Get rid of the diversity of names for MAC parameters
[openssl.git] / crypto / kdf / tls1_prf.c
index 374c6e49ec60af95bd2da01cbb47b63e793ac22f..f5d2314681b31938615f5eedf3699165e5d82082 100644 (file)
@@ -1,67 +1,62 @@
 /*
- * Written by Dr Stephen N Henson (steve@openssl.org) for the OpenSSL project
- * 2016.
+ * Copyright 2016-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
+ *
+ * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
+ * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
+ * in the file LICENSE in the source distribution or at
+ * https://www.openssl.org/source/license.html
  */
-/* ====================================================================
- * Copyright (c) 2015 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
+
+/*
+ * Refer to "The TLS Protocol Version 1.0" Section 5
+ * (https://tools.ietf.org/html/rfc2246#section-5) and
+ * "The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2" Section 5
+ * (https://tools.ietf.org/html/rfc5246#section-5).
  *
- * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
- * modification, are permitted provided that the following conditions
- * are met:
+ * For TLS v1.0 and TLS v1.1 the TLS PRF algorithm is given by:
  *
- * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
- *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+ *   PRF(secret, label, seed) = P_MD5(S1, label + seed) XOR
+ *                              P_SHA-1(S2, label + seed)
  *
- * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
- *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
- *    the documentation and/or other materials provided with the
- *    distribution.
+ * where P_MD5 and P_SHA-1 are defined by P_<hash>, below, and S1 and S2 are
+ * two halves of the secret (with the possibility of one shared byte, in the
+ * case where the length of the original secret is odd).  S1 is taken from the
+ * first half of the secret, S2 from the second half.
  *
- * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
- *    software must display the following acknowledgment:
- *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
- *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
+ * For TLS v1.2 the TLS PRF algorithm is given by:
  *
- * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
- *    endorse or promote products derived from this software without
- *    prior written permission. For written permission, please contact
- *    licensing@OpenSSL.org.
+ *   PRF(secret, label, seed) = P_<hash>(secret, label + seed)
  *
- * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
- *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
- *    permission of the OpenSSL Project.
+ * where hash is SHA-256 for all cipher suites defined in RFC 5246 as well as
+ * those published prior to TLS v1.2 while the TLS v1.2 protocol is in effect,
+ * unless defined otherwise by the cipher suite.
  *
- * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
- *    acknowledgment:
- *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
- *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
+ * P_<hash> is an expansion function that uses a single hash function to expand
+ * a secret and seed into an arbitrary quantity of output:
  *
- * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
- * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
- * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
- * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
- * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
- * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
- * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
- * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
- * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
- * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
- * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
- * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
- * ====================================================================
+ *   P_<hash>(secret, seed) = HMAC_<hash>(secret, A(1) + seed) +
+ *                            HMAC_<hash>(secret, A(2) + seed) +
+ *                            HMAC_<hash>(secret, A(3) + seed) + ...
  *
- * This product includes cryptographic software written by Eric Young
- * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
- * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
+ * where + indicates concatenation.  P_<hash> can be iterated as many times as
+ * is necessary to produce the required quantity of data.
  *
+ * A(i) is defined as:
+ *     A(0) = seed
+ *     A(i) = HMAC_<hash>(secret, A(i-1))
  */
-
 #include <stdio.h>
+#include <stdarg.h>
+#include <string.h>
 #include "internal/cryptlib.h"
-#include <openssl/kdf.h>
 #include <openssl/evp.h>
+#include <openssl/kdf.h>
+#include <openssl/core_names.h>
+#include <openssl/params.h>
 #include "internal/evp_int.h"
+#include "kdf_local.h"
 
+static void kdf_tls1_prf_reset(EVP_KDF_IMPL *impl);
 static int tls1_prf_alg(const EVP_MD *md,
                         const unsigned char *sec, size_t slen,
                         const unsigned char *seed, size_t seed_len,
@@ -69,9 +64,9 @@ static int tls1_prf_alg(const EVP_MD *md,
 
 #define TLS1_PRF_MAXBUF 1024
 
-/* TLS KDF pkey context structure */
+/* TLS KDF kdf context structure */
 
-typedef struct {
+struct evp_kdf_impl_st {
     /* Digest to use for PRF */
     const EVP_MD *md;
     /* Secret value to use for PRF */
@@ -80,194 +75,290 @@ typedef struct {
     /* Buffer of concatenated seed data */
     unsigned char seed[TLS1_PRF_MAXBUF];
     size_t seedlen;
-} TLS1_PRF_PKEY_CTX;
+};
 
