s3_cbc.c: get rid of expensive divisions [from master].
[openssl.git] / ssl / s3_cbc.c
1 /* ssl/s3_cbc.c */
2 /* ====================================================================
3  * Copyright (c) 2012 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  *
9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11  *
12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
14  *    the documentation and/or other materials provided with the
15  *    distribution.
16  *
17  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
18  *    software must display the following acknowledgment:
19  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
20  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
21  *
22  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
23  *    endorse or promote products derived from this software without
24  *    prior written permission. For written permission, please contact
25  *    openssl-core@openssl.org.
26  *
27  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
28  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
29  *    permission of the OpenSSL Project.
30  *
31  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
32  *    acknowledgment:
33  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
34  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
35  *
36  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
37  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
38  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
39  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
40  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
41  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
42  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
43  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
44  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
45  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
46  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
47  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
48  * ====================================================================
49  *
50  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
51  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
52  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
53  *
54  */
55
56 #include "ssl_locl.h"
57
58 #include <openssl/md5.h>
59 #include <openssl/sha.h>
60
61 /* MAX_HASH_BIT_COUNT_BYTES is the maximum number of bytes in the hash's length
62  * field. (SHA-384/512 have 128-bit length.) */
63 #define MAX_HASH_BIT_COUNT_BYTES 16
64
65 /* MAX_HASH_BLOCK_SIZE is the maximum hash block size that we'll support.
66  * Currently SHA-384/512 has a 128-byte block size and that's the largest
67  * supported by TLS.) */
68 #define MAX_HASH_BLOCK_SIZE 128
69
70 /* Some utility functions are needed:
71  *
72  * These macros return the given value with the MSB copied to all the other
73  * bits. They use the fact that arithmetic shift shifts-in the sign bit.
74  * However, this is not ensured by the C standard so you may need to replace
75  * them with something else on odd CPUs. */
76 #define DUPLICATE_MSB_TO_ALL(x) ( (unsigned)( (int)(x) >> (sizeof(int)*8-1) ) )
77 #define DUPLICATE_MSB_TO_ALL_8(x) ((unsigned char)(DUPLICATE_MSB_TO_ALL(x)))
78
79 /* constant_time_lt returns 0xff if a<b and 0x00 otherwise. */
80 static unsigned constant_time_lt(unsigned a, unsigned b)
81         {
82         a -= b;
83         return DUPLICATE_MSB_TO_ALL(a);
84         }
85
86 /* constant_time_ge returns 0xff if a>=b and 0x00 otherwise. */
87 static unsigned constant_time_ge(unsigned a, unsigned b)
88         {
89         a -= b;
90         return DUPLICATE_MSB_TO_ALL(~a);
91         }
92
93 /* constant_time_eq_8 returns 0xff if a==b and 0x00 otherwise. */
94 static unsigned char constant_time_eq_8(unsigned a, unsigned b)
95         {
96         unsigned c = a ^ b;
97         c--;
98         return DUPLICATE_MSB_TO_ALL_8(c);
99         }
100
101 /* ssl3_cbc_remove_padding removes padding from the decrypted, SSLv3, CBC
102  * record in |rec| by updating |rec->length| in constant time.
103  *
104  * block_size: the block size of the cipher used to encrypt the record.
105  * returns:
106  *   0: (in non-constant time) if the record is publicly invalid.
107  *   1: if the padding was valid
108  *  -1: otherwise. */
109 int ssl3_cbc_remove_padding(const SSL* s,
110                             SSL3_RECORD *rec,
111                             unsigned block_size,
112                             unsigned mac_size)
113         {
114         unsigned padding_length, good;
115         const unsigned overhead = 1 /* padding length byte */ + mac_size;
116
117         /* These lengths are all public so we can test them in non-constant
118          * time. */
119         if (overhead > rec->length)
120                 return 0;
121
122         padding_length = rec->data[rec->length-1];
123         good = constant_time_ge(rec->length, padding_length+overhead);
124         /* SSLv3 requires that the padding is minimal. */
125         good &= constant_time_ge(block_size, padding_length+1);
126         padding_length = good & (padding_length+1);
127         rec->length -= padding_length;
128         rec->type |= padding_length<<8; /* kludge: pass padding length */
129         return (int)((good & 1) | (~good & -1));
130 }
131
132 /* tls1_cbc_remove_padding removes the CBC padding from the decrypted, TLS, CBC
133  * record in |rec| in constant time and returns 1 if the padding is valid and
134  * -1 otherwise. It also removes any explicit IV from the start of the record
135  * without leaking any timing about whether there was enough space after the
136  * padding was removed.
