chiark / gitweb /
messages: add some missing newlines
[secnet.git] / rsa.c
diff --git a/rsa.c b/rsa.c
index 0b6f147..0bd106f 100644 (file)
--- a/rsa.c
+++ b/rsa.c
@@ -1,42 +1,29 @@
-/***************************************************************************
- *
- *              Part II Project, "A secure, private IP network"
- *              Stephen Early <sde1000@cam.ac.uk>
- *   
- *
- *     $RCSfile: rsa.c,v $
- *
- *  Description: RSA signature making and checking functions
- *
- *    Copyright: (C) Stephen Early 1995
- *
- *    $Revision: 1.1 $
- *
- *        $Date: 1996/05/16 18:40:14 $
- *
- *       $State: Exp $
- *
- ***************************************************************************/
-
-/* $Log: rsa.c,v $
- * Revision 1.1  1996/05/16 18:40:14  sde1000
- * Initial revision
- *
- */
+/* This file is part of secnet, and is distributed under the terms of
+   the GNU General Public License version 2 or later.
+
+   Copyright (C) 1995-2002 Stephen Early
+   Copyright (C) 2001 Simon Tatham
+   Copyright (C) 2002 Ian Jackson
+   */
 
 #include <stdio.h>
+#include <string.h>
 #include <gmp.h>
 #include "secnet.h"
 #include "util.h"
 
 #define AUTHFILE_ID_STRING "SSH PRIVATE KEY FILE FORMAT 1.1\n"
 
+#define mpp(s,n) do { char *p = mpz_get_str(NULL,16,n); printf("%s 0x%sL\n", s, p); free(p); } while (0)
+
 struct rsapriv {
     closure_t cl;
     struct rsaprivkey_if ops;
     struct cloc loc;
-    MP_INT d;
     MP_INT n;
+    MP_INT p, dp;
+    MP_INT q, dq;
+    MP_INT w;
 };
 struct rsapub {
     closure_t cl;
@@ -47,12 +34,12 @@ struct rsapub {
 };
 /* Sign data. NB data must be smaller than modulus */
 
-static char *hexchars="0123456789abcdef";
+static const char *hexchars="0123456789abcdef";
 
-static string_t rsa_sign(void *sst, uint8_t *data, uint32_t datalen)
+static string_t rsa_sign(void *sst, uint8_t *data, int32_t datalen)
 {
     struct rsapriv *st=sst;
-    MP_INT a, b;
+    MP_INT a, b, u, v, tmp, tmp2;
     char buff[2048];
     int msize, i;
     string_t signature;
@@ -60,24 +47,80 @@ static string_t rsa_sign(void *sst, uint8_t *data, uint32_t datalen)
     mpz_init(&a);
     mpz_init(&b);
 
+    /* RSA PKCS#1 v1.5 signature padding:
+     *
+     * <------------ msize hex digits ---------->
+     *
+     * 00 01 ff ff .... ff ff 00 vv vv vv .... vv
+     *
+     *                           <--- datalen -->
+     *                                 bytes
+     *                         = datalen*2 hex digits
+     *
+     * NB that according to PKCS#1 v1.5 we're supposed to include a
+     * hash function OID in the data.  We don't do that (because we
+     * don't have the hash function OID to hand here), thus violating
+     * the spec in a way that affects interop but not security.
+     *
+     * -iwj 17.9.2002
+     */
+
     msize=mpz_sizeinbase(&st->n, 16);
 
+    if (datalen*2+6>=msize) {
+       fatal("rsa_sign: message too big");
+    }
+
     strcpy(buff,"0001");
 
     for (i=0; i<datalen; i++) {
-       buff[4+i*2]=hexchars[(data[i]&0xf0)>>4];
-       buff[5+i*2]=hexchars[data[i]&0xf];
+       buff[msize+(-datalen+i)*2]=hexchars[(data[i]&0xf0)>>4];
+       buff[msize+(-datalen+i)*2+1]=hexchars[data[i]&0xf];
     }
-    buff[4+datalen*2]=0;
-
-    for (i=datalen*2+4; i<msize; i++)
-       buff[i]='f';
+    
+    buff[msize-datalen*2-2]= '0';
+    buff[msize-datalen*2-1]= '0';
+    for (i=4; i<msize-datalen*2-2; i++)
+       buff[i]='f';
 
     buff[msize]=0;
 
     mpz_set_str(&a, buff, 16);
 