-static int pkey_tls1_prf_init(EVP_PKEY_CTX *ctx)
+static EVP_KDF_IMPL *kdf_tls1_prf_new(void)
 {
-    TLS1_PRF_PKEY_CTX *kctx;
+    EVP_KDF_IMPL *impl;
 
-    kctx = OPENSSL_zalloc(sizeof(*kctx));
-    if (kctx == NULL)
-        return 0;
-    ctx->data = kctx;
+    if ((impl = OPENSSL_zalloc(sizeof(*impl))) == NULL)
+        KDFerr(KDF_F_KDF_TLS1_PRF_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
+    return impl;
+}
 
-    return 1;
+static void kdf_tls1_prf_free(EVP_KDF_IMPL *impl)
+{
+    kdf_tls1_prf_reset(impl);
+    OPENSSL_free(impl);
 }
 
-static void pkey_tls1_prf_cleanup(EVP_PKEY_CTX *ctx)
+static void kdf_tls1_prf_reset(EVP_KDF_IMPL *impl)
 {
-    TLS1_PRF_PKEY_CTX *kctx = ctx->data;
-    OPENSSL_clear_free(kctx->sec, kctx->seclen);
-    OPENSSL_cleanse(kctx->seed, kctx->seedlen);
-    OPENSSL_free(kctx);
+    OPENSSL_clear_free(impl->sec, impl->seclen);
+    OPENSSL_cleanse(impl->seed, impl->seedlen);
+    memset(impl, 0, sizeof(*impl));
 }
 
-static int pkey_tls1_prf_ctrl(EVP_PKEY_CTX *ctx, int type, int p1, void *p2)
+static int kdf_tls1_prf_ctrl(EVP_KDF_IMPL *impl, int cmd, va_list args)
 {
-    TLS1_PRF_PKEY_CTX *kctx = ctx->data;
-    switch (type) {
-    case EVP_PKEY_CTRL_TLS_MD:
-        kctx->md = p2;
-        return 1;
+    const unsigned char *p;
+    size_t len;
+    const EVP_MD *md;
 
-    case EVP_PKEY_CTRL_TLS_SECRET:
-        if (p1 < 0)
+    switch (cmd) {
+    case EVP_KDF_CTRL_SET_MD:
+        md = va_arg(args, const EVP_MD *);
+        if (md == NULL)
             return 0;
-        if (kctx->sec != NULL)
-            OPENSSL_clear_free(kctx->sec, kctx->seclen);
-        OPENSSL_cleanse(kctx->seed, kctx->seedlen);
-        kctx->seedlen = 0;
-        kctx->sec = OPENSSL_memdup(p2, p1);
-        if (kctx->sec == NULL)
+
+        impl->md = md;
+        return 1;
+
+    case EVP_KDF_CTRL_SET_TLS_SECRET:
+        p = va_arg(args, const unsigned char *);
+        len = va_arg(args, size_t);
+        OPENSSL_clear_free(impl->sec, impl->seclen);
+        impl->sec = OPENSSL_memdup(p, len);
+        if (impl->sec == NULL)
             return 0;
-        kctx->seclen  = p1;
+
+        impl->seclen = len;
+        return 1;
+
+    case EVP_KDF_CTRL_RESET_TLS_SEED:
+        OPENSSL_cleanse(impl->seed, impl->seedlen);
+        impl->seedlen = 0;
         return 1;
 
-    case EVP_PKEY_CTRL_TLS_SEED:
-        if (p1 == 0 || p2 == NULL)
+    case EVP_KDF_CTRL_ADD_TLS_SEED:
+        p = va_arg(args, const unsigned char *);
+        len = va_arg(args, size_t);
+        if (len == 0 || p == NULL)
             return 1;
-        if (p1 < 0 || p1 > (int)(TLS1_PRF_MAXBUF - kctx->seedlen))
+
+        if (len > (TLS1_PRF_MAXBUF - impl->seedlen))
             return 0;
-        memcpy(kctx->seed + kctx->seedlen, p2, p1);
-        kctx->seedlen += p1;
+
+        memcpy(impl->seed + impl->seedlen, p, len);
+        impl->seedlen += len;
         return 1;
 
