sshrsa.c

   1 /*
   2  * RSA implementation just sufficient for ssh client-side
   3  * initialisation step
   4  *
   5  * Rewritten for more speed by Joris van Rantwijk, Jun 1999.
   6  */
   7
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <stdlib.h>
  10 #include <string.h>
  11 #include <assert.h>
  12
  13 #include "ssh.h"
  14
  15
  16 int makekey(unsigned char *data, struct RSAKey *result,
  17             unsigned char **keystr, int order) {
  18     unsigned char *p = data;
  19     int i;
  20
  21     if (result) {
  22         result->bits = 0;
  23         for (i=0; i<4; i++)
  24             result->bits = (result->bits << 8) + *p++;
  25     } else
  26         p += 4;
  27
  28     /*
  29      * order=0 means exponent then modulus (the keys sent by the
  30      * server). order=1 means modulus then exponent (the keys
  31      * stored in a keyfile).
  32      */
  33
  34     if (order == 0)
  35         p += ssh1_read_bignum(p, result ? &result->exponent : NULL);
  36     if (result)
  37         result->bytes = (((p[0] << 8) + p[1]) + 7) / 8;
  38     if (keystr) *keystr = p+2;
  39     p += ssh1_read_bignum(p, result ? &result->modulus : NULL);
  40     if (order == 1)
  41         p += ssh1_read_bignum(p, result ? &result->exponent : NULL);
  42
  43     return p - data;
  44 }
  45
  46 int makeprivate(unsigned char *data, struct RSAKey *result) {
  47     return ssh1_read_bignum(data, &result->private_exponent);
  48 }
  49
  50 void rsaencrypt(unsigned char *data, int length, struct RSAKey *key) {
  51     Bignum b1, b2;
  52     int i;
  53     unsigned char *p;
  54
  55     memmove(data+key->bytes-length, data, length);
  56     data[0] = 0;
  57     data[1] = 2;
  58
  59     for (i = 2; i < key->bytes-length-1; i++) {
  60         do {
  61             data[i] = random_byte();
  62         } while (data[i] == 0);
  63     }
  64     data[key->bytes-length-1] = 0;
  65
  66     b1 = bignum_from_bytes(data, key->bytes);
  67
  68     b2 = modpow(b1, key->exponent, key->modulus);
  69
  70     p = data;
  71     for (i=key->bytes; i-- ;) {
  72         *p++ = bignum_byte(b2, i);
  73     }
  74
  75     freebn(b1);
  76     freebn(b2);
  77 }
  78
  79 Bignum rsadecrypt(Bignum input, struct RSAKey *key) {
  80     Bignum ret;
  81     ret = modpow(input, key->private_exponent, key->modulus);
  82     return ret;
  83 }
  84
  85 int rsastr_len(struct RSAKey *key) {
  86     Bignum md, ex;
  87     int mdlen, exlen;
  88
  89     md = key->modulus;
  90     ex = key->exponent;
  91     mdlen = (ssh1_bignum_bitcount(md)+15) / 16;
  92     exlen = (ssh1_bignum_bitcount(ex)+15) / 16;
  93     return 4 * (mdlen+exlen) + 20;
  94 }
  95
  96 void rsastr_fmt(char *str, struct RSAKey *key) {
  97     Bignum md, ex;
  98     int len = 0, i, nibbles;
  99     static const char hex[] = "0123456789abcdef";
 100
 101     md = key->modulus;
 102     ex = key->exponent;
 103
 104     len += sprintf(str+len, "0x");
 105
 106     nibbles = (3 + ssh1_bignum_bitcount(ex))/4; if (nibbles<1) nibbles=1;
 107     for (i=nibbles; i-- ;)
 108         str[len++] = hex[(bignum_byte(ex, i/2) >> (4*(i%2))) & 0xF];
 109
 110     len += sprintf(str+len, ",0x");
 111
 112     nibbles = (3 + ssh1_bignum_bitcount(md))/4; if (nibbles<1) nibbles=1;
 113     for (i=nibbles; i-- ;)
 114         str[len++] = hex[(bignum_byte(md, i/2) >> (4*(i%2))) & 0xF];
 115
 116     str[len] = '\0';
 117 }
 118
 119 /*
 120  * Generate a fingerprint string for the key. Compatible with the
 121  * OpenSSH fingerprint code.
