v 1.2 2008/11/07 23:34:48 dtucker Exp $ */
   2 /*
   3  * Copyright (c) 2008 Damien Miller.  All rights reserved.
   4  *
   5  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
   6  * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
   7  * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
   8  *
   9  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
  10  * WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
  11  * MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
  12  * ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
  13  * WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN
  14  * ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF
  15  * OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
  16  */
  17
  18 /*
  19  * Server side of zero-knowledge password auth using J-PAKE protocol
  20  * as described in:
  21  *
  22  * F. Hao, P. Ryan, "Password Authenticated Key Exchange by Juggling",
  23  * 16th Workshop on Security Protocols, Cambridge, April 2008
  24  *
  25  * http://grouper.ieee.org/groups/1363/Research/contributions/hao-ryan-2008.pdf
  26  */
  27
  28 #ifdef JPAKE
  29
  30 #include <sys/types.h>
  31 #include <sys/param.h>
  32
  33 #include <pwd.h>
  34 #include <stdio.h>
  35 #include <string.h>
  36 #include <login_cap.h>
  37
  38 #include <openssl/bn.h>
  39 #include <openssl/evp.h>
  40
  41 #include "xmalloc.h"
  42 #include "ssh2.h"
  43 #include "key.h"
  44 #include "hostfile.h"
  45 #include "buffer.h"
  46 #include "auth.h"
  47 #include "packet.h"
  48 #include "dispatch.h"
  49 #include "log.h"
  50 #include "servconf.h"
  51 #include "auth-options.h"
  52 #include "canohost.h"
  53 #ifdef GSSAPI
  54 #include "ssh-gss.h"
  55 #endif
  56 #include "monitor_wrap.h"
  57
  58 #include "jpake.h"
  59
  60 /*
  61  * XXX options->permit_empty_passwd (at the moment, they will be refused
  62  * anyway because they will mismatch on fake salt.
  63  */
  64
  65 /* Dispatch handlers */
  66 static void input_userauth_jpake_client_step1(int, u_int32_t, void *);
  67 static void input_userauth_jpake_client_step2(int, u_int32_t, void *);
  68 static void input_userauth_jpake_client_confirm(int, u_int32_t, void *);
  69
  70 static int auth2_jpake_start(Authctxt *);
  71
  72 /* import */
  73 extern ServerOptions options;
  74 extern u_char *session_id2;
  75 extern u_int session_id2_len;
  76
  77 /*
  78  * Attempt J-PAKE authentication.
  79  */
  80 static int
  81 userauth_jpake(Authctxt *authctxt)
  82 {
  83         int authenticated = 0;
  84
  85         packet_check_eom();
  86
  87         debug("jpake-01@openssh.com requested");
  88
  89         if (authctxt->user != NULL) {
  90                 if (authctxt->jpake_ctx == NULL)
  91                         authctxt->jpake_ctx = jpake_new();
  92                 if (options.zero_knowledge_password_authentication)
  93                         authenticated = auth2_jpake_start(authctxt);
  94         }
  95
  96         return authenticated;
  97 }
  98
  99 Authmethod method_jpake = {
 100         "jpake-01@openssh.com",
 101         userauth_jpake,
 102         &options.zero_knowledge_password_authentication
 103 };
 104
 105 /* Clear context and callbacks */
 106 void
 107 auth2_jpake_stop(Authctxt *authctxt)
 108 {
 109         /* unregister callbacks */
 110         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_STEP1, NULL);
 111         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_STEP2, NULL);
 112         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_CONFIRM, NULL);
 113         if (authctxt->jpake_ctx != NULL) {
 114                 jpake_free(authctxt->jpake_ctx);
 115                 authctxt->jpake_ctx = NULL;
 116         }
 117 }
 118
 119 /* Returns 1 if 'c' is a valid crypt(3) salt character, 0 otherwise */
 120 static int
 121 valid_crypt_salt(int c)
 122 {
 123         if (c >= 'A' && c <= 'Z')
 124                 return 1;
 125         if (c >= 'a' && c <= 'z')
 126                 return 1;
 127         if (c >= '.' && c <= '9')
 128                 return 1;
 129         return 0;
 130 }
 131
 132 /*
 133  * Derive fake salt as H(username || first_private_host_key)
 134  * This provides relatively stable fake salts for non-existent
 135  * users and avoids the jpake method becoming an account validity
 136  * oracle.
