sshdh.c

   1 /*
   2  * Diffie-Hellman implementation for PuTTY.
   3  */
   4
   5 #include "ssh.h"
   6
   7 /*
   8  * The primes used in the group1 and group14 key exchange.
   9  */
  10 static const unsigned char P1[] = {
  11     0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xC9, 0x0F, 0xDA, 0xA2,
  12     0x21, 0x68, 0xC2, 0x34, 0xC4, 0xC6, 0x62, 0x8B, 0x80, 0xDC, 0x1C, 0xD1,
  13     0x29, 0x02, 0x4E, 0x08, 0x8A, 0x67, 0xCC, 0x74, 0x02, 0x0B, 0xBE, 0xA6,
  14     0x3B, 0x13, 0x9B, 0x22, 0x51, 0x4A, 0x08, 0x79, 0x8E, 0x34, 0x04, 0xDD,
  15     0xEF, 0x95, 0x19, 0xB3, 0xCD, 0x3A, 0x43, 0x1B, 0x30, 0x2B, 0x0A, 0x6D,
  16     0xF2, 0x5F, 0x14, 0x37, 0x4F, 0xE1, 0x35, 0x6D, 0x6D, 0x51, 0xC2, 0x45,
  17     0xE4, 0x85, 0xB5, 0x76, 0x62, 0x5E, 0x7E, 0xC6, 0xF4, 0x4C, 0x42, 0xE9,
  18     0xA6, 0x37, 0xED, 0x6B, 0x0B, 0xFF, 0x5C, 0xB6, 0xF4, 0x06, 0xB7, 0xED,
  19     0xEE, 0x38, 0x6B, 0xFB, 0x5A, 0x89, 0x9F, 0xA5, 0xAE, 0x9F, 0x24, 0x11,
  20     0x7C, 0x4B, 0x1F, 0xE6, 0x49, 0x28, 0x66, 0x51, 0xEC, 0xE6, 0x53, 0x81,
  21     0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
  22 };
  23 static const unsigned char P14[] = {
  24     0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xC9, 0x0F, 0xDA, 0xA2,
  25     0x21, 0x68, 0xC2, 0x34, 0xC4, 0xC6, 0x62, 0x8B, 0x80, 0xDC, 0x1C, 0xD1,
  26     0x29, 0x02, 0x4E, 0x08, 0x8A, 0x67, 0xCC, 0x74, 0x02, 0x0B, 0xBE, 0xA6,
  27     0x3B, 0x13, 0x9B, 0x22, 0x51, 0x4A, 0x08, 0x79, 0x8E, 0x34, 0x04, 0xDD,
  28     0xEF, 0x95, 0x19, 0xB3, 0xCD, 0x3A, 0x43, 0x1B, 0x30, 0x2B, 0x0A, 0x6D,
  29     0xF2, 0x5F, 0x14, 0x37, 0x4F, 0xE1, 0x35, 0x6D, 0x6D, 0x51, 0xC2, 0x45,
  30     0xE4, 0x85, 0xB5, 0x76, 0x62, 0x5E, 0x7E, 0xC6, 0xF4, 0x4C, 0x42, 0xE9,
  31     0xA6, 0x37, 0xED, 0x6B, 0x0B, 0xFF, 0x5C, 0xB6, 0xF4, 0x06, 0xB7, 0xED,
  32     0xEE, 0x38, 0x6B, 0xFB, 0x5A, 0x89, 0x9F, 0xA5, 0xAE, 0x9F, 0x24, 0x11,
  33     0x7C, 0x4B, 0x1F, 0xE6, 0x49, 0x28, 0x66, 0x51, 0xEC, 0xE4, 0x5B, 0x3D,
  34     0xC2, 0x00, 0x7C, 0xB8, 0xA1, 0x63, 0xBF, 0x05, 0x98, 0xDA, 0x48, 0x36,
  35     0x1C, 0x55, 0xD3, 0x9A, 0x69, 0x16, 0x3F, 0xA8, 0xFD, 0x24, 0xCF, 0x5F,
  36     0x83, 0x65, 0x5D, 0x23, 0xDC, 0xA3, 0xAD, 0x96, 0x1C, 0x62, 0xF3, 0x56,
  37     0x20, 0x85, 0x52, 0xBB, 0x9E, 0xD5, 0x29, 0x07, 0x70, 0x96, 0x96, 0x6D,
  38     0x67, 0x0C, 0x35, 0x4E, 0x4A, 0xBC, 0x98, 0x04, 0xF1, 0x74, 0x6C, 0x08,
  39     0xCA, 0x18, 0x21, 0x7C, 0x32, 0x90, 0x5E, 0x46, 0x2E, 0x36, 0xCE, 0x3B,
  40     0xE3, 0x9E, 0x77, 0x2C, 0x18, 0x0E, 0x86, 0x03, 0x9B, 0x27, 0x83, 0xA2,
  41     0xEC, 0x07, 0xA2, 0x8F, 0xB5, 0xC5, 0x5D, 0xF0, 0x6F, 0x4C, 0x52, 0xC9,
  42     0xDE, 0x2B, 0xCB, 0xF6, 0x95, 0x58, 0x17, 0x18, 0x39, 0x95, 0x49, 0x7C,
  43     0xEA, 0x95, 0x6A, 0xE5, 0x15, 0xD2, 0x26, 0x18, 0x98, 0xFA, 0x05, 0x10,
  44     0x15, 0x72, 0x8E, 0x5A, 0x8A, 0xAC, 0xAA, 0x68, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  45     0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
  46 };
  47
  48 /*
  49  * The generator g = 2 (used for both group1 and group14).
