rsa.c

   1 /* This file is part of secnet, and is distributed under the terms of
   2    the GNU General Public License version 2 or later.
   3
   4    Copyright (C) 1995-2002 Stephen Early
   5    Copyright (C) 2001 Simon Tatham
   6    Copyright (C) 2002 Ian Jackson
   7    */
   8
   9 #include <stdio.h>
  10 #include <string.h>
  11 #include <gmp.h>
  12 #include "secnet.h"
  13 #include "util.h"
  14
  15 #define AUTHFILE_ID_STRING "SSH PRIVATE KEY FILE FORMAT 1.1\n"
  16
  17 #define mpp(s,n) do { char *p = mpz_get_str(NULL,16,n); printf("%s 0x%sL\n", s, p); free(p); } while (0)
  18
  19 struct rsapriv {
  20     closure_t cl;
  21     struct rsaprivkey_if ops;
  22     struct cloc loc;
  23     MP_INT n;
  24     MP_INT p, dp;
  25     MP_INT q, dq;
  26     MP_INT w;
  27 };
  28 struct rsapub {
  29     closure_t cl;
  30     struct rsapubkey_if ops;
  31     struct cloc loc;
  32     MP_INT e;
  33     MP_INT n;
  34 };
  35 /* Sign data. NB data must be smaller than modulus */
  36
  37 static const char *hexchars="0123456789abcdef";
  38
  39 static void emsa_pkcs1(MP_INT *n, MP_INT *m,
  40                        const uint8_t *data, int32_t datalen)
  41 {
  42     char buff[2048];
  43     int msize, i;
  44
  45     /* RSA PKCS#1 v1.5 signature padding:
  46      *
  47      * <------------ msize hex digits ---------->
  48      *
  49      * 00 01 ff ff .... ff ff 00 vv vv vv .... vv
  50      *
  51      *                           <--- datalen -->
  52      *                                 bytes
  53      *                         = datalen*2 hex digits
  54      *
  55      * NB that according to PKCS#1 v1.5 we're supposed to include a
  56      * hash function OID in the data.  We don't do that (because we
  57      * don't have the hash function OID to hand here), thus violating
  58      * the spec in a way that affects interop but not security.
  59      *
  60      * -iwj 17.9.2002
  61      */
  62
  63     msize=mpz_sizeinbase(n, 16);
  64
  65     if (datalen*2+6>=msize) {
  66         fatal("rsa_sign: message too big");
  67     }
  68
  69     strcpy(buff,"0001");
  70
  71     for (i=0; i<datalen; i++) {
  72         buff[msize+(-datalen+i)*2]=hexchars[(data[i]&0xf0)>>4];
  73         buff[msize+(-datalen+i)*2+1]=hexchars[data[i]&0xf];
  74     }
  75
  76     buff[msize-datalen*2-2]= '0';
  77     buff[msize-datalen*2-1]= '0';
  78
  79     for (i=4; i<msize-datalen*2-2; i++)
  80        buff[i]='f';
  81
  82     buff[msize]=0;
  83
  84     mpz_set_str(m, buff, 16);
  85 }
  86
  87 static string_t rsa_sign(void *sst, uint8_t *data, int32_t datalen)
  88 {
  89     struct rsapriv *st=sst;
  90     MP_INT a, b, u, v, tmp, tmp2;
  91     string_t signature;
  92
  93     mpz_init(&a);
  94     mpz_init(&b);
  95
  96     /* Construct the message representative. */
  97     emsa_pkcs1(&st->n, &a, data, datalen);
  98
  99     /*
 100      * Produce an RSA signature (a^d mod n) using the Chinese
 101      * Remainder Theorem. We compute:
 102      *
 103      *   u = a^dp mod p    (== a^d mod p, since dp == d mod (p-1))
 104      *   v = a^dq mod q    (== a^d mod q, similarly)
 105      *
 106      * We also know w == iqmp * q, which has the property that w ==
 107      * 0 mod q and w == 1 mod p. So (1-w) has the reverse property
 108      * (congruent to 0 mod p and to 1 mod q). Hence we now compute
 109      *
 110      *   b = w * u + (1-w) * v
 111      *     = w * (u-v) + v
 112      *
 113      * so that b is congruent to a^d both mod p and mod q. Hence b,
 114      * reduced mod n, is the required signature.
