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     memset(lenbuf, 0, 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         } else {
 277             break;
 278         }
 279     }
 280
 281     /*
 282      * RSA blinding relies on the fact that (xy)^d mod n is equal
 283      * to (x^d mod n) * (y^d mod n) mod n. We invent a random pair
 284      * y and y^d; then we multiply x by y, raise to the power d mod
 285      * n as usual, and divide by y^d to recover x^d. Thus an
 286      * attacker can't correlate the timing of the modpow with the
 287      * input, because they don't know anything about the number
 288      * that was input to the actual modpow.
 289      *
 290      * The clever bit is that we don't have to do a huge modpow to
 291      * get y and y^d; we will use the number we just invented as
 292      * _y^d_, and use the _public_ exponent to compute (y^d)^e = y
 293      * from it, which is much faster to do.
 294      */
 295     random_encrypted = crt_modpow(random, key->exponent,
 296                                   key->modulus, key->p, key->q, key->iqmp);
 297     random_inverse = modinv(random, key->modulus);
 298     input_blinded = modmul(input, random_encrypted, key->modulus);
 299     ret_blinded = crt_modpow(input_blinded, key->private_exponent,
 300                              key->modulus, key->p, key->q, key->iqmp);
 301     ret = modmul(ret_blinded, random_inverse, key->modulus);
 302
 303     freebn(ret_blinded);
 304     freebn(input_blinded);
 305     freebn(random_inverse);
 306     freebn(random_encrypted);
 307     freebn(random);
 308
 309     return ret;
 310 }
 311
 312 Bignum rsadecrypt(Bignum input, struct RSAKey *key)
 313 {
 314     return rsa_privkey_op(input, key);
 315 }
 316
 317 int rsastr_len(struct RSAKey *key)
 318 {
 319     Bignum md, ex;
 320     int mdlen, exlen;
 321
 322     md = key->modulus;
 323     ex = key->exponent;
 324     mdlen = (bignum_bitcount(md) + 15) / 16;
 325     exlen = (bignum_bitcount(ex) + 15) / 16;
 326     return 4 * (mdlen + exlen) + 20;
 327 }
 328
 329 void rsastr_fmt(char *str, struct RSAKey *key)
 330 {
 331     Bignum md, ex;
 332     int len = 0, i, nibbles;
 333     static const char hex[] = "0123456789abcdef";
 334
 335     md = key->modulus;
 336     ex = key->exponent;
 337
 338     len += sprintf(str + len, "0x");
 339
 340     nibbles = (3 + bignum_bitcount(ex)) / 4;
 341     if (nibbles < 1)
 342         nibbles = 1;
 343     for (i = nibbles; i--;)
 344         str[len++] = hex[(bignum_byte(ex, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF];
 345
 346     len += sprintf(str + len, ",0x");
 347
 348     nibbles = (3 + bignum_bitcount(md)) / 4;
 349     if (nibbles < 1)
 350         nibbles = 1;
 351     for (i = nibbles; i--;)
 352         str[len++] = hex[(bignum_byte(md, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF];
 353
 354     str[len] = '\0';
 355 }
 356
 357 /*
 358  * Generate a fingerprint string for the key. Compatible with the
 359  * OpenSSH fingerprint code.
 360  */
 361 void rsa_fingerprint(char *str, int len, struct RSAKey *key)
 362 {
 363     struct MD5Context md5c;
 364     unsigned char digest[16];
 365     char buffer[16 * 3 + 40];
 366     int numlen, slen, i;
 367
 368     MD5Init(&md5c);
 369     numlen = ssh1_bignum_length(key->modulus) - 2;
 370     for (i = numlen; i--;) {
 371         unsigned char c = bignum_byte(key->modulus, i);
 372         MD5Update(&md5c, &c, 1);
 373     }
 374     numlen = ssh1_bignum_length(key->exponent) - 2;
 375     for (i = numlen; i--;) {
 376         unsigned char c = bignum_byte(key->exponent, i);
 377         MD5Update(&md5c, &c, 1);
 378     }
 379     MD5Final(digest, &md5c);
 380
 381     sprintf(buffer, "%d ", bignum_bitcount(key->modulus));
 382     for (i = 0; i < 16; i++)
 383         sprintf(buffer + strlen(buffer), "%s%02x", i ? ":" : "",
 384                 digest[i]);
 385     strncpy(str, buffer, len);
 386     str[len - 1] = '\0';
 387     slen = strlen(str);
 388     if (key->comment && slen < len - 1) {
 389         str[slen] = ' ';
 390         strncpy(str + slen + 1, key->comment, len - slen - 1);
 391         str[len - 1] = '\0';
 392     }
 393 }
 394
 395 /*
 396  * Verify that the public data in an RSA key matches the private
 397  * data. We also check the private data itself: we ensure that p >
 398  * q and that iqmp really is the inverse of q mod p.