137  *
138  * block_size: the block size of the cipher used to encrypt the record.
139  * returns:
140  *   0: (in non-constant time) if the record is publicly invalid.
141  *   1: if the padding was valid
142  *  -1: otherwise. */
143 int tls1_cbc_remove_padding(const SSL* s,
144                             SSL3_RECORD *rec,
145                             unsigned block_size,
146                             unsigned mac_size)
147         {
148         unsigned padding_length, good, to_check, i;
149         const unsigned overhead = 1 /* padding length byte */ + mac_size;
150         /* Check if version requires explicit IV */
151         if (s->version == DTLS1_VERSION)
152                 {
153                 /* These lengths are all public so we can test them in
154                  * non-constant time.
155                  */
156                 if (overhead + block_size > rec->length)
157                         return 0;
158                 /* We can now safely skip explicit IV */
159                 rec->data += block_size;
160                 rec->input += block_size;
161                 rec->length -= block_size;
162                 }
163         else if (overhead > rec->length)
164                 return 0;
165
166         padding_length = rec->data[rec->length-1];
167
168         /* NB: if compression is in operation the first packet may not be of
169          * even length so the padding bug check cannot be performed. This bug
170          * workaround has been around since SSLeay so hopefully it is either
171          * fixed now or no buggy implementation supports compression [steve]
172          */
173         if ( (s->options&SSL_OP_TLS_BLOCK_PADDING_BUG) && !s->expand)
174                 {
175                 /* First packet is even in size, so check */
176                 if ((memcmp(s->s3->read_sequence, "\0\0\0\0\0\0\0\0",8) == 0) &&
177                     !(padding_length & 1))
178                         {
179                         s->s3->flags|=TLS1_FLAGS_TLS_PADDING_BUG;
180                         }
181                 if ((s->s3->flags & TLS1_FLAGS_TLS_PADDING_BUG) &&
182                     padding_length > 0)
183                         {
184                         padding_length--;
185                         }
186                 }
187
188         good = constant_time_ge(rec->length, overhead+padding_length);
189         /* The padding consists of a length byte at the end of the record and
190          * then that many bytes of padding, all with the same value as the
191          * length byte. Thus, with the length byte included, there are i+1
192          * bytes of padding.
193          *
194          * We can't check just |padding_length+1| bytes because that leaks
195          * decrypted information. Therefore we always have to check the maximum
196          * amount of padding possible. (Again, the length of the record is
197          * public information so we can use it.) */
198         to_check = 255; /* maximum amount of padding. */
199         if (to_check > rec->length-1)
200                 to_check = rec->length-1;
201
202         for (i = 0; i < to_check; i++)
203                 {
204                 unsigned char mask = constant_time_ge(padding_length, i);
205                 unsigned char b = rec->data[rec->length-1-i];
206                 /* The final |padding_length+1| bytes should all have the value
207                  * |padding_length|. Therefore the XOR should be zero. */
208                 good &= ~(mask&(padding_length ^ b));
209                 }
210
211         /* If any of the final |padding_length+1| bytes had the wrong value,
212          * one or more of the lower eight bits of |good| will be cleared. We
213          * AND the bottom 8 bits together and duplicate the result to all the
214          * bits. */
215         good &= good >> 4;
216         good &= good >> 2;
217         good &= good >> 1;
218         good <<= sizeof(good)*8-1;
219         good = DUPLICATE_MSB_TO_ALL(good);
220
221         padding_length = good & (padding_length+1);
222         rec->length -= padding_length;
223         rec->type |= padding_length<<8; /* kludge: pass padding length */
224
225         return (int)((good & 1) | (~good & -1));
226         }
227
228 #if defined(_M_AMD64) || defined(__x86_64__)
229 #define CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE
230 #endif
231
232 /* ssl3_cbc_copy_mac copies |md_size| bytes from the end of |rec| to |out| in
233  * constant time (independent of the concrete value of rec->length, which may
234  * vary within a 256-byte window).
