chiark / gitweb /
Remove buf, and add Ethereal analysis.
[tripe] / keyset.c
index cf0414992f1b5c1674b119d9a849e2f538dcffdb..6aa68a955a829ea23bb1e053beed90cd3b6d49c0 100644 (file)
--- a/keyset.c
+++ b/keyset.c
@@ -1,6 +1,6 @@
 /* -*-c-*-
  *
- * $Id: keyset.c,v 1.3 2001/02/16 21:39:55 mdw Exp $
+ * $Id: keyset.c,v 1.9 2003/10/15 09:29:38 mdw Exp $
  *
  * Handling of symmetric keysets
  *
 /*----- Revision history --------------------------------------------------* 
  *
  * $Log: keyset.c,v $
+ * Revision 1.9  2003/10/15 09:29:38  mdw
+ * Cosmetic fix to changelog comment.
+ *
+ * Revision 1.8  2003/07/13 11:19:49  mdw
+ * Incompatible protocol fix!  Include message type code under MAC tag to
+ * prevent cut-and-paste from key-exchange messages to general packet
+ * transport.
+ *
+ * Revision 1.7  2003/05/17 11:00:47  mdw
+ * Don't make scary messages just because one key didn't work on a message:
+ * only be frightened if they all fail.  Set initial keyset refcount
+ * correctly.
+ *
+ * Revision 1.6  2003/04/06 10:26:35  mdw
+ * Report peer name on decrypt errors.
+ *
+ * Revision 1.5  2001/06/19 22:07:43  mdw
+ * Change the encrypted packet format to be non-malleable.
+ *
+ * Revision 1.4  2001/06/16 14:06:40  mdw
+ * Quantify collision probabilities for the stated data volume bounds.
+ *
  * Revision 1.3  2001/02/16 21:39:55  mdw
  * Major overhaul.  Separate functions for manipulating keysets from
  * functions for manipulating keyset lists.  Introduce a concept of
 
 /*----- Tunable parameters ------------------------------------------------*/
 
+/* --- Note on size limits --- *
+ *
+ * For a 64-bit block cipher (e.g., Blowfish), the probability of a collision
+ * occurring after 32 MB is less than %$2^{-21}$%, and the probability of a
+ * collision occurring after 64 MB is less than %$2^{-19}$%.
+ */
+
 #define T_EXP MIN(60)                  /* Expiry time for a key */
 #define T_REGEN MIN(45)                        /* Regeneration time for a key */
 #define SZ_EXP MEG(64)                 /* Expiry data size for a key */
 
 /*----- Low-level packet encryption and decryption ------------------------*/
 
+/* --- Encrypted data format --- *
+ *
+ * Let %$p_i$% be the %$i$%-th plaintext message, with type %$t$%.  We first
+ * compute 
+ *
+ *   %$c_i = \mathcal{E}\textrm{-CBC}_{K_{\text{E}}}(p_i)$%
+ *
+ * as the CBC-ciphertext of %$p_i$%, and then
+ *
+ *   %$\sigma_i = \mathcal{T}_{K_{\text{M}}}(t, i, c_i)$%
+ *
+ * as a MAC on the %%\emph{ciphertext}%%.  The message sent is then the pair
+ * %$(\sigma_i, c_i)$%.  This construction is provably secure in the NM-CCA
+ * sense (assuming that the cipher is IND-CPA, and the MAC is SUF-CMA)
+ * [Bellare and Namprempre].
+ *
+ * This also ensures that, assuming the key is good, we have a secure channel
+ * [Krawczyk].  Actually, [Krawczyk] shows that, if the cipher is either a
+ * simple stream cipher or a block cipher in CBC mode, we can use the MAC-
+ * then-encrypt scheme and still have a secure channel.  However, I like the
+ * NM-CCA guarantee from [Bellare and Namprempre].  I'm less worried about
+ * the Horton Principle [Wagner and Schneier].
+ */
+
 /* --- @doencrypt@ --- *
  *
  * Arguments:  @keyset *ks@ = pointer to keyset to use
+ *             @unsigned ty@ = type of message this is
  *             @buf *b@ = pointer to an input buffer
  *             @buf *bb@ = pointer to an output buffer
  *
  *             keyset is OK to use.
  */
 