 399  */
 400 int rsa_verify(struct RSAKey *key)
 401 {
 402     Bignum n, ed, pm1, qm1;
 403     int cmp;
 404
 405     /* n must equal pq. */
 406     n = bigmul(key->p, key->q);
 407     cmp = bignum_cmp(n, key->modulus);
 408     freebn(n);
 409     if (cmp != 0)
 410         return 0;
 411
 412     /* e * d must be congruent to 1, modulo (p-1) and modulo (q-1). */
 413     pm1 = copybn(key->p);
 414     decbn(pm1);
 415     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, pm1);
 416     cmp = bignum_cmp(ed, One);
 417     sfree(ed);
 418     if (cmp != 0)
 419         return 0;
 420
 421     qm1 = copybn(key->q);
 422     decbn(qm1);
 423     ed = modmul(key->exponent, key->private_exponent, qm1);
 424     cmp = bignum_cmp(ed, One);
 425     sfree(ed);
 426     if (cmp != 0)
 427         return 0;
 428
 429     /*
 430      * Ensure p > q.
 431      *
 432      * I have seen key blobs in the wild which were generated with
 433      * p < q, so instead of rejecting the key in this case we
 434      * should instead flip them round into the canonical order of
 435      * p > q. This also involves regenerating iqmp.
 436      */
 437     if (bignum_cmp(key->p, key->q) <= 0) {
 438         Bignum tmp = key->p;
 439         key->p = key->q;
 440         key->q = tmp;
 441
 442         freebn(key->iqmp);
 443         key->iqmp = modinv(key->q, key->p);
 444     }
 445
 446     /*
 447      * Ensure iqmp * q is congruent to 1, modulo p.
 448      */
 449     n = modmul(key->iqmp, key->q, key->p);
 450     cmp = bignum_cmp(n, One);
 451     sfree(n);
 452     if (cmp != 0)
 453         return 0;
 454
 455     return 1;
 456 }
 457
 458 /* Public key blob as used by Pageant: exponent before modulus. */
 459 unsigned char *rsa_public_blob(struct RSAKey *key, int *len)
 460 {
 461     int length, pos;
 462     unsigned char *ret;
 463
 464     length = (ssh1_bignum_length(key->modulus) +
 465               ssh1_bignum_length(key->exponent) + 4);
 466     ret = snewn(length, unsigned char);
 467
 468     PUT_32BIT(ret, bignum_bitcount(key->modulus));
 469     pos = 4;
 470     pos += ssh1_write_bignum(ret + pos, key->exponent);
 471     pos += ssh1_write_bignum(ret + pos, key->modulus);
 472
 473     *len = length;
 474     return ret;
 475 }
 476
 477 /* Given a public blob, determine its length. */
 478 int rsa_public_blob_len(void *data, int maxlen)
 479 {
 480     unsigned char *p = (unsigned char *)data;
 481     int n;
 482
 483     if (maxlen < 4)
 484         return -1;
 485     p += 4;                            /* length word */
 486     maxlen -= 4;
 487
 488     n = ssh1_read_bignum(p, maxlen, NULL);    /* exponent */
 489     if (n < 0)
 490         return -1;
 491     p += n;
 492
 493     n = ssh1_read_bignum(p, maxlen, NULL);    /* modulus */
 494     if (n < 0)
 495         return -1;
 496     p += n;
 497
 498     return p - (unsigned char *)data;
 499 }
 500
 501 void freersakey(struct RSAKey *key)
 502 {
 503     if (key->modulus)
 504         freebn(key->modulus);
 505     if (key->exponent)
 506         freebn(key->exponent);
 507     if (key->private_exponent)
 508         freebn(key->private_exponent);
 509     if (key->p)
 510         freebn(key->p);
 511     if (key->q)
 512         freebn(key->q);
 513     if (key->iqmp)
 514         freebn(key->iqmp);
 515     if (key->comment)
 516         sfree(key->comment);
 517 }
 518
 519 /* ----------------------------------------------------------------------
 520  * Implementation of the ssh-rsa signing key type.
