crypto/evp/bio_ok.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 /*-
  11         From: Arne Ansper
  12
  13         Why BIO_f_reliable?
  14
  15         I wrote function which took BIO* as argument, read data from it
  16         and processed it. Then I wanted to store the input file in
  17         encrypted form. OK I pushed BIO_f_cipher to the BIO stack
  18         and everything was OK. BUT if user types wrong password
  19         BIO_f_cipher outputs only garbage and my function crashes. Yes
  20         I can and I should fix my function, but BIO_f_cipher is
  21         easy way to add encryption support to many existing applications
  22         and it's hard to debug and fix them all.
  23
  24         So I wanted another BIO which would catch the incorrect passwords and
  25         file damages which cause garbage on BIO_f_cipher's output.
  26
  27         The easy way is to push the BIO_f_md and save the checksum at
  28         the end of the file. However there are several problems with this
  29         approach:
  30
  31         1) you must somehow separate checksum from actual data.
  32         2) you need lot's of memory when reading the file, because you
  33         must read to the end of the file and verify the checksum before
  34         letting the application to read the data.
  35
  36         BIO_f_reliable tries to solve both problems, so that you can
  37         read and write arbitrary long streams using only fixed amount
  38         of memory.
  39
  40         BIO_f_reliable splits data stream into blocks. Each block is prefixed
  41         with its length and suffixed with its digest. So you need only
  42         several Kbytes of memory to buffer single block before verifying
  43         its digest.
  44
  45         BIO_f_reliable goes further and adds several important capabilities:
  46
  47         1) the digest of the block is computed over the whole stream
  48         -- so nobody can rearrange the blocks or remove or replace them.
  49
  50         2) to detect invalid passwords right at the start BIO_f_reliable
  51         adds special prefix to the stream. In order to avoid known plain-text
  52         attacks this prefix is generated as follows:
  53
  54                 *) digest is initialized with random seed instead of
  55                 standardized one.
  56                 *) same seed is written to output
  57                 *) well-known text is then hashed and the output
  58                 of the digest is also written to output.
  59
  60         reader can now read the seed from stream, hash the same string
  61         and then compare the digest output.
  62
  63         Bad things: BIO_f_reliable knows what's going on in EVP_Digest. I
  64         initially wrote and tested this code on x86 machine and wrote the
  65         digests out in machine-dependent order :( There are people using
  66         this code and I cannot change this easily without making existing
  67         data files unreadable.
  68
  69 */
  70
  71 #include <stdio.h>
  72 #include <errno.h>
  73 #include <assert.h>
  74 #include "internal/cryptlib.h"
  75 #include <openssl/buffer.h>
  76 #include "internal/bio.h"
  77 #include <openssl/evp.h>
  78 #include <openssl/rand.h>
  79 #include "internal/evp_int.h"
  80
  81 static int ok_write(BIO *h, const char *buf, int num);
  82 static int ok_read(BIO *h, char *buf, int size);
  83 static long ok_ctrl(BIO *h, int cmd, long arg1, void *arg2);
  84 static int ok_new(BIO *h);
  85 static int ok_free(BIO *data);
  86 static long ok_callback_ctrl(BIO *h, int cmd, BIO_info_cb *fp);
  87
  88 static __owur int sig_out(BIO *b);
  89 static __owur int sig_in(BIO *b);
  90 static __owur int block_out(BIO *b);
  91 static __owur int block_in(BIO *b);
  92 #define OK_BLOCK_SIZE   (1024*4)
  93 #define OK_BLOCK_BLOCK  4
  94 #define IOBS            (OK_BLOCK_SIZE+ OK_BLOCK_BLOCK+ 3*EVP_MAX_MD_SIZE)
  95 #define WELLKNOWN "The quick brown fox jumped over the lazy dog's back."