  50  */
  51 static const unsigned char G[] = { 2 };
  52
  53 struct dh_extra {
  54     const unsigned char *pdata, *gdata; /* NULL means group exchange */
  55     int plen, glen;
  56 };
  57
  58 static const struct dh_extra extra_group1 = {
  59     P1, G, lenof(P1), lenof(G),
  60 };
  61
  62 static const struct ssh_kex ssh_diffiehellman_group1_sha1 = {
  63     "diffie-hellman-group1-sha1", "group1",
  64     KEXTYPE_DH, &ssh_sha1, &extra_group1,
  65 };
  66
  67 static const struct ssh_kex *const group1_list[] = {
  68     &ssh_diffiehellman_group1_sha1
  69 };
  70
  71 const struct ssh_kexes ssh_diffiehellman_group1 = {
  72     sizeof(group1_list) / sizeof(*group1_list),
  73     group1_list
  74 };
  75
  76 static const struct dh_extra extra_group14 = {
  77     P14, G, lenof(P14), lenof(G),
  78 };
  79
  80 static const struct ssh_kex ssh_diffiehellman_group14_sha1 = {
  81     "diffie-hellman-group14-sha1", "group14",
  82     KEXTYPE_DH, &ssh_sha1, &extra_group14,
  83 };
  84
  85 static const struct ssh_kex *const group14_list[] = {
  86     &ssh_diffiehellman_group14_sha1
  87 };
  88
  89 const struct ssh_kexes ssh_diffiehellman_group14 = {
  90     sizeof(group14_list) / sizeof(*group14_list),
  91     group14_list
  92 };
  93
  94 static const struct dh_extra extra_gex = {
  95     NULL, NULL, 0, 0,
  96 };
  97
  98 static const struct ssh_kex ssh_diffiehellman_gex_sha256 = {
  99     "diffie-hellman-group-exchange-sha256", NULL,
 100     KEXTYPE_DH, &ssh_sha256, &extra_gex,
 101 };
 102
 103 static const struct ssh_kex ssh_diffiehellman_gex_sha1 = {
 104     "diffie-hellman-group-exchange-sha1", NULL,
 105     KEXTYPE_DH, &ssh_sha1, &extra_gex,
 106 };
 107
 108 static const struct ssh_kex *const gex_list[] = {
 109     &ssh_diffiehellman_gex_sha256,
 110     &ssh_diffiehellman_gex_sha1
 111 };
 112
 113 const struct ssh_kexes ssh_diffiehellman_gex = {
 114     sizeof(gex_list) / sizeof(*gex_list),
 115     gex_list
 116 };
 117
 118 /*
 119  * Variables.
 120  */
 121 struct dh_ctx {
 122     Bignum x, e, p, q, qmask, g;
 123 };
 124
 125 /*
 126  * Common DH initialisation.
 127  */
 128 static void dh_init(struct dh_ctx *ctx)
 129 {
 130     ctx->q = bignum_rshift(ctx->p, 1);
 131     ctx->qmask = bignum_bitmask(ctx->q);
 132     ctx->x = ctx->e = NULL;
 133 }
 134
 135 int dh_is_gex(const struct ssh_kex *kex)
 136 {
 137     const struct dh_extra *extra = (const struct dh_extra *)kex->extra;
 138     return extra->pdata == NULL;
 139 }
 140
 141 /*
 142  * Initialise DH for a standard group.
 143  */
 144 void *dh_setup_group(const struct ssh_kex *kex)
 145 {
 146     const struct dh_extra *extra = (const struct dh_extra *)kex->extra;
 147     struct dh_ctx *ctx = snew(struct dh_ctx);
 148     ctx->p = bignum_from_bytes(extra->pdata, extra->plen);
 149     ctx->g = bignum_from_bytes(extra->gdata, extra->glen);
 150     dh_init(ctx);
 151     return ctx;
 152 }
 153
 154 /*
 155  * Initialise DH for a server-supplied group.
