sshsha.c

   1 /*
   2  * SHA1 hash algorithm. Used in SSH2 as a MAC, and the transform is
   3  * also used as a `stirring' function for the PuTTY random number
   4  * pool. Implemented directly from the specification by Simon
   5  * Tatham.
   6  */
   7
   8 #include "ssh.h"
   9
  10 /* ----------------------------------------------------------------------
  11  * Core SHA algorithm: processes 16-word blocks into a message digest.
  12  */
  13
  14 #define rol(x,y) ( ((x) << (y)) | (((uint32)x) >> (32-y)) )
  15
  16 void SHA_Core_Init(uint32 h[5]) {
  17     h[0] = 0x67452301;
  18     h[1] = 0xefcdab89;
  19     h[2] = 0x98badcfe;
  20     h[3] = 0x10325476;
  21     h[4] = 0xc3d2e1f0;
  22 }
  23
  24 void SHATransform(word32 *digest, word32 *block) {
  25     word32 w[80];
  26     word32 a,b,c,d,e;
  27     int t;
  28
  29     for (t = 0; t < 16; t++)
  30         w[t] = block[t];
  31
  32     for (t = 16; t < 80; t++) {
  33         word32 tmp = w[t-3] ^ w[t-8] ^ w[t-14] ^ w[t-16];
  34         w[t] = rol(tmp, 1);
  35     }
  36
  37     a = digest[0];
  38     b = digest[1];
  39     c = digest[2];
  40     d = digest[3];
  41     e = digest[4];
  42
  43     for (t = 0; t < 20; t++) {
  44         word32 tmp = rol(a, 5) + ( (b&c) | (d&~b) ) + e + w[t] + 0x5a827999;
  45         e = d; d = c; c = rol(b, 30); b = a; a = tmp;
  46     }
  47     for (t = 20; t < 40; t++) {
  48         word32 tmp = rol(a, 5) + (b^c^d) + e + w[t] + 0x6ed9eba1;
  49         e = d; d = c; c = rol(b, 30); b = a; a = tmp;
  50     }
  51     for (t = 40; t < 60; t++) {
  52         word32 tmp = rol(a, 5) + ( (b&c) | (b&d) | (c&d) ) + e + w[t] + 0x8f1bbcdc;
  53         e = d; d = c; c = rol(b, 30); b = a; a = tmp;
  54     }
  55     for (t = 60; t < 80; t++) {
  56         word32 tmp = rol(a, 5) + (b^c^d) + e + w[t] + 0xca62c1d6;
  57         e = d; d = c; c = rol(b, 30); b = a; a = tmp;
  58     }
  59
  60     digest[0] += a;
  61     digest[1] += b;
  62     digest[2] += c;
  63     digest[3] += d;
  64     digest[4] += e;
  65 }
  66
  67 /* ----------------------------------------------------------------------
  68  * Outer SHA algorithm: take an arbitrary length byte string,
  69  * convert it into 16-word blocks with the prescribed padding at
  70  * the end, and pass those blocks to the core SHA algorithm.
  71  */
  72
  73 void SHA_Init(SHA_State *s) {
  74     SHA_Core_Init(s->h);
  75     s->blkused = 0;
  76     s->lenhi = s->lenlo = 0;
  77 }
  78
  79 void SHA_Bytes(SHA_State *s, void *p, int len) {
  80     unsigned char *q = (unsigned char *)p;
  81     uint32 wordblock[16];
  82     uint32 lenw = len;
  83     int i;
  84
  85     /*
  86      * Update the length field.
  87      */
  88     s->lenlo += lenw;
  89     s->lenhi += (s->lenlo < lenw);
  90
  91     if (s->blkused && s->blkused+len < 64) {
  92         /*
  93          * Trivial case: just add to the block.
  94          */
  95         memcpy(s->block + s->blkused, q, len);
  96         s->blkused += len;
  97     } else {
  98         /*
  99          * We must complete and process at least one block.