 115      */
 116     mpz_init(&tmp);
 117     mpz_init(&tmp2);
 118     mpz_init(&u);
 119     mpz_init(&v);
 120
 121     mpz_powm(&u, &a, &st->dp, &st->p);
 122     mpz_powm(&v, &a, &st->dq, &st->q);
 123     mpz_sub(&tmp, &u, &v);
 124     mpz_mul(&tmp2, &tmp, &st->w);
 125     mpz_add(&tmp, &tmp2, &v);
 126     mpz_mod(&b, &tmp, &st->n);
 127
 128     mpz_clear(&tmp);
 129     mpz_clear(&tmp2);
 130     mpz_clear(&u);
 131     mpz_clear(&v);
 132
 133     signature=write_mpstring(&b);
 134
 135     mpz_clear(&b);
 136     mpz_clear(&a);
 137     return signature;
 138 }
 139
 140 static rsa_checksig_fn rsa_sig_check;
 141 static bool_t rsa_sig_check(void *sst, uint8_t *data, int32_t datalen,
 142                             cstring_t signature)
 143 {
 144     struct rsapub *st=sst;
 145     MP_INT a, b, c;
 146     bool_t ok;
 147
 148     mpz_init(&a);
 149     mpz_init(&b);
 150     mpz_init(&c);
 151
 152     emsa_pkcs1(&st->n, &a, data, datalen);
 153
 154     mpz_set_str(&b, signature, 16);
 155
 156     mpz_powm(&c, &b, &st->e, &st->n);
 157
 158     ok=(mpz_cmp(&a, &c)==0);
 159
 160     mpz_clear(&c);
 161     mpz_clear(&b);
 162     mpz_clear(&a);
 163
 164     return ok;
 165 }
 166
 167 static list_t *rsapub_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
 168                             list_t *args)
 169 {
 170     struct rsapub *st;
 171     item_t *i;
 172     string_t e,n;
 173
 174     st=safe_malloc(sizeof(*st),"rsapub_apply");
 175     st->cl.description="rsapub";
 176     st->cl.type=CL_RSAPUBKEY;
 177     st->cl.apply=NULL;
 178     st->cl.interface=&st->ops;
 179     st->ops.st=st;
 180     st->ops.check=rsa_sig_check;
 181     st->loc=loc;
 182
 183     i=list_elem(args,0);
 184     if (i) {
 185         if (i->type!=t_string) {
 186             cfgfatal(i->loc,"rsa-public","first argument must be a string\n");
 187         }
 188         e=i->data.string;
 189         if (mpz_init_set_str(&st->e,e,10)!=0) {
 190             cfgfatal(i->loc,"rsa-public","encryption key \"%s\" is not a "
 191                      "decimal number string\n",e);
 192         }
 193     } else {
 194         cfgfatal(loc,"rsa-public","you must provide an encryption key\n");
 195     }
 196
 197     i=list_elem(args,1);
 198     if (i) {
 199         if (i->type!=t_string) {
 200             cfgfatal(i->loc,"rsa-public","second argument must be a string\n");
 201         }
 202         n=i->data.string;
 203         if (mpz_init_set_str(&st->n,n,10)!=0) {
 204             cfgfatal(i->loc,"rsa-public","modulus \"%s\" is not a decimal "
 205                      "number string\n",n);
 206         }
 207     } else {
 208         cfgfatal(loc,"rsa-public","you must provide a modulus\n");
 209     }
 210     return new_closure(&st->cl);
 211 }
 212
 213 static uint32_t keyfile_get_int(struct cloc loc, FILE *f)
 214 {
 215     uint32_t r;
 216     r=fgetc(f)<<24;
 217     r|=fgetc(f)<<16;
 218     r|=fgetc(f)<<8;
 219     r|=fgetc(f);
 220     cfgfile_postreadcheck(loc,f);
 221     return r;
 222 }
 223
 224 static uint16_t keyfile_get_short(struct cloc loc, FILE *f)
 225 {
 226     uint16_t r;
 227     r=fgetc(f)<<8;
 228     r|=fgetc(f);
 229     cfgfile_postreadcheck(loc,f);
 230     return r;
 231 }
 232
 233 static list_t *rsapriv_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
 234                              list_t *args)
 235 {
 236     struct rsapriv *st;
 237     FILE *f;
 238     cstring_t filename;
 239     item_t *i;
 240     long length;
 241     uint8_t *b, *c;
 242     int cipher_type;
 243     MP_INT e,d,iqmp,tmp,tmp2,tmp3;
 244     bool_t valid;
 245
 246     st=safe_malloc(sizeof(*st),"rsapriv_apply");
 247     st->cl.description="rsapriv";
 248     st->cl.type=CL_RSAPRIVKEY;
 249     st->cl.apply=NULL;
 250     st->cl.interface=&st->ops;
 251     st->ops.st=st;
 252     st->ops.sign=rsa_sign;
 253     st->loc=loc;
 254
 255     /* Argument is filename pointing to SSH1 private key file */
 256     i=list_elem(args,0);
 257     if (i) {
 258         if (i->type!=t_string) {
 259             cfgfatal(i->loc,"rsa-public","first argument must be a string\n");
 260         }
 261         filename=i->data.string;
 262     } else {
 263         filename=NULL; /* Make compiler happy */
 264         cfgfatal(loc,"rsa-private","you must provide a filename\n");
 265     }
 266
 267     f=fopen(filename,"rb");
 268     if (!f) {
 269         if (just_check_config) {
 270             Message(M_WARNING,"rsa-private (%s:%d): cannot open keyfile "
 271                     "\"%s\"; assuming it's valid while we check the "
 272                     "rest of the configuration\n",loc.file,loc.line,filename);
 273             goto assume_valid;
 274         } else {
 275             fatal_perror("rsa-private (%s:%d): cannot open file \"%s\"",
 276                          loc.file,loc.line,filename);
 277         }
 278     }
 279
 280     /* Check that the ID string is correct */
 281     length=strlen(AUTHFILE_ID_STRING)+1;
 282     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 283     if (fread(b,length,1,f)!=1 || memcmp(b,AUTHFILE_ID_STRING,length)!=0) {