235  *
236  * ssl3_cbc_remove_padding or tls1_cbc_remove_padding must be called prior to
237  * this function.
238  *
239  * On entry:
240  *   rec->orig_len >= md_size
241  *   md_size <= EVP_MAX_MD_SIZE
242  *
243  * If CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE is defined then the rotation is performed with
244  * variable accesses in a 64-byte-aligned buffer. Assuming that this fits into
245  * a single cache-line, then the variable memory accesses don't actually affect
246  * the timing. This has been tested to be true on Intel amd64 chips.
247  */
248 void ssl3_cbc_copy_mac(unsigned char* out,
249                        const SSL3_RECORD *rec,
250                        unsigned md_size,unsigned orig_len)
251         {
252 #if defined(CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE)
253         unsigned char rotated_mac_buf[EVP_MAX_MD_SIZE*2];
254         unsigned char *rotated_mac;
255 #else
256         unsigned char rotated_mac[EVP_MAX_MD_SIZE];
257 #endif
258
259         /* mac_end is the index of |rec->data| just after the end of the MAC. */
260         unsigned mac_end = rec->length;
261         unsigned mac_start = mac_end - md_size;
262         /* scan_start contains the number of bytes that we can ignore because
263          * the MAC's position can only vary by 255 bytes. */
264         unsigned scan_start = 0;
265         unsigned i, j;
266         unsigned div_spoiler;
267         unsigned rotate_offset;
268
269         OPENSSL_assert(orig_len >= md_size);
270         OPENSSL_assert(md_size <= EVP_MAX_MD_SIZE);
271
272 #if defined(CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE)
273         rotated_mac = (unsigned char*) (((intptr_t)(rotated_mac_buf + 64)) & ~63);
274 #endif
275
276         /* This information is public so it's safe to branch based on it. */
277         if (orig_len > md_size + 255 + 1)
278                 scan_start = orig_len - (md_size + 255 + 1);
279         /* div_spoiler contains a multiple of md_size that is used to cause the
280          * modulo operation to be constant time. Without this, the time varies
281          * based on the amount of padding when running on Intel chips at least.
282          *
283          * The aim of right-shifting md_size is so that the compiler doesn't
284          * figure out that it can remove div_spoiler as that would require it
285          * to prove that md_size is always even, which I hope is beyond it. */
286         div_spoiler = md_size >> 1;
287         div_spoiler <<= (sizeof(div_spoiler)-1)*8;
288         rotate_offset = (div_spoiler + mac_start - scan_start) % md_size;
289
290         memset(rotated_mac, 0, md_size);
291         for (i = scan_start, j = 0; i < orig_len; i++)
292                 {
293                 unsigned char mac_started = constant_time_ge(i, mac_start);
294                 unsigned char mac_ended = constant_time_ge(i, mac_end);
295                 unsigned char b = rec->data[i];
296                 rotated_mac[j++] |= b & mac_started & ~mac_ended;
297                 j &= constant_time_lt(j,md_size);
298                 }
299
300         /* Now rotate the MAC */
301 #if defined(CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE)
302         j = 0;
303         for (i = 0; i < md_size; i++)
304                 {
305                 out[j++] = rotated_mac[rotate_offset++];
306                 rotate_offset &= constant_time_lt(rotate_offset,md_size);
307                 }
308 #else
309         memset(out, 0, md_size);
310         rotate_offset = md_size - rotate_offset;
311         rotate_offset &= constant_time_lt(rotate_offset,md_size);
312         for (i = 0; i < md_size; i++)
313                 {
314                 for (j = 0; j < md_size; j++)
315                         out[j] |= rotated_mac[i] & constant_time_eq_8(j, rotate_offset);
316                 rotate_offset++;
