providers/implementations/exchange/dh_exch.c

   1 /*
   2  * Copyright 2019-2021 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  * DH low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
  12  * internal use.
  13  */
  14 #include "internal/deprecated.h"
  15
  16 #include <string.h>
  17 #include <openssl/crypto.h>
  18 #include <openssl/core_dispatch.h>
  19 #include <openssl/core_names.h>
  20 #include <openssl/dh.h>
  21 #include <openssl/err.h>
  22 #include <openssl/proverr.h>
  23 #include <openssl/params.h>
  24 #include "prov/providercommon.h"
  25 #include "prov/implementations.h"
  26 #include "prov/provider_ctx.h"
  27 #include "prov/securitycheck.h"
  28 #include "crypto/dh.h"
  29
  30 static OSSL_FUNC_keyexch_newctx_fn dh_newctx;
  31 static OSSL_FUNC_keyexch_init_fn dh_init;
  32 static OSSL_FUNC_keyexch_set_peer_fn dh_set_peer;
  33 static OSSL_FUNC_keyexch_derive_fn dh_derive;
  34 static OSSL_FUNC_keyexch_freectx_fn dh_freectx;
  35 static OSSL_FUNC_keyexch_dupctx_fn dh_dupctx;
  36 static OSSL_FUNC_keyexch_set_ctx_params_fn dh_set_ctx_params;
  37 static OSSL_FUNC_keyexch_settable_ctx_params_fn dh_settable_ctx_params;
  38 static OSSL_FUNC_keyexch_get_ctx_params_fn dh_get_ctx_params;
  39 static OSSL_FUNC_keyexch_gettable_ctx_params_fn dh_gettable_ctx_params;
  40
  41 /*
  42  * This type is only really used to handle some legacy related functionality.
  43  * If you need to use other KDF's (such as SSKDF) just use PROV_DH_KDF_NONE
  44  * here and then create and run a KDF after the key is derived.
  45  * Note that X942 has 2 variants of key derivation:
  46  *   (1) DH_KDF_X9_42_ASN1 - which contains an ANS1 encoded object that has
  47  *   the counter embedded in it.
  48  *   (2) DH_KDF_X941_CONCAT - which is the same as ECDH_X963_KDF (which can be
  49  *       done by creating a "X963KDF".
  50  */
  51 enum kdf_type {
  52     PROV_DH_KDF_NONE = 0,
  53     PROV_DH_KDF_X9_42_ASN1
  54 };
  55
  56 /*
  57  * What's passed as an actual key is defined by the KEYMGMT interface.
  58  * We happen to know that our KEYMGMT simply passes DH structures, so
  59  * we use that here too.
  60  */
  61
  62 typedef struct {
  63     OSSL_LIB_CTX *libctx;
  64     DH *dh;
  65     DH *dhpeer;
  66     unsigned int pad : 1;
  67
  68     /* DH KDF */
  69     /* KDF (if any) to use for DH */
  70     enum kdf_type kdf_type;
  71     /* Message digest to use for key derivation */
  72     EVP_MD *kdf_md;
  73     /* User key material */
  74     unsigned char *kdf_ukm;
  75     size_t kdf_ukmlen;
  76     /* KDF output length */
  77     size_t kdf_outlen;
  78     char *kdf_cekalg;
  79 } PROV_DH_CTX;
  80
  81 static void *dh_newctx(void *provctx)
  82 {
  83     PROV_DH_CTX *pdhctx;
  84
  85     if (!ossl_prov_is_running())
  86         return NULL;
  87
  88     pdhctx = OPENSSL_zalloc(sizeof(PROV_DH_CTX));
  89     if (pdhctx == NULL)
  90         return NULL;
  91     pdhctx->libctx = PROV_LIBCTX_OF(provctx);
  92     pdhctx->kdf_type = PROV_DH_KDF_NONE;
  93     return pdhctx;
  94 }
  95
  96 static int dh_init(void *vpdhctx, void *vdh, const OSSL_PARAM params[])
  97 {
  98     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
  99
 100     if (!ossl_prov_is_running()
 101             || pdhctx == NULL
 102             || vdh == NULL
 103             || !DH_up_ref(vdh))
 104         return 0;
 105     DH_free(pdhctx->dh);
 106     pdhctx->dh = vdh;
 107     pdhctx->kdf_type = PROV_DH_KDF_NONE;
 108     return dh_set_ctx_params(pdhctx, params)
 109            && ossl_dh_check_key(pdhctx->libctx, vdh);
 110 }
 111
 112 /* The 2 parties must share the same domain parameters */
 113 static int dh_match_params(DH *priv, DH *peer)
 114 {
 115     int ret;
 116     FFC_PARAMS *dhparams_priv = ossl_dh_get0_params(priv);
 117     FFC_PARAMS *dhparams_peer = ossl_dh_get0_params(peer);
 118
 119     ret = dhparams_priv != NULL
 120           && dhparams_peer != NULL
 121           && ossl_ffc_params_cmp(dhparams_priv, dhparams_peer, 1);
 122     if (!ret)
 123         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_MISMATCHING_DOMAIN_PARAMETERS);
 124     return ret;
 125 }
 126
 127 static int dh_set_peer(void *vpdhctx, void *vdh)
 128 {
 129     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 130
 131     if (!ossl_prov_is_running()
 132             || pdhctx == NULL
 133             || vdh == NULL
 134             || !dh_match_params(vdh, pdhctx->dh)
 135             || !DH_up_ref(vdh))