  96
  97 typedef struct ok_struct {
  98     size_t buf_len;
  99     size_t buf_off;
 100     size_t buf_len_save;
 101     size_t buf_off_save;
 102     int cont;                   /* <= 0 when finished */
 103     int finished;
 104     EVP_MD_CTX *md;
 105     int blockout;               /* output block is ready */
 106     int sigio;                  /* must process signature */
 107     unsigned char buf[IOBS];
 108 } BIO_OK_CTX;
 109
 110 static const BIO_METHOD methods_ok = {
 111     BIO_TYPE_CIPHER,
 112     "reliable",
 113     /* TODO: Convert to new style write function */
 114     bwrite_conv,
 115     ok_write,
 116     /* TODO: Convert to new style read function */
 117     bread_conv,
 118     ok_read,
 119     NULL,                       /* ok_puts, */
 120     NULL,                       /* ok_gets, */
 121     ok_ctrl,
 122     ok_new,
 123     ok_free,
 124     ok_callback_ctrl,
 125 };
 126
 127 const BIO_METHOD *BIO_f_reliable(void)
 128 {
 129     return &methods_ok;
 130 }
 131
 132 static int ok_new(BIO *bi)
 133 {
 134     BIO_OK_CTX *ctx;
 135
 136     if ((ctx = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ctx))) == NULL) {
 137         EVPerr(EVP_F_OK_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 138         return 0;
 139     }
 140
 141     ctx->cont = 1;
 142     ctx->sigio = 1;
 143     ctx->md = EVP_MD_CTX_new();
 144     if (ctx->md == NULL) {
 145         OPENSSL_free(ctx);
 146         return 0;
 147     }
 148     BIO_set_init(bi, 0);
 149     BIO_set_data(bi, ctx);
 150
 151     return 1;
 152 }
 153
 154 static int ok_free(BIO *a)
 155 {
 156     BIO_OK_CTX *ctx;
 157
 158     if (a == NULL)
 159         return 0;
 160
 161     ctx = BIO_get_data(a);
 162
 163     EVP_MD_CTX_free(ctx->md);
 164     OPENSSL_clear_free(ctx, sizeof(BIO_OK_CTX));
 165     BIO_set_data(a, NULL);
 166     BIO_set_init(a, 0);
 167
 168     return 1;
 169 }
 170
 171 static int ok_read(BIO *b, char *out, int outl)
 172 {
 173     int ret = 0, i, n;
 174     BIO_OK_CTX *ctx;
 175     BIO *next;
 176
 177     if (out == NULL)
 178         return 0;
 179
 180     ctx = BIO_get_data(b);
 181     next = BIO_next(b);
 182
 183     if ((ctx == NULL) || (next == NULL) || (BIO_get_init(b) == 0))
 184         return 0;
 185
 186     while (outl > 0) {
 187
 188         /* copy clean bytes to output buffer */
 189         if (ctx->blockout) {
 190             i = ctx->buf_len - ctx->buf_off;
 191             if (i > outl)
 192                 i = outl;
 193             memcpy(out, &(ctx->buf[ctx->buf_off]), i);
 194             ret += i;
 195             out += i;
 196             outl -= i;
 197             ctx->buf_off += i;
 198
 199             /* all clean bytes are out */
 200             if (ctx->buf_len == ctx->buf_off) {
 201                 ctx->buf_off = 0;
 202
 203                 /*
 204                  * copy start of the next block into proper place
 205                  */
 206                 if (ctx->buf_len_save - ctx->buf_off_save > 0) {
 207                     ctx->buf_len = ctx->buf_len_save - ctx->buf_off_save;
 208                     memmove(ctx->buf, &(ctx->buf[ctx->buf_off_save]),
 209                             ctx->buf_len);
 210                 } else {
 211                     ctx->buf_len = 0;
 212                 }
 213                 ctx->blockout = 0;
 214             }
 215         }
 216
 217         /* output buffer full -- cancel */
 218         if (outl == 0)
 219             break;
 220
 221         /* no clean bytes in buffer -- fill it */
 222         n = IOBS - ctx->buf_len;
 223         i = BIO_read(next, &(ctx->buf[ctx->buf_len]), n);
 224
 225         if (i <= 0)
