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 void freersakey(struct RSAKey *key) {
 155     if (key->modulus) freebn(key->modulus);
 156     if (key->exponent) freebn(key->exponent);
 157     if (key->private_exponent) freebn(key->private_exponent);
 158     if (key->comment) sfree(key->comment);
 159 }
 160
 161 /* ----------------------------------------------------------------------
 162  * Implementation of the ssh-rsa signing key type.
 163  */
 164
 165 #define GET_32BIT(cp) \
 166     (((unsigned long)(unsigned char)(cp)[0] << 24) | \
 167     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[1] << 16) | \
 168     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[2] << 8) | \
 169     ((unsigned long)(unsigned char)(cp)[3]))
 170
 171 #define PUT_32BIT(cp, value) { \
 172     (cp)[0] = (unsigned char)((value) >> 24); \
 173     (cp)[1] = (unsigned char)((value) >> 16); \
 174     (cp)[2] = (unsigned char)((value) >> 8); \
 175     (cp)[3] = (unsigned char)(value); }
 176
 177 static void getstring(char **data, int *datalen, char **p, int *length) {
 178     *p = NULL;
 179     if (*datalen < 4)
 180         return;
 181     *length = GET_32BIT(*data);
 182     *datalen -= 4; *data += 4;
 183     if (*datalen < *length)
 184         return;
 185     *p = *data;
 186     *data += *length; *datalen -= *length;
 187 }
 188 static Bignum getmp(char **data, int *datalen) {
 189     char *p;
 190     int length;
 191     Bignum b;
 192
 193     getstring(data, datalen, &p, &length);
 194     if (!p)
 195         return NULL;
 196     b = bignum_from_bytes(p, length);
 197     return b;
 198 }
 199
 200 static void *rsa2_newkey(char *data, int len) {
 201     char *p;
 202     int slen;
 203     struct RSAKey *rsa;
 204
 205     rsa = smalloc(sizeof(struct RSAKey));
 206     if (!rsa) return NULL;
 207     getstring(&data, &len, &p, &slen);
 208
 209     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 210         sfree(rsa);
 211         return NULL;
 212     }
 213     rsa->exponent = getmp(&data, &len);
 214     rsa->modulus = getmp(&data, &len);
 215     rsa->private_exponent = NULL;
 216     rsa->comment = NULL;
 217
 218     return rsa;
 219 }
 220
 221 static void rsa2_freekey(void *key) {
 222     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 223     freersakey(rsa);
 224     sfree(rsa);
 225 }
 226
 227 static char *rsa2_fmtkey(void *key) {
 228     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 229     char *p;
 230     int len;
 231
 232     len = rsastr_len(rsa);
 233     p = smalloc(len);
 234     rsastr_fmt(p, rsa);
 235     return p;
 236 }
 237
 238 static unsigned char *rsa2_public_blob(void *key, int *len) {
 239     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 240     int elen, mlen, bloblen;
 241     int i;
 242     unsigned char *blob, *p;
 243
 244     elen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->exponent)+8)/8;
 245     mlen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus)+8)/8;
 246
 247     /*
 248      * string "ssh-rsa", mpint exp, mpint mod. Total 19+elen+mlen.
 249      * (three length fields, 12+7=19).
 250      */
 251     bloblen = 19+elen+mlen;
 252     blob = smalloc(bloblen);
 253     p = blob;
 254     PUT_32BIT(p, 7); p += 4;
 255     memcpy(p, "ssh-rsa", 7); p += 7;
 256     PUT_32BIT(p, elen); p += 4;
 257     for (i = elen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->exponent, i);
 258     PUT_32BIT(p, mlen); p += 4;
 259     for (i = mlen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->modulus, i);
 260     assert(p == blob + bloblen);
 261     *len = bloblen;
 262     return blob;
 263 }
 264
 265 static unsigned char *rsa2_private_blob(void *key, int *len) {
 266     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 267     int dlen, plen, qlen, ulen, bloblen;
 268     int i;
 269     unsigned char *blob, *p;
 270
 271     dlen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->private_exponent)+8)/8;
 272     plen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->p)+8)/8;
 273     qlen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->q)+8)/8;
 274     ulen = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->iqmp)+8)/8;
 275
 276     /*
 277      * mpint private_exp, mpint p, mpint q, mpint iqmp. Total 16 +
 278      * sum of lengths.