 122  */
 123 void rsa_fingerprint(char *str, int len, struct RSAKey *key) {
 124     struct MD5Context md5c;
 125     unsigned char digest[16];
 126     char buffer[16*3+40];
 127     int numlen, slen, i;
 128
 129     MD5Init(&md5c);
 130     numlen = ssh1_bignum_length(key->modulus) - 2;
 131     for (i = numlen; i-- ;) {
 132         unsigned char c = bignum_byte(key->modulus, i);
 133         MD5Update(&md5c, &c, 1);
 134     }
 135     numlen = ssh1_bignum_length(key->exponent) - 2;
 136     for (i = numlen; i-- ;) {
 137         unsigned char c = bignum_byte(key->exponent, i);
 138         MD5Update(&md5c, &c, 1);
 139     }
 140     MD5Final(digest, &md5c);
 141
 142     sprintf(buffer, "%d ", ssh1_bignum_bitcount(key->modulus));
 143     for (i = 0; i < 16; i++)
 144         sprintf(buffer+strlen(buffer), "%s%02x", i?":":"", digest[i]);
 145     strncpy(str, buffer, len); str[len-1] = '\0';
 146     slen = strlen(str);
 147     if (key->comment && slen < len-1) {
 148         str[slen] = ' ';
 149         strncpy(str+slen+1, key->comment, len-slen-1);
 150         str[len-1] = '\0';
 151     }
 152 }
 153
 154 /*
 155  * Verify that the public data in an RSA key matches the private
 156  * data.
 157  */
 158 int rsa_verify(struct RSAKey *key) {
 159     Bignum n, ed, pm1, qm1, pm1qm1;
 160     int cmp;
 161
 162     /* n must equal pq. */
 163     n = bigmul(key->p, key->q);
 164     cmp = bignum_cmp(n, key->modulus);
 165     freebn(n);
 166     if (cmp != 0)
 167         return 0;
 168
 169     /* e * d must be congruent to 1, modulo (p-1)(q-1). */
 170     pm1 = copybn(key->p);
 171     decbn(pm1);
 172     qm1 = copybn(key->q);
 173     decbn(qm1);
 174     pm1qm1 = bigmul(pm1, qm1);
 175     freebn(pm1);
 176     freebn(qm1);
 177     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, pm1qm1);
 178     sfree(pm1qm1);
 179     cmp = bignum_cmp(ed, One);
 180     sfree(ed);
 181     if (cmp != 0)
 182         return 0;
 183
 184     return 1;
 185 }
 186
 187 void freersakey(struct RSAKey *key) {
 188     if (key->modulus) freebn(key->modulus);
 189     if (key->exponent) freebn(key->exponent);
 190     if (key->private_exponent) freebn(key->private_exponent);
 191     if (key->comment) sfree(key->comment);
 192 }
 193
 194 /* ----------------------------------------------------------------------
 195  * Implementation of the ssh-rsa signing key type.