     default:
         return -2;
-
     }
 }
 
-static int pkey_tls1_prf_derive(EVP_PKEY_CTX *ctx, unsigned char *key,
-                                size_t *keylen)
+static int kdf_tls1_prf_ctrl_str(EVP_KDF_IMPL *impl,
+                                 const char *type, const char *value)
 {
-    TLS1_PRF_PKEY_CTX *kctx = ctx->data;
-    if (kctx->md == NULL || kctx->sec == NULL || kctx->seedlen == 0)
+    if (value == NULL) {
+        KDFerr(KDF_F_KDF_TLS1_PRF_CTRL_STR, KDF_R_VALUE_MISSING);
         return 0;
-    return tls1_prf_alg(kctx->md, kctx->sec, kctx->seclen,
-                        kctx->seed, kctx->seedlen,
-                        key, *keylen);
-}
-
-const EVP_PKEY_METHOD tls1_prf_pkey_meth = {
-    EVP_PKEY_TLS1_PRF,
-    0,
-    pkey_tls1_prf_init,
-    0,
-    pkey_tls1_prf_cleanup,
-
-    0, 0,
-    0, 0,
+    }
+    if (strcmp(type, "digest") == 0)
+        return kdf_md2ctrl(impl, kdf_tls1_prf_ctrl, EVP_KDF_CTRL_SET_MD, value);
 
-    0,
-    0,
+    if (strcmp(type, "secret") == 0)
+        return kdf_str2ctrl(impl, kdf_tls1_prf_ctrl,
+                            EVP_KDF_CTRL_SET_TLS_SECRET, value);
 
-    0,
-    0,
+    if (strcmp(type, "hexsecret") == 0)
+        return kdf_hex2ctrl(impl, kdf_tls1_prf_ctrl,
+                            EVP_KDF_CTRL_SET_TLS_SECRET, value);
 
-    0, 0,
+    if (strcmp(type, "seed") == 0)
+        return kdf_str2ctrl(impl, kdf_tls1_prf_ctrl, EVP_KDF_CTRL_ADD_TLS_SEED,
+                            value);
 
-    0, 0, 0, 0,
+    if (strcmp(type, "hexseed") == 0)
+        return kdf_hex2ctrl(impl, kdf_tls1_prf_ctrl, EVP_KDF_CTRL_ADD_TLS_SEED,
+                            value);
 
-    0, 0,
+    return -2;
+}
 
-    0, 0,
+static int kdf_tls1_prf_derive(EVP_KDF_IMPL *impl, unsigned char *key,
+                               size_t keylen)
+{
+    if (impl->md == NULL) {
+        KDFerr(KDF_F_KDF_TLS1_PRF_DERIVE, KDF_R_MISSING_MESSAGE_DIGEST);
+        return 0;
+    }
+    if (impl->sec == NULL) {
+        KDFerr(KDF_F_KDF_TLS1_PRF_DERIVE, KDF_R_MISSING_SECRET);
+        return 0;
+    }
+    if (impl->seedlen == 0) {
+        KDFerr(KDF_F_KDF_TLS1_PRF_DERIVE, KDF_R_MISSING_SEED);
+        return 0;
+    }
+    return tls1_prf_alg(impl->md, impl->sec, impl->seclen,
+                        impl->seed, impl->seedlen,
+                        key, keylen);
+}
 
-    0,
-    pkey_tls1_prf_derive,
-    pkey_tls1_prf_ctrl,
-    0
+const EVP_KDF tls1_prf_kdf_meth = {
+    EVP_KDF_TLS1_PRF,
+    kdf_tls1_prf_new,
+    kdf_tls1_prf_free,
+    kdf_tls1_prf_reset,
+    kdf_tls1_prf_ctrl,
+    kdf_tls1_prf_ctrl_str,
+    NULL,
+    kdf_tls1_prf_derive
 };
 
+/*
+ * Refer to "The TLS Protocol Version 1.0" Section 5
+ * (https://tools.ietf.org/html/rfc2246#section-5) and
+ * "The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2" Section 5
+ * (https://tools.ietf.org/html/rfc5246#section-5).
+ *
+ * P_<hash> is an expansion function that uses a single hash function to expand
+ * a secret and seed into an arbitrary quantity of output:
+ *
+ *   P_<hash>(secret, seed) = HMAC_<hash>(secret, A(1) + seed) +
+ *                            HMAC_<hash>(secret, A(2) + seed) +
+ *                            HMAC_<hash>(secret, A(3) + seed) + ...
+ *
+ * where + indicates concatenation.  P_<hash> can be iterated as many times as
+ * is necessary to produce the required quantity of data.
+ *
+ * A(i) is defined as:
+ *     A(0) = seed
+ *     A(i) = HMAC_<hash>(secret, A(i-1))
+ */
 static int tls1_prf_P_hash(const EVP_MD *md,
                            const unsigned char *sec, size_t sec_len,
                            const unsigned char *seed, size_t seed_len,
                            unsigned char *out, size_t olen)
 {
-    int chunk;
-    EVP_MD_CTX *ctx = NULL, *ctx_tmp = NULL, *ctx_init = NULL;
-    EVP_PKEY *mac_key = NULL;
-    unsigned char A1[EVP_MAX_MD_SIZE];
-    size_t A1_len;
+    size_t chunk;
+    EVP_MAC *mac = NULL;
+    EVP_MAC_CTX *ctx = NULL, *ctx_Ai = NULL, *ctx_init = NULL;
+    unsigned char Ai[EVP_MAX_MD_SIZE];
+    size_t Ai_len;
     int ret = 0;
+    OSSL_PARAM params[4];
+    int mac_flags;
+    const char *mdname = EVP_MD_name(md);
 
