sshrsa.c

   1 /*
   2  * RSA implementation for PuTTY.
   3  */
   4
   5 #include <stdio.h>
   6 #include <stdlib.h>
   7 #include <string.h>
   8 #include <assert.h>
   9
  10 #include "ssh.h"
  11 #include "misc.h"
  12
  13 int makekey(unsigned char *data, int len, struct RSAKey *result,
  14             unsigned char **keystr, int order)
  15 {
  16     unsigned char *p = data;
  17     int i, n;
  18
  19     if (len < 4)
  20         return -1;
  21
  22     if (result) {
  23         result->bits = 0;
  24         for (i = 0; i < 4; i++)
  25             result->bits = (result->bits << 8) + *p++;
  26     } else
  27         p += 4;
  28
  29     len -= 4;
  30
  31     /*
  32      * order=0 means exponent then modulus (the keys sent by the
  33      * server). order=1 means modulus then exponent (the keys
  34      * stored in a keyfile).
  35      */
  36
  37     if (order == 0) {
  38         n = ssh1_read_bignum(p, len, result ? &result->exponent : NULL);
  39         if (n < 0) return -1;
  40         p += n;
  41         len -= n;
  42     }
  43
  44     n = ssh1_read_bignum(p, len, result ? &result->modulus : NULL);
  45     if (n < 0 || (result && bignum_bitcount(result->modulus) == 0)) return -1;
  46     if (result)
  47         result->bytes = n - 2;
  48     if (keystr)
  49         *keystr = p + 2;
  50     p += n;
  51     len -= n;
  52
  53     if (order == 1) {
  54         n = ssh1_read_bignum(p, len, result ? &result->exponent : NULL);
  55         if (n < 0) return -1;
  56         p += n;
  57         len -= n;
  58     }
  59     return p - data;
  60 }
  61
  62 int makeprivate(unsigned char *data, int len, struct RSAKey *result)
  63 {
  64     return ssh1_read_bignum(data, len, &result->private_exponent);
  65 }
  66
  67 int rsaencrypt(unsigned char *data, int length, struct RSAKey *key)
  68 {
  69     Bignum b1, b2;
  70     int i;
  71     unsigned char *p;
  72
  73     if (key->bytes < length + 4)
  74         return 0;                      /* RSA key too short! */
  75
  76     memmove(data + key->bytes - length, data, length);
  77     data[0] = 0;
  78     data[1] = 2;
  79
  80     for (i = 2; i < key->bytes - length - 1; i++) {
  81         do {
  82             data[i] = random_byte();
  83         } while (data[i] == 0);
  84     }
  85     data[key->bytes - length - 1] = 0;
  86
  87     b1 = bignum_from_bytes(data, key->bytes);
  88
  89     b2 = modpow(b1, key->exponent, key->modulus);
  90
  91     p = data;
  92     for (i = key->bytes; i--;) {
  93         *p++ = bignum_byte(b2, i);
  94     }
  95
  96     freebn(b1);
  97     freebn(b2);
  98
  99     return 1;
 100 }
 101
 102 static void sha512_mpint(SHA512_State * s, Bignum b)
 103 {
 104     unsigned char lenbuf[4];
 105     int len;
 106     len = (bignum_bitcount(b) + 8) / 8;
 107     PUT_32BIT(lenbuf, len);
 108     SHA512_Bytes(s, lenbuf, 4);
 109     while (len-- > 0) {
 110         lenbuf[0] = bignum_byte(b, len);
 111         SHA512_Bytes(s, lenbuf, 1);
 112     }
 113     smemclr(lenbuf, sizeof(lenbuf));
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Compute (base ^ exp) % mod, provided mod == p * q, with p,q
 118  * distinct primes, and iqmp is the multiplicative inverse of q mod p.
 119  * Uses Chinese Remainder Theorem to speed computation up over the
 120  * obvious implementation of a single big modpow.
 121  */
 122 Bignum crt_modpow(Bignum base, Bignum exp, Bignum mod,
 123                   Bignum p, Bignum q, Bignum iqmp)
 124 {
 125     Bignum pm1, qm1, pexp, qexp, presult, qresult, diff, multiplier, ret0, ret;
 126
 127     /*
 128      * Reduce the exponent mod phi(p) and phi(q), to save time when
 129      * exponentiating mod p and mod q respectively. Of course, since p
 130      * and q are prime, phi(p) == p-1 and similarly for q.
 131      */
 132     pm1 = copybn(p);
 133     decbn(pm1);
 134     qm1 = copybn(q);
 135     decbn(qm1);
 136     pexp = bigmod(exp, pm1);
 137     qexp = bigmod(exp, qm1);
 138
 139     /*
 140      * Do the two modpows.
 141      */
 142     presult = modpow(base, pexp, p);
 143     qresult = modpow(base, qexp, q);
 144
 145     /*
 146      * Recombine the results. We want a value which is congruent to
 147      * qresult mod q, and to presult mod p.