317                 rotate_offset &= constant_time_lt(rotate_offset,md_size);
318                 }
319 #endif
320         }
321
322 /* u32toLE serialises an unsigned, 32-bit number (n) as four bytes at (p) in
323  * little-endian order. The value of p is advanced by four. */
324 #define u32toLE(n, p) \
325         (*((p)++)=(unsigned char)(n), \
326          *((p)++)=(unsigned char)(n>>8), \
327          *((p)++)=(unsigned char)(n>>16), \
328          *((p)++)=(unsigned char)(n>>24))
329
330 /* These functions serialize the state of a hash and thus perform the standard
331  * "final" operation without adding the padding and length that such a function
332  * typically does. */
333 static void tls1_md5_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
334         {
335         MD5_CTX *md5 = ctx;
336         u32toLE(md5->A, md_out);
337         u32toLE(md5->B, md_out);
338         u32toLE(md5->C, md_out);
339         u32toLE(md5->D, md_out);
340         }
341
342 static void tls1_sha1_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
343         {
344         SHA_CTX *sha1 = ctx;
345         l2n(sha1->h0, md_out);
346         l2n(sha1->h1, md_out);
347         l2n(sha1->h2, md_out);
348         l2n(sha1->h3, md_out);
349         l2n(sha1->h4, md_out);
350         }
351 #define LARGEST_DIGEST_CTX SHA_CTX
352
353 #ifndef OPENSSL_NO_SHA256
354 static void tls1_sha256_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
355         {
356         SHA256_CTX *sha256 = ctx;
357         unsigned i;
358
359         for (i = 0; i < 8; i++)
360                 {
361                 l2n(sha256->h[i], md_out);
362                 }
363         }
364 #undef  LARGEST_DIGEST_CTX
365 #define LARGEST_DIGEST_CTX SHA256_CTX
366 #endif
367
368 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
369 static void tls1_sha512_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
370         {
371         SHA512_CTX *sha512 = ctx;
372         unsigned i;
373
374         for (i = 0; i < 8; i++)
375                 {
376                 l2n8(sha512->h[i], md_out);
377                 }
378         }
379 #undef  LARGEST_DIGEST_CTX
380 #define LARGEST_DIGEST_CTX SHA512_CTX
381 #endif
382
383 /* ssl3_cbc_record_digest_supported returns 1 iff |ctx| uses a hash function
384  * which ssl3_cbc_digest_record supports. */
385 char ssl3_cbc_record_digest_supported(const EVP_MD *digest)
386         {
387 #ifdef OPENSSL_FIPS
388         if (FIPS_mode())
389                 return 0;
390 #endif
391         switch (EVP_MD_type(digest))
392                 {
393                 case NID_md5:
394                 case NID_sha1:
395 #ifndef OPENSSL_NO_SHA256
396                 case NID_sha224:
397                 case NID_sha256:
398 #endif
399 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
400                 case NID_sha384:
401                 case NID_sha512:
402 #endif
403                         return 1;
404                 default:
405                         return 0;
406                 }
407         }
408
409 /* ssl3_cbc_digest_record computes the MAC of a decrypted, padded SSLv3/TLS
410  * record.
411  *
412  *   ctx: the EVP_MD_CTX from which we take the hash function.
413  *     ssl3_cbc_record_digest_supported must return true for this EVP_MD_CTX.
414  *   md_out: the digest output. At most EVP_MAX_MD_SIZE bytes will be written.
415  *   md_out_size: if non-NULL, the number of output bytes is written here.
416  *   header: the 13-byte, TLS record header.
417  *   data: the record data itself, less any preceeding explicit IV.
418  *   data_plus_mac_size: the secret, reported length of the data and MAC
419  *     once the padding has been removed.
420  *   data_plus_mac_plus_padding_size: the public length of the whole
421  *     record, including padding.
422  *   is_sslv3: non-zero if we are to use SSLv3. Otherwise, TLS.