 521  */
 522
 523 static void getstring(char **data, int *datalen, char **p, int *length)
 524 {
 525     *p = NULL;
 526     if (*datalen < 4)
 527         return;
 528     *length = GET_32BIT(*data);
 529     *datalen -= 4;
 530     *data += 4;
 531     if (*datalen < *length)
 532         return;
 533     *p = *data;
 534     *data += *length;
 535     *datalen -= *length;
 536 }
 537 static Bignum getmp(char **data, int *datalen)
 538 {
 539     char *p;
 540     int length;
 541     Bignum b;
 542
 543     getstring(data, datalen, &p, &length);
 544     if (!p)
 545         return NULL;
 546     b = bignum_from_bytes((unsigned char *)p, length);
 547     return b;
 548 }
 549
 550 static void *rsa2_newkey(char *data, int len)
 551 {
 552     char *p;
 553     int slen;
 554     struct RSAKey *rsa;
 555
 556     rsa = snew(struct RSAKey);
 557     if (!rsa)
 558         return NULL;
 559     getstring(&data, &len, &p, &slen);
 560
 561     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 562         sfree(rsa);
 563         return NULL;
 564     }
 565     rsa->exponent = getmp(&data, &len);
 566     rsa->modulus = getmp(&data, &len);
 567     rsa->private_exponent = NULL;
 568     rsa->p = rsa->q = rsa->iqmp = NULL;
 569     rsa->comment = NULL;
 570
 571     return rsa;
 572 }
 573
 574 static void rsa2_freekey(void *key)
 575 {
 576     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 577     freersakey(rsa);
 578     sfree(rsa);
 579 }
 580
 581 static char *rsa2_fmtkey(void *key)
 582 {
 583     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 584     char *p;
 585     int len;
 586
 587     len = rsastr_len(rsa);
 588     p = snewn(len, char);
 589     rsastr_fmt(p, rsa);
 590     return p;
 591 }
 592
 593 static unsigned char *rsa2_public_blob(void *key, int *len)
 594 {
 595     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 596     int elen, mlen, bloblen;
 597     int i;
 598     unsigned char *blob, *p;
 599
 600     elen = (bignum_bitcount(rsa->exponent) + 8) / 8;
 601     mlen = (bignum_bitcount(rsa->modulus) + 8) / 8;
 602
 603     /*
 604      * string "ssh-rsa", mpint exp, mpint mod. Total 19+elen+mlen.
 605      * (three length fields, 12+7=19).
 606      */
 607     bloblen = 19 + elen + mlen;
 608     blob = snewn(bloblen, unsigned char);
 609     p = blob;
 610     PUT_32BIT(p, 7);
 611     p += 4;
 612     memcpy(p, "ssh-rsa", 7);
 613     p += 7;
 614     PUT_32BIT(p, elen);
 615     p += 4;
 616     for (i = elen; i--;)
 617         *p++ = bignum_byte(rsa->exponent, i);
 618     PUT_32BIT(p, mlen);
 619     p += 4;
 620     for (i = mlen; i--;)
 621         *p++ = bignum_byte(rsa->modulus, i);
 622     assert(p == blob + bloblen);
 623     *len = bloblen;
 624     return blob;
 625 }
 626
 627 static unsigned char *rsa2_private_blob(void *key, int *len)
 628 {
 629     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 630     int dlen, plen, qlen, ulen, bloblen;
 631     int i;
 632     unsigned char *blob, *p;
 633
 634     dlen = (bignum_bitcount(rsa->private_exponent) + 8) / 8;
 635     plen = (bignum_bitcount(rsa->p) + 8) / 8;
 636     qlen = (bignum_bitcount(rsa->q) + 8) / 8;
 637     ulen = (bignum_bitcount(rsa->iqmp) + 8) / 8;
 638
 639     /*
 640      * mpint private_exp, mpint p, mpint q, mpint iqmp. Total 16 +
 641      * sum of lengths.