 226             break;              /* nothing new */
 227
 228         ctx->buf_len += i;
 229
 230         /* no signature yet -- check if we got one */
 231         if (ctx->sigio == 1) {
 232             if (!sig_in(b)) {
 233                 BIO_clear_retry_flags(b);
 234                 return 0;
 235             }
 236         }
 237
 238         /* signature ok -- check if we got block */
 239         if (ctx->sigio == 0) {
 240             if (!block_in(b)) {
 241                 BIO_clear_retry_flags(b);
 242                 return 0;
 243             }
 244         }
 245
 246         /* invalid block -- cancel */
 247         if (ctx->cont <= 0)
 248             break;
 249
 250     }
 251
 252     BIO_clear_retry_flags(b);
 253     BIO_copy_next_retry(b);
 254     return ret;
 255 }
 256
 257 static int ok_write(BIO *b, const char *in, int inl)
 258 {
 259     int ret = 0, n, i;
 260     BIO_OK_CTX *ctx;
 261     BIO *next;
 262
 263     if (inl <= 0)
 264         return inl;
 265
 266     ctx = BIO_get_data(b);
 267     next = BIO_next(b);
 268     ret = inl;
 269
 270     if ((ctx == NULL) || (next == NULL) || (BIO_get_init(b) == 0))
 271         return 0;
 272
 273     if (ctx->sigio && !sig_out(b))
 274         return 0;
 275
 276     do {
 277         BIO_clear_retry_flags(b);
 278         n = ctx->buf_len - ctx->buf_off;
 279         while (ctx->blockout && n > 0) {
 280             i = BIO_write(next, &(ctx->buf[ctx->buf_off]), n);
 281             if (i <= 0) {
 282                 BIO_copy_next_retry(b);
 283                 if (!BIO_should_retry(b))
 284                     ctx->cont = 0;
 285                 return i;
 286             }
 287             ctx->buf_off += i;
 288             n -= i;
 289         }
 290
 291         /* at this point all pending data has been written */
 292         ctx->blockout = 0;
 293         if (ctx->buf_len == ctx->buf_off) {
 294             ctx->buf_len = OK_BLOCK_BLOCK;
 295             ctx->buf_off = 0;
 296         }
 297
 298         if ((in == NULL) || (inl <= 0))
 299             return 0;
 300
 301         n = (inl + ctx->buf_len > OK_BLOCK_SIZE + OK_BLOCK_BLOCK) ?
 302             (int)(OK_BLOCK_SIZE + OK_BLOCK_BLOCK - ctx->buf_len) : inl;
 303
 304         memcpy(&ctx->buf[ctx->buf_len], in, n);
 305         ctx->buf_len += n;
 306         inl -= n;
 307         in += n;
 308
 309         if (ctx->buf_len >= OK_BLOCK_SIZE + OK_BLOCK_BLOCK) {
 310             if (!block_out(b)) {
 311                 BIO_clear_retry_flags(b);
 312                 return 0;
 313             }
 314         }
 315     } while (inl > 0);
 316
 317     BIO_clear_retry_flags(b);
 318     BIO_copy_next_retry(b);
 319     return ret;
 320 }
 321
 322 static long ok_ctrl(BIO *b, int cmd, long num, void *ptr)
 323 {
 324     BIO_OK_CTX *ctx;
 325     EVP_MD *md;
 326     const EVP_MD **ppmd;
 327     long ret = 1;
 328     int i;
 329     BIO *next;
 330
 331     ctx = BIO_get_data(b);
 332     next = BIO_next(b);
 333
 334     switch (cmd) {
 335     case BIO_CTRL_RESET:
 336         ctx->buf_len = 0;
 337         ctx->buf_off = 0;
 338         ctx->buf_len_save = 0;
 339         ctx->buf_off_save = 0;
 340         ctx->cont = 1;
 341         ctx->finished = 0;
 342         ctx->blockout = 0;
 343         ctx->sigio = 1;
 344         ret = BIO_ctrl(next, cmd, num, ptr);
 345         break;
 346     case BIO_CTRL_EOF:         /* More to read */
 347         if (ctx->cont <= 0)
 348             ret = 1;
 349         else
 350             ret = BIO_ctrl(next, cmd, num, ptr);
 351         break;
 352     case BIO_CTRL_PENDING:     /* More to read in buffer */
 353     case BIO_CTRL_WPENDING:    /* More to read in buffer */