423  *
424  * On entry: by virtue of having been through one of the remove_padding
425  * functions, above, we know that data_plus_mac_size is large enough to contain
426  * a padding byte and MAC. (If the padding was invalid, it might contain the
427  * padding too. ) */
428 void ssl3_cbc_digest_record(
429         const EVP_MD *digest,
430         unsigned char* md_out,
431         size_t* md_out_size,
432         const unsigned char header[13],
433         const unsigned char *data,
434         size_t data_plus_mac_size,
435         size_t data_plus_mac_plus_padding_size,
436         const unsigned char *mac_secret,
437         unsigned mac_secret_length,
438         char is_sslv3)
439         {
440         union { double align;
441                 unsigned char c[sizeof(LARGEST_DIGEST_CTX)]; } md_state;
442         void (*md_final_raw)(void *ctx, unsigned char *md_out);
443         void (*md_transform)(void *ctx, const unsigned char *block);
444         unsigned md_size, md_block_size = 64;
445         unsigned sslv3_pad_length = 40, header_length, variance_blocks,
446                  len, max_mac_bytes, num_blocks,
447                  num_starting_blocks, k, mac_end_offset, c, index_a, index_b;
448         unsigned int bits;      /* at most 18 bits */
449         unsigned char length_bytes[MAX_HASH_BIT_COUNT_BYTES];
450         /* hmac_pad is the masked HMAC key. */
451         unsigned char hmac_pad[MAX_HASH_BLOCK_SIZE];
452         unsigned char first_block[MAX_HASH_BLOCK_SIZE];
453         unsigned char mac_out[EVP_MAX_MD_SIZE];
454         unsigned i, j, md_out_size_u;
455         EVP_MD_CTX md_ctx;
456         /* mdLengthSize is the number of bytes in the length field that terminates
457         * the hash. */
458         unsigned md_length_size = 8;
459         char length_is_big_endian = 1;
460
461         /* This is a, hopefully redundant, check that allows us to forget about
462          * many possible overflows later in this function. */
463         OPENSSL_assert(data_plus_mac_plus_padding_size < 1024*1024);
464
465         switch (EVP_MD_type(digest))
466                 {
467                 case NID_md5:
468                         MD5_Init((MD5_CTX*)md_state.c);
469                         md_final_raw = tls1_md5_final_raw;
470                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) MD5_Transform;
471                         md_size = 16;
472                         sslv3_pad_length = 48;
473                         length_is_big_endian = 0;
474                         break;
475                 case NID_sha1:
476                         SHA1_Init((SHA_CTX*)md_state.c);
477                         md_final_raw = tls1_sha1_final_raw;
478                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA1_Transform;
479                         md_size = 20;
480                         break;
481 #ifndef OPENSSL_NO_SHA256
482                 case NID_sha224:
483                         SHA224_Init((SHA256_CTX*)md_state.c);
484                         md_final_raw = tls1_sha256_final_raw;
485                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA256_Transform;
486                         md_size = 224/8;
487                         break;
488                 case NID_sha256:
489                         SHA256_Init((SHA256_CTX*)md_state.c);
490                         md_final_raw = tls1_sha256_final_raw;
491                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA256_Transform;
492                         md_size = 32;
493                         break;
494 #endif
495 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
496                 case NID_sha384:
497                         SHA384_Init((SHA512_CTX*)md_state.c);
498                         md_final_raw = tls1_sha512_final_raw;
499                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA512_Transform;
500                         md_size = 384/8;
501                         md_block_size = 128;
502                         md_length_size = 16;
503                         break;
504                 case NID_sha512:
505                         SHA512_Init((SHA512_CTX*)md_state.c);
506                         md_final_raw = tls1_sha512_final_raw;
507                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA512_Transform;
508                         md_size = 64;
509                         md_block_size = 128;
510                         md_length_size = 16;
511                         break;
512 #endif
513                 default:
514                         /* ssl3_cbc_record_digest_supported should have been
515                          * called first to check that the hash function is
516                          * supported. */
517                         OPENSSL_assert(0);
518                         if (md_out_size)
519                                 *md_out_size = -1;
520                         return;
521                 }
522
523         OPENSSL_assert(md_length_size <= MAX_HASH_BIT_COUNT_BYTES);
524         OPENSSL_assert(md_block_size <= MAX_HASH_BLOCK_SIZE);
525         OPENSSL_assert(md_size <= EVP_MAX_MD_SIZE);
526
527         header_length = 13;
528         if (is_sslv3)
529                 {
530                 header_length =
531                         mac_secret_length +
532                         sslv3_pad_length +
533                         8 /* sequence number */ +
534                         1 /* record type */ +
535                         2 /* record length */;
536                 }
537
538         /* variance_blocks is the number of blocks of the hash that we have to
539          * calculate in constant time because they could be altered by the
540          * padding value.