 196  */
 197
 198 #define GET_32BIT(cp) \
 199     (((unsigned long)(unsigned char)(cp)[0] << 24) | \
 200     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[1] << 16) | \
 201     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[2] << 8) | \
 202     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[3]))
 203
 204 #define PUT_32BIT(cp, value) { \
 205     (cp)[0] = (unsigned char)((value) >> 24); \
 206     (cp)[1] = (unsigned char)((value) >> 16); \
 207     (cp)[2] = (unsigned char)((value) >> 8); \
 208     (cp)[3] = (unsigned char)(value); }
 209
 210 static void getstring(char **data, int *datalen, char **p, int *length) {
 211     *p = NULL;
 212     if (*datalen < 4)
 213         return;
 214     *length = GET_32BIT(*data);
 215     *datalen -= 4; *data += 4;
 216     if (*datalen < *length)
 217         return;
 218     *p = *data;
 219     *data += *length; *datalen -= *length;
 220 }
 221 static Bignum getmp(char **data, int *datalen) {
 222     char *p;
 223     int length;
 224     Bignum b;
 225
 226     getstring(data, datalen, &p, &length);
 227     if (!p)
 228         return NULL;
 229     b = bignum_from_bytes(p, length);
 230     return b;
 231 }
 232
 233 static void *rsa2_newkey(char *data, int len) {
 234     char *p;
 235     int slen;
 236     struct RSAKey *rsa;
 237
 238     rsa = smalloc(sizeof(struct RSAKey));
 239     if (!rsa) return NULL;
 240     getstring(&data, &len, &p, &slen);
 241
 242     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 243         sfree(rsa);
 244         return NULL;
 245     }
 246     rsa->exponent = getmp(&data, &len);
 247     rsa->modulus = getmp(&data, &len);
 248     rsa->private_exponent = NULL;
 249     rsa->comment = NULL;
 250
 251     return rsa;
 252 }
 253
 254 static void rsa2_freekey(void *key) {
 255     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 256     freersakey(rsa);
 257     sfree(rsa);
 258 }
 259
 260 static char *rsa2_fmtkey(void *key) {
 261     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 262     char *p;
 263     int len;
 264
 265     len = rsastr_len(rsa);
 266     p = smalloc(len);
 267      rsastr_fmt(p, rsa);
 268     return p;
 269 }
 270
 271 static unsigned char *rsa2_public_blob(void *key, int *len) {
 272     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 273     int elen, mlen, bloblen;
 274     int i;
 275     unsigned char *blob, *p;
 276
 277     elen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->exponent)+8)/8;
 278     mlen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus)+8)/8;
 279
 280     /*
 281      * string "ssh-rsa", mpint exp, mpint mod. Total 19+elen+mlen.
 282      * (three length fields, 12+7=19).
 283      */
 284     bloblen = 19+elen+mlen;
 285     blob = smalloc(bloblen);
 286     p = blob;
 287     PUT_32BIT(p, 7); p += 4;
 288     memcpy(p, "ssh-rsa", 7); p += 7;
 289     PUT_32BIT(p, elen); p += 4;
 290     for (i = elen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->exponent, i);
 291     PUT_32BIT(p, mlen); p += 4;
 292     for (i = mlen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->modulus, i);
 293     assert(p == blob + bloblen);
 294     *len = bloblen;
 295     return blob;
 296 }
 297
 298 static unsigned char *rsa2_private_blob(void *key, int *len) {
 299     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 300     int dlen, plen, qlen, ulen, bloblen;
 301     int i;
 302     unsigned char *blob, *p;
 303
 304     dlen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->private_exponent)+8)/8;
 305     plen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->p)+8)/8;
 306     qlen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->q)+8)/8;
 307     ulen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->iqmp)+8)/8;
 308
 309     /*
 310      * mpint private_exp, mpint p, mpint q, mpint iqmp. Total 16 +
 311      * sum of lengths.
 312      */
 313     bloblen = 16+dlen+plen+qlen+ulen;