 279      */
 280     bloblen = 16+dlen+plen+qlen+ulen;
 281     blob = smalloc(bloblen);
 282     p = blob;
 283     PUT_32BIT(p, dlen); p += 4;
 284     for (i = dlen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->private_exponent, i);
 285     PUT_32BIT(p, plen); p += 4;
 286     for (i = plen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->p, i);
 287     PUT_32BIT(p, qlen); p += 4;
 288     for (i = qlen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->q, i);
 289     PUT_32BIT(p, ulen); p += 4;
 290     for (i = ulen; i-- ;) *p++ = bignum_byte(rsa->iqmp, i);
 291     assert(p == blob + bloblen);
 292     *len = bloblen;
 293     return blob;
 294 }
 295
 296 static void *rsa2_createkey(unsigned char *pub_blob, int pub_len,
 297                             unsigned char *priv_blob, int priv_len) {
 298     struct RSAKey *rsa;
 299     char *pb = (char *)priv_blob;
 300
 301     rsa = rsa2_newkey((char *)pub_blob, pub_len);
 302     rsa->private_exponent = getmp(&pb, &priv_len);
 303     rsa->p = getmp(&pb, &priv_len);
 304     rsa->q = getmp(&pb, &priv_len);
 305     rsa->iqmp = getmp(&pb, &priv_len);
 306
 307     return rsa;
 308 }
 309
 310 static void *rsa2_openssh_createkey(unsigned char **blob, int *len) {
 311     char **b = (char **)blob;
 312     struct RSAKey *rsa;
 313
 314     rsa = smalloc(sizeof(struct RSAKey));
 315     if (!rsa) return NULL;
 316     rsa->comment = NULL;
 317
 318     rsa->modulus = getmp(b, len);
 319     rsa->exponent = getmp(b, len);
 320     rsa->private_exponent = getmp(b, len);
 321     rsa->iqmp = getmp(b, len);
 322     rsa->p = getmp(b, len);
 323     rsa->q = getmp(b, len);
 324
 325     if (!rsa->modulus || !rsa->exponent || !rsa->private_exponent ||
 326         !rsa->iqmp || !rsa->p || !rsa->q) {
 327         sfree(rsa->modulus);
 328         sfree(rsa->exponent);
 329         sfree(rsa->private_exponent);
 330         sfree(rsa->iqmp);
 331         sfree(rsa->p);
 332         sfree(rsa->q);
 333         sfree(rsa);
 334         return NULL;
 335     }
 336
 337     return rsa;
 338 }
 339
 340 static char *rsa2_fingerprint(void *key) {
 341     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 342     struct MD5Context md5c;
 343     unsigned char digest[16], lenbuf[4];
 344     char buffer[16*3+40];
 345     char *ret;
 346     int numlen, i;
 347
 348     MD5Init(&md5c);
 349     MD5Update(&md5c, "\0\0\0\7ssh-rsa", 11);
 350
 351 #define ADD_BIGNUM(bignum) \
 352     numlen = (ssh1_bignum_bitcount(bignum)+8)/8; \
 353     PUT_32BIT(lenbuf, numlen); MD5Update(&md5c, lenbuf, 4); \
 354     for (i = numlen; i-- ;) { \
 355         unsigned char c = bignum_byte(bignum, i); \
 356         MD5Update(&md5c, &c, 1); \
 357     }
 358     ADD_BIGNUM(rsa->exponent);
 359     ADD_BIGNUM(rsa->modulus);
 360 #undef ADD_BIGNUM
 361
 362     MD5Final(digest, &md5c);
 363
 364     sprintf(buffer, "ssh-rsa %d ", ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus));
 365     for (i = 0; i < 16; i++)
 366         sprintf(buffer+strlen(buffer), "%s%02x", i?":":"", digest[i]);
 367     ret = smalloc(strlen(buffer)+1);
 368     if (ret)
 369         strcpy(ret, buffer);
 370     return ret;
 371 }
 372
 373 /*
 374  * This is the magic ASN.1/DER prefix that goes in the decoded
 375  * signature, between the string of FFs and the actual SHA hash
 376  * value. The meaning of it is:
 377  *
 378  * 00 -- this marks the end of the FFs; not part of the ASN.1 bit itself
 379  *
 380  * 30 21 -- a constructed SEQUENCE of length 0x21
 381  *    30 09 -- a constructed sub-SEQUENCE of length 9
 382  *       06 05 -- an object identifier, length 5
 383  *          2B 0E 03 02 1A -- object id { 1 3 14 3 2 26 }
 384  *                            (the 1,3 comes from 0x2B = 43 = 40*1+3)
 385  *       05 00 -- NULL
 386  *    04 14 -- a primitive OCTET STRING of length 0x14
