]> asedeno.scripts.mit.edu Git - PuTTY.git/blob - sshrsa.c
sshrsa.c should include misc.h in case I need to do debugging :-)
[PuTTY.git] / 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 #include "misc.h"
15
16 #define GET_32BIT(cp) \
17     (((unsigned long)(unsigned char)(cp)[0] << 24) | \
18     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[1] << 16) | \
19     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[2] << 8) | \
20     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[3]))
21
22 #define PUT_32BIT(cp, value) { \
23     (cp)[0] = (unsigned char)((value) >> 24); \
24     (cp)[1] = (unsigned char)((value) >> 16); \
25     (cp)[2] = (unsigned char)((value) >> 8); \
26     (cp)[3] = (unsigned char)(value); }
27
28 int makekey(unsigned char *data, struct RSAKey *result,
29             unsigned char **keystr, int order)
30 {
31     unsigned char *p = data;
32     int i;
33
34     if (result) {
35         result->bits = 0;
36         for (i = 0; i < 4; i++)
37             result->bits = (result->bits << 8) + *p++;
38     } else
39         p += 4;
40
41     /*
42      * order=0 means exponent then modulus (the keys sent by the
43      * server). order=1 means modulus then exponent (the keys
44      * stored in a keyfile).
45      */
46
47     if (order == 0)
48         p += ssh1_read_bignum(p, result ? &result->exponent : NULL);
49     if (result)
50         result->bytes = (((p[0] << 8) + p[1]) + 7) / 8;
51     if (keystr)
52         *keystr = p + 2;
53     p += ssh1_read_bignum(p, result ? &result->modulus : NULL);
54     if (order == 1)
55         p += ssh1_read_bignum(p, result ? &result->exponent : NULL);
56
57     return p - data;
58 }
59
60 int makeprivate(unsigned char *data, struct RSAKey *result)
61 {
62     return ssh1_read_bignum(data, &result->private_exponent);
63 }
64
65 void rsaencrypt(unsigned char *data, int length, struct RSAKey *key)
66 {
67     Bignum b1, b2;
68     int i;
69     unsigned char *p;
70
71     memmove(data + key->bytes - length, data, length);
72     data[0] = 0;
73     data[1] = 2;
74
75     for (i = 2; i < key->bytes - length - 1; i++) {
76         do {
77             data[i] = random_byte();
78         } while (data[i] == 0);
79     }
80     data[key->bytes - length - 1] = 0;
81
82     b1 = bignum_from_bytes(data, key->bytes);
83
84     b2 = modpow(b1, key->exponent, key->modulus);
85
86     p = data;
87     for (i = key->bytes; i--;) {
88         *p++ = bignum_byte(b2, i);
89     }
90
91     freebn(b1);
92     freebn(b2);
93 }
94
95 Bignum rsadecrypt(Bignum input, struct RSAKey *key)
96 {
97     Bignum ret;
98     ret = modpow(input, key->private_exponent, key->modulus);
99     return ret;
100 }
101
102 int rsastr_len(struct RSAKey *key)
103 {
104     Bignum md, ex;
105     int mdlen, exlen;
106
107     md = key->modulus;
108     ex = key->exponent;
109     mdlen = (bignum_bitcount(md) + 15) / 16;
110     exlen = (bignum_bitcount(ex) + 15) / 16;
111     return 4 * (mdlen + exlen) + 20;
112 }
113
114 void rsastr_fmt(char *str, struct RSAKey *key)
115 {
116     Bignum md, ex;
117     int len = 0, i, nibbles;
118     static const char hex[] = "0123456789abcdef";
119
120     md = key->modulus;
121     ex = key->exponent;
122
123     len += sprintf(str + len, "0x");
124
125     nibbles = (3 + bignum_bitcount(ex)) / 4;
126     if (nibbles < 1)
127         nibbles = 1;
128     for (i = nibbles; i--;)
129         str[len++] = hex[(bignum_byte(ex, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF];
130
131     len += sprintf(str + len, ",0x");
132
133     nibbles = (3 + bignum_bitcount(md)) / 4;
134     if (nibbles < 1)
135         nibbles = 1;
136     for (i = nibbles; i--;)
137         str[len++] = hex[(bignum_byte(md, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF];
138
139     str[len] = '\0';
140 }
141
142 /*
143  * Generate a fingerprint string for the key. Compatible with the
144  * OpenSSH fingerprint code.