 148      *
 149      * We know that iqmp * q is congruent to 1 * mod p (by definition
 150      * of iqmp) and to 0 mod q (obviously). So we start with qresult
 151      * (which is congruent to qresult mod both primes), and add on
 152      * (presult-qresult) * (iqmp * q) which adjusts it to be congruent
 153      * to presult mod p without affecting its value mod q.
 154      */
 155     if (bignum_cmp(presult, qresult) < 0) {
 156         /*
 157          * Can't subtract presult from qresult without first adding on
 158          * p.
 159          */
 160         Bignum tmp = presult;
 161         presult = bigadd(presult, p);
 162         freebn(tmp);
 163     }
 164     diff = bigsub(presult, qresult);
 165     multiplier = bigmul(iqmp, q);
 166     ret0 = bigmuladd(multiplier, diff, qresult);
 167
 168     /*
 169      * Finally, reduce the result mod n.
 170      */
 171     ret = bigmod(ret0, mod);
 172
 173     /*
 174      * Free all the intermediate results before returning.
 175      */
 176     freebn(pm1);
 177     freebn(qm1);
 178     freebn(pexp);
 179     freebn(qexp);
 180     freebn(presult);
 181     freebn(qresult);
 182     freebn(diff);
 183     freebn(multiplier);
 184     freebn(ret0);
 185
 186     return ret;
 187 }
 188
 189 /*
 190  * This function is a wrapper on modpow(). It has the same effect as
 191  * modpow(), but employs RSA blinding to protect against timing
 192  * attacks and also uses the Chinese Remainder Theorem (implemented
 193  * above, in crt_modpow()) to speed up the main operation.
 194  */
 195 static Bignum rsa_privkey_op(Bignum input, struct RSAKey *key)
 196 {
 197     Bignum random, random_encrypted, random_inverse;
 198     Bignum input_blinded, ret_blinded;
 199     Bignum ret;
 200
 201     SHA512_State ss;
 202     unsigned char digest512[64];
 203     int digestused = lenof(digest512);
 204     int hashseq = 0;
 205
 206     /*
 207      * Start by inventing a random number chosen uniformly from the
 208      * range 2..modulus-1. (We do this by preparing a random number
 209      * of the right length and retrying if it's greater than the
 210      * modulus, to prevent any potential Bleichenbacher-like
 211      * attacks making use of the uneven distribution within the
 212      * range that would arise from just reducing our number mod n.
 213      * There are timing implications to the potential retries, of
 214      * course, but all they tell you is the modulus, which you
 215      * already knew.)
 216      *
 217      * To preserve determinism and avoid Pageant needing to share
 218      * the random number pool, we actually generate this `random'
 219      * number by hashing stuff with the private key.
 220      */
 221     while (1) {
 222         int bits, byte, bitsleft, v;
 223         random = copybn(key->modulus);
 224         /*
 225          * Find the topmost set bit. (This function will return its
 226          * index plus one.) Then we'll set all bits from that one
 227          * downwards randomly.
 228          */
 229         bits = bignum_bitcount(random);
 230         byte = 0;
 231         bitsleft = 0;
 232         while (bits--) {
 233             if (bitsleft <= 0) {
 234                 bitsleft = 8;
 235                 /*
 236                  * Conceptually the following few lines are equivalent to
 237                  *    byte = random_byte();
 238                  */
 239                 if (digestused >= lenof(digest512)) {
 240                     unsigned char seqbuf[4];
 241                     PUT_32BIT(seqbuf, hashseq);
 242                     SHA512_Init(&ss);
 243                     SHA512_Bytes(&ss, "RSA deterministic blinding", 26);
 244                     SHA512_Bytes(&ss, seqbuf, sizeof(seqbuf));
 245                     sha512_mpint(&ss, key->private_exponent);
 246                     SHA512_Final(&ss, digest512);
 247                     hashseq++;
 248
 249                     /*
 250                      * Now hash that digest plus the signature
 251                      * input.
 252                      */
 253                     SHA512_Init(&ss);
 254                     SHA512_Bytes(&ss, digest512, sizeof(digest512));
 255                     sha512_mpint(&ss, input);
 256                     SHA512_Final(&ss, digest512);
 257
 258                     digestused = 0;
 259                 }
 260                 byte = digest512[digestused++];
 261             }
 262             v = byte & 1;
 263             byte >>= 1;
 264             bitsleft--;
 265             bignum_set_bit(random, bits, v);
 266         }
 267
 268         /*
 269          * Now check that this number is strictly greater than
 270          * zero, and strictly less than modulus.
 271          */
 272         if (bignum_cmp(random, Zero) <= 0 ||
 273             bignum_cmp(random, key->modulus) >= 0) {
 274             freebn(random);
 275             continue;
 276         }
 277
 278         /*
 279          * Also, make sure it has an inverse mod modulus.