 387  *       [0x14 bytes of hash data follows]
 388  *
 389  * The object id in the middle there is listed as `id-sha1' in
 390  * ftp://ftp.rsasecurity.com/pub/pkcs/pkcs-1/pkcs-1v2-1d2.asn (the
 391  * ASN module for PKCS #1) and its expanded form is as follows:
 392  *
 393  * id-sha1                OBJECT IDENTIFIER ::= {
 394  *    iso(1) identified-organization(3) oiw(14) secsig(3)
 395  *    algorithms(2) 26 }
 396  */
 397 static unsigned char asn1_weird_stuff[] = {
 398     0x00,0x30,0x21,0x30,0x09,0x06,0x05,0x2B,
 399     0x0E,0x03,0x02,0x1A,0x05,0x00,0x04,0x14,
 400 };
 401
 402 #define ASN1_LEN ( (int) sizeof(asn1_weird_stuff) )
 403
 404 static int rsa2_verifysig(void *key, char *sig, int siglen,
 405                          char *data, int datalen) {
 406     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 407     Bignum in, out;
 408     char *p;
 409     int slen;
 410     int bytes, i, j, ret;
 411     unsigned char hash[20];
 412
 413     getstring(&sig, &siglen, &p, &slen);
 414     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 415         return 0;
 416     }
 417     in = getmp(&sig, &siglen);
 418     out = modpow(in, rsa->exponent, rsa->modulus);
 419     freebn(in);
 420
 421     ret = 1;
 422
 423     bytes = ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus) / 8;
 424     /* Top (partial) byte should be zero. */
 425     if (bignum_byte(out, bytes-1) != 0)
 426         ret = 0;
 427     /* First whole byte should be 1. */
 428     if (bignum_byte(out, bytes-2) != 1)
 429         ret = 0;
 430     /* Most of the rest should be FF. */
 431     for (i = bytes-3; i >= 20 + ASN1_LEN; i--) {
 432         if (bignum_byte(out, i) != 0xFF)
 433             ret = 0;
 434     }
 435     /* Then we expect to see the asn1_weird_stuff. */
 436     for (i = 20 + ASN1_LEN - 1, j=0; i >= 20; i--,j++) {
 437         if (bignum_byte(out, i) != asn1_weird_stuff[j])
 438             ret = 0;
 439     }
 440     /* Finally, we expect to see the SHA-1 hash of the signed data. */
 441     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 442     for (i = 19, j=0; i >= 0; i--,j++) {
 443         if (bignum_byte(out, i) != hash[j])
 444             ret = 0;
 445     }
 446
 447     return ret;
 448 }
 449
 450 unsigned char *rsa2_sign(void *key, char *data, int datalen, int *siglen) {
 451     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *)key;
 452     unsigned char *bytes;
 453     int nbytes;
 454     unsigned char hash[20];
 455     Bignum in, out;
 456     int i, j;
 457
 458     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 459
 460     nbytes = (ssh1_bignum_bitcount(rsa->modulus)-1) / 8;
 461     bytes = smalloc(nbytes);
 462
 463     bytes[0] = 1;
 464     for (i = 1; i < nbytes-20-ASN1_LEN; i++)
 465         bytes[i] = 0xFF;
 466     for (i = nbytes-20-ASN1_LEN, j=0; i < nbytes-20; i++,j++)
 467         bytes[i] = asn1_weird_stuff[j];
 468     for (i = nbytes-20, j=0; i < nbytes; i++,j++)
 469         bytes[i] = hash[j];
 470
 471     in = bignum_from_bytes(bytes, nbytes);
 472     sfree(bytes);
 473
 474     out = modpow(in, rsa->private_exponent, rsa->modulus);
 475     freebn(in);
 476
 477     nbytes = (ssh1_bignum_bitcount(out)+7)/8;
 478     bytes = smalloc(4+7+4+nbytes);
 479     PUT_32BIT(bytes, 7);
 480     memcpy(bytes+4, "ssh-rsa", 7);
 481     PUT_32BIT(bytes+4+7, nbytes);
 482     for (i = 0; i < nbytes; i++)
 483         bytes[4+7+4+i] = bignum_byte(out, nbytes-1-i);
 484     freebn(out);
 485
 486     *siglen = 4+7+4+nbytes;
 487     return bytes;
 488 }
 489
 490 const struct ssh_signkey ssh_rsa = {
 491     rsa2_newkey,
 492     rsa2_freekey,
 493     rsa2_fmtkey,
 494     rsa2_public_blob,
 495     rsa2_private_blob,
 496     rsa2_createkey,
 497     rsa2_openssh_createkey,
 498     rsa2_fingerprint,
 499     rsa2_verifysig,
 500     rsa2_sign,
 501     "ssh-rsa",
 502     "rsa2"
 503 };