 284         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","failed to read magic ID"
 285                            " string from SSH1 private keyfile \"%s\"\n",
 286                            filename);
 287     }
 288     free(b);
 289
 290     cipher_type=fgetc(f);
 291     keyfile_get_int(loc,f); /* "Reserved data" */
 292     if (cipher_type != 0) {
 293         cfgfatal(loc,"rsa-private","we don't support encrypted keyfiles\n");
 294     }
 295
 296     /* Read the public key */
 297     keyfile_get_int(loc,f); /* Not sure what this is */
 298     length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
 299     if (length>1024) {
 300         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausible length %ld for modulus\n",
 301                  length);
 302     }
 303     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 304     if (fread(b,length,1,f) != 1) {
 305         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","error reading modulus\n");
 306     }
 307     mpz_init(&st->n);
 308     read_mpbin(&st->n,b,length);
 309     free(b);
 310     length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
 311     if (length>1024) {
 312         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausible length %ld for e\n",length);
 313     }
 314     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 315     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
 316         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","error reading e\n");
 317     }
 318     mpz_init(&e);
 319     read_mpbin(&e,b,length);
 320     free(b);
 321
 322     length=keyfile_get_int(loc,f);
 323     if (length>1024) {
 324         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) key comment\n",
 325                  length);
 326     }
 327     c=safe_malloc(length+1,"rsapriv_apply");
 328     if (fread(c,length,1,f)!=1) {
 329         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","error reading key comment\n");
 330     }
 331     c[length]=0;
 332
 333     /* Check that the next two pairs of characters are identical - the
 334        keyfile is not encrypted, so they should be */
 335
 336     if (keyfile_get_short(loc,f) != keyfile_get_short(loc,f)) {
 337         cfgfatal(loc,"rsa-private","corrupt keyfile\n");
 338     }
 339
 340     /* Read d */
 341     length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
 342     if (length>1024) {
 343         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) decryption key\n",
 344                  length);
 345     }
 346     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 347     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
 348         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
 349                            "error reading decryption key\n");
 350     }
 351     mpz_init(&d);
 352     read_mpbin(&d,b,length);
 353     free(b);
 354     /* Read iqmp (inverse of q mod p) */
 355     length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
 356     if (length>1024) {
 357         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld)"
 358                  " iqmp auxiliary value\n", length);
 359     }
 360     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 361     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
 362         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
 363                            "error reading decryption key\n");
 364     }
 365     mpz_init(&iqmp);
 366     read_mpbin(&iqmp,b,length);
 367     free(b);
 368     /* Read q (the smaller of the two primes) */
 369     length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
 370     if (length>1024) {
 371         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) q value\n",
 372                  length);
 373     }
 374     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 375     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
 376         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
 377                            "error reading q value\n");
 378     }
 379     mpz_init(&st->q);
 380     read_mpbin(&st->q,b,length);
 381     free(b);
 382     /* Read p (the larger of the two primes) */
 383     length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
 384     if (length>1024) {
 385         cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) p value\n",
 386                  length);
 387     }
 388     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
 389     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
 390         cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
 391                            "error reading p value\n");
 392     }
 393     mpz_init(&st->p);
 394     read_mpbin(&st->p,b,length);
 395     free(b);
 396
 397     if (fclose(f)!=0) {
 398         fatal_perror("rsa-private (%s:%d): fclose",loc.file,loc.line);
 399     }
 400
 401     /*
 402      * Now verify the validity of the key, and set up the auxiliary
 403      * values for fast CRT signing.