145  */
146 void rsa_fingerprint(char *str, int len, struct RSAKey *key)
147 {
148     struct MD5Context md5c;
149     unsigned char digest[16];
150     char buffer[16 * 3 + 40];
151     int numlen, slen, i;
152
153     MD5Init(&md5c);
154     numlen = ssh1_bignum_length(key->modulus) - 2;
155     for (i = numlen; i--;) {
156         unsigned char c = bignum_byte(key->modulus, i);
157         MD5Update(&md5c, &c, 1);
158     }
159     numlen = ssh1_bignum_length(key->exponent) - 2;
160     for (i = numlen; i--;) {
161         unsigned char c = bignum_byte(key->exponent, i);
162         MD5Update(&md5c, &c, 1);
163     }
164     MD5Final(digest, &md5c);
165
166     sprintf(buffer, "%d ", bignum_bitcount(key->modulus));
167     for (i = 0; i < 16; i++)
168         sprintf(buffer + strlen(buffer), "%s%02x", i ? ":" : "",
169                 digest[i]);
170     strncpy(str, buffer, len);
171     str[len - 1] = '\0';
172     slen = strlen(str);
173     if (key->comment && slen < len - 1) {
174         str[slen] = ' ';
175         strncpy(str + slen + 1, key->comment, len - slen - 1);
176         str[len - 1] = '\0';
177     }
178 }
179
180 /*
181  * Verify that the public data in an RSA key matches the private
182  * data. We also check the private data itself: we ensure that p >
183  * q and that iqmp really is the inverse of q mod p.
184  */
185 int rsa_verify(struct RSAKey *key)
186 {
187     Bignum n, ed, pm1, qm1;
188     int cmp;
189
190     /* n must equal pq. */
191     n = bigmul(key->p, key->q);
192     cmp = bignum_cmp(n, key->modulus);
193     freebn(n);
194     if (cmp != 0)
195         return 0;
196
197     /* e * d must be congruent to 1, modulo (p-1) and modulo (q-1). */
198     pm1 = copybn(key->p);
199     decbn(pm1);
200     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, pm1);
201     cmp = bignum_cmp(ed, One);
202     sfree(ed);
203     if (cmp != 0)
204         return 0;
205
206     qm1 = copybn(key->q);
207     decbn(qm1);
208     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, qm1);
209     cmp = bignum_cmp(ed, One);
210     sfree(ed);
211     if (cmp != 0)
212         return 0;
213
214     /*
215      * Ensure p > q.
216      */
217     if (bignum_cmp(key->p, key->q) <= 0)
218         return 0;
219
220     /*
221      * Ensure iqmp * q is congruent to 1, modulo p.
222      */
223     n = modmul(key->iqmp, key->q, key->p);
224     cmp = bignum_cmp(n, One);
225     sfree(n);
226     if (cmp != 0)
227         return 0;
228
229     return 1;
230 }
231
232 /* Public key blob as used by Pageant: exponent before modulus. */
233 unsigned char *rsa_public_blob(struct RSAKey *key, int *len)
234 {
235     int length, pos;
236     unsigned char *ret;
237
238     length = (ssh1_bignum_length(key->modulus) +
239               ssh1_bignum_length(key->exponent) + 4);
240     ret = smalloc(length);
241
242     PUT_32BIT(ret, bignum_bitcount(key->modulus));
243     pos = 4;
244     pos += ssh1_write_bignum(ret + pos, key->exponent);
245     pos += ssh1_write_bignum(ret + pos, key->modulus);
246
247     *len = length;
248     return ret;
249 }
250
251 /* Given a public blob, determine its length. */
252 int rsa_public_blob_len(void *data)
253 {
254     unsigned char *p = (unsigned char *)data;
255     int ret;
256
257     p += 4;                            /* length word */
258     p += ssh1_read_bignum(p, NULL);    /* exponent */
259     p += ssh1_read_bignum(p, NULL);    /* modulus */
260
261     return p - (unsigned char *)data;
262 }
263
264 void freersakey(struct RSAKey *key)
265 {
266     if (key->modulus)
267         freebn(key->modulus);
268     if (key->exponent)
269         freebn(key->exponent);
270     if (key->private_exponent)
271         freebn(key->private_exponent);
272     if (key->comment)
273         sfree(key->comment);
274 }
275
276 /* ----------------------------------------------------------------------
277  * Implementation of the ssh-rsa signing key type. 