 137  */
 138 static void
 139 derive_rawsalt(const char *username, u_char *rawsalt, u_int len)
 140 {
 141         u_char *digest;
 142         u_int digest_len;
 143         Buffer b;
 144         Key *k;
 145
 146         buffer_init(&b);
 147         buffer_put_cstring(&b, username);
 148         if ((k = get_hostkey_by_index(0)) == NULL ||
 149             (k->flags & KEY_FLAG_EXT))
 150                 fatal("%s: no hostkeys", __func__);
 151         switch (k->type) {
 152         case KEY_RSA1:
 153         case KEY_RSA:
 154                 if (k->rsa->p == NULL || k->rsa->q == NULL)
 155                         fatal("%s: RSA key missing p and/or q", __func__);
 156                 buffer_put_bignum2(&b, k->rsa->p);
 157                 buffer_put_bignum2(&b, k->rsa->q);
 158                 break;
 159         case KEY_DSA:
 160                 if (k->dsa->priv_key == NULL)
 161                         fatal("%s: DSA key missing priv_key", __func__);
 162                 buffer_put_bignum2(&b, k->dsa->priv_key);
 163                 break;
 164         default:
 165                 fatal("%s: unknown key type %d", __func__, k->type);
 166         }
 167         if (hash_buffer(buffer_ptr(&b), buffer_len(&b), EVP_sha256(),
 168             &digest, &digest_len) != 0)
 169                 fatal("%s: hash_buffer", __func__);
 170         buffer_free(&b);
 171         if (len > digest_len)
 172                 fatal("%s: not enough bytes for rawsalt (want %u have %u)",
 173                     __func__, len, digest_len);
 174         memcpy(rawsalt, digest, len);
 175         bzero(digest, digest_len);
 176         xfree(digest);
 177 }
 178
 179 /* ASCII an integer [0, 64) for inclusion in a password/salt */
 180 static char
 181 pw_encode64(u_int i64)
 182 {
 183         const u_char e64[] =
 184             "./0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
 185         return e64[i64 % 64];
 186 }
 187
 188 /* Generate ASCII salt bytes for user */
 189 static char *
 190 makesalt(u_int want, const char *user)
 191 {
 192         u_char rawsalt[32];
 193         static char ret[33];
 194         u_int i;
 195
 196         if (want > sizeof(ret) - 1)
 197                 fatal("%s: want %u", __func__, want);
 198
 199         derive_rawsalt(user, rawsalt, sizeof(rawsalt));
 200         bzero(ret, sizeof(ret));
 201         for (i = 0; i < want; i++)
 202                 ret[i] = pw_encode64(rawsalt[i]);
 203         bzero(rawsalt, sizeof(rawsalt));
 204
 205         return ret;
 206 }
 207
 208 /*
 209  * Select the system's default password hashing scheme and generate
 210  * a stable fake salt under it for use by a non-existent account.
 211  * Prevents jpake method being used to infer the validity of accounts.
 212  */
 213 static void
 214 fake_salt_and_scheme(Authctxt *authctxt, char **salt, char **scheme)
 215 {
 216         char *rounds_s, *style;
 217         long long rounds;
 218         login_cap_t *lc;
 219
 220
 221         if ((lc = login_getclass(authctxt->pw->pw_class)) == NULL &&
 222             (lc = login_getclass(NULL)) == NULL)
 223                 fatal("%s: login_getclass failed", __func__);
 224         style = login_getcapstr(lc, "localcipher", NULL, NULL);
 225         if (style == NULL)
 226                 style = xstrdup("blowfish,6");
 227         login_close(lc);
 228
 229         if ((rounds_s = strchr(style, ',')) != NULL)
 230                 *rounds_s++ = '\0';
 231         rounds = strtonum(rounds_s, 1, 1<<31, NULL);
 232
 233         if (strcmp(style, "md5") == 0) {
 234                 xasprintf(salt, "$1$%s$", makesalt(8, authctxt->user));
 235                 *scheme = xstrdup("md5");
 236         } else if (strcmp(style, "old") == 0) {
 237                 *salt = xstrdup(makesalt(2, authctxt->user));
 238                 *scheme = xstrdup("crypt");
 239         } else if (strcmp(style, "newsalt") == 0) {
 240                 rounds = MAX(rounds, 7250);
 241                 rounds = MIN(rounds, (1<<24) - 1);
 242                 xasprintf(salt, "_%c%c%c%c%s",
 243                     pw_encode64(rounds), pw_encode64(rounds >> 6),
 244                     pw_encode64(rounds >> 12), pw_encode64(rounds >> 18),
 245                     makesalt(4, authctxt->user));
 246                 *scheme = xstrdup("crypt-extended");
 247         } else {
 248                 /* Default to blowfish */
 249                 rounds = MAX(rounds, 3);
 250                 rounds = MIN(rounds, 31);
 251                 xasprintf(salt, "$2a$%02lld$%s", rounds,
 252                     makesalt(22, authctxt->user));
 253                 *scheme = xstrdup("bcrypt");
 254         }
 255         xfree(style);
 256         debug3("%s: fake %s salt for user %s: %s",
 257             __func__, *scheme, authctxt->user, *salt);
 258 }
 259
 260 /*
 261  * Fetch password hashing scheme, password salt and derive shared secret
 262  * for user. If user does not exist, a fake but stable and user-unique
 263  * salt will be returned.