-static int doencrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
+static int doencrypt(keyset *ks, unsigned ty, buf *b, buf *bb)
 {
   ghash *h;
   gcipher *c;
-  size_t ivsz;
   const octet *p = BCUR(b);
   size_t sz = BLEFT(b);
-  octet *qiv, *qseq, *qpk;
+  octet *qmac, *qseq, *qiv, *qpk;
   uint32 oseq;
   size_t osz, nsz;
+  octet t[4];
   int rc = 0;
 
   /* --- Allocate the required buffer space --- */
 
   c = ks->cout;
-  ivsz = c->ops->c->blksz;
-  if (buf_ensure(bb, ivsz + 4 + sz))
+  if (buf_ensure(bb, MACSZ + SEQSZ + IVSZ + sz))
     return (0); /* Caution! */
-  qiv = BCUR(bb); qseq = qiv + ivsz; qpk = qseq + 4;
-  BSTEP(bb, ivsz + 4 + sz);
+  qmac = BCUR(bb); qseq = qmac + MACSZ; qiv = qseq + SEQSZ; qpk = qiv + IVSZ;
+  BSTEP(bb, MACSZ + SEQSZ + IVSZ + sz);
+  STORE32(t, ty);
 
-  /* --- MAC and encrypt the packet --- */
+  /* --- Encrypt the packet --- */
 
   oseq = ks->oseq++; STORE32(qseq, oseq);
-  h = ks->mout->ops->init(ks->mout);
-  h->ops->hash(h, qseq, 4);
-  h->ops->hash(h, p, sz);
-  memcpy(qiv, h->ops->done(h, 0), ivsz);
-  h->ops->destroy(h);
+  rand_get(RAND_GLOBAL, qiv, IVSZ);
+  c->ops->setiv(c, qiv);
+  c->ops->encrypt(c, p, qpk, sz);
   IF_TRACING(T_KEYSET, {
     trace(T_KEYSET, "keyset: encrypting packet %lu using keyset %u",
          (unsigned long)oseq, ks->seq);
-    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: computed MAC", qiv, ivsz);
+    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: encrypted packet", qpk, sz);
   })
-  c->ops->setiv(c, qiv);
-  c->ops->encrypt(c, p, qpk, sz);
+
+  /* --- Now compute the MAC --- */
+
+  h = ks->mout->ops->init(ks->mout);
+  h->ops->hash(h, t, sizeof(t));
+  h->ops->hash(h, qseq, SEQSZ + IVSZ + sz);
+  memcpy(qmac, h->ops->done(h, 0), MACSZ);
+  h->ops->destroy(h);
   IF_TRACING(T_KEYSET, {
-    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: encrypted packet", qpk, sz);
+    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: computed MAC", qmac, MACSZ);
   })
 
   /* --- Deduct the packet size from the key's data life --- */
@@ -130,6 +188,7 @@ static int doencrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
 /* --- @dodecrypt@ --- *
  *
  * Arguments:  @keyset *ks@ = pointer to keyset to use
+ *             @unsigned ty@ = expected type code
  *             @buf *b@ = pointer to an input buffer
  *             @buf *bb@ = pointer to an output buffer
  *             @uint32 *seq@ = where to store the sequence number
@@ -144,9 +203,9 @@ static int doencrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
  *             packet, and the packet's sequence number is stored in @*seq@.
  */
 
-static int dodecrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb, uint32 *seq)
+static int dodecrypt(keyset *ks, unsigned ty, buf *b, buf *bb, uint32 *seq)
 {
-  const octet *piv, *pseq, *ppk;
+  const octet *pmac, *piv, *pseq, *ppk;
   size_t psz = BLEFT(b);
   size_t sz;
   octet *q = BCUR(bb);
@@ -155,6 +214,7 @@ static int dodecrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb, uint32 *seq)
   size_t ivsz = c->ops->c->blksz;
   octet *mac;
   int eq;
+  octet t[4];
 
   /* --- Break up the packet into its components --- */
 
@@ -162,31 +222,34 @@ static int dodecrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb, uint32 *seq)
     T( trace(T_KEYSET, "keyset: block too small for keyset %u", ks->seq); )
     return (-1);
   }
-  sz = psz - ivsz - 4;
-  piv = BCUR(b); pseq = piv + ivsz; ppk = pseq + 4;
+  sz = psz - IVSZ - SEQSZ - MACSZ;
+  pmac = BCUR(b); pseq = pmac + MACSZ; piv = pseq + SEQSZ; ppk = piv + IVSZ;
+  STORE32(t, ty);
 