 642      */
 643     bloblen = 16 + dlen + plen + qlen + ulen;
 644     blob = snewn(bloblen, unsigned char);
 645     p = blob;
 646     PUT_32BIT(p, dlen);
 647     p += 4;
 648     for (i = dlen; i--;)
 649         *p++ = bignum_byte(rsa->private_exponent, i);
 650     PUT_32BIT(p, plen);
 651     p += 4;
 652     for (i = plen; i--;)
 653         *p++ = bignum_byte(rsa->p, i);
 654     PUT_32BIT(p, qlen);
 655     p += 4;
 656     for (i = qlen; i--;)
 657         *p++ = bignum_byte(rsa->q, i);
 658     PUT_32BIT(p, ulen);
 659     p += 4;
 660     for (i = ulen; i--;)
 661         *p++ = bignum_byte(rsa->iqmp, i);
 662     assert(p == blob + bloblen);
 663     *len = bloblen;
 664     return blob;
 665 }
 666
 667 static void *rsa2_createkey(unsigned char *pub_blob, int pub_len,
 668                             unsigned char *priv_blob, int priv_len)
 669 {
 670     struct RSAKey *rsa;
 671     char *pb = (char *) priv_blob;
 672
 673     rsa = rsa2_newkey((char *) pub_blob, pub_len);
 674     rsa->private_exponent = getmp(&pb, &priv_len);
 675     rsa->p = getmp(&pb, &priv_len);
 676     rsa->q = getmp(&pb, &priv_len);
 677     rsa->iqmp = getmp(&pb, &priv_len);
 678
 679     if (!rsa_verify(rsa)) {
 680         rsa2_freekey(rsa);
 681         return NULL;
 682     }
 683
 684     return rsa;
 685 }
 686
 687 static void *rsa2_openssh_createkey(unsigned char **blob, int *len)
 688 {
 689     char **b = (char **) blob;
 690     struct RSAKey *rsa;
 691
 692     rsa = snew(struct RSAKey);
 693     if (!rsa)
 694         return NULL;
 695     rsa->comment = NULL;
 696
 697     rsa->modulus = getmp(b, len);
 698     rsa->exponent = getmp(b, len);
 699     rsa->private_exponent = getmp(b, len);
 700     rsa->iqmp = getmp(b, len);
 701     rsa->p = getmp(b, len);
 702     rsa->q = getmp(b, len);
 703
 704     if (!rsa->modulus || !rsa->exponent || !rsa->private_exponent ||
 705         !rsa->iqmp || !rsa->p || !rsa->q) {
 706         sfree(rsa->modulus);
 707         sfree(rsa->exponent);
 708         sfree(rsa->private_exponent);
 709         sfree(rsa->iqmp);
 710         sfree(rsa->p);
 711         sfree(rsa->q);
 712         sfree(rsa);
 713         return NULL;
 714     }
 715
 716     return rsa;
 717 }
 718
 719 static int rsa2_openssh_fmtkey(void *key, unsigned char *blob, int len)
 720 {
 721     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 722     int bloblen, i;
 723
 724     bloblen =
 725         ssh2_bignum_length(rsa->modulus) +
 726         ssh2_bignum_length(rsa->exponent) +
 727         ssh2_bignum_length(rsa->private_exponent) +
 728         ssh2_bignum_length(rsa->iqmp) +
 729         ssh2_bignum_length(rsa->p) + ssh2_bignum_length(rsa->q);
 730
 731     if (bloblen > len)
 732         return bloblen;
 733
 734     bloblen = 0;
 735 #define ENC(x) \
 736     PUT_32BIT(blob+bloblen, ssh2_bignum_length((x))-4); bloblen += 4; \
 737     for (i = ssh2_bignum_length((x))-4; i-- ;) blob[bloblen++]=bignum_byte((x),i);
 738     ENC(rsa->modulus);
 739     ENC(rsa->exponent);
 740     ENC(rsa->private_exponent);
 741     ENC(rsa->iqmp);
 742     ENC(rsa->p);
 743     ENC(rsa->q);
 744
 745     return bloblen;
 746 }
 747
 748 static int rsa2_pubkey_bits(void *blob, int len)
 749 {
 750     struct RSAKey *rsa;
 751     int ret;
 752
 753     rsa = rsa2_newkey((char *) blob, len);
 754     ret = bignum_bitcount(rsa->modulus);
 755     rsa2_freekey(rsa);
 756
 757     return ret;
 758 }
 759
 760 static char *rsa2_fingerprint(void *key)
 761 {
 762     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 763     struct MD5Context md5c;
 764     unsigned char digest[16], lenbuf[4];
 765     char buffer[16 * 3 + 40];
 766     char *ret;
 767     int numlen, i;
 768