 264  */
 265 void
 266 auth2_jpake_get_pwdata(Authctxt *authctxt, BIGNUM **s,
 267     char **hash_scheme, char **salt)
 268 {
 269         char *cp;
 270         u_char *secret;
 271         u_int secret_len, salt_len;
 272
 273 #ifdef JPAKE_DEBUG
 274         debug3("%s: valid %d pw %.5s...", __func__,
 275             authctxt->valid, authctxt->pw->pw_passwd);
 276 #endif
 277
 278         *salt = NULL;
 279         *hash_scheme = NULL;
 280         if (authctxt->valid) {
 281                 if (strncmp(authctxt->pw->pw_passwd, "$2$", 3) == 0 &&
 282                     strlen(authctxt->pw->pw_passwd) > 28) {
 283                         /*
 284                          * old-variant bcrypt:
 285                          *     "$2$", 2 digit rounds, "$", 22 bytes salt
 286                          */
 287                         salt_len = 3 + 2 + 1 + 22 + 1;
 288                         *salt = xmalloc(salt_len);
 289                         strlcpy(*salt, authctxt->pw->pw_passwd, salt_len);
 290                         *hash_scheme = xstrdup("bcrypt");
 291                 } else if (strncmp(authctxt->pw->pw_passwd, "$2a$", 4) == 0 &&
 292                     strlen(authctxt->pw->pw_passwd) > 29) {
 293                         /*
 294                          * current-variant bcrypt:
 295                          *     "$2a$", 2 digit rounds, "$", 22 bytes salt
 296                          */
 297                         salt_len = 4 + 2 + 1 + 22 + 1;
 298                         *salt = xmalloc(salt_len);
 299                         strlcpy(*salt, authctxt->pw->pw_passwd, salt_len);
 300                         *hash_scheme = xstrdup("bcrypt");
 301                 } else if (strncmp(authctxt->pw->pw_passwd, "$1$", 3) == 0 &&
 302                     strlen(authctxt->pw->pw_passwd) > 5) {
 303                         /*
 304                          * md5crypt:
 305                          *     "$1$", salt until "$"
 306                          */
 307                         cp = strchr(authctxt->pw->pw_passwd + 3, '$');
 308                         if (cp != NULL) {
 309                                 salt_len = (cp - authctxt->pw->pw_passwd) + 1;
 310                                 *salt = xmalloc(salt_len);
 311                                 strlcpy(*salt, authctxt->pw->pw_passwd,
 312                                     salt_len);
 313                                 *hash_scheme = xstrdup("md5crypt");
 314                         }
 315                 } else if (strncmp(authctxt->pw->pw_passwd, "_", 1) == 0 &&
 316                     strlen(authctxt->pw->pw_passwd) > 9) {
 317                         /*
 318                          * BSDI extended crypt:
 319                          *     "_", 4 digits count, 4 chars salt
 320                          */
 321                         salt_len = 1 + 4 + 4 + 1;
 322                         *salt = xmalloc(salt_len);
 323                         strlcpy(*salt, authctxt->pw->pw_passwd, salt_len);
 324                         *hash_scheme = xstrdup("crypt-extended");
 325                 } else if (strlen(authctxt->pw->pw_passwd) == 13  &&
 326                     valid_crypt_salt(authctxt->pw->pw_passwd[0]) &&
 327                     valid_crypt_salt(authctxt->pw->pw_passwd[1])) {
 328                         /*
 329                          * traditional crypt:
 330                          *     2 chars salt
 331                          */
 332                         salt_len = 2 + 1;
 333                         *salt = xmalloc(salt_len);
 334                         strlcpy(*salt, authctxt->pw->pw_passwd, salt_len);
 335                         *hash_scheme = xstrdup("crypt");
 336                 }
 337                 if (*salt == NULL) {
 338                         debug("%s: unrecognised crypt scheme for user %s",
 339                             __func__, authctxt->pw->pw_name);
 340                 }
 341         }
 342         if (*salt == NULL)
 343                 fake_salt_and_scheme(authctxt, salt, hash_scheme);
 344
 345         if (hash_buffer(authctxt->pw->pw_passwd,
 346             strlen(authctxt->pw->pw_passwd), EVP_sha256(),
 347             &secret, &secret_len) != 0)
 348                 fatal("%s: hash_buffer", __func__);
 349         if ((*s = BN_bin2bn(secret, secret_len, NULL)) == NULL)
 350                 fatal("%s: BN_bin2bn (secret)", __func__);
 351 #ifdef JPAKE_DEBUG
 352         debug3("%s: salt = %s (len %u)", __func__,
 353             *salt, (u_int)strlen(*salt));
 354         debug3("%s: scheme = %s", __func__, *hash_scheme);
 355         JPAKE_DEBUG_BN((*s, "%s: s = ", __func__));
 356 #endif
 357         bzero(secret, secret_len);
 358         xfree(secret);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * Being authentication attempt.