-  /* --- Attempt to decrypt the packet --- */
+  /* --- Verify the MAC on the packet --- */
 
-  c->ops->setiv(c, piv);
-  c->ops->decrypt(c, ppk, q, sz);
   h = ks->min->ops->init(ks->min);
-  h->ops->hash(h, pseq, 4);
-  h->ops->hash(h, q, sz);
+  h->ops->hash(h, t, sizeof(t));
+  h->ops->hash(h, pseq, SEQSZ + IVSZ + sz);
   mac = h->ops->done(h, 0);
-  eq = !memcmp(mac, piv, ivsz);
+  eq = !memcmp(mac, pmac, MACSZ);
   IF_TRACING(T_KEYSET, {
     trace(T_KEYSET, "keyset: decrypting using keyset %u", ks->seq);
-    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: computed MAC", mac, ivsz);
+    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: computed MAC", mac, MACSZ);
   })
   h->ops->destroy(h);
   if (!eq) {
     IF_TRACING(T_KEYSET, {
-      trace(T_KEYSET, "keyset: decryption failed");
-      trace_block(T_CRYPTO, "crypto: expected MAC", piv, ivsz);
-      trace_block(T_CRYPTO, "crypto: invalid packet", q, sz);
+      trace(T_KEYSET, "keyset: incorrect MAC: decryption failed");
+      trace_block(T_CRYPTO, "crypto: expected MAC", pmac, MACSZ);
     })
     return (-1);
   }
+
+  /* --- Decrypt the packet --- */
+
+  c->ops->setiv(c, piv);
+  c->ops->decrypt(c, ppk, q, sz);
   if (seq)
     *seq = LOAD32(pseq);
   IF_TRACING(T_KEYSET, {
@@ -264,6 +327,7 @@ void ks_drop(keyset *ks)
  *
  * Arguments:  @const void *k@ = pointer to key material
  *             @size_t x, y, z@ = offsets into key material (see below)
+ *             @peer *p@ = pointer to peer information 
  *
  * Returns:    A pointer to the new keyset.
  *
@@ -282,13 +346,13 @@ void ks_drop(keyset *ks)
  *             calling @ks_encrypt@ directly.
  */
 
-keyset *ks_gen(const void *k, size_t x, size_t y, size_t z)
+keyset *ks_gen(const void *k, size_t x, size_t y, size_t z, peer *p)
 {
   HASH_CTX h;
   octet buf[HASHSZ];
   keyset *ks = CREATE(keyset);
   time_t now = time(0);
-  const octet *p = k;
+  const octet *pp = k;
   T( static unsigned seq = 0; )
 
   T( trace(T_KEYSET, "keyset: adding new keyset %u", seq); )
@@ -298,9 +362,9 @@ keyset *ks_gen(const void *k, size_t x, size_t y, size_t z)
    * This is done with macros, because it's quite tedious.
    */
 
-#define MINE HASH(&h, p, x)
-#define YOURS HASH(&h, p + x, y - x)
-#define OURS HASH(&h, p + y, z - y)
+#define MINE HASH(&h, pp, x)
+#define YOURS HASH(&h, pp + x, y - x)
+#define OURS HASH(&h, pp + y, z - y)
 
 #define IN MINE; YOURS; OURS
 #define OUT YOURS; MINE; OURS
@@ -333,11 +397,13 @@ keyset *ks_gen(const void *k, size_t x, size_t y, size_t z)
 #undef GETHASH
 
   T( ks->seq = seq++; )
+  ks->ref = 1;
   ks->t_exp = now + T_EXP;
   ks->sz_exp = SZ_EXP;
   ks->oseq = ks->iseq = 0;
   ks->iwin = 0;
   ks->next = 0;
+  ks->p = p;
   ks->f = KSF_LISTEN;
   BURN(buf);
   return (ks);
@@ -373,6 +439,7 @@ void ks_activate(keyset *ks)
 /* --- @ks_encrypt@ --- *
  *
  * Arguments:  @keyset *ks@ = pointer to a keyset
+ *             @unsigned ty@ = message type
  *             @buf *b@ = pointer to input buffer
  *             @buf *bb@ = pointer to output buffer
  *
@@ -386,7 +453,7 @@ void ks_activate(keyset *ks)
  *             used even if it's marked as not for data output.
  */
 