 100          */
 101         while (s->blkused + len >= 64) {
 102             memcpy(s->block + s->blkused, q, 64 - s->blkused);
 103             q += 64 - s->blkused;
 104             len -= 64 - s->blkused;
 105             /* Now process the block. Gather bytes big-endian into words */
 106             for (i = 0; i < 16; i++) {
 107                 wordblock[i] =
 108                     ( ((uint32)s->block[i*4+0]) << 24 ) |
 109                     ( ((uint32)s->block[i*4+1]) << 16 ) |
 110                     ( ((uint32)s->block[i*4+2]) <<  8 ) |
 111                     ( ((uint32)s->block[i*4+3]) <<  0 );
 112             }
 113             SHATransform(s->h, wordblock);
 114             s->blkused = 0;
 115         }
 116         memcpy(s->block, q, len);
 117         s->blkused = len;
 118     }
 119 }
 120
 121 void SHA_Final(SHA_State *s, unsigned char *output) {
 122     int i;
 123     int pad;
 124     unsigned char c[64];
 125     uint32 lenhi, lenlo;
 126
 127     if (s->blkused >= 56)
 128         pad = 56 + 64 - s->blkused;
 129     else
 130         pad = 56 - s->blkused;
 131
 132     lenhi = (s->lenhi << 3) | (s->lenlo >> (32-3));
 133     lenlo = (s->lenlo << 3);
 134
 135     memset(c, 0, pad);
 136     c[0] = 0x80;
 137     SHA_Bytes(s, &c, pad);
 138
 139     c[0] = (lenhi >> 24) & 0xFF;
 140     c[1] = (lenhi >> 16) & 0xFF;
 141     c[2] = (lenhi >>  8) & 0xFF;
 142     c[3] = (lenhi >>  0) & 0xFF;
 143     c[4] = (lenlo >> 24) & 0xFF;
 144     c[5] = (lenlo >> 16) & 0xFF;
 145     c[6] = (lenlo >>  8) & 0xFF;
 146     c[7] = (lenlo >>  0) & 0xFF;
 147
 148     SHA_Bytes(s, &c, 8);
 149
 150     for (i = 0; i < 5; i++) {
 151         output[i*4  ] = (s->h[i] >> 24) & 0xFF;
 152         output[i*4+1] = (s->h[i] >> 16) & 0xFF;
 153         output[i*4+2] = (s->h[i] >>  8) & 0xFF;
 154         output[i*4+3] = (s->h[i]      ) & 0xFF;
 155     }
 156 }
 157
 158 void SHA_Simple(void *p, int len, unsigned char *output) {
 159     SHA_State s;
 160
 161     SHA_Init(&s);
 162     SHA_Bytes(&s, p, len);
 163     SHA_Final(&s, output);
 164 }
 165
 166 /* ----------------------------------------------------------------------
 167  * The above is the SHA-1 algorithm itself. Now we implement the
 168  * HMAC wrapper on it.
 169  */
 170
 171 static SHA_State sha1_cs_mac_s1, sha1_cs_mac_s2;
 172 static SHA_State sha1_sc_mac_s1, sha1_sc_mac_s2;
 173
 174 static void sha1_key(SHA_State *s1, SHA_State *s2,
 175                      unsigned char *key, int len) {
 176     unsigned char foo[64];
 177     int i;
 178
 179     memset(foo, 0x36, 64);
 180     for (i = 0; i < len && i < 64; i++)
 181         foo[i] ^= key[i];
 182     SHA_Init(s1);
 183     SHA_Bytes(s1, foo, 64);
 184
 185     memset(foo, 0x5C, 64);
 186     for (i = 0; i < len && i < 64; i++)
 187         foo[i] ^= key[i];
 188     SHA_Init(s2);
 189     SHA_Bytes(s2, foo, 64);
 190
 191     memset(foo, 0, 64);                /* burn the evidence */
 192 }
 193
 194 static void sha1_cskey(unsigned char *key) {
 195     sha1_key(&sha1_cs_mac_s1, &sha1_cs_mac_s2, key, 20);
 196 }
 197
 198 static void sha1_sckey(unsigned char *key) {
 199     sha1_key(&sha1_sc_mac_s1, &sha1_sc_mac_s2, key, 20);
 200 }
 201
 202 static void sha1_cskey_buggy(unsigned char *key) {
 203     sha1_key(&sha1_cs_mac_s1, &sha1_cs_mac_s2, key, 16);
 204 }
 205
 206 static void sha1_sckey_buggy(unsigned char *key) {
 207     sha1_key(&sha1_sc_mac_s1, &sha1_sc_mac_s2, key, 16);
 208 }
 209
 210 static void sha1_do_hmac(SHA_State *s1, SHA_State *s2,
 211                          unsigned char *blk, int len, unsigned long seq,
 212                          unsigned char *hmac) {
 213     SHA_State s;
 214     unsigned char intermediate[20];
 215
 216     intermediate[0] = (unsigned char)((seq >> 24) & 0xFF);
 217     intermediate[1] = (unsigned char)((seq >> 16) & 0xFF);
 218     intermediate[2] = (unsigned char)((seq >>  8) & 0xFF);
 219     intermediate[3] = (unsigned char)((seq      ) & 0xFF);
 220
 221     s = *s1;                           /* structure copy */
 222     SHA_Bytes(&s, intermediate, 4);
 223     SHA_Bytes(&s, blk, len);
 224     SHA_Final(&s, intermediate);
 225     s = *s2;                           /* structure copy */
 226     SHA_Bytes(&s, intermediate, 20);
 227     SHA_Final(&s, hmac);
 228 }
 229
 230 static void sha1_generate(unsigned char *blk, int len, unsigned long seq) {
 231     sha1_do_hmac(&sha1_cs_mac_s1, &sha1_cs_mac_s2, blk, len, seq, blk+len);
 232 }
 233
 234 static int sha1_verify(unsigned char *blk, int len, unsigned long seq) {
 235     unsigned char correct[20];
 236     sha1_do_hmac(&sha1_sc_mac_s1, &sha1_sc_mac_s2, blk, len, seq, correct);
 237     return !memcmp(correct, blk+len, 20);
 238 }
 239
 240 struct ssh_mac ssh_sha1 = {
 241     sha1_cskey, sha1_sckey,
 242     sha1_generate,
 243     sha1_verify,
 244     "hmac-sha1",
 245     20
 246 };
 247
 248 struct ssh_mac ssh_sha1_buggy = {
 249     sha1_cskey_buggy, sha1_sckey_buggy,
 250     sha1_generate,
 251     sha1_verify,
 252     "hmac-sha1",
 253     20
 254 };