 404      */
 405     valid=False;
 406     i=list_elem(args,1);
 407     mpz_init(&tmp);
 408     mpz_init(&tmp2);
 409     mpz_init(&tmp3);
 410     if (i && i->type==t_bool && i->data.bool==False) {
 411         Message(M_INFO,"rsa-private (%s:%d): skipping RSA key validity "
 412                 "check\n",loc.file,loc.line);
 413     } else {
 414         /* Verify that p*q is equal to n. */
 415         mpz_mul(&tmp, &st->p, &st->q);
 416         if (mpz_cmp(&tmp, &st->n) != 0)
 417             goto done_checks;
 418
 419         /*
 420          * Verify that d*e is congruent to 1 mod (p-1), and mod
 421          * (q-1). This is equivalent to it being congruent to 1 mod
 422          * lambda(n) = lcm(p-1,q-1).  The usual `textbook' condition,
 423          * that d e == 1 (mod (p-1)(q-1)) is sufficient, but not
 424          * actually necessary.
 425          */
 426         mpz_mul(&tmp, &d, &e);
 427         mpz_sub_ui(&tmp2, &st->p, 1);
 428         mpz_mod(&tmp3, &tmp, &tmp2);
 429         if (mpz_cmp_si(&tmp3, 1) != 0)
 430             goto done_checks;
 431         mpz_sub_ui(&tmp2, &st->q, 1);
 432         mpz_mod(&tmp3, &tmp, &tmp2);
 433         if (mpz_cmp_si(&tmp3, 1) != 0)
 434             goto done_checks;
 435
 436         /* Verify that q*iqmp is congruent to 1 mod p. */
 437         mpz_mul(&tmp, &st->q, &iqmp);
 438         mpz_mod(&tmp2, &tmp, &st->p);
 439         if (mpz_cmp_si(&tmp2, 1) != 0)
 440             goto done_checks;
 441     }
 442     /* Now we know the key is valid (or we don't care). */
 443     valid = True;
 444
 445     /*
 446      * Now we compute auxiliary values dp, dq and w to allow us
 447      * to use the CRT optimisation when signing.
 448      *
 449      *   dp == d mod (p-1)      so that a^dp == a^d mod p, for all a
 450      *   dq == d mod (q-1)      similarly mod q
 451      *   w == iqmp * q          so that w == 0 mod q, and w == 1 mod p
 452      */
 453     mpz_init(&st->dp);
 454     mpz_init(&st->dq);
 455     mpz_init(&st->w);
 456     mpz_sub_ui(&tmp, &st->p, 1);
 457     mpz_mod(&st->dp, &d, &tmp);
 458     mpz_sub_ui(&tmp, &st->q, 1);
 459     mpz_mod(&st->dq, &d, &tmp);
 460     mpz_mul(&st->w, &iqmp, &st->q);
 461
 462 done_checks:
 463     if (!valid) {
 464         cfgfatal(loc,"rsa-private","file \"%s\" does not contain a "
 465                  "valid RSA key!\n",filename);
 466     }
 467     mpz_clear(&tmp);
 468     mpz_clear(&tmp2);
 469     mpz_clear(&tmp3);
 470
 471     free(c);
 472     mpz_clear(&e);
 473     mpz_clear(&d);
 474     mpz_clear(&iqmp);
 475
 476 assume_valid:
 477     return new_closure(&st->cl);
 478 }
 479
 480 void rsa_module(dict_t *dict)
 481 {
 482     add_closure(dict,"rsa-private",rsapriv_apply);
 483     add_closure(dict,"rsa-public",rsapub_apply);
 484 }