-    mpz_powm(&b, &a, &st->d, &st->n);
+    /*
+     * Produce an RSA signature (a^d mod n) using the Chinese
+     * Remainder Theorem. We compute:
+     * 
+     *   u = a^dp mod p    (== a^d mod p, since dp == d mod (p-1))
+     *   v = a^dq mod q    (== a^d mod q, similarly)
+     * 
+     * We also know w == iqmp * q, which has the property that w ==
+     * 0 mod q and w == 1 mod p. So (1-w) has the reverse property
+     * (congruent to 0 mod p and to 1 mod q). Hence we now compute
+     * 
+     *   b = w * u + (1-w) * v
+     *     = w * (u-v) + v
+     * 
+     * so that b is congruent to a^d both mod p and mod q. Hence b,
+     * reduced mod n, is the required signature.
+     */
+    mpz_init(&tmp);
+    mpz_init(&tmp2);
+    mpz_init(&u);
+    mpz_init(&v);
+
+    mpz_powm(&u, &a, &st->dp, &st->p);
+    mpz_powm(&v, &a, &st->dq, &st->q);
+    mpz_sub(&tmp, &u, &v);
+    mpz_mul(&tmp2, &tmp, &st->w);
+    mpz_add(&tmp, &tmp2, &v);
+    mpz_mod(&b, &tmp, &st->n);
+
+    mpz_clear(&tmp);
+    mpz_clear(&tmp2);
+    mpz_clear(&u);
+    mpz_clear(&v);
 
     signature=write_mpstring(&b);
 
@@ -86,8 +129,9 @@ static string_t rsa_sign(void *sst, uint8_t *data, uint32_t datalen)
     return signature;
 }
 
-static bool_t rsa_sig_check(void *sst, uint8_t *data, uint32_t datalen,
-                           string_t signature)
+static rsa_checksig_fn rsa_sig_check;
+static bool_t rsa_sig_check(void *sst, uint8_t *data, int32_t datalen,
+                           cstring_t signature)
 {
     struct rsapub *st=sst;
     MP_INT a, b, c;
@@ -104,12 +148,14 @@ static bool_t rsa_sig_check(void *sst, uint8_t *data, uint32_t datalen,
     strcpy(buff,"0001");
 
     for (i=0; i<datalen; i++) {
-       buff[4+i*2]=hexchars[(data[i]&0xf0)>>4];
-       buff[5+i*2]=hexchars[data[i]&0xf];
+       buff[msize+(-datalen+i)*2]=hexchars[(data[i]&0xf0)>>4];
+       buff[msize+(-datalen+i)*2+1]=hexchars[data[i]&0xf];
     }
-    buff[4+datalen*2]=0;
 
-    for (i=datalen*2+4; i<msize; i++)
+    buff[msize-datalen*2-2]= '0';
+    buff[msize-datalen*2-1]= '0';
+
+    for (i=4; i<msize-datalen*2-2; i++)
        buff[i]='f';
 
     buff[msize]=0;
@@ -148,7 +194,7 @@ static list_t *rsapub_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
     i=list_elem(args,0);
     if (i) {
        if (i->type!=t_string) {
-           cfgfatal(i->loc,"rsa-public","first argument must be a string");
+           cfgfatal(i->loc,"rsa-public","first argument must be a string\n");
        }
        e=i->data.string;
        if (mpz_init_set_str(&st->e,e,10)!=0) {
@@ -162,7 +208,7 @@ static list_t *rsapub_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
     i=list_elem(args,1);
     if (i) {
        if (i->type!=t_string) {
-           cfgfatal(i->loc,"rsa-public","second argument must be a string");
+           cfgfatal(i->loc,"rsa-public","second argument must be a string\n");
        }
        n=i->data.string;
        if (mpz_init_set_str(&st->n,n,10)!=0) {
@@ -175,21 +221,23 @@ static list_t *rsapub_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
     return new_closure(&st->cl);
 }
 
-static uint32_t keyfile_get_int(FILE *f)
+static uint32_t keyfile_get_int(struct cloc loc, FILE *f)
 {
     uint32_t r;
     r=fgetc(f)<<24;
     r|=fgetc(f)<<16;
     r|=fgetc(f)<<8;
     r|=fgetc(f);
+    cfgfile_postreadcheck(loc,f);
     return r;
 }
 
-static uint16_t keyfile_get_short(FILE *f)
+static uint16_t keyfile_get_short(struct cloc loc, FILE *f)
 {
     uint16_t r;
     r=fgetc(f)<<8;
     r|=fgetc(f);
+    cfgfile_postreadcheck(loc,f);
     return r;
 }
 