 280          */
 281         random_inverse = modinv(random, key->modulus);
 282         if (!random_inverse) {
 283             freebn(random);
 284             continue;
 285         }
 286
 287         break;
 288     }
 289
 290     /*
 291      * RSA blinding relies on the fact that (xy)^d mod n is equal
 292      * to (x^d mod n) * (y^d mod n) mod n. We invent a random pair
 293      * y and y^d; then we multiply x by y, raise to the power d mod
 294      * n as usual, and divide by y^d to recover x^d. Thus an
 295      * attacker can't correlate the timing of the modpow with the
 296      * input, because they don't know anything about the number
 297      * that was input to the actual modpow.
 298      *
 299      * The clever bit is that we don't have to do a huge modpow to
 300      * get y and y^d; we will use the number we just invented as
 301      * _y^d_, and use the _public_ exponent to compute (y^d)^e = y
 302      * from it, which is much faster to do.
 303      */
 304     random_encrypted = crt_modpow(random, key->exponent,
 305                                   key->modulus, key->p, key->q, key->iqmp);
 306     input_blinded = modmul(input, random_encrypted, key->modulus);
 307     ret_blinded = crt_modpow(input_blinded, key->private_exponent,
 308                              key->modulus, key->p, key->q, key->iqmp);
 309     ret = modmul(ret_blinded, random_inverse, key->modulus);
 310
 311     freebn(ret_blinded);
 312     freebn(input_blinded);
 313     freebn(random_inverse);
 314     freebn(random_encrypted);
 315     freebn(random);
 316
 317     return ret;
 318 }
 319
 320 Bignum rsadecrypt(Bignum input, struct RSAKey *key)
 321 {
 322     return rsa_privkey_op(input, key);
 323 }
 324
 325 int rsastr_len(struct RSAKey *key)
 326 {
 327     Bignum md, ex;
 328     int mdlen, exlen;
 329
 330     md = key->modulus;
 331     ex = key->exponent;
 332     mdlen = (bignum_bitcount(md) + 15) / 16;
 333     exlen = (bignum_bitcount(ex) + 15) / 16;
 334     return 4 * (mdlen + exlen) + 20;
 335 }
 336
 337 void rsastr_fmt(char *str, struct RSAKey *key)
 338 {
 339     Bignum md, ex;
 340     int len = 0, i, nibbles;
 341     static const char hex[] = "0123456789abcdef";
 342
 343     md = key->modulus;
 344     ex = key->exponent;
 345
 346     len += sprintf(str + len, "0x");
 347
 348     nibbles = (3 + bignum_bitcount(ex)) / 4;
 349     if (nibbles < 1)
 350         nibbles = 1;
 351     for (i = nibbles; i--;)
 352         str[len++] = hex[(bignum_byte(ex, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF];
 353
 354     len += sprintf(str + len, ",0x");
 355
 356     nibbles = (3 + bignum_bitcount(md)) / 4;
 357     if (nibbles < 1)
 358         nibbles = 1;
 359     for (i = nibbles; i--;)
 360         str[len++] = hex[(bignum_byte(md, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF];
 361
 362     str[len] = '\0';
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Generate a fingerprint string for the key. Compatible with the
 367  * OpenSSH fingerprint code.
 368  */
 369 void rsa_fingerprint(char *str, int len, struct RSAKey *key)
 370 {
 371     struct MD5Context md5c;
 372     unsigned char digest[16];
 373     char buffer[16 * 3 + 40];
 374     int numlen, slen, i;
 375
 376     MD5Init(&md5c);
 377     numlen = ssh1_bignum_length(key->modulus) - 2;
 378     for (i = numlen; i--;) {
 379         unsigned char c = bignum_byte(key->modulus, i);
 380         MD5Update(&md5c, &c, 1);
 381     }
 382     numlen = ssh1_bignum_length(key->exponent) - 2;
 383     for (i = numlen; i--;) {
 384         unsigned char c = bignum_byte(key->exponent, i);
 385         MD5Update(&md5c, &c, 1);
 386     }
 387     MD5Final(digest, &md5c);
 388
 389     sprintf(buffer, "%d ", bignum_bitcount(key->modulus));
 390     for (i = 0; i < 16; i++)
 391         sprintf(buffer + strlen(buffer), "%s%02x", i ? ":" : "",
 392                 digest[i]);
 393     strncpy(str, buffer, len);
 394     str[len - 1] = '\0';
 395     slen = strlen(str);
 396     if (key->comment && slen < len - 1) {
 397         str[slen] = ' ';
 398         strncpy(str + slen + 1, key->comment, len - slen - 1);
 399         str[len - 1] = '\0';
 400     }
 401 }
 402
 403 /*
 404  * Verify that the public data in an RSA key matches the private
 405  * data. We also check the private data itself: we ensure that p >
 406  * q and that iqmp really is the inverse of q mod p.
