chiark / gitweb /
admin: Initialize reference counter for client blocks.
[tripe] / keyset.c
index 27341c00fcd7ca22781b421ba8a193831cd919ae..bb2397fc72a79d701cb6664ceb6dba66266851f6 100644 (file)
--- a/keyset.c
+++ b/keyset.c
@@ -1,6 +1,6 @@
 /* -*-c-*-
  *
- * $Id: keyset.c,v 1.4 2001/06/16 14:06:40 mdw Exp $
+ * $Id$
  *
  * Handling of symmetric keysets
  *
  * Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
  */
 
-/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
- *
- * $Log: keyset.c,v $
- * 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
- * listening-only keys.
- *
- * Revision 1.2  2001/02/05 19:53:23  mdw
- * Add sequence number protection.
- *
- * Revision 1.1  2001/02/03 20:26:37  mdw
- * Initial checkin.
- *
- */
-
 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
 
 #include "tripe.h"
@@ -55,7 +36,8 @@
  *
  * 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 %$2^{-19}$%.
+ * collision occurring after 64 MB is less than %$2^{-19}$%.  These could be
+ * adjusted dependent on the encryption scheme, but it's too much pain.
  */
 
 #define T_EXP MIN(60)                  /* Expiry time for a key */
 
 #define KEYOK(ks, now) ((ks)->sz_exp > 0 && (ks)->t_exp > now)
 
+#define SEQSZ 4                                /* Size of sequence number packet */
+
 /*----- 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;
+  gcipher *c = ks->cout;
   const octet *p = BCUR(b);
   size_t sz = BLEFT(b);
-  octet *qiv, *qseq, *qpk;
+  octet *qmac, *qseq, *qiv, *qpk;
   uint32 oseq;
+  size_t ivsz = GC_CLASS(c)->blksz;
+  size_t tagsz = ks->tagsz;
   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, tagsz + SEQSZ + ivsz + sz))
     return (0); /* Caution! */
-  qiv = BCUR(bb); qseq = qiv + ivsz; qpk = qseq + 4;
-  BSTEP(bb, ivsz + 4 + sz);
-
-  /* --- MAC and encrypt the packet --- */
+  qmac = BCUR(bb); qseq = qmac + tagsz; qiv = qseq + SEQSZ; qpk = qiv + ivsz;
+  BSTEP(bb, tagsz + SEQSZ + ivsz + sz);
+  STORE32(t, ty);
 
   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);
   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: plaintext packet", p, sz);
   })
-  c->ops->setiv(c, qiv);
-  c->ops->encrypt(c, p, qpk, sz);
+
+  /* --- Encrypt the packet --- */
+
+  if (ivsz) {
+    rand_get(RAND_GLOBAL, qiv, ivsz);
+    GC_SETIV(c, qiv);
+    IF_TRACING(T_KEYSET, {
+      trace_block(T_CRYPTO, "crypto: initialization vector", qiv, ivsz);
+    })
+  }
+  GC_ENCRYPT(c, p, qpk, sz);
   IF_TRACING(T_KEYSET, {
     trace_block(T_CRYPTO, "crypto: encrypted packet", qpk, sz);
   })
 
+  /* --- Now compute the MAC --- */
+
+  if (tagsz) {
+    h = GM_INIT(ks->mout);
+    GH_HASH(h, t, sizeof(t));
+    GH_HASH(h, qseq, SEQSZ + ivsz + sz);
+    memcpy(qmac, GH_DONE(h, 0), tagsz);
+    GH_DESTROY(h);
+    IF_TRACING(T_KEYSET, {
+      trace_block(T_CRYPTO, "crypto: computed MAC", qmac, tagsz);
+    })
+  }
+
   /* --- Deduct the packet size from the key's data life --- */
 
   osz = ks->sz_exp;
@@ -140,6 +165,7 @@ 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
@@ -154,49 +180,65 @@ 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);
   ghash *h;
   gcipher *c = ks->cin;
-  size_t ivsz = c->ops->c->blksz;
+  size_t ivsz = GC_CLASS(c)->blksz;
+  size_t tagsz = ks->tagsz;
   octet *mac;
   int eq;
+  octet t[4];
 