@@ -198,12 +246,13 @@ static list_t *rsapriv_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
 {
     struct rsapriv *st;
     FILE *f;
-    string_t filename;
+    cstring_t filename;
     item_t *i;
     long length;
     uint8_t *b, *c;
     int cipher_type;
-    MP_INT e,sig,plain,check;
+    MP_INT e,d,iqmp,tmp,tmp2,tmp3;
+    bool_t valid;
 
     st=safe_malloc(sizeof(*st),"rsapriv_apply");
     st->cl.description="rsapriv";
@@ -218,11 +267,11 @@ static list_t *rsapriv_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
     i=list_elem(args,0);
     if (i) {
        if (i->type!=t_string) {
-           cfgfatal(i->loc,"rsa-public","first argument must be a string");
+           cfgfatal(i->loc,"rsa-public","first argument must be a string\n");
        }
        filename=i->data.string;
     } else {
-       filename=""; /* Make compiler happy */
+       filename=NULL; /* Make compiler happy */
        cfgfatal(loc,"rsa-private","you must provide a filename\n");
     }
 
@@ -243,102 +292,201 @@ static list_t *rsapriv_apply(closure_t *self, struct cloc loc, dict_t *context,
     length=strlen(AUTHFILE_ID_STRING)+1;
     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
     if (fread(b,length,1,f)!=1 || memcmp(b,AUTHFILE_ID_STRING,length)!=0) {
-       cfgfatal(loc,"rsa-private","file \"%s\" is not a "
-                "SSH1 private keyfile\n",filename);
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","failed to read magic ID"
+                          " string from SSH1 private keyfile \"%s\"\n",
+                          filename);
     }
     free(b);
 
     cipher_type=fgetc(f);
-    keyfile_get_int(f); /* "Reserved data" */
+    keyfile_get_int(loc,f); /* "Reserved data" */
     if (cipher_type != 0) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","we don't support encrypted keyfiles\n");
     }
 
     /* Read the public key */
-    keyfile_get_int(f); /* Not sure what this is */
-    length=(keyfile_get_short(f)+7)/8;
+    keyfile_get_int(loc,f); /* Not sure what this is */
+    length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
     if (length>1024) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","implausible length %ld for modulus\n",
                 length);
     }
     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
     if (fread(b,length,1,f) != 1) {
-       cfgfatal(loc,"rsa-private","error reading modulus\n");
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","error reading modulus\n");
     }
     mpz_init(&st->n);
     read_mpbin(&st->n,b,length);
     free(b);
-    length=(keyfile_get_short(f)+7)/8;
+    length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
     if (length>1024) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","implausible length %ld for e\n",length);
     }
     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
-       cfgfatal(loc,"rsa-private","error reading e\n");
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","error reading e\n");
     }
     mpz_init(&e);
     read_mpbin(&e,b,length);
     free(b);
     
-    length=keyfile_get_int(f);
+    length=keyfile_get_int(loc,f);
     if (length>1024) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) key comment\n",
                 length);
     }
     c=safe_malloc(length+1,"rsapriv_apply");
     if (fread(c,length,1,f)!=1) {
-       cfgfatal(loc,"rsa-private","error reading key comment\n");
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private","error reading key comment\n");
     }
     c[length]=0;
 
     /* Check that the next two pairs of characters are identical - the
        keyfile is not encrypted, so they should be */
-    if (keyfile_get_short(f) != keyfile_get_short(f)) {
+
+    if (keyfile_get_short(loc,f) != keyfile_get_short(loc,f)) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","corrupt keyfile\n");
     }
 
     /* Read d */
-    length=(keyfile_get_short(f)+7)/8;
+    length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
     if (length>1024) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) decryption key\n",
                 length);
     }
     b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
     if (fread(b,length,1,f)!=1) {
-       cfgfatal(loc,"rsa-private","error reading decryption key\n");
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
+                          "error reading decryption key\n");
     }
-    mpz_init(&st->d);
-    read_mpbin(&st->d,b,length);
+    mpz_init(&d);
+    read_mpbin(&d,b,length);
+    free(b);
+    /* Read iqmp (inverse of q mod p) */
+    length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
+    if (length>1024) {
+       cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld)"
+                " iqmp auxiliary value\n", length);
+    }
+    b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
+    if (fread(b,length,1,f)!=1) {
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
+                          "error reading decryption key\n");
+    }
+    mpz_init(&iqmp);
+    read_mpbin(&iqmp,b,length);
+    free(b);
+    /* Read q (the smaller of the two primes) */
+    length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
+    if (length>1024) {
+       cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) q value\n",
+                length);
+    }
+    b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
+    if (fread(b,length,1,f)!=1) {
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
+                          "error reading q value\n");
+    }
+    mpz_init(&st->q);
+    read_mpbin(&st->q,b,length);
+    free(b);
+    /* Read p (the larger of the two primes) */
+    length=(keyfile_get_short(loc,f)+7)/8;
+    if (length>1024) {
+       cfgfatal(loc,"rsa-private","implausibly long (%ld) p value\n",
+                length);
+    }
+    b=safe_malloc(length,"rsapriv_apply");
+    if (fread(b,length,1,f)!=1) {
+       cfgfatal_maybefile(f,loc,"rsa-private",
+                          "error reading p value\n");
+    }
+    mpz_init(&st->p);
+    read_mpbin(&st->p,b,length);
     free(b);
     