-    chunk = EVP_MD_size(md);
-    OPENSSL_assert(chunk >= 0);
-
-    ctx = EVP_MD_CTX_new();
-    ctx_tmp = EVP_MD_CTX_new();
-    ctx_init = EVP_MD_CTX_new();
-    if (ctx == NULL || ctx_tmp == NULL || ctx_init == NULL)
+    mac = EVP_MAC_fetch(NULL, OSSL_MAC_NAME_HMAC, NULL); /* Implicit fetch */
+    ctx_init = EVP_MAC_CTX_new(mac);
+    if (ctx_init == NULL)
         goto err;
-    EVP_MD_CTX_set_flags(ctx_init, EVP_MD_CTX_FLAG_NON_FIPS_ALLOW);
-    mac_key = EVP_PKEY_new_mac_key(EVP_PKEY_HMAC, NULL, sec, sec_len);
-    if (mac_key == NULL)
+
+    /* TODO(3.0) rethink "flags", also see hmac.c in providers */
+    mac_flags = EVP_MD_CTX_FLAG_NON_FIPS_ALLOW;
+    params[0] = OSSL_PARAM_construct_int(OSSL_MAC_PARAM_FLAGS, &mac_flags);
+    params[1] = OSSL_PARAM_construct_utf8_string(OSSL_MAC_PARAM_DIGEST,
+                                                 (char *)mdname,
+                                                 strlen(mdname) + 1);
+    params[2] = OSSL_PARAM_construct_octet_string(OSSL_MAC_PARAM_KEY,
+                                                  (void *)sec, sec_len);
+    params[3] = OSSL_PARAM_construct_end();
+    if (!EVP_MAC_CTX_set_params(ctx_init, params))
         goto err;
-    if (!EVP_DigestSignInit(ctx_init, NULL, md, NULL, mac_key))
+    if (!EVP_MAC_init(ctx_init))
         goto err;
-    if (!EVP_MD_CTX_copy_ex(ctx, ctx_init))
+    chunk = EVP_MAC_size(ctx_init);
+    if (chunk == 0)
         goto err;
-    if (seed != NULL && !EVP_DigestSignUpdate(ctx, seed, seed_len))
+    /* A(0) = seed */
+    ctx_Ai = EVP_MAC_CTX_dup(ctx_init);
+    if (ctx_Ai == NULL)
         goto err;
-    if (!EVP_DigestSignFinal(ctx, A1, &A1_len))
+    if (seed != NULL && !EVP_MAC_update(ctx_Ai, seed, seed_len))
         goto err;
 