 314     blob = smalloc(bloblen);
 315     p = blob;
 316     PUT_32BIT(p, dlen); p += 4;
 317     for (i = dlen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->private_exponent, i);
 318     PUT_32BIT(p, plen); p += 4;
 319     for (i = plen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->p, i);
 320     PUT_32BIT(p, qlen); p += 4;
 321     for (i = qlen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->q, i);
 322     PUT_32BIT(p, ulen); p += 4;
 323     for (i = ulen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->iqmp, i);
 324     assert(p == blob + bloblen);
 325     *len = bloblen;
 326     return blob;
 327 }
 328
 329 static void *rsa2_createkey(unsigned char *pub_blob, int pub_len,
 330                             unsigned char *priv_blob, int priv_len) {
 331     struct RSAKey *rsa;
 332     char *pb = (char *)priv_blob;
 333
 334     rsa = rsa2_newkey((char *)pub_blob, pub_len);
 335     rsa->private_exponent = getmp(&pb, &priv_len);
 336     rsa->p = getmp(&pb, &priv_len);
 337     rsa->q = getmp(&pb, &priv_len);
 338     rsa->iqmp = getmp(&pb, &priv_len);
 339
 340     if (!rsa_verify(rsa)) {
 341         rsa2_freekey(rsa);
 342         return NULL;
 343     }
 344
 345     return rsa;
 346 }
 347
 348 static void *rsa2_openssh_createkey(unsigned char **blob, int *len) {
 349     char **b = (char **)blob;
 350     struct RSAKey *rsa;
 351
 352     rsa = smalloc(sizeof(struct RSAKey));
 353     if (!rsa) return NULL;
 354     rsa->comment = NULL;
 355
 356     rsa->modulus = getmp(b, len);
 357     rsa->exponent = getmp(b, len);
 358     rsa->private_exponent = getmp(b, len);
 359     rsa->iqmp = getmp(b, len);
 360     rsa->p = getmp(b, len);
 361     rsa->q = getmp(b, len);
 362
 363     if (!rsa->modulus || !rsa->exponent || !rsa->private_exponent ||
 364         !rsa->iqmp || !rsa->p || !rsa->q) {
 365         sfree(rsa->modulus);
 366         sfree(rsa->exponent);
 367         sfree(rsa->private_exponent);
 368         sfree(rsa->iqmp);
 369         sfree(rsa->p);
 370         sfree(rsa->q);
 371         sfree(rsa);
 372         return NULL;
 373     }
 374
 375     return rsa;
 376 }
 377
 378 static char *rsa2_fingerprint(void *key) {
 379     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 380     struct MD5Context md5c;
 381     unsigned char digest[16], lenbuf[4];
 382     char buffer[16*3+40];
 383     char *ret;
 384     int numlen, i;
 385
 386     MD5Init(&md5c);
 387     MD5Update(&md5c, "\0\0\0\7ssh-rsa", 11);
 388
 389 #define ADD_BIGNUM(bignum) \
 390     numlen = (ssh1_bignum_bitcount(bignum)+8)/8; \
 391     PUT_32BIT(lenbuf, numlen); MD5Update(&md5c, lenbuf, 4); \
 392     for (i = numlen; i-- ;) { \
 393         unsigned char c = bignum_byte(bignum, i); \
 394         MD5Update(&md5c, &c, 1); \
 395     }
 396     ADD_BIGNUM(rsa->exponent);
 397     ADD_BIGNUM(rsa->modulus);
 398 #undef ADD_BIGNUM
 399
 400     MD5Final(digest, &md5c);
 401
 402     sprintf(buffer, "ssh-rsa %d ", ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus));
 403     for (i = 0; i < 16; i++)
 404         sprintf(buffer+strlen(buffer), "%s%02x", i?":":"", digest[i]);
 405     ret = smalloc(strlen(buffer)+1);
 406     if (ret)
 407         strcpy(ret, buffer);
 408     return ret;
 409 }
 410
 411 /*
 412  * This is the magic ASN.1/DER prefix that goes in the decoded
 413  * signature, between the string of FFs and the actual SHA hash
 414  * value. The meaning of it is:
 415  *
 416  * 00 -- this marks the end of the FFs; not part of the ASN.1 bit itself
 417  *
 418  * 30 21 -- a constructed SEQUENCE of length 0x21
 419  *    30 09 -- a constructed sub-SEQUENCE of length 9
 420  *       06 05 -- an object identifier, length 5
 421  *          2B 0E 03 02 1A -- object id { 1 3 14 3 2 26 }
 422  *                            (the 1,3 comes from 0x2B = 43 = 40*1+3)
 423  *       05 00 -- NULL
 424  *    04 14 -- a primitive OCTET STRING of length 0x14