 769     MD5Init(&md5c);
 770     MD5Update(&md5c, (unsigned char *)"\0\0\0\7ssh-rsa", 11);
 771
 772 #define ADD_BIGNUM(bignum) \
 773     numlen = (bignum_bitcount(bignum)+8)/8; \
 774     PUT_32BIT(lenbuf, numlen); MD5Update(&md5c, lenbuf, 4); \
 775     for (i = numlen; i-- ;) { \
 776         unsigned char c = bignum_byte(bignum, i); \
 777         MD5Update(&md5c, &c, 1); \
 778     }
 779     ADD_BIGNUM(rsa->exponent);
 780     ADD_BIGNUM(rsa->modulus);
 781 #undef ADD_BIGNUM
 782
 783     MD5Final(digest, &md5c);
 784
 785     sprintf(buffer, "ssh-rsa %d ", bignum_bitcount(rsa->modulus));
 786     for (i = 0; i < 16; i++)
 787         sprintf(buffer + strlen(buffer), "%s%02x", i ? ":" : "",
 788                 digest[i]);
 789     ret = snewn(strlen(buffer) + 1, char);
 790     if (ret)
 791         strcpy(ret, buffer);
 792     return ret;
 793 }
 794
 795 /*
 796  * This is the magic ASN.1/DER prefix that goes in the decoded
 797  * signature, between the string of FFs and the actual SHA hash
 798  * value. The meaning of it is:
 799  *
 800  * 00 -- this marks the end of the FFs; not part of the ASN.1 bit itself
 801  *
 802  * 30 21 -- a constructed SEQUENCE of length 0x21
 803  *    30 09 -- a constructed sub-SEQUENCE of length 9
 804  *       06 05 -- an object identifier, length 5
 805  *          2B 0E 03 02 1A -- object id { 1 3 14 3 2 26 }
 806  *                            (the 1,3 comes from 0x2B = 43 = 40*1+3)
 807  *       05 00 -- NULL
 808  *    04 14 -- a primitive OCTET STRING of length 0x14
 809  *       [0x14 bytes of hash data follows]
 810  *
 811  * The object id in the middle there is listed as `id-sha1' in
 812  * ftp://ftp.rsasecurity.com/pub/pkcs/pkcs-1/pkcs-1v2-1d2.asn (the
 813  * ASN module for PKCS #1) and its expanded form is as follows:
 814  *
 815  * id-sha1                OBJECT IDENTIFIER ::= {
 816  *    iso(1) identified-organization(3) oiw(14) secsig(3)
 817  *    algorithms(2) 26 }
 818  */
 819 static const unsigned char asn1_weird_stuff[] = {
 820     0x00, 0x30, 0x21, 0x30, 0x09, 0x06, 0x05, 0x2B,
 821     0x0E, 0x03, 0x02, 0x1A, 0x05, 0x00, 0x04, 0x14,
 822 };
 823
 824 #define ASN1_LEN ( (int) sizeof(asn1_weird_stuff) )
 825
 826 static int rsa2_verifysig(void *key, char *sig, int siglen,
 827                           char *data, int datalen)
 828 {
 829     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 830     Bignum in, out;
 831     char *p;
 832     int slen;
 833     int bytes, i, j, ret;
 834     unsigned char hash[20];
 835
 836     getstring(&sig, &siglen, &p, &slen);
 837     if (!p || slen != 7 || memcmp(p, "ssh-rsa", 7)) {
 838         return 0;
 839     }
 840     in = getmp(&sig, &siglen);
 841     out = modpow(in, rsa->exponent, rsa->modulus);
 842     freebn(in);
 843
 844     ret = 1;
 845
 846     bytes = (bignum_bitcount(rsa->modulus)+7) / 8;
 847     /* Top (partial) byte should be zero. */
 848     if (bignum_byte(out, bytes - 1) != 0)
 849         ret = 0;
 850     /* First whole byte should be 1. */
 851     if (bignum_byte(out, bytes - 2) != 1)
 852         ret = 0;
 853     /* Most of the rest should be FF. */
 854     for (i = bytes - 3; i >= 20 + ASN1_LEN; i--) {
 855         if (bignum_byte(out, i) != 0xFF)
 856             ret = 0;
 857     }
 858     /* Then we expect to see the asn1_weird_stuff. */
 859     for (i = 20 + ASN1_LEN - 1, j = 0; i >= 20; i--, j++) {
 860         if (bignum_byte(out, i) != asn1_weird_stuff[j])
 861             ret = 0;
 862     }
 863     /* Finally, we expect to see the SHA-1 hash of the signed data. */
 864     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 865     for (i = 19, j = 0; i >= 0; i--, j++) {
 866         if (bignum_byte(out, i) != hash[j])