541          *
542          * In SSLv3, the padding must be minimal so the end of the plaintext
543          * varies by, at most, 15+20 = 35 bytes. (We conservatively assume that
544          * the MAC size varies from 0..20 bytes.) In case the 9 bytes of hash
545          * termination (0x80 + 64-bit length) don't fit in the final block, we
546          * say that the final two blocks can vary based on the padding.
547          *
548          * TLSv1 has MACs up to 48 bytes long (SHA-384) and the padding is not
549          * required to be minimal. Therefore we say that the final six blocks
550          * can vary based on the padding.
551          *
552          * Later in the function, if the message is short and there obviously
553          * cannot be this many blocks then variance_blocks can be reduced. */
554         variance_blocks = is_sslv3 ? 2 : 6;
555         /* From now on we're dealing with the MAC, which conceptually has 13
556          * bytes of `header' before the start of the data (TLS) or 71/75 bytes
557          * (SSLv3) */
558         len = data_plus_mac_plus_padding_size + header_length;
559         /* max_mac_bytes contains the maximum bytes of bytes in the MAC, including
560         * |header|, assuming that there's no padding. */
561         max_mac_bytes = len - md_size - 1;
562         /* num_blocks is the maximum number of hash blocks. */
563         num_blocks = (max_mac_bytes + 1 + md_length_size + md_block_size - 1) / md_block_size;
564         /* In order to calculate the MAC in constant time we have to handle
565          * the final blocks specially because the padding value could cause the
566          * end to appear somewhere in the final |variance_blocks| blocks and we
567          * can't leak where. However, |num_starting_blocks| worth of data can
568          * be hashed right away because no padding value can affect whether
569          * they are plaintext. */
570         num_starting_blocks = 0;
571         /* k is the starting byte offset into the conceptual header||data where
572          * we start processing. */
573         k = 0;
574         /* mac_end_offset is the index just past the end of the data to be
575          * MACed. */
576         mac_end_offset = data_plus_mac_size + header_length - md_size;
577         /* c is the index of the 0x80 byte in the final hash block that
578          * contains application data. */
579         c = mac_end_offset % md_block_size;
580         /* index_a is the hash block number that contains the 0x80 terminating
581          * value. */
582         index_a = mac_end_offset / md_block_size;
583         /* index_b is the hash block number that contains the 64-bit hash
584          * length, in bits. */
585         index_b = (mac_end_offset + md_length_size) / md_block_size;
586         /* bits is the hash-length in bits. It includes the additional hash
587          * block for the masked HMAC key, or whole of |header| in the case of
588          * SSLv3. */
589
590         /* For SSLv3, if we're going to have any starting blocks then we need
591          * at least two because the header is larger than a single block. */
592         if (num_blocks > variance_blocks + (is_sslv3 ? 1 : 0))
593                 {
594                 num_starting_blocks = num_blocks - variance_blocks;
595                 k = md_block_size*num_starting_blocks;
596                 }
597
598         bits = 8*mac_end_offset;
599         if (!is_sslv3)
600                 {
601                 /* Compute the initial HMAC block. For SSLv3, the padding and
602                  * secret bytes are included in |header| because they take more
603                  * than a single block. */
604                 bits += 8*md_block_size;
605                 memset(hmac_pad, 0, md_block_size);
606                 OPENSSL_assert(mac_secret_length <= sizeof(hmac_pad));
607                 memcpy(hmac_pad, mac_secret, mac_secret_length);
608                 for (i = 0; i < md_block_size; i++)
609                         hmac_pad[i] ^= 0x36;
610
611                 md_transform(md_state.c, hmac_pad);
612                 }
613
614         if (length_is_big_endian)
615                 {
616                 memset(length_bytes,0,md_length_size-4);
617                 length_bytes[md_length_size-4] = (unsigned char)(bits>>24);
618                 length_bytes[md_length_size-3] = (unsigned char)(bits>>16);