 156  */
 157 void *dh_setup_gex(Bignum pval, Bignum gval)
 158 {
 159     struct dh_ctx *ctx = snew(struct dh_ctx);
 160     ctx->p = copybn(pval);
 161     ctx->g = copybn(gval);
 162     dh_init(ctx);
 163     return ctx;
 164 }
 165
 166 /*
 167  * Clean up and free a context.
 168  */
 169 void dh_cleanup(void *handle)
 170 {
 171     struct dh_ctx *ctx = (struct dh_ctx *)handle;
 172     freebn(ctx->x);
 173     freebn(ctx->e);
 174     freebn(ctx->p);
 175     freebn(ctx->g);
 176     freebn(ctx->q);
 177     freebn(ctx->qmask);
 178     sfree(ctx);
 179 }
 180
 181 /*
 182  * DH stage 1: invent a number x between 1 and q, and compute e =
 183  * g^x mod p. Return e.
 184  *
 185  * If `nbits' is greater than zero, it is used as an upper limit
 186  * for the number of bits in x. This is safe provided that (a) you
 187  * use twice as many bits in x as the number of bits you expect to
 188  * use in your session key, and (b) the DH group is a safe prime
 189  * (which SSH demands that it must be).
 190  *
 191  * P. C. van Oorschot, M. J. Wiener
 192  * "On Diffie-Hellman Key Agreement with Short Exponents".
 193  * Advances in Cryptology: Proceedings of Eurocrypt '96
 194  * Springer-Verlag, May 1996.
 195  */
 196 Bignum dh_create_e(void *handle, int nbits)
 197 {
 198     struct dh_ctx *ctx = (struct dh_ctx *)handle;
 199     int i;
 200
 201     int nbytes;
 202     unsigned char *buf;
 203
 204     nbytes = ssh1_bignum_length(ctx->qmask);
 205     buf = snewn(nbytes, unsigned char);
 206
 207     do {
 208         /*
 209          * Create a potential x, by ANDing a string of random bytes
 210          * with qmask.
 211          */
 212         if (ctx->x)
 213             freebn(ctx->x);
 214         if (nbits == 0 || nbits > bignum_bitcount(ctx->qmask)) {
 215             ssh1_write_bignum(buf, ctx->qmask);
 216             for (i = 2; i < nbytes; i++)
 217                 buf[i] &= random_byte();
 218             ssh1_read_bignum(buf, nbytes, &ctx->x);   /* can't fail */
 219         } else {
 220             int b, nb;
 221             ctx->x = bn_power_2(nbits);
 222             b = nb = 0;
 223             for (i = 0; i < nbits; i++) {
 224                 if (nb == 0) {
 225                     nb = 8;
 226                     b = random_byte();
 227                 }
 228                 bignum_set_bit(ctx->x, i, b & 1);
 229                 b >>= 1;
 230                 nb--;
 231             }
 232         }
 233     } while (bignum_cmp(ctx->x, One) <= 0 || bignum_cmp(ctx->x, ctx->q) >= 0);
 234
 235     sfree(buf);
 236
 237     /*
 238      * Done. Now compute e = g^x mod p.
 239      */
 240     ctx->e = modpow(ctx->g, ctx->x, ctx->p);
 241
 242     return ctx->e;
 243 }
 244
 245 /*
 246  * DH stage 2-epsilon: given a number f, validate it to ensure it's in
 247  * range. (RFC 4253 section 8: "Values of 'e' or 'f' that are not in
 248  * the range [1, p-1] MUST NOT be sent or accepted by either side."
 249  * Also, we rule out 1 and p-1 too, since that's easy to do and since
 250  * they lead to obviously weak keys that even a passive eavesdropper
 251  * can figure out.)
 252  */
 253 const char *dh_validate_f(void *handle, Bignum f)
 254 {
 255     struct dh_ctx *ctx = (struct dh_ctx *)handle;
 256     if (bignum_cmp(f, One) <= 0) {
 257         return "f value received is too small";
 258     } else {
 259         Bignum pm1 = bigsub(ctx->p, One);
 260         int cmp = bignum_cmp(f, pm1);
 261         freebn(pm1);
 262         if (cmp >= 0)
 263             return "f value received is too large";
 264     }
 265     return NULL;
 266 }
 267
 268 /*
 269  * DH stage 2: given a number f, compute K = f^x mod p.
 270  */
 271 Bignum dh_find_K(void *handle, Bignum f)
 272 {
 273     struct dh_ctx *ctx = (struct dh_ctx *)handle;
 274     Bignum ret;
 275     ret = modpow(f, ctx->x, ctx->p);
 276     return ret;
 277 }