 867             ret = 0;
 868     }
 869     freebn(out);
 870
 871     return ret;
 872 }
 873
 874 static unsigned char *rsa2_sign(void *key, char *data, int datalen,
 875                                 int *siglen)
 876 {
 877     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 878     unsigned char *bytes;
 879     int nbytes;
 880     unsigned char hash[20];
 881     Bignum in, out;
 882     int i, j;
 883
 884     SHA_Simple(data, datalen, hash);
 885
 886     nbytes = (bignum_bitcount(rsa->modulus) - 1) / 8;
 887     assert(1 <= nbytes - 20 - ASN1_LEN);
 888     bytes = snewn(nbytes, unsigned char);
 889
 890     bytes[0] = 1;
 891     for (i = 1; i < nbytes - 20 - ASN1_LEN; i++)
 892         bytes[i] = 0xFF;
 893     for (i = nbytes - 20 - ASN1_LEN, j = 0; i < nbytes - 20; i++, j++)
 894         bytes[i] = asn1_weird_stuff[j];
 895     for (i = nbytes - 20, j = 0; i < nbytes; i++, j++)
 896         bytes[i] = hash[j];
 897
 898     in = bignum_from_bytes(bytes, nbytes);
 899     sfree(bytes);
 900
 901     out = rsa_privkey_op(in, rsa);
 902     freebn(in);
 903
 904     nbytes = (bignum_bitcount(out) + 7) / 8;
 905     bytes = snewn(4 + 7 + 4 + nbytes, unsigned char);
 906     PUT_32BIT(bytes, 7);
 907     memcpy(bytes + 4, "ssh-rsa", 7);
 908     PUT_32BIT(bytes + 4 + 7, nbytes);
 909     for (i = 0; i < nbytes; i++)
 910         bytes[4 + 7 + 4 + i] = bignum_byte(out, nbytes - 1 - i);
 911     freebn(out);
 912
 913     *siglen = 4 + 7 + 4 + nbytes;
 914     return bytes;
 915 }
 916
 917 const struct ssh_signkey ssh_rsa = {
 918     rsa2_newkey,
 919     rsa2_freekey,
 920     rsa2_fmtkey,
 921     rsa2_public_blob,
 922     rsa2_private_blob,
 923     rsa2_createkey,
 924     rsa2_openssh_createkey,
 925     rsa2_openssh_fmtkey,
 926     rsa2_pubkey_bits,
 927     rsa2_fingerprint,
 928     rsa2_verifysig,
 929     rsa2_sign,
 930     "ssh-rsa",
 931     "rsa2"
 932 };
 933
 934 void *ssh_rsakex_newkey(char *data, int len)
 935 {
 936     return rsa2_newkey(data, len);
 937 }
 938
 939 void ssh_rsakex_freekey(void *key)
 940 {
 941     rsa2_freekey(key);
 942 }
 943
 944 int ssh_rsakex_klen(void *key)
 945 {
 946     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 947
 948     return bignum_bitcount(rsa->modulus);
 949 }
 950
 951 static void oaep_mask(const struct ssh_hash *h, void *seed, int seedlen,
 952                       void *vdata, int datalen)
 953 {
 954     unsigned char *data = (unsigned char *)vdata;
 955     unsigned count = 0;
 956
 957     while (datalen > 0) {
 958         int i, max = (datalen > h->hlen ? h->hlen : datalen);
 959         void *s;
 960         unsigned char counter[4], hash[SSH2_KEX_MAX_HASH_LEN];
 961
 962         assert(h->hlen <= SSH2_KEX_MAX_HASH_LEN);
 963         PUT_32BIT(counter, count);
 964         s = h->init();
 965         h->bytes(s, seed, seedlen);
 966         h->bytes(s, counter, 4);
 967         h->final(s, hash);
 968         count++;
 969
 970         for (i = 0; i < max; i++)
 971             data[i] ^= hash[i];
 972
 973         data += max;
 974         datalen -= max;
 975     }
 976 }
 977
 978 void ssh_rsakex_encrypt(const struct ssh_hash *h, unsigned char *in, int inlen,
 979                         unsigned char *out, int outlen,
 980                         void *key)
 981 {
 982     Bignum b1, b2;
 983     struct RSAKey *rsa = (struct RSAKey *) key;
 984     int k, i;
 985     char *p;
 986     const int HLEN = h->hlen;
 987
 988     /*
 989      * Here we encrypt using RSAES-OAEP. Essentially this means:
 990      *
 991      *  - we have a SHA-based `mask generation function' which
 992      *    creates a pseudo-random stream of mask data
 993      *    deterministically from an input chunk of data.