 407  */
 408 int rsa_verify(struct RSAKey *key)
 409 {
 410     Bignum n, ed, pm1, qm1;
 411     int cmp;
 412
 413     /* n must equal pq. */
 414     n = bigmul(key->p, key->q);
 415     cmp = bignum_cmp(n, key->modulus);
 416     freebn(n);
 417     if (cmp != 0)
 418         return 0;
 419
 420     /* e * d must be congruent to 1, modulo (p-1) and modulo (q-1). */
 421     pm1 = copybn(key->p);
 422     decbn(pm1);
 423     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, pm1);
 424     freebn(pm1);
 425     cmp = bignum_cmp(ed, One);
 426     freebn(ed);
 427     if (cmp != 0)
 428         return 0;
 429
 430     qm1 = copybn(key->q);
 431     decbn(qm1);
 432     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, qm1);
 433     freebn(qm1);
 434     cmp = bignum_cmp(ed, One);
 435     freebn(ed);
 436     if (cmp != 0)
 437         return 0;
 438
 439     /*
 440      * Ensure p > q.
 441      *
 442      * I have seen key blobs in the wild which were generated with
 443      * p < q, so instead of rejecting the key in this case we
 444      * should instead flip them round into the canonical order of
 445      * p > q. This also involves regenerating iqmp.
 446      */
 447     if (bignum_cmp(key->p, key->q) <= 0) {
 448         Bignum tmp = key->p;
 449         key->p = key->q;
 450         key->q = tmp;
 451
 452         freebn(key->iqmp);
 453         key->iqmp = modinv(key->q, key->p);
 454         if (!key->iqmp)
 455             return 0;
 456     }
 457
 458     /*
 459      * Ensure iqmp * q is congruent to 1, modulo p.
 460      */
 461     n = modmul(key->iqmp, key->q, key->p);
 462     cmp = bignum_cmp(n, One);
 463     freebn(n);
 464     if (cmp != 0)
 465         return 0;
 466
 467     return 1;
 468 }
 469
 470 /* Public key blob as used by Pageant: exponent before modulus. */
 471 unsigned char *rsa_public_blob(struct RSAKey *key, int *len)
 472 {
 473     int length, pos;
 474     unsigned char *ret;
 475
 476     length = (ssh1_bignum_length(key->modulus) +
 477               ssh1_bignum_length(key->exponent) + 4);
 478     ret = snewn(length, unsigned char);
 479
 480     PUT_32BIT(ret, bignum_bitcount(key->modulus));
 481     pos = 4;
 482     pos += ssh1_write_bignum(ret + pos, key->exponent);
 483     pos += ssh1_write_bignum(ret + pos, key->modulus);
 484
 485     *len = length;
 486     return ret;
 487 }
 488
 489 /* Given a public blob, determine its length. */
 490 int rsa_public_blob_len(void *data, int maxlen)
 491 {
 492     unsigned char *p = (unsigned char *)data;
 493     int n;
 494
 495     if (maxlen < 4)
 496         return -1;
 497     p += 4;                            /* length word */
 498     maxlen -= 4;
 499
 500     n = ssh1_read_bignum(p, maxlen, NULL);    /* exponent */
 501     if (n < 0)
 502         return -1;
 503     p += n;
 504
 505     n = ssh1_read_bignum(p, maxlen, NULL);    /* modulus */
 506     if (n < 0)
 507         return -1;
 508     p += n;
 509
 510     return p - (unsigned char *)data;
 511 }
 512
 513 void freersakey(struct RSAKey *key)
 514 {
 515     if (key->modulus)
 516         freebn(key->modulus);
 517     if (key->exponent)
 518         freebn(key->exponent);
 519     if (key->private_exponent)
 520         freebn(key->private_exponent);
 521     if (key->p)
 522         freebn(key->p);
 523     if (key->q)
 524         freebn(key->q);
 525     if (key->iqmp)
 526         freebn(key->iqmp);
 527     if (key->comment)
 528         sfree(key->comment);
 529 }
 530
 531 /* ----------------------------------------------------------------------
 532  * Implementation of the ssh-rsa signing key type.
 533  */
 534
 535 static void getstring(char **data, int *datalen, char **p, int *length)
 536 {
 537     *p = NULL;
 538     if (*datalen < 4)
 539         return;
 540     *length = toint(GET_32BIT(*data));
 541     if (*length < 0)
 542         return;
 543     *datalen -= 4;
 544     *data += 4;
 545     if (*datalen < *length)
 546         return;
 547     *p = *data;
 548     *data += *length;
 549     *datalen -= *length;
 550 }
 551 static Bignum getmp(char **data, int *datalen)
 552 {
 553     char *p;
 554     int length;
 555     Bignum b;
 556
 557     getstring(data, datalen, &p, &length);
 558     if (!p)
 559         return NULL;
 560     b = bignum_from_bytes((unsigned char *)p, length);
 561     return b;
 562 }
 563
 564 static void *rsa2_newkey(char *data, int len)
 565 {
 566     char *p;
 567     int slen;
 568     struct RSAKey *rsa;
 569
 570     rsa = snew(struct RSAKey);
 571     getstring(&data, &len, &p, &slen);
 572
 573     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 574         sfree(rsa);
 575         return NULL;
 576     }
 577     rsa->exponent = getmp(&data, &len);
 578     rsa->modulus = getmp(&data, &len);
 579     rsa->private_exponent = NULL;
 580     rsa->p = rsa->q = rsa->iqmp = NULL;
 581     rsa->comment = NULL;
 582
 583     return rsa;
 584 }
 585
 586 static void rsa2_freekey(void *key)
 587 {
 588     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 589     freersakey(rsa);
 590     sfree(rsa);
 591 }
 592
 593 static char *rsa2_fmtkey(void *key)
 594 {
 595     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 596     char *p;
 597     int len;
 598
 599     len = rsastr_len(rsa);
 600     p = snewn(len, char);
 601     rsastr_fmt(p, rsa);
 602     return p;
 603 }
 604
 605 static unsigned char *rsa2_public_blob(void *key, int *len)
 606 {
 607     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 608     int elen, mlen, bloblen;
 609     int i;
 610     unsigned char *blob, *p;
 611
 612     elen = (bignum_bitcount(rsa->exponent) + 8) / 8;
 613     mlen = (bignum_bitcount(rsa->modulus) + 8) / 8;
 614
 615     /*
 616      * string "ssh-rsa", mpint exp, mpint mod. Total 19+elen+mlen.
