rsa.c

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