 994      *
 995      *  - we have a random chunk of data called a seed.
 996      *
 997      *  - we use the seed to generate a mask which we XOR with our
 998      *    plaintext.
 999      *
1000      *  - then we use _the masked plaintext_ to generate a mask
1001      *    which we XOR with the seed.
1002      *
1003      *  - then we concatenate the masked seed and the masked
1004      *    plaintext, and RSA-encrypt that lot.
1005      *
1006      * The result is that the data input to the encryption function
1007      * is random-looking and (hopefully) contains no exploitable
1008      * structure such as PKCS1-v1_5 does.
1009      *
1010      * For a precise specification, see RFC 3447, section 7.1.1.
1011      * Some of the variable names below are derived from that, so
1012      * it'd probably help to read it anyway.
1013      */
1014
1015     /* k denotes the length in octets of the RSA modulus. */
1016     k = (7 + bignum_bitcount(rsa->modulus)) / 8;
1017
1018     /* The length of the input data must be at most k - 2hLen - 2. */
1019     assert(inlen > 0 && inlen <= k - 2*HLEN - 2);
1020
1021     /* The length of the output data wants to be precisely k. */
1022     assert(outlen == k);
1023
1024     /*
1025      * Now perform EME-OAEP encoding. First set up all the unmasked
1026      * output data.
1027      */
1028     /* Leading byte zero. */
1029     out[0] = 0;
1030     /* At position 1, the seed: HLEN bytes of random data. */
1031     for (i = 0; i < HLEN; i++)
1032         out[i + 1] = random_byte();
1033     /* At position 1+HLEN, the data block DB, consisting of: */
1034     /* The hash of the label (we only support an empty label here) */
1035     h->final(h->init(), out + HLEN + 1);
1036     /* A bunch of zero octets */
1037     memset(out + 2*HLEN + 1, 0, outlen - (2*HLEN + 1));
1038     /* A single 1 octet, followed by the input message data. */
1039     out[outlen - inlen - 1] = 1;
1040     memcpy(out + outlen - inlen, in, inlen);
1041
1042     /*
1043      * Now use the seed data to mask the block DB.
1044      */
1045     oaep_mask(h, out+1, HLEN, out+HLEN+1, outlen-HLEN-1);
1046
1047     /*
1048      * And now use the masked DB to mask the seed itself.
1049      */
1050     oaep_mask(h, out+HLEN+1, outlen-HLEN-1, out+1, HLEN);
1051
1052     /*
1053      * Now `out' contains precisely the data we want to
1054      * RSA-encrypt.
1055      */
1056     b1 = bignum_from_bytes(out, outlen);
1057     b2 = modpow(b1, rsa->exponent, rsa->modulus);
1058     p = (char *)out;
1059     for (i = outlen; i--;) {
1060         *p++ = bignum_byte(b2, i);
1061     }
1062     freebn(b1);
1063     freebn(b2);
1064
1065     /*
1066      * And we're done.
1067      */
1068 }
1069
1070 static const struct ssh_kex ssh_rsa_kex_sha1 = {
1071     "rsa1024-sha1", NULL, KEXTYPE_RSA, NULL, NULL, 0, 0, &ssh_sha1
1072 };
1073
1074 static const struct ssh_kex ssh_rsa_kex_sha256 = {
1075     "rsa2048-sha256", NULL, KEXTYPE_RSA, NULL, NULL, 0, 0, &ssh_sha256
1076 };
1077
1078 static const struct ssh_kex *const rsa_kex_list[] = {
1079     &ssh_rsa_kex_sha256,
1080     &ssh_rsa_kex_sha1
1081 };
1082
1083 const struct ssh_kexes ssh_rsa_kex = {
1084     sizeof(rsa_kex_list) / sizeof(*rsa_kex_list),
1085     rsa_kex_list
1086 };