 617      * (three length fields, 12+7=19).
 618      */
 619     bloblen = 19 + elen + mlen;
 620     blob = snewn(bloblen, unsigned char);
 621     p = blob;
 622     PUT_32BIT(p, 7);
 623     p += 4;
 624     memcpy(p, "ssh-rsa", 7);
 625     p += 7;
 626     PUT_32BIT(p, elen);
 627     p += 4;
 628     for (i = elen; i--;)
 629         *p++ = bignum_byte(rsa->exponent, i);
 630     PUT_32BIT(p, mlen);
 631     p += 4;
 632     for (i = mlen; i--;)
 633         *p++ = bignum_byte(rsa->modulus, i);
 634     assert(p == blob + bloblen);
 635     *len = bloblen;
 636     return blob;
 637 }
 638
 639 static unsigned char *rsa2_private_blob(void *key, int *len)
 640 {
 641     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 642     int dlen, plen, qlen, ulen, bloblen;
 643     int i;
 644     unsigned char *blob, *p;
 645
 646     dlen = (bignum_bitcount(rsa->private_exponent) + 8) / 8;
 647     plen = (bignum_bitcount(rsa->p) + 8) / 8;
 648     qlen = (bignum_bitcount(rsa->q) + 8) / 8;
 649     ulen = (bignum_bitcount(rsa->iqmp) + 8) / 8;
 650
 651     /*
 652      * mpint private_exp, mpint p, mpint q, mpint iqmp. Total 16 +
 653      * sum of lengths.
 654      */
 655     bloblen = 16 + dlen + plen + qlen + ulen;
 656     blob = snewn(bloblen, unsigned char);
 657     p = blob;
 658     PUT_32BIT(p, dlen);
 659     p += 4;
 660     for (i = dlen; i--;)
 661         *p++ = bignum_byte(rsa->private_exponent, i);
 662     PUT_32BIT(p, plen);
 663     p += 4;
 664     for (i = plen; i--;)
 665         *p++ = bignum_byte(rsa->p, i);
 666     PUT_32BIT(p, qlen);
 667     p += 4;
 668     for (i = qlen; i--;)
 669         *p++ = bignum_byte(rsa->q, i);
 670     PUT_32BIT(p, ulen);
 671     p += 4;
 672     for (i = ulen; i--;)
 673         *p++ = bignum_byte(rsa->iqmp, i);
 674     assert(p == blob + bloblen);
 675     *len = bloblen;
 676     return blob;
 677 }
 678
 679 static void *rsa2_createkey(unsigned char *pub_blob, int pub_len,
 680                             unsigned char *priv_blob, int priv_len)
 681 {
 682     struct RSAKey *rsa;
 683     char *pb = (char *) priv_blob;
 684
 685     rsa = rsa2_newkey((char *) pub_blob, pub_len);
 686     rsa->private_exponent = getmp(&pb, &priv_len);
 687     rsa->p = getmp(&pb, &priv_len);
 688     rsa->q = getmp(&pb, &priv_len);
 689     rsa->iqmp = getmp(&pb, &priv_len);
 690
 691     if (!rsa_verify(rsa)) {
 692         rsa2_freekey(rsa);
 693         return NULL;
 694     }
 695
 696     return rsa;
 697 }
 698
 699 static void *rsa2_openssh_createkey(unsigned char **blob, int *len)
 700 {
 701     char **b = (char **) blob;
 702     struct RSAKey *rsa;
 703
 704     rsa = snew(struct RSAKey);
 705     rsa->comment = NULL;
 706
 707     rsa->modulus = getmp(b, len);
 708     rsa->exponent = getmp(b, len);
 709     rsa->private_exponent = getmp(b, len);
 710     rsa->iqmp = getmp(b, len);
 711     rsa->p = getmp(b, len);
 712     rsa->q = getmp(b, len);
 713
 714     if (!rsa->modulus || !rsa->exponent || !rsa->private_exponent ||
 715         !rsa->iqmp || !rsa->p || !rsa->q) {
 716         rsa2_freekey(rsa);
 717         return NULL;
 718     }
 719
 720     if (!rsa_verify(rsa)) {
 721         rsa2_freekey(rsa);
 722         return NULL;
 723     }
 724
 725     return rsa;
 726 }
 727
 728 static int rsa2_openssh_fmtkey(void *key, unsigned char *blob, int len)
 729 {
 730     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 731     int bloblen, i;
 732
 733     bloblen =
 734         ssh2_bignum_length(rsa->modulus) +
 735         ssh2_bignum_length(rsa->exponent) +
 736         ssh2_bignum_length(rsa->private_exponent) +
 737         ssh2_bignum_length(rsa->iqmp) +
 738         ssh2_bignum_length(rsa->p) + ssh2_bignum_length(rsa->q);
 739
 740     if (bloblen > len)
 741         return bloblen;
 742
 743     bloblen = 0;
 744 #define ENC(x) \
 745     PUT_32BIT(blob+bloblen, ssh2_bignum_length((x))-4); bloblen += 4; \
 746     for (i = ssh2_bignum_length((x))-4; i-- ;) blob[bloblen++]=bignum_byte((x),i);
 747     ENC(rsa->modulus);
 748     ENC(rsa->exponent);
 749     ENC(rsa->private_exponent);