619                 length_bytes[md_length_size-2] = (unsigned char)(bits>>8);
620                 length_bytes[md_length_size-1] = (unsigned char)bits;
621                 }
622         else
623                 {
624                 memset(length_bytes,0,md_length_size);
625                 length_bytes[md_length_size-5] = (unsigned char)(bits>>24);
626                 length_bytes[md_length_size-6] = (unsigned char)(bits>>16);
627                 length_bytes[md_length_size-7] = (unsigned char)(bits>>8);
628                 length_bytes[md_length_size-8] = (unsigned char)bits;
629                 }
630
631         if (k > 0)
632                 {
633                 if (is_sslv3)
634                         {
635                         /* The SSLv3 header is larger than a single block.
636                          * overhang is the number of bytes beyond a single
637                          * block that the header consumes: either 7 bytes
638                          * (SHA1) or 11 bytes (MD5). */
639                         unsigned overhang = header_length-md_block_size;
640                         md_transform(md_state.c, header);
641                         memcpy(first_block, header + md_block_size, overhang);
642                         memcpy(first_block + overhang, data, md_block_size-overhang);
643                         md_transform(md_state.c, first_block);
644                         for (i = 1; i < k/md_block_size - 1; i++)
645                                 md_transform(md_state.c, data + md_block_size*i - overhang);
646                         }
647                 else
648                         {
649                         /* k is a multiple of md_block_size. */
650                         memcpy(first_block, header, 13);
651                         memcpy(first_block+13, data, md_block_size-13);
652                         md_transform(md_state.c, first_block);
653                         for (i = 1; i < k/md_block_size; i++)
654                                 md_transform(md_state.c, data + md_block_size*i - 13);
655                         }
656                 }
657
658         memset(mac_out, 0, sizeof(mac_out));
659
660         /* We now process the final hash blocks. For each block, we construct
661          * it in constant time. If the |i==index_a| then we'll include the 0x80
662          * bytes and zero pad etc. For each block we selectively copy it, in
663          * constant time, to |mac_out|. */
664         for (i = num_starting_blocks; i <= num_starting_blocks+variance_blocks; i++)
665                 {
666                 unsigned char block[MAX_HASH_BLOCK_SIZE];
667                 unsigned char is_block_a = constant_time_eq_8(i, index_a);
668                 unsigned char is_block_b = constant_time_eq_8(i, index_b);
669                 for (j = 0; j < md_block_size; j++)
670                         {
671                         unsigned char b = 0, is_past_c, is_past_cp1;
672                         if (k < header_length)
673                                 b = header[k];
674                         else if (k < data_plus_mac_plus_padding_size + header_length)
675                                 b = data[k-header_length];
676                         k++;
677
678                         is_past_c = is_block_a & constant_time_ge(j, c);
679                         is_past_cp1 = is_block_a & constant_time_ge(j, c+1);
680                         /* If this is the block containing the end of the
681                          * application data, and we are at the offset for the
682                          * 0x80 value, then overwrite b with 0x80. */
683                         b = (b&~is_past_c) | (0x80&is_past_c);
684                         /* If this the the block containing the end of the
685                          * application data and we're past the 0x80 value then
686                          * just write zero. */
687                         b = b&~is_past_cp1;
688                         /* If this is index_b (the final block), but not
689                          * index_a (the end of the data), then the 64-bit
690                          * length didn't fit into index_a and we're having to
691                          * add an extra block of zeros. */
692                         b &= ~is_block_b | is_block_a;
693