 354         ret = ctx->blockout ? ctx->buf_len - ctx->buf_off : 0;
 355         if (ret <= 0)
 356             ret = BIO_ctrl(next, cmd, num, ptr);
 357         break;
 358     case BIO_CTRL_FLUSH:
 359         /* do a final write */
 360         if (ctx->blockout == 0)
 361             if (!block_out(b))
 362                 return 0;
 363
 364         while (ctx->blockout) {
 365             i = ok_write(b, NULL, 0);
 366             if (i < 0) {
 367                 ret = i;
 368                 break;
 369             }
 370         }
 371
 372         ctx->finished = 1;
 373         ctx->buf_off = ctx->buf_len = 0;
 374         ctx->cont = (int)ret;
 375
 376         /* Finally flush the underlying BIO */
 377         ret = BIO_ctrl(next, cmd, num, ptr);
 378         break;
 379     case BIO_C_DO_STATE_MACHINE:
 380         BIO_clear_retry_flags(b);
 381         ret = BIO_ctrl(next, cmd, num, ptr);
 382         BIO_copy_next_retry(b);
 383         break;
 384     case BIO_CTRL_INFO:
 385         ret = (long)ctx->cont;
 386         break;
 387     case BIO_C_SET_MD:
 388         md = ptr;
 389         if (!EVP_DigestInit_ex(ctx->md, md, NULL))
 390             return 0;
 391         BIO_set_init(b, 1);
 392         break;
 393     case BIO_C_GET_MD:
 394         if (BIO_get_init(b)) {
 395             ppmd = ptr;
 396             *ppmd = EVP_MD_CTX_md(ctx->md);
 397         } else
 398             ret = 0;
 399         break;
 400     default:
 401         ret = BIO_ctrl(next, cmd, num, ptr);
 402         break;
 403     }
 404     return ret;
 405 }
 406
 407 static long ok_callback_ctrl(BIO *b, int cmd, BIO_info_cb *fp)
 408 {
 409     long ret = 1;
 410     BIO *next;
 411
 412     next = BIO_next(b);
 413
 414     if (next == NULL)
 415         return 0;
 416
 417     switch (cmd) {
 418     default:
 419         ret = BIO_callback_ctrl(next, cmd, fp);
 420         break;
 421     }
 422
 423     return ret;
 424 }
 425
 426 static void longswap(void *_ptr, size_t len)
 427 {
 428     const union {
 429         long one;
 430         char little;
 431     } is_endian = {
 432         1
 433     };
 434
 435     if (is_endian.little) {
 436         size_t i;
 437         unsigned char *p = _ptr, c;
 438
 439         for (i = 0; i < len; i += 4) {
 440             c = p[0], p[0] = p[3], p[3] = c;
 441             c = p[1], p[1] = p[2], p[2] = c;
 442         }
 443     }
 444 }
 445
 446 static int sig_out(BIO *b)
 447 {
 448     BIO_OK_CTX *ctx;
 449     EVP_MD_CTX *md;
 450     const EVP_MD *digest;
 451     int md_size;
 452     void *md_data;
 453
 454     ctx = BIO_get_data(b);
 455     md = ctx->md;
 456     digest = EVP_MD_CTX_md(md);
 457     md_size = EVP_MD_size(digest);
 458     md_data = EVP_MD_CTX_md_data(md);
 459
 460     if (ctx->buf_len + 2 * md_size > OK_BLOCK_SIZE)
 461         return 1;
 462
 463     if (!EVP_DigestInit_ex(md, digest, NULL))
 464         goto berr;
 465     /*
 466      * FIXME: there's absolutely no guarantee this makes any sense at all,
 467      * particularly now EVP_MD_CTX has been restructured.
 468      */
 469     if (RAND_bytes(md_data, md_size) <= 0)
 470         goto berr;
 471     memcpy(&(ctx->buf[ctx->buf_len]), md_data, md_size);
 472     longswap(&(ctx->buf[ctx->buf_len]), md_size);
 473     ctx->buf_len += md_size;
 474
 475     if (!EVP_DigestUpdate(md, WELLKNOWN, strlen(WELLKNOWN)))
 476         goto berr;
 477     if (!EVP_DigestFinal_ex(md, &(ctx->buf[ctx->buf_len]), NULL))
 478         goto berr;
 479     ctx->buf_len += md_size;
 480     ctx->blockout = 1;
 481     ctx->sigio = 0;
 482     return 1;
 483  berr:
 484     BIO_clear_retry_flags(b);
 485     return 0;
 486 }
 487
 488 static int sig_in(BIO *b)
 489 {