 750     ENC(rsa->iqmp);
 751     ENC(rsa->p);
 752     ENC(rsa->q);
 753
 754     return bloblen;
 755 }
 756
 757 static int rsa2_pubkey_bits(void *blob, int len)
 758 {
 759     struct RSAKey *rsa;
 760     int ret;
 761
 762     rsa = rsa2_newkey((char *) blob, len);
 763     ret = bignum_bitcount(rsa->modulus);
 764     rsa2_freekey(rsa);
 765
 766     return ret;
 767 }
 768
 769 static char *rsa2_fingerprint(void *key)
 770 {
 771     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 772     struct MD5Context md5c;
 773     unsigned char digest[16], lenbuf[4];
 774     char buffer[16 * 3 + 40];
 775     char *ret;
 776     int numlen, i;
 777
 778     MD5Init(&md5c);
 779     MD5Update(&md5c, (unsigned char *)"\0\0\0\7ssh-rsa", 11);
 780
 781 #define ADD_BIGNUM(bignum) \
 782     numlen = (bignum_bitcount(bignum)+8)/8; \
 783     PUT_32BIT(lenbuf, numlen); MD5Update(&md5c, lenbuf, 4); \
 784     for (i = numlen; i-- ;) { \
 785         unsigned char c = bignum_byte(bignum, i); \
 786         MD5Update(&md5c, &c, 1); \
 787     }
 788     ADD_BIGNUM(rsa->exponent);
 789     ADD_BIGNUM(rsa->modulus);
 790 #undef ADD_BIGNUM
 791
 792     MD5Final(digest, &md5c);
 793
 794     sprintf(buffer, "ssh-rsa %d ", bignum_bitcount(rsa->modulus));
 795     for (i = 0; i < 16; i++)
 796         sprintf(buffer + strlen(buffer), "%s%02x", i ? ":" : "",
 797                 digest[i]);
 798     ret = snewn(strlen(buffer) + 1, char);
 799     if (ret)
 800         strcpy(ret, buffer);
 801     return ret;
 802 }
 803
 804 /*
 805  * This is the magic ASN.1/DER prefix that goes in the decoded
 806  * signature, between the string of FFs and the actual SHA hash
 807  * value. The meaning of it is:
 808  *
 809  * 00 -- this marks the end of the FFs; not part of the ASN.1 bit itself
 810  *
 811  * 30 21 -- a constructed SEQUENCE of length 0x21
 812  *    30 09 -- a constructed sub-SEQUENCE of length 9
 813  *       06 05 -- an object identifier, length 5
 814  *          2B 0E 03 02 1A -- object id { 1 3 14 3 2 26 }
 815  *                            (the 1,3 comes from 0x2B = 43 = 40*1+3)
 816  *       05 00 -- NULL
 817  *    04 14 -- a primitive OCTET STRING of length 0x14
 818  *       [0x14 bytes of hash data follows]
 819  *
 820  * The object id in the middle there is listed as `id-sha1' in
 821  * ftp://ftp.rsasecurity.com/pub/pkcs/pkcs-1/pkcs-1v2-1d2.asn (the
 822  * ASN module for PKCS #1) and its expanded form is as follows:
 823  *
 824  * id-sha1                OBJECT IDENTIFIER ::= {
 825  *    iso(1) identified-organization(3) oiw(14) secsig(3)
 826  *    algorithms(2) 26 }
 827  */
 828 static const unsigned char asn1_weird_stuff[] = {
 829     0x00, 0x30, 0x21, 0x30, 0x09, 0x06, 0x05, 0x2B,
 830     0x0E, 0x03, 0x02, 0x1A, 0x05, 0x00, 0x04, 0x14,
 831 };
 832
 833 #define ASN1_LEN ( (int) sizeof(asn1_weird_stuff) )
 834
 835 static int rsa2_verifysig(void *key, char *sig, int siglen,
 836                           char *data, int datalen)
 837 {
 838     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 839     Bignum in, out;
 840     char *p;
 841     int slen;
 842     int bytes, i, j, ret;
 843     unsigned char hash[20];
 844
 845     getstring(&sig, &siglen, &p, &slen);
 846     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 847         return 0;
 848     }
 849     in = getmp(&sig, &siglen);
 850     if (!in)
 851         return 0;
 852     out = modpow(in, rsa->exponent, rsa->modulus);
 853     freebn(in);
 854
 855     ret = 1;
 856
 857     bytes = (bignum_bitcount(rsa->modulus)+7) / 8;
 858     /* Top (partial) byte should be zero. */
 859     if (bignum_byte(out, bytes - 1) != 0)
 860         ret = 0;
 861     /* First whole byte should be 1. */
 862     if (bignum_byte(out, bytes - 2) != 1)
 863         ret = 0;
 864     /* Most of the rest should be FF. */
 865     for (i = bytes - 3; i >= 20 + ASN1_LEN; i--) {
 866         if (bignum_byte(out, i) != 0xFF)
 867             ret = 0;
 868     }
 869     /* Then we expect to see the asn1_weird_stuff. */
 870     for (i = 20 + ASN1_LEN - 1, j = 0; i >= 20; i--, j++) {