694                         /* The final bytes of one of the blocks contains the
695                          * length. */
696                         if (j >= md_block_size - md_length_size)
697                                 {
698                                 /* If this is index_b, write a length byte. */
699                                 b = (b&~is_block_b) | (is_block_b&length_bytes[j-(md_block_size-md_length_size)]);
700                                 }
701                         block[j] = b;
702                         }
703
704                 md_transform(md_state.c, block);
705                 md_final_raw(md_state.c, block);
706                 /* If this is index_b, copy the hash value to |mac_out|. */
707                 for (j = 0; j < md_size; j++)
708                         mac_out[j] |= block[j]&is_block_b;
709                 }
710
711         EVP_MD_CTX_init(&md_ctx);
712         EVP_DigestInit_ex(&md_ctx, digest, NULL /* engine */);
713         if (is_sslv3)
714                 {
715                 /* We repurpose |hmac_pad| to contain the SSLv3 pad2 block. */
716                 memset(hmac_pad, 0x5c, sslv3_pad_length);
717
718                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, mac_secret, mac_secret_length);
719                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, hmac_pad, sslv3_pad_length);
720                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, mac_out, md_size);
721                 }
722         else
723                 {
724                 /* Complete the HMAC in the standard manner. */
725                 for (i = 0; i < md_block_size; i++)
726                         hmac_pad[i] ^= 0x6a;
727
728                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, hmac_pad, md_block_size);
729                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, mac_out, md_size);
730                 }
731         EVP_DigestFinal(&md_ctx, md_out, &md_out_size_u);
732         if (md_out_size)
733                 *md_out_size = md_out_size_u;
734         EVP_MD_CTX_cleanup(&md_ctx);
735         }
736
737 #ifdef OPENSSL_FIPS
738
739 /* Due to the need to use EVP in FIPS mode we can't reimplement digests but
740  * we can ensure the number of blocks processed is equal for all cases
741  * by digesting additional data.
742  */
743
744 void tls_fips_digest_extra(
745         const EVP_CIPHER_CTX *cipher_ctx, const EVP_MD *hash, HMAC_CTX *hctx,
746         const unsigned char *data, size_t data_len, size_t orig_len)
747         {
748         size_t block_size, digest_pad, blocks_data, blocks_orig;
749         if (EVP_CIPHER_CTX_mode(cipher_ctx) != EVP_CIPH_CBC_MODE)
750                 return;
751         block_size = EVP_MD_block_size(hash);
752         /* We are in FIPS mode if we get this far so we know we have only SHA*
753          * digests and TLS to deal with.
754          * Minimum digest padding length is 17 for SHA384/SHA512 and 9
755          * otherwise.
756          * Additional header is 13 bytes. To get the number of digest blocks
757          * processed round up the amount of data plus padding to the nearest
758          * block length. Block length is 128 for SHA384/SHA512 and 64 otherwise.
759          * So we have:
760          * blocks = (payload_len + digest_pad + 13 + block_size - 1)/block_size
761          * equivalently:
762          * blocks = (payload_len + digest_pad + 12)/block_size + 1
763          * HMAC adds a constant overhead.
764          * We're ultimately only interested in differences so this becomes
765          * blocks = (payload_len + 29)/128
766          * for SHA384/SHA512 and
767          * blocks = (payload_len + 21)/64
768          * otherwise.
769          */
770         digest_pad = block_size == 64 ? 21 : 29;
771         blocks_orig = (orig_len + digest_pad)/block_size;
772         blocks_data = (data_len + digest_pad)/block_size;
773         /* MAC enough blocks to make up the difference between the original
774          * and actual lengths plus one extra block to ensure this is never a
775          * no op. The "data" pointer should always have enough space to
776          * perform this operation as it is large enough for a maximum
777          * length TLS buffer. 
778          */
779         HMAC_Update(hctx, data,
780                                 (blocks_orig - blocks_data + 1) * block_size);
781         }
782 #endif