   /* --- Break up the packet into its components --- */
 
-  if (psz < ivsz + 4) {
+  if (psz < ivsz + SEQSZ + tagsz) {
     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;
-
-  /* --- Attempt to decrypt 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);
-  mac = h->ops->done(h, 0);
-  eq = !memcmp(mac, piv, ivsz);
+  sz = psz - ivsz - SEQSZ - tagsz;
+  pmac = BCUR(b); pseq = pmac + tagsz; piv = pseq + SEQSZ; ppk = piv + ivsz;
+  STORE32(t, ty);
+
   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: ciphertext packet", ppk, sz);
   })
-  h->ops->destroy(h);
-  if (!eq) {
+
+  /* --- Verify the MAC on the packet --- */
+
+  if (tagsz) {
+    h = GM_INIT(ks->min);
+    GH_HASH(h, t, sizeof(t));
+    GH_HASH(h, pseq, SEQSZ + ivsz + sz);
+    mac = GH_DONE(h, 0);
+    eq = !memcmp(mac, pmac, tagsz);
     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_block(T_CRYPTO, "crypto: computed MAC", mac, tagsz);
+    })
+    GH_DESTROY(h);
+    if (!eq) {
+      IF_TRACING(T_KEYSET, {
+       trace(T_KEYSET, "keyset: incorrect MAC: decryption failed");
+       trace_block(T_CRYPTO, "crypto: expected MAC", pmac, tagsz);
+      })
+      return (-1);
+    }
+  }
+
+  /* --- Decrypt the packet --- */
+
+  if (ivsz) {
+    GC_SETIV(c, piv);
+    IF_TRACING(T_KEYSET, {
+      trace_block(T_CRYPTO, "crypto: initialization vector", piv, ivsz);
     })
-    return (-1);
   }
+  GC_DECRYPT(c, ppk, q, sz);
   if (seq)
     *seq = LOAD32(pseq);
   IF_TRACING(T_KEYSET, {
@@ -208,45 +250,6 @@ static int dodecrypt(keyset *ks, buf *b, buf *bb, uint32 *seq)
   return (0);
 }
 
-/* --- @dosequence@ --- *
- *
- * Arguments:  @keyset *ks@ = pointer to a keyset
- *             @uint32 seq@ = a sequence number from a packet
- *
- * Returns:    Zero if the sequence number is OK, nonzero if it's not.
- *
- * Use:                Checks a sequence number.  The data in the keyset which keeps
- *             track of valid sequence numbers is updated if the sequence
- *             number given is good.  It's assumed that the sequence number
- *             has already been checked for authenticity.
- */
-
-static int dosequence(keyset *ks, uint32 seq)
-{
-  uint32 seqbit;
-  uint32 n;
-
-  if (seq < ks->iseq) {
-    a_warn("received packet has old sequence number (possible replay)");
-    return (-1);
-  }
-  if (seq >= ks->iseq + KS_SEQWINSZ) {
-    n = seq - (ks->iseq + KS_SEQWINSZ - 1);
-    if (n < KS_SEQWINSZ)
-      ks->iwin >>= n;
-    else
-      ks->iwin = 0;
-    ks->iseq += n;
-  }
-  seqbit = 1 << (seq - ks->iseq);
-  if (ks->iwin & seqbit) {
-    a_warn("received packet repeats old sequence number");
-    return (-1);
-  }
-  ks->iwin |= seqbit;
-  return (0);
-}
-
 /*----- Operations on a single keyset -------------------------------------*/
 
 /* --- @ks_drop@ --- *
@@ -263,10 +266,10 @@ void ks_drop(keyset *ks)
 {
   if (--ks->ref)
     return;
-  ks->cin->ops->destroy(ks->cin);
-  ks->cout->ops->destroy(ks->cout);
-  ks->min->ops->destroy(ks->min);
-  ks->mout->ops->destroy(ks->mout);
+  GC_DESTROY(ks->cin);
+  GC_DESTROY(ks->cout);
+  GM_DESTROY(ks->min);
+  GM_DESTROY(ks->mout);
   DESTROY(ks);
 }
 