-int ks_encrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
+int ks_encrypt(keyset *ks, unsigned ty, buf *b, buf *bb)
 {
   time_t now = time(0);
 
@@ -394,12 +461,13 @@ int ks_encrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
     buf_break(bb);
     return (0);
   }
-  return (doencrypt(ks, b, bb));
+  return (doencrypt(ks, ty, b, bb));
 }
 
 /* --- @ks_decrypt@ --- *
  *
  * Arguments:  @keyset *ks@ = pointer to a keyset
+ *             @unsigned ty@ = expected type code
  *             @buf *b@ = pointer to an input buffer
  *             @buf *bb@ = pointer to an output buffer
  *
@@ -410,14 +478,14 @@ int ks_encrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
  *             marking that it's not for encryption.
  */
 
-int ks_decrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb)
+int ks_decrypt(keyset *ks, unsigned ty, buf *b, buf *bb)
 {
   time_t now = time(0);
   uint32 seq;
 
   if (!KEYOK(ks, now) ||
       buf_ensure(bb, BLEN(b)) ||
-      dodecrypt(ks, b, bb, &seq) ||
+      dodecrypt(ks, ty, b, bb, &seq) ||
       dosequence(ks, seq))
     return (-1);
   return (0);
@@ -504,6 +572,7 @@ void ksl_prune(keyset **ksroot)
 /* --- @ksl_encrypt@ --- *
  *
  * Arguments:  @keyset **ksroot@ = pointer to keyset list head
+ *             @unsigned ty@ = message type
  *             @buf *b@ = pointer to input buffer
  *             @buf *bb@ = pointer to output buffer
  *
@@ -512,7 +581,7 @@ void ksl_prune(keyset **ksroot)
  * Use:                Encrypts a packet.
  */
 
-int ksl_encrypt(keyset **ksroot, buf *b, buf *bb)
+int ksl_encrypt(keyset **ksroot, unsigned ty, buf *b, buf *bb)
 {
   time_t now = time(0);
   keyset *ks = *ksroot;
@@ -528,12 +597,13 @@ int ksl_encrypt(keyset **ksroot, buf *b, buf *bb)
     ks = ks->next;
   }
 
-  return (doencrypt(ks, b, bb));
+  return (doencrypt(ks, ty, b, bb));
 }
 
 /* --- @ksl_decrypt@ --- *
  *
  * Arguments:  @keyset **ksroot@ = pointer to keyset list head
+ *             @unsigned ty@ = expected type code
  *             @buf *b@ = pointer to input buffer
  *             @buf *bb@ = pointer to output buffer
  *
@@ -542,7 +612,7 @@ int ksl_encrypt(keyset **ksroot, buf *b, buf *bb)
  * Use:                Decrypts a packet.
  */
 
-int ksl_decrypt(keyset **ksroot, buf *b, buf *bb)
+int ksl_decrypt(keyset **ksroot, unsigned ty, buf *b, buf *bb)
 {
   time_t now = time(0);
   keyset *ks;
@@ -554,7 +624,7 @@ int ksl_decrypt(keyset **ksroot, buf *b, buf *bb)
   for (ks = *ksroot; ks; ks = ks->next) {
     if (!KEYOK(ks, now))
       continue;
-    if (!dodecrypt(ks, b, bb, &seq)) {
+    if (!dodecrypt(ks, ty, b, bb, &seq)) {
       if (ks->f & KSF_LISTEN) {
        T( trace(T_KEYSET, "keyset: implicitly activating keyset %u",
                 ks->seq); )
@@ -563,7 +633,7 @@ int ksl_decrypt(keyset **ksroot, buf *b, buf *bb)
       return (dosequence(ks, seq));
     }
   }
-  T( trace(T_KEYSET, "keyset: no matching keys"); )
+  T( trace(T_KEYSET, "keyset: no matching keys, or incorrect MAC"); )
   return (-1);
 }