 363  * Note, sets authctxt->postponed while in subprotocol
 364  */
 365 static int
 366 auth2_jpake_start(Authctxt *authctxt)
 367 {
 368         struct jpake_ctx *pctx = authctxt->jpake_ctx;
 369         u_char *x3_proof, *x4_proof;
 370         u_int x3_proof_len, x4_proof_len;
 371         char *salt, *hash_scheme;
 372
 373         debug("%s: start", __func__);
 374
 375         PRIVSEP(jpake_step1(pctx->grp,
 376             &pctx->server_id, &pctx->server_id_len,
 377             &pctx->x3, &pctx->x4, &pctx->g_x3, &pctx->g_x4,
 378             &x3_proof, &x3_proof_len,
 379             &x4_proof, &x4_proof_len));
 380
 381         PRIVSEP(auth2_jpake_get_pwdata(authctxt, &pctx->s,
 382             &hash_scheme, &salt));
 383
 384         if (!use_privsep)
 385                 JPAKE_DEBUG_CTX((pctx, "step 1 sending in %s", __func__));
 386
 387         packet_start(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_SERVER_STEP1);
 388         packet_put_cstring(hash_scheme);
 389         packet_put_cstring(salt);
 390         packet_put_string(pctx->server_id, pctx->server_id_len);
 391         packet_put_bignum2(pctx->g_x3);
 392         packet_put_bignum2(pctx->g_x4);
 393         packet_put_string(x3_proof, x3_proof_len);
 394         packet_put_string(x4_proof, x4_proof_len);
 395         packet_send();
 396         packet_write_wait();
 397
 398         bzero(hash_scheme, strlen(hash_scheme));
 399         bzero(salt, strlen(salt));
 400         xfree(hash_scheme);
 401         xfree(salt);
 402         bzero(x3_proof, x3_proof_len);
 403         bzero(x4_proof, x4_proof_len);
 404         xfree(x3_proof);
 405         xfree(x4_proof);
 406
 407         /* Expect step 1 packet from peer */
 408         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_STEP1,
 409             input_userauth_jpake_client_step1);
 410
 411         authctxt->postponed = 1;
 412         return 0;
 413 }
 414
 415 /* ARGSUSED */
 416 static void
 417 input_userauth_jpake_client_step1(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 418 {
 419         Authctxt *authctxt = ctxt;
 420         struct jpake_ctx *pctx = authctxt->jpake_ctx;
 421         u_char *x1_proof, *x2_proof, *x4_s_proof;
 422         u_int x1_proof_len, x2_proof_len, x4_s_proof_len;
 423
 424         /* Disable this message */
 425         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_STEP1, NULL);
 426
 427         /* Fetch step 1 values */
 428         if ((pctx->g_x1 = BN_new()) == NULL ||
 429             (pctx->g_x2 = BN_new()) == NULL)
 430                 fatal("%s: BN_new", __func__);
 431         pctx->client_id = packet_get_string(&pctx->client_id_len);
 432         packet_get_bignum2(pctx->g_x1);
 433         packet_get_bignum2(pctx->g_x2);
 434         x1_proof = packet_get_string(&x1_proof_len);
 435         x2_proof = packet_get_string(&x2_proof_len);
 436         packet_check_eom();
 437
 438         if (!use_privsep)
 439                 JPAKE_DEBUG_CTX((pctx, "step 1 received in %s", __func__));
 440
 441         PRIVSEP(jpake_step2(pctx->grp, pctx->s, pctx->g_x3,
 442             pctx->g_x1, pctx->g_x2, pctx->x4,
 443             pctx->client_id, pctx->client_id_len,
 444             pctx->server_id, pctx->server_id_len,
 445             x1_proof, x1_proof_len,
 446             x2_proof, x2_proof_len,
 447             &pctx->b,
 448             &x4_s_proof, &x4_s_proof_len));
 449
 450         bzero(x1_proof, x1_proof_len);
 451         bzero(x2_proof, x2_proof_len);
 452         xfree(x1_proof);
 453         xfree(x2_proof);
 454
 455         if (!use_privsep)
 456                 JPAKE_DEBUG_CTX((pctx, "step 2 sending in %s", __func__));
 457
 458         /* Send values for step 2 */
 459         packet_start(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_SERVER_STEP2);