 425  *       [0x14 bytes of hash data follows]
 426  *
 427  * The object id in the middle there is listed as `id-sha1' in
 428  * ftp://ftp.rsasecurity.com/pub/pkcs/pkcs-1/pkcs-1v2-1d2.asn (the
 429  * ASN module for PKCS #1) and its expanded form is as follows:
 430  *
 431  * id-sha1                OBJECT IDENTIFIER ::= {
 432  *    iso(1) identified-organization(3) oiw(14) secsig(3)
 433  *    algorithms(2) 26 }
 434  */
 435 static unsigned char asn1_weird_stuff[] = {
 436     0x00,0x30,0x21,0x30,0x09,0x06,0x05,0x2B,
 437     0x0E,0x03,0x02,0x1A,0x05,0x00,0x04,0x14,
 438 };
 439
 440 #define ASN1_LEN ( (int) sizeof(asn1_weird_stuff) )
 441
 442 static int rsa2_verifysig(void *key, char *sig, int siglen,
 443                          char *data, int datalen) {
 444     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 445     Bignum in, out;
 446     char *p;
 447     int slen;
 448     int bytes, i, j, ret;
 449     unsigned char hash[20];
 450
 451     getstring(&sig, &siglen, &p, &slen);
 452     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 453         return 0;
 454     }
 455     in = getmp(&sig, &siglen);
 456     out = modpow(in, rsa->exponent, rsa->modulus);
 457     freebn(in);
 458
 459     ret = 1;
 460
 461     bytes = ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus) / 8;
 462     /* Top (partial) byte should be zero. */
 463     if (bignum_byte(out, bytes-1) != 0)
 464         ret = 0;
 465     /* First whole byte should be 1. */
 466     if (bignum_byte(out, bytes-2) != 1)
 467         ret = 0;
 468     /* Most of the rest should be FF. */
 469     for (i = bytes-3; i >= 20 + ASN1_LEN; i--) {
 470         if (bignum_byte(out, i) != 0xFF)
 471             ret = 0;
 472     }
 473     /* Then we expect to see the asn1_weird_stuff. */
 474     for (i = 20 + ASN1_LEN - 1, j=0; i >= 20; i--,j++) {
 475         if (bignum_byte(out, i) != asn1_weird_stuff[j])
 476             ret = 0;
 477     }
 478     /* Finally, we expect to see the SHA-1 hash of the signed data. */
 479     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 480     for (i = 19, j=0; i >= 0; i--,j++) {
 481         if (bignum_byte(out, i) != hash[j])
 482             ret = 0;
 483     }
 484
 485     return ret;
 486 }
 487
 488 unsigned char *rsa2_sign(void *key, char *data, int datalen, int *siglen) {
 489     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 490     unsigned char *bytes;
 491     int nbytes;
 492     unsigned char hash[20];
 493     Bignum in, out;
 494     int i, j;
 495
 496     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 497
 498     nbytes = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus)-1) / 8;
 499     bytes = smalloc(nbytes);
 500
 501     bytes[0] = 1;
 502     for (i = 1; i < nbytes-20-ASN1_LEN; i++)
 503         bytes[i] = 0xFF;
 504     for (i = nbytes-20-ASN1_LEN, j=0; i < nbytes-20; i++,j++)
 505         bytes[i] = asn1_weird_stuff[j];
 506     for (i = nbytes-20, j=0; i < nbytes; i++,j++)
 507         bytes[i] = hash[j];
 508
 509     in = bignum_from_bytes(bytes, nbytes);
 510     sfree(bytes);
 511
 512     out = modpow(in, rsa->private_exponent, rsa->modulus);
 513     freebn(in);
 514
 515     nbytes = (ssh1_bignum_bitcount(out)+7)/8;
 516     bytes = smalloc(4+7+4+nbytes);
 517     PUT_32BIT(bytes, 7);
 518     memcpy(bytes+4, "ssh-rsa", 7);
 519     PUT_32BIT(bytes+4+7, nbytes);
 520     for (i = 0; i < nbytes; i++)
 521         bytes[4+7+4+i] = bignum_byte(out, nbytes-1-i);
 522     freebn(out);
 523
 524     *siglen = 4+7+4+nbytes;
 525     return bytes;
 526 }
 527
 528 const struct ssh_signkey ssh_rsa = {
 529     rsa2_newkey,
 530     rsa2_freekey,
 531     rsa2_fmtkey,
 532     rsa2_public_blob,
 533     rsa2_private_blob,
 534     rsa2_createkey,
 535     rsa2_openssh_createkey,
 536     rsa2_fingerprint,
 537     rsa2_verifysig,
 538     rsa2_sign,
 539     "ssh-rsa",
 540     "rsa2"
 541 };