278  */
279
280 static void getstring(char **data, int *datalen, char **p, int *length)
281 {
282     *p = NULL;
283     if (*datalen < 4)
284         return;
285     *length = GET_32BIT(*data);
286     *datalen -= 4;
287     *data += 4;
288     if (*datalen < *length)
289         return;
290     *p = *data;
291     *data += *length;
292     *datalen -= *length;
293 }
294 static Bignum getmp(char **data, int *datalen)
295 {
296     char *p;
297     int length;
298     Bignum b;
299
300     getstring(data, datalen, &p, &length);
301     if (!p)
302         return NULL;
303     b = bignum_from_bytes(p, length);
304     return b;
305 }
306
307 static void *rsa2_newkey(char *data, int len)
308 {
309     char *p;
310     int slen;
311     struct RSAKey *rsa;
312
313     rsa = smalloc(sizeof(struct RSAKey));
314     if (!rsa)
315         return NULL;
316     getstring(&data, &len, &p, &slen);
317
318     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
319         sfree(rsa);
320         return NULL;
321     }
322     rsa->exponent = getmp(&data, &len);
323     rsa->modulus = getmp(&data, &len);
324     rsa->private_exponent = NULL;
325     rsa->comment = NULL;
326
327     return rsa;
328 }
329
330 static void rsa2_freekey(void *key)
331 {
332     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
333     freersakey(rsa);
334     sfree(rsa);
335 }
336
337 static char *rsa2_fmtkey(void *key)
338 {
339     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
340     char *p;
341     int len;
342
343     len = rsastr_len(rsa);
344     p = smalloc(len);
345     rsastr_fmt(p, rsa);
346     return p;
347 }
348
349 static unsigned char *rsa2_public_blob(void *key, int *len)
350 {
351     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
352     int elen, mlen, bloblen;
353     int i;
354     unsigned char *blob, *p;
355
356     elen = (bignum_bitcount(rsa->exponent) + 8) / 8;
357     mlen = (bignum_bitcount(rsa->modulus) + 8) / 8;
358
359     /*
360      * string "ssh-rsa", mpint exp, mpint mod. Total 19+elen+mlen.
361      * (three length fields, 12+7=19).
362      */
363     bloblen = 19 + elen + mlen;
364     blob = smalloc(bloblen);
365     p = blob;
366     PUT_32BIT(p, 7);
367     p += 4;
368     memcpy(p, "ssh-rsa", 7);
369     p += 7;
370     PUT_32BIT(p, elen);
371     p += 4;
372     for (i = elen; i--;)
373         *p++ = bignum_byte(rsa->exponent, i);
374     PUT_32BIT(p, mlen);
375     p += 4;
376     for (i = mlen; i--;)
377         *p++ = bignum_byte(rsa->modulus, i);
378     assert(p == blob + bloblen);
379     *len = bloblen;
380     return blob;
381 }
382
383 static unsigned char *rsa2_private_blob(void *key, int *len)
384 {
385     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
386     int dlen, plen, qlen, ulen, bloblen;
387     int i;
388     unsigned char *blob, *p;
389
390     dlen = (bignum_bitcount(rsa->private_exponent) + 8) / 8;
391     plen = (bignum_bitcount(rsa->p) + 8) / 8;
392     qlen = (bignum_bitcount(rsa->q) + 8) / 8;
393     ulen = (bignum_bitcount(rsa->iqmp) + 8) / 8;
394
395     /*
396      * mpint private_exp, mpint p, mpint q, mpint iqmp. Total 16 +
397      * sum of lengths.
398      */
399     bloblen = 16 + dlen + plen + qlen + ulen;
400     blob = smalloc(bloblen);
401     p = blob;
402     PUT_32BIT(p, dlen);
403     p += 4;
404     for (i = dlen; i--;)
405         *p++ = bignum_byte(rsa->private_exponent, i);
406     PUT_32BIT(p, plen);
407     p += 4;
408     for (i = plen; i--;)
409         *p++ = bignum_byte(rsa->p, i);
410     PUT_32BIT(p, qlen);
411     p += 4;
412     for (i = qlen; i--;)
413         *p++ = bignum_byte(rsa->q, i);
414     PUT_32BIT(p, ulen);
415     p += 4;
416     for (i = ulen; i--;)
417         *p++ = bignum_byte(rsa->iqmp, i);
418     assert(p == blob + bloblen);
419     *len = bloblen;
420     return blob;
421 }
422
423 static void *rsa2_createkey(unsigned char *pub_blob, int pub_len,