     for (;;) {
-        /* Reinit mac contexts */
-        if (!EVP_MD_CTX_copy_ex(ctx, ctx_init))
-            goto err;
-        if (!EVP_DigestSignUpdate(ctx, A1, A1_len))
+        /* calc: A(i) = HMAC_<hash>(secret, A(i-1)) */
+        if (!EVP_MAC_final(ctx_Ai, Ai, &Ai_len, sizeof(Ai)))
             goto err;
-        if (olen > (size_t)chunk && !EVP_MD_CTX_copy_ex(ctx_tmp, ctx))
+        EVP_MAC_CTX_free(ctx_Ai);
+        ctx_Ai = NULL;
+
+        /* calc next chunk: HMAC_<hash>(secret, A(i) + seed) */
+        ctx = EVP_MAC_CTX_dup(ctx_init);
+        if (ctx == NULL)
             goto err;
-        if (seed && !EVP_DigestSignUpdate(ctx, seed, seed_len))
+        if (!EVP_MAC_update(ctx, Ai, Ai_len))
             goto err;
-
-        if (olen > (size_t)chunk) {
-            size_t mac_len;
-            if (!EVP_DigestSignFinal(ctx, out, &mac_len))
+        /* save state for calculating next A(i) value */
+        if (olen > chunk) {
+            ctx_Ai = EVP_MAC_CTX_dup(ctx);
+            if (ctx_Ai == NULL)
                 goto err;
-            out += mac_len;
-            olen -= mac_len;
-            /* calc the next A1 value */
-            if (!EVP_DigestSignFinal(ctx_tmp, A1, &A1_len))
-                goto err;
-        } else {                /* last one */
-
-            if (!EVP_DigestSignFinal(ctx, A1, &A1_len))
+        }
+        if (seed != NULL && !EVP_MAC_update(ctx, seed, seed_len))
+            goto err;
+        if (olen <= chunk) {
+            /* last chunk - use Ai as temp bounce buffer */
+            if (!EVP_MAC_final(ctx, Ai, &Ai_len, sizeof(Ai)))
                 goto err;
-            memcpy(out, A1, olen);
+            memcpy(out, Ai, olen);
             break;
         }
+        if (!EVP_MAC_final(ctx, out, NULL, olen))
+            goto err;
+        EVP_MAC_CTX_free(ctx);
+        ctx = NULL;
+        out += chunk;
+        olen -= chunk;
     }
     ret = 1;
  err:
-    EVP_PKEY_free(mac_key);
-    EVP_MD_CTX_free(ctx);
-    EVP_MD_CTX_free(ctx_tmp);
-    EVP_MD_CTX_free(ctx_init);
-    OPENSSL_cleanse(A1, sizeof(A1));
+    EVP_MAC_CTX_free(ctx);
+    EVP_MAC_CTX_free(ctx_Ai);
+    EVP_MAC_CTX_free(ctx_init);
+    EVP_MAC_free(mac);
+    OPENSSL_cleanse(Ai, sizeof(Ai));
     return ret;
 }
 
+/*
+ * Refer to "The TLS Protocol Version 1.0" Section 5
+ * (https://tools.ietf.org/html/rfc2246#section-5) and
+ * "The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2" Section 5
+ * (https://tools.ietf.org/html/rfc5246#section-5).
+ *
+ * For TLS v1.0 and TLS v1.1:
+ *
+ *   PRF(secret, label, seed) = P_MD5(S1, label + seed) XOR
+ *                              P_SHA-1(S2, label + seed)
+ *
+ * S1 is taken from the first half of the secret, S2 from the second half.
+ *
+ *   L_S = length in bytes of secret;
+ *   L_S1 = L_S2 = ceil(L_S / 2);
+ *
+ * For TLS v1.2:
+ *
+ *   PRF(secret, label, seed) = P_<hash>(secret, label + seed)
+ */
 static int tls1_prf_alg(const EVP_MD *md,
                         const unsigned char *sec, size_t slen,
                         const unsigned char *seed, size_t seed_len,
                         unsigned char *out, size_t olen)
 {
-
     if (EVP_MD_type(md) == NID_md5_sha1) {
+        /* TLS v1.0 and TLS v1.1 */
         size_t i;
         unsigned char *tmp;
-        if (!tls1_prf_P_hash(EVP_md5(), sec, slen/2 + (slen & 1),
-                         seed, seed_len, out, olen))
+        /* calc: L_S1 = L_S2 = ceil(L_S / 2) */
+        size_t L_S1 = (slen + 1) / 2;
+        size_t L_S2 = L_S1;
+
+        if (!tls1_prf_P_hash(EVP_md5(), sec, L_S1,
+                             seed, seed_len, out, olen))
             return 0;
 
-        tmp = OPENSSL_malloc(olen);
-        if (tmp == NULL)
+        if ((tmp = OPENSSL_malloc(olen)) == NULL) {
+            KDFerr(KDF_F_TLS1_PRF_ALG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
             return 0;
-        if (!tls1_prf_P_hash(EVP_sha1(), sec + slen/2, slen/2 + (slen & 1),
-                         seed, seed_len, tmp, olen)) {
+        }
+        if (!tls1_prf_P_hash(EVP_sha1(), sec + slen - L_S2, L_S2,
+                             seed, seed_len, tmp, olen)) {
             OPENSSL_clear_free(tmp, olen);
             return 0;
         }
@@ -276,6 +367,8 @@ static int tls1_prf_alg(const EVP_MD *md,
         OPENSSL_clear_free(tmp, olen);
         return 1;
     }
+
+    /* TLS v1.2 */
     if (!tls1_prf_P_hash(md, sec, slen, seed, seed_len, out, olen))
         return 0;