 490     BIO_OK_CTX *ctx;
 491     EVP_MD_CTX *md;
 492     unsigned char tmp[EVP_MAX_MD_SIZE];
 493     int ret = 0;
 494     const EVP_MD *digest;
 495     int md_size;
 496     void *md_data;
 497
 498     ctx = BIO_get_data(b);
 499     md = ctx->md;
 500     digest = EVP_MD_CTX_md(md);
 501     md_size = EVP_MD_size(digest);
 502     md_data = EVP_MD_CTX_md_data(md);
 503
 504     if ((int)(ctx->buf_len - ctx->buf_off) < 2 * md_size)
 505         return 1;
 506
 507     if (!EVP_DigestInit_ex(md, digest, NULL))
 508         goto berr;
 509     memcpy(md_data, &(ctx->buf[ctx->buf_off]), md_size);
 510     longswap(md_data, md_size);
 511     ctx->buf_off += md_size;
 512
 513     if (!EVP_DigestUpdate(md, WELLKNOWN, strlen(WELLKNOWN)))
 514         goto berr;
 515     if (!EVP_DigestFinal_ex(md, tmp, NULL))
 516         goto berr;
 517     ret = memcmp(&(ctx->buf[ctx->buf_off]), tmp, md_size) == 0;
 518     ctx->buf_off += md_size;
 519     if (ret == 1) {
 520         ctx->sigio = 0;
 521         if (ctx->buf_len != ctx->buf_off) {
 522             memmove(ctx->buf, &(ctx->buf[ctx->buf_off]),
 523                     ctx->buf_len - ctx->buf_off);
 524         }
 525         ctx->buf_len -= ctx->buf_off;
 526         ctx->buf_off = 0;
 527     } else {
 528         ctx->cont = 0;
 529     }
 530     return 1;
 531  berr:
 532     BIO_clear_retry_flags(b);
 533     return 0;
 534 }
 535
 536 static int block_out(BIO *b)
 537 {
 538     BIO_OK_CTX *ctx;
 539     EVP_MD_CTX *md;
 540     unsigned long tl;
 541     const EVP_MD *digest;
 542     int md_size;
 543
 544     ctx = BIO_get_data(b);
 545     md = ctx->md;
 546     digest = EVP_MD_CTX_md(md);
 547     md_size = EVP_MD_size(digest);
 548
 549     tl = ctx->buf_len - OK_BLOCK_BLOCK;
 550     ctx->buf[0] = (unsigned char)(tl >> 24);
 551     ctx->buf[1] = (unsigned char)(tl >> 16);
 552     ctx->buf[2] = (unsigned char)(tl >> 8);
 553     ctx->buf[3] = (unsigned char)(tl);
 554     if (!EVP_DigestUpdate(md,
 555                           (unsigned char *)&(ctx->buf[OK_BLOCK_BLOCK]), tl))
 556         goto berr;
 557     if (!EVP_DigestFinal_ex(md, &(ctx->buf[ctx->buf_len]), NULL))
 558         goto berr;
 559     ctx->buf_len += md_size;
 560     ctx->blockout = 1;
 561     return 1;
 562  berr:
 563     BIO_clear_retry_flags(b);
 564     return 0;
 565 }
 566
 567 static int block_in(BIO *b)
 568 {
 569     BIO_OK_CTX *ctx;
 570     EVP_MD_CTX *md;
 571     unsigned long tl = 0;
 572     unsigned char tmp[EVP_MAX_MD_SIZE];
 573     int md_size;
 574
 575     ctx = BIO_get_data(b);
 576     md = ctx->md;
 577     md_size = EVP_MD_size(EVP_MD_CTX_md(md));
 578
 579     assert(sizeof(tl) >= OK_BLOCK_BLOCK); /* always true */
 580     tl = ctx->buf[0];
 581     tl <<= 8;
 582     tl |= ctx->buf[1];
 583     tl <<= 8;
 584     tl |= ctx->buf[2];
 585     tl <<= 8;
 586     tl |= ctx->buf[3];
 587
 588     if (ctx->buf_len < tl + OK_BLOCK_BLOCK + md_size)
 589         return 1;
 590
 591     if (!EVP_DigestUpdate(md,
 592                           (unsigned char *)&(ctx->buf[OK_BLOCK_BLOCK]), tl))
 593         goto berr;
 594     if (!EVP_DigestFinal_ex(md, tmp, NULL))
 595         goto berr;
 596     if (memcmp(&(ctx->buf[tl + OK_BLOCK_BLOCK]), tmp, md_size) == 0) {
 597         /* there might be parts from next block lurking around ! */
 598         ctx->buf_off_save = tl + OK_BLOCK_BLOCK + md_size;
 599         ctx->buf_len_save = ctx->buf_len;
 600         ctx->buf_off = OK_BLOCK_BLOCK;
 601         ctx->buf_len = tl + OK_BLOCK_BLOCK;
 602         ctx->blockout = 1;
 603     } else {
 604         ctx->cont = 0;
 605     }
 606     return 1;
 607  berr:
 608     BIO_clear_retry_flags(b);
 609     return 0;
 610 }