424                             unsigned char *priv_blob, int priv_len)
425 {
426     struct RSAKey *rsa;
427     char *pb = (char *) priv_blob;
428
429     rsa = rsa2_newkey((char *) pub_blob, pub_len);
430     rsa->private_exponent = getmp(&pb, &priv_len);
431     rsa->p = getmp(&pb, &priv_len);
432     rsa->q = getmp(&pb, &priv_len);
433     rsa->iqmp = getmp(&pb, &priv_len);
434
435     if (!rsa_verify(rsa)) {
436         rsa2_freekey(rsa);
437         return NULL;
438     }
439
440     return rsa;
441 }
442
443 static void *rsa2_openssh_createkey(unsigned char **blob, int *len)
444 {
445     char **b = (char **) blob;
446     struct RSAKey *rsa;
447
448     rsa = smalloc(sizeof(struct RSAKey));
449     if (!rsa)
450         return NULL;
451     rsa->comment = NULL;
452
453     rsa->modulus = getmp(b, len);
454     rsa->exponent = getmp(b, len);
455     rsa->private_exponent = getmp(b, len);
456     rsa->iqmp = getmp(b, len);
457     rsa->p = getmp(b, len);
458     rsa->q = getmp(b, len);
459
460     if (!rsa->modulus || !rsa->exponent || !rsa->private_exponent ||
461         !rsa->iqmp || !rsa->p || !rsa->q) {
462         sfree(rsa->modulus);
463         sfree(rsa->exponent);
464         sfree(rsa->private_exponent);
465         sfree(rsa->iqmp);
466         sfree(rsa->p);
467         sfree(rsa->q);
468         sfree(rsa);
469         return NULL;
470     }
471
472     return rsa;
473 }
474
475 static int rsa2_openssh_fmtkey(void *key, unsigned char *blob, int len)
476 {
477     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
478     int bloblen, i;
479
480     bloblen =
481         ssh2_bignum_length(rsa->modulus) +
482         ssh2_bignum_length(rsa->exponent) +
483         ssh2_bignum_length(rsa->private_exponent) +
484         ssh2_bignum_length(rsa->iqmp) +
485         ssh2_bignum_length(rsa->p) + ssh2_bignum_length(rsa->q);
486
487     if (bloblen > len)
488         return bloblen;
489
490     bloblen = 0;
491 #define ENC(x) \
492     PUT_32BIT(blob+bloblen, ssh2_bignum_length((x))-4); bloblen += 4; \
493     for (i = ssh2_bignum_length((x))-4; i-- ;) blob[bloblen++]=bignum_byte((x),i);
494     ENC(rsa->modulus);
495     ENC(rsa->exponent);
496     ENC(rsa->private_exponent);
497     ENC(rsa->iqmp);
498     ENC(rsa->p);
499     ENC(rsa->q);
500
501     return bloblen;
502 }
503
504 static char *rsa2_fingerprint(void *key)
505 {
506     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
507     struct MD5Context md5c;
508     unsigned char digest[16], lenbuf[4];
509     char buffer[16 * 3 + 40];
510     char *ret;
511     int numlen, i;
512
513     MD5Init(&md5c);
514     MD5Update(&md5c, "\0\0\0\7ssh-rsa", 11);
515
516 #define ADD_BIGNUM(bignum) \
517     numlen = (bignum_bitcount(bignum)+8)/8; \
518     PUT_32BIT(lenbuf, numlen); MD5Update(&md5c, lenbuf, 4); \
519     for (i = numlen; i-- ;) { \
520         unsigned char c = bignum_byte(bignum, i); \
521         MD5Update(&md5c, &c, 1); \
522     }
523     ADD_BIGNUM(rsa->exponent);
524     ADD_BIGNUM(rsa->modulus);
525 #undef ADD_BIGNUM
526
527     MD5Final(digest, &md5c);
528
529     sprintf(buffer, "ssh-rsa %d ", bignum_bitcount(rsa->modulus));
530     for (i = 0; i < 16; i++)
531         sprintf(buffer + strlen(buffer), "%s%02x", i ? ":" : "",
532                 digest[i]);
533     ret = smalloc(strlen(buffer) + 1);
534     if (ret)
535         strcpy(ret, buffer);
536     return ret;
537 }
538
539 /*
540  * This is the magic ASN.1/DER prefix that goes in the decoded
541  * signature, between the string of FFs and the actual SHA hash
542  * value. The meaning of it is:
543  * 
544  * 00 -- this marks the end of the FFs; not part of the ASN.1 bit itself
545  * 
546  * 30 21 -- a constructed SEQUENCE of length 0x21
547  *    30 09 -- a constructed sub-SEQUENCE of length 9
548  *       06 05 -- an object identifier, length 5
549  *          2B 0E 03 02 1A -- object id { 1 3 14 3 2 26 }
550  *                            (the 1,3 comes from 0x2B = 43 = 40*1+3)