@@ -274,6 +277,7 @@ 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.
  *
@@ -292,13 +296,13 @@ 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];
+  ghash *h;
+  const octet *hh;
   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); )
@@ -308,48 +312,58 @@ 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 IN MINE; YOURS; OURS
-#define OUT YOURS; MINE; OURS
-#define STR_IN "incoming"
-#define STR_OUT "outgoing"
-
-#define GETHASH(str, dir) do {                                         \
-  HASH_INIT(&h);                                                       \
-  HASH_STRING(&h, "tripe-" str);                                       \
-  dir;                                                                 \
-  HASH_DONE(&h, buf);                                                  \
+#define MINE GH_HASH(h, pp, x)
+#define YOURS GH_HASH(h, pp + x, y - x)
+#define OURS GH_HASH(h, pp + y, z - y)
+
+#define HASH_in MINE; YOURS; OURS
+#define HASH_out YOURS; MINE; OURS
+#define INIT_c(k) GC_INIT(algs.c, (k), algs.cksz)
+#define INIT_m(k) GM_KEY(algs.m, (k), algs.mksz)
+#define STR_c "encryption"
+#define STR_m "integrity"
+#define STR_in "incoming"
+#define STR_out "outgoing"
+
+#define SETKEY(a, dir) do {                                            \
+  h = GH_INIT(algs.h);                                                 \
+  HASH_STRING(h, "tripe-" STR_##a);                                    \
+  HASH_##dir;                                                          \
+  hh = GH_DONE(h, 0);                                                  \
   IF_TRACING(T_KEYSET, {                                               \
-    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: " STR_##dir " key " str,            \
-               buf, sizeof(buf));                                      \
+    trace_block(T_CRYPTO, "crypto: " STR_##dir " key " STR_##a,                \
+               hh, algs.a##ksz);                                       \
   })                                                                   \
+  ks->a##dir = INIT_##a(hh);                                           \
+  GH_DESTROY(h);                                                       \
 } while (0)
 
-  GETHASH("encryption", IN); ks->cin = CIPHER->init(buf, sizeof(buf));
-  GETHASH("integrity", IN); ks->min = MAC->key(buf, sizeof(buf));
-  GETHASH("encryption", OUT); ks->cout = CIPHER->init(buf, sizeof(buf));
-  GETHASH("integrity", OUT); ks->mout = MAC->key(buf, sizeof(buf));
+  SETKEY(c, in); SETKEY(c, out);
+  SETKEY(m, in); SETKEY(m, out);
 
 #undef MINE
 #undef YOURS
 #undef OURS
-#undef IN
-#undef OUT
-#undef STR_IN
-#undef STR_OUT
-#undef GETHASH
+#undef STR_c
+#undef STR_m
+#undef STR_in
+#undef STR_out
+#undef INIT_c
+#undef INIT_m
+#undef HASH_in
+#undef HASH_out
+#undef SETKEY
 
   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->oseq = 0;
+  seq_reset(&ks->iseq);
   ks->next = 0;
+  ks->p = p;
   ks->f = KSF_LISTEN;
-  BURN(buf);
+  ks->tagsz = algs.tagsz;
   return (ks);
 }
 
@@ -383,6 +397,7 @@ 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
  *
@@ -396,7 +411,7 @@ 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);
 
@@ -404,12 +419,13 @@ 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
  *
@@ -420,15 +436,15 @@ 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) ||
-      dosequence(ks, seq))
+      dodecrypt(ks, ty, b, bb, &seq) ||
+      seq_check(&ks->iseq, seq, "SYMM"))
     return (-1);
   return (0);
 }
@@ -514,6 +530,7 @@ 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
  *
@@ -522,7 +539,7 @@ 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;
@@ -538,12 +555,13 @@ 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
  *
@@ -552,7 +570,7 @@ 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;
@@ -564,16 +582,16 @@ 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); )
        ks->f &= ~KSF_LISTEN;
       }
-      return (dosequence(ks, seq));
+      return (seq_check(&ks->iseq, seq, "SYMM"));
     }
   }
-  T( trace(T_KEYSET, "keyset: no matching keys"); )
+  T( trace(T_KEYSET, "keyset: no matching keys, or incorrect MAC"); )
   return (-1);
 }