 460         packet_put_bignum2(pctx->b);
 461         packet_put_string(x4_s_proof, x4_s_proof_len);
 462         packet_send();
 463         packet_write_wait();
 464
 465         bzero(x4_s_proof, x4_s_proof_len);
 466         xfree(x4_s_proof);
 467
 468         /* Expect step 2 packet from peer */
 469         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_STEP2,
 470             input_userauth_jpake_client_step2);
 471 }
 472
 473 /* ARGSUSED */
 474 static void
 475 input_userauth_jpake_client_step2(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 476 {
 477         Authctxt *authctxt = ctxt;
 478         struct jpake_ctx *pctx = authctxt->jpake_ctx;
 479         u_char *x2_s_proof;
 480         u_int x2_s_proof_len;
 481
 482         /* Disable this message */
 483         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_STEP2, NULL);
 484
 485         if ((pctx->a = BN_new()) == NULL)
 486                 fatal("%s: BN_new", __func__);
 487
 488         /* Fetch step 2 values */
 489         packet_get_bignum2(pctx->a);
 490         x2_s_proof = packet_get_string(&x2_s_proof_len);
 491         packet_check_eom();
 492
 493         if (!use_privsep)
 494                 JPAKE_DEBUG_CTX((pctx, "step 2 received in %s", __func__));
 495
 496         /* Derive shared key and calculate confirmation hash */
 497         PRIVSEP(jpake_key_confirm(pctx->grp, pctx->s, pctx->a,
 498             pctx->x4, pctx->g_x3, pctx->g_x4, pctx->g_x1, pctx->g_x2,
 499             pctx->server_id, pctx->server_id_len,
 500             pctx->client_id, pctx->client_id_len,
 501             session_id2, session_id2_len,
 502             x2_s_proof, x2_s_proof_len,
 503             &pctx->k,
 504             &pctx->h_k_sid_sessid, &pctx->h_k_sid_sessid_len));
 505
 506         bzero(x2_s_proof, x2_s_proof_len);
 507         xfree(x2_s_proof);
 508
 509         if (!use_privsep)
 510                 JPAKE_DEBUG_CTX((pctx, "confirm sending in %s", __func__));
 511
 512         /* Send key confirmation proof */
 513         packet_start(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_SERVER_CONFIRM);
 514         packet_put_string(pctx->h_k_sid_sessid, pctx->h_k_sid_sessid_len);
 515         packet_send();
 516         packet_write_wait();
 517
 518         /* Expect confirmation from peer */
 519         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_CONFIRM,
 520             input_userauth_jpake_client_confirm);
 521 }
 522
 523 /* ARGSUSED */
 524 static void
 525 input_userauth_jpake_client_confirm(int type, u_int32_t seq, void *ctxt)
 526 {
 527         Authctxt *authctxt = ctxt;
 528         struct jpake_ctx *pctx = authctxt->jpake_ctx;
 529         int authenticated = 0;
 530
 531         /* Disable this message */
 532         dispatch_set(SSH2_MSG_USERAUTH_JPAKE_CLIENT_CONFIRM, NULL);
 533
 534         pctx->h_k_cid_sessid = packet_get_string(&pctx->h_k_cid_sessid_len);
 535         packet_check_eom();
 536
 537         if (!use_privsep)
 538                 JPAKE_DEBUG_CTX((pctx, "confirm received in %s", __func__));
 539
 540         /* Verify expected confirmation hash */
 541         if (PRIVSEP(jpake_check_confirm(pctx->k,
 542             pctx->client_id, pctx->client_id_len,
 543             session_id2, session_id2_len,
 544             pctx->h_k_cid_sessid, pctx->h_k_cid_sessid_len)) == 1)
 545                 authenticated = authctxt->valid ? 1 : 0;
 546         else
 547                 debug("%s: confirmation mismatch", __func__);
 548
 549         /* done */
 550         authctxt->postponed = 0;
 551         jpake_free(authctxt->jpake_ctx);
 552         authctxt->jpake_ctx = NULL;
 553         userauth_finish(authctxt, authenticated, method_jpake.name);
 554 }
 555
 556 #endif /* JPAKE */
 557