 871         if (bignum_byte(out, i) != asn1_weird_stuff[j])
 872             ret = 0;
 873     }
 874     /* Finally, we expect to see the SHA-1 hash of the signed data. */
 875     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 876     for (i = 19, j = 0; i >= 0; i--, j++) {
 877         if (bignum_byte(out, i) != hash[j])
 878             ret = 0;
 879     }
 880     freebn(out);
 881
 882     return ret;
 883 }
 884
 885 static unsigned char *rsa2_sign(void *key, char *data, int datalen,
 886                                 int *siglen)
 887 {
 888     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 889     unsigned char *bytes;
 890     int nbytes;
 891     unsigned char hash[20];
 892     Bignum in, out;
 893     int i, j;
 894
 895     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 896
 897     nbytes = (bignum_bitcount(rsa->modulus) - 1) / 8;
 898     assert(1 <= nbytes - 20 - ASN1_LEN);
 899     bytes = snewn(nbytes, unsigned char);
 900
 901     bytes[0] = 1;
 902     for (i = 1; i < nbytes - 20 - ASN1_LEN; i++)
 903         bytes[i] = 0xFF;
 904     for (i = nbytes - 20 - ASN1_LEN, j = 0; i < nbytes - 20; i++, j++)
 905         bytes[i] = asn1_weird_stuff[j];
 906     for (i = nbytes - 20, j = 0; i < nbytes; i++, j++)
 907         bytes[i] = hash[j];
 908
 909     in = bignum_from_bytes(bytes, nbytes);
 910     sfree(bytes);
 911
 912     out = rsa_privkey_op(in, rsa);
 913     freebn(in);
 914
 915     nbytes = (bignum_bitcount(out) + 7) / 8;
 916     bytes = snewn(4 + 7 + 4 + nbytes, unsigned char);
 917     PUT_32BIT(bytes, 7);
 918     memcpy(bytes + 4, "ssh-rsa", 7);
 919     PUT_32BIT(bytes + 4 + 7, nbytes);
 920     for (i = 0; i < nbytes; i++)
 921         bytes[4 + 7 + 4 + i] = bignum_byte(out, nbytes - 1 - i);
 922     freebn(out);
 923
 924     *siglen = 4 + 7 + 4 + nbytes;
 925     return bytes;
 926 }
 927
 928 const struct ssh_signkey ssh_rsa = {
 929     rsa2_newkey,
 930     rsa2_freekey,
 931     rsa2_fmtkey,
 932     rsa2_public_blob,
 933     rsa2_private_blob,
 934     rsa2_createkey,
 935     rsa2_openssh_createkey,
 936     rsa2_openssh_fmtkey,
 937     rsa2_pubkey_bits,
 938     rsa2_fingerprint,
 939     rsa2_verifysig,
 940     rsa2_sign,
 941     "ssh-rsa",
 942     "rsa2"
 943 };
 944
 945 void *ssh_rsakex_newkey(char *data, int len)
 946 {
 947     return rsa2_newkey(data, len);
 948 }
 949
 950 void ssh_rsakex_freekey(void *key)
 951 {
 952     rsa2_freekey(key);
 953 }
 954
 955 int ssh_rsakex_klen(void *key)
 956 {
 957     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 958
 959     return bignum_bitcount(rsa->modulus);
 960 }
 961
 962 static void oaep_mask(const struct ssh_hash *h, void *seed, int seedlen,
 963                       void *vdata, int datalen)
 964 {
 965     unsigned char *data = (unsigned char *)vdata;
 966     unsigned count = 0;
 967
 968     while (datalen > 0) {
 969         int i, max = (datalen > h->hlen ? h->hlen : datalen);
 970         void *s;
 971         unsigned char counter[4], hash[SSH2_KEX_MAX_HASH_LEN];
 972
 973         assert(h->hlen <= SSH2_KEX_MAX_HASH_LEN);
 974         PUT_32BIT(counter, count);
 975         s = h->init();
 976         h->bytes(s, seed, seedlen);
 977         h->bytes(s, counter, 4);
 978         h->final(s, hash);
 979         count++;
 980
 981         for (i = 0; i < max; i++)
 982             data[i] ^= hash[i];
 983
 984         data += max;
 985         datalen -= max;
 986     }
 987 }
 988
 989 void ssh_rsakex_encrypt(const struct ssh_hash *h, unsigned char *in, int inlen,
 990                         unsigned char *out, int outlen,
 991                         void *key)
 992 {
 993     Bignum b1, b2;
 994     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 995     int k, i;
 996     char *p;
 997     const int HLEN = h->hlen;
 998
 999     /*
1000      * Here we encrypt using RSAES-OAEP. Essentially this means:
1001      *
1002      *  - we have a SHA-based `mask generation function' which
1003      *    creates a pseudo-random stream of mask data
1004      *    deterministically from an input chunk of data.