551  *       05 00 -- NULL
552  *    04 14 -- a primitive OCTET STRING of length 0x14
553  *       [0x14 bytes of hash data follows]
554  * 
555  * The object id in the middle there is listed as `id-sha1' in
556  * ftp://ftp.rsasecurity.com/pub/pkcs/pkcs-1/pkcs-1v2-1d2.asn (the
557  * ASN module for PKCS #1) and its expanded form is as follows:
558  * 
559  * id-sha1                OBJECT IDENTIFIER ::= {
560  *    iso(1) identified-organization(3) oiw(14) secsig(3)
561  *    algorithms(2) 26 }
562  */
563 static unsigned char asn1_weird_stuff[] = {
564     0x00, 0x30, 0x21, 0x30, 0x09, 0x06, 0x05, 0x2B,
565     0x0E, 0x03, 0x02, 0x1A, 0x05, 0x00, 0x04, 0x14,
566 };
567
568 #define ASN1_LEN ( (int) sizeof(asn1_weird_stuff) )
569
570 static int rsa2_verifysig(void *key, char *sig, int siglen,
571                           char *data, int datalen)
572 {
573     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
574     Bignum in, out;
575     char *p;
576     int slen;
577     int bytes, i, j, ret;
578     unsigned char hash[20];
579
580     getstring(&sig, &siglen, &p, &slen);
581     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
582         return 0;
583     }
584     in = getmp(&sig, &siglen);
585     out = modpow(in, rsa->exponent, rsa->modulus);
586     freebn(in);
587
588     ret = 1;
589
590     bytes = bignum_bitcount(rsa->modulus) / 8;
591     /* Top (partial) byte should be zero. */
592     if (bignum_byte(out, bytes - 1) != 0)
593         ret = 0;
594     /* First whole byte should be 1. */
595     if (bignum_byte(out, bytes - 2) != 1)
596         ret = 0;
597     /* Most of the rest should be FF. */
598     for (i = bytes - 3; i >= 20 + ASN1_LEN; i--) {
599         if (bignum_byte(out, i) != 0xFF)
600             ret = 0;
601     }
602     /* Then we expect to see the asn1_weird_stuff. */
603     for (i = 20 + ASN1_LEN - 1, j = 0; i >= 20; i--, j++) {
604         if (bignum_byte(out, i) != asn1_weird_stuff[j])
605             ret = 0;
606     }
607     /* Finally, we expect to see the SHA-1 hash of the signed data. */
608     SHA_Simple(data, datalen, hash);
609     for (i = 19, j = 0; i >= 0; i--, j++) {
610         if (bignum_byte(out, i) != hash[j])
611             ret = 0;
612     }
613
614     return ret;
615 }
616
617 unsigned char *rsa2_sign(void *key, char *data, int datalen, int *siglen)
618 {
619     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
620     unsigned char *bytes;
621     int nbytes;
622     unsigned char hash[20];
623     Bignum in, out;
624     int i, j;
625
626     SHA_Simple(data, datalen, hash);
627
628     nbytes = (bignum_bitcount(rsa->modulus) - 1) / 8;
629     bytes = smalloc(nbytes);
630
631     bytes[0] = 1;
632     for (i = 1; i < nbytes - 20 - ASN1_LEN; i++)
633         bytes[i] = 0xFF;
634     for (i = nbytes - 20 - ASN1_LEN, j = 0; i < nbytes - 20; i++, j++)
635         bytes[i] = asn1_weird_stuff[j];
636     for (i = nbytes - 20, j = 0; i < nbytes; i++, j++)
637         bytes[i] = hash[j];
638
639     in = bignum_from_bytes(bytes, nbytes);
640     sfree(bytes);
641
642     out = modpow(in, rsa->private_exponent, rsa->modulus);
643     freebn(in);
644
645     nbytes = (bignum_bitcount(out) + 7) / 8;
646     bytes = smalloc(4 + 7 + 4 + nbytes);
647     PUT_32BIT(bytes, 7);
648     memcpy(bytes + 4, "ssh-rsa", 7);
649     PUT_32BIT(bytes + 4 + 7, nbytes);
650     for (i = 0; i < nbytes; i++)
651         bytes[4 + 7 + 4 + i] = bignum_byte(out, nbytes - 1 - i);
652     freebn(out);
653
654     *siglen = 4 + 7 + 4 + nbytes;
655     return bytes;
656 }
657
658 const struct ssh_signkey ssh_rsa = {
659     rsa2_newkey,
660     rsa2_freekey,
661     rsa2_fmtkey,
662     rsa2_public_blob,
663     rsa2_private_blob,
664     rsa2_createkey,
665     rsa2_openssh_createkey,
666     rsa2_openssh_fmtkey,
667     rsa2_fingerprint,
668     rsa2_verifysig,
669     rsa2_sign,
670     "ssh-rsa",
671     "rsa2"
672 };