     if (fclose(f)!=0) {
        fatal_perror("rsa-private (%s:%d): fclose",loc.file,loc.line);
     }
 
-    /* Now do trial signature/check to make sure it's a real keypair:
-       sign the comment string! */
-    mpz_init(&sig);
-    mpz_init(&plain);
-    mpz_init(&check);
-    read_mpbin(&plain,c,strlen(c));
-    mpz_powm(&sig, &plain, &st->d, &st->n);
-    mpz_powm(&check, &sig, &e, &st->n);
-    if (mpz_cmp(&plain,&check)!=0) {
+    /*
+     * Now verify the validity of the key, and set up the auxiliary
+     * values for fast CRT signing.
+     */
+    valid=False;
+    i=list_elem(args,1);
+    mpz_init(&tmp);
+    mpz_init(&tmp2);
+    mpz_init(&tmp3);
+    if (i && i->type==t_bool && i->data.bool==False) {
+       Message(M_INFO,"rsa-private (%s:%d): skipping RSA key validity "
+               "check\n",loc.file,loc.line);
+    } else {
+       /* Verify that p*q is equal to n. */
+       mpz_mul(&tmp, &st->p, &st->q);
+       if (mpz_cmp(&tmp, &st->n) != 0)
+           goto done_checks;
+
+       /*
+        * Verify that d*e is congruent to 1 mod (p-1), and mod
+        * (q-1). This is equivalent to it being congruent to 1 mod
+        * lcm(p-1,q-1), i.e. congruent to 1 mod phi(n). Note that
+        * phi(n) is _not_ simply (p-1)*(q-1).
+        */
+       mpz_mul(&tmp, &d, &e);
+       mpz_sub_ui(&tmp2, &st->p, 1);
+       mpz_mod(&tmp3, &tmp, &tmp2);
+       if (mpz_cmp_si(&tmp3, 1) != 0)
+           goto done_checks;
+       mpz_sub_ui(&tmp2, &st->q, 1);
+       mpz_mod(&tmp3, &tmp, &tmp2);
+       if (mpz_cmp_si(&tmp3, 1) != 0)
+           goto done_checks;
+
+       /* Verify that q*iqmp is congruent to 1 mod p. */
+       mpz_mul(&tmp, &st->q, &iqmp);
+       mpz_mod(&tmp2, &tmp, &st->p);
+       if (mpz_cmp_si(&tmp2, 1) != 0)
+           goto done_checks;
+    }
+    /* Now we know the key is valid (or we don't care). */
+    valid = True;
+    
+    /*
+     * Now we compute auxiliary values dp, dq and w to allow us
+     * to use the CRT optimisation when signing.
+     * 
+     *   dp == d mod (p-1)      so that a^dp == a^d mod p, for all a
+     *   dq == d mod (q-1)      similarly mod q
+     *   w == iqmp * q          so that w == 0 mod q, and w == 1 mod p
+     */
+    mpz_init(&st->dp);
+    mpz_init(&st->dq);
+    mpz_init(&st->w);
+    mpz_sub_ui(&tmp, &st->p, 1);
+    mpz_mod(&st->dp, &d, &tmp);
+    mpz_sub_ui(&tmp, &st->q, 1);
+    mpz_mod(&st->dq, &d, &tmp);
+    mpz_mul(&st->w, &iqmp, &st->q);
+    
+done_checks:
+    if (!valid) {
        cfgfatal(loc,"rsa-private","file \"%s\" does not contain a "
                 "valid RSA key!\n",filename);
     }
-    mpz_clear(&sig);
-    mpz_clear(&plain);
-    mpz_clear(&check);
+    mpz_clear(&tmp);
+    mpz_clear(&tmp2);
+    mpz_clear(&tmp3);
 
     free(c);
     mpz_clear(&e);
+    mpz_clear(&d);
+    mpz_clear(&iqmp);
 
 assume_valid:
     return new_closure(&st->cl);
 }
 
-init_module rsa_module;
 void rsa_module(dict_t *dict)
 {
     add_closure(dict,"rsa-private",rsapriv_apply);