1005      *
1006      *  - we have a random chunk of data called a seed.
1007      *
1008      *  - we use the seed to generate a mask which we XOR with our
1009      *    plaintext.
1010      *
1011      *  - then we use _the masked plaintext_ to generate a mask
1012      *    which we XOR with the seed.
1013      *
1014      *  - then we concatenate the masked seed and the masked
1015      *    plaintext, and RSA-encrypt that lot.
1016      *
1017      * The result is that the data input to the encryption function
1018      * is random-looking and (hopefully) contains no exploitable
1019      * structure such as PKCS1-v1_5 does.
1020      *
1021      * For a precise specification, see RFC 3447, section 7.1.1.
1022      * Some of the variable names below are derived from that, so
1023      * it'd probably help to read it anyway.
1024      */
1025
1026     /* k denotes the length in octets of the RSA modulus. */
1027     k = (7 + bignum_bitcount(rsa->modulus)) / 8;
1028
1029     /* The length of the input data must be at most k - 2hLen - 2. */
1030     assert(inlen > 0 && inlen <= k - 2*HLEN - 2);
1031
1032     /* The length of the output data wants to be precisely k. */
1033     assert(outlen == k);
1034
1035     /*
1036      * Now perform EME-OAEP encoding. First set up all the unmasked
1037      * output data.
1038      */
1039     /* Leading byte zero. */
1040     out[0] = 0;
1041     /* At position 1, the seed: HLEN bytes of random data. */
1042     for (i = 0; i < HLEN; i++)
1043         out[i + 1] = random_byte();
1044     /* At position 1+HLEN, the data block DB, consisting of: */
1045     /* The hash of the label (we only support an empty label here) */
1046     h->final(h->init(), out + HLEN + 1);
1047     /* A bunch of zero octets */
1048     memset(out + 2*HLEN + 1, 0, outlen - (2*HLEN + 1));
1049     /* A single 1 octet, followed by the input message data. */
1050     out[outlen - inlen - 1] = 1;
1051     memcpy(out + outlen - inlen, in, inlen);
1052
1053     /*
1054      * Now use the seed data to mask the block DB.
1055      */
1056     oaep_mask(h, out+1, HLEN, out+HLEN+1, outlen-HLEN-1);
1057
1058     /*
1059      * And now use the masked DB to mask the seed itself.
1060      */
1061     oaep_mask(h, out+HLEN+1, outlen-HLEN-1, out+1, HLEN);
1062
1063     /*
1064      * Now `out' contains precisely the data we want to
1065      * RSA-encrypt.
1066      */
1067     b1 = bignum_from_bytes(out, outlen);
1068     b2 = modpow(b1, rsa->exponent, rsa->modulus);
1069     p = (char *)out;
1070     for (i = outlen; i--;) {
1071         *p++ = bignum_byte(b2, i);
1072     }
1073     freebn(b1);
1074     freebn(b2);
1075
1076     /*
1077      * And we're done.
1078      */
1079 }
1080
1081 static const struct ssh_kex ssh_rsa_kex_sha1 = {
1082     "rsa1024-sha1", NULL, KEXTYPE_RSA, NULL, NULL, 0, 0, &ssh_sha1
1083 };
1084
1085 static const struct ssh_kex ssh_rsa_kex_sha256 = {
1086     "rsa2048-sha256", NULL, KEXTYPE_RSA, NULL, NULL, 0, 0, &ssh_sha256
1087 };
1088
1089 static const struct ssh_kex *const rsa_kex_list[] = {
1090     &ssh_rsa_kex_sha256,
1091     &ssh_rsa_kex_sha1
1092 };
1093
1094 const struct ssh_kexes ssh_rsa_kex = {
1095     sizeof(rsa_kex_list) / sizeof(*rsa_kex_list),
1096     rsa_kex_list
1097 };