 136         return 0;
 137     DH_free(pdhctx->dhpeer);
 138     pdhctx->dhpeer = vdh;
 139     return 1;
 140 }
 141
 142 static int dh_plain_derive(void *vpdhctx,
 143                            unsigned char *secret, size_t *secretlen,
 144                            size_t outlen)
 145 {
 146     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 147     int ret;
 148     size_t dhsize;
 149     const BIGNUM *pub_key = NULL;
 150
 151     if (pdhctx->dh == NULL || pdhctx->dhpeer == NULL) {
 152         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_MISSING_KEY);
 153         return 0;
 154     }
 155
 156     dhsize = (size_t)DH_size(pdhctx->dh);
 157     if (secret == NULL) {
 158         *secretlen = dhsize;
 159         return 1;
 160     }
 161     if (outlen < dhsize) {
 162         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_OUTPUT_BUFFER_TOO_SMALL);
 163         return 0;
 164     }
 165
 166     DH_get0_key(pdhctx->dhpeer, &pub_key, NULL);
 167     if (pdhctx->pad)
 168         ret = DH_compute_key_padded(secret, pub_key, pdhctx->dh);
 169     else
 170         ret = DH_compute_key(secret, pub_key, pdhctx->dh);
 171     if (ret <= 0)
 172         return 0;
 173
 174     *secretlen = ret;
 175     return 1;
 176 }
 177
 178 static int dh_X9_42_kdf_derive(void *vpdhctx, unsigned char *secret,
 179                                size_t *secretlen, size_t outlen)
 180 {
 181     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 182     unsigned char *stmp = NULL;
 183     size_t stmplen;
 184     int ret = 0;
 185
 186     if (secret == NULL) {
 187         *secretlen = pdhctx->kdf_outlen;
 188         return 1;
 189     }
 190
 191     if (pdhctx->kdf_outlen > outlen) {
 192         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, PROV_R_OUTPUT_BUFFER_TOO_SMALL);
 193         return 0;
 194     }
 195     if (!dh_plain_derive(pdhctx, NULL, &stmplen, 0))
 196         return 0;
 197     if ((stmp = OPENSSL_secure_malloc(stmplen)) == NULL) {
 198         ERR_raise(ERR_LIB_PROV, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 199         return 0;
 200     }
 201     if (!dh_plain_derive(pdhctx, stmp, &stmplen, stmplen))
 202         goto err;
 203
 204     /* Do KDF stuff */
 205     if (pdhctx->kdf_type == PROV_DH_KDF_X9_42_ASN1) {
 206         if (!ossl_dh_kdf_X9_42_asn1(secret, pdhctx->kdf_outlen,
 207                                     stmp, stmplen,
 208                                     pdhctx->kdf_cekalg,
 209                                     pdhctx->kdf_ukm,
 210                                     pdhctx->kdf_ukmlen,
 211                                     pdhctx->kdf_md,
 212                                     pdhctx->libctx, NULL))
 213             goto err;
 214     }
 215     *secretlen = pdhctx->kdf_outlen;
 216     ret = 1;
 217 err:
 218     OPENSSL_secure_clear_free(stmp, stmplen);
 219     return ret;
 220 }
 221
 222 static int dh_derive(void *vpdhctx, unsigned char *secret,
 223                      size_t *psecretlen, size_t outlen)
 224 {
 225     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 226
 227     if (!ossl_prov_is_running())
 228         return 0;
 229
 230     switch (pdhctx->kdf_type) {
 231         case PROV_DH_KDF_NONE:
 232             return dh_plain_derive(pdhctx, secret, psecretlen, outlen);
 233         case PROV_DH_KDF_X9_42_ASN1:
 234             return dh_X9_42_kdf_derive(pdhctx, secret, psecretlen, outlen);
 235         default:
 236             break;
 237     }
 238     return 0;
 239 }
 240
 241 static void dh_freectx(void *vpdhctx)
 242 {
 243     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 244
 245     OPENSSL_free(pdhctx->kdf_cekalg);
 246     DH_free(pdhctx->dh);
 247     DH_free(pdhctx->dhpeer);
 248     EVP_MD_free(pdhctx->kdf_md);
 249     OPENSSL_clear_free(pdhctx->kdf_ukm, pdhctx->kdf_ukmlen);
 250
 251     OPENSSL_free(pdhctx);
 252 }
 253
 254 static void *dh_dupctx(void *vpdhctx)
 255 {
 256     PROV_DH_CTX *srcctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 257     PROV_DH_CTX *dstctx;
 258
 259     if (!ossl_prov_is_running())
 260         return NULL;
 261
 262     dstctx = OPENSSL_zalloc(sizeof(*srcctx));
 263     if (dstctx == NULL)
 264         return NULL;
 265
 266     *dstctx = *srcctx;
 267     dstctx->dh = NULL;
 268     dstctx->dhpeer = NULL;
 269     dstctx->kdf_md = NULL;
 270     dstctx->kdf_ukm = NULL;
 271     dstctx->kdf_cekalg = NULL;
 272
 273     if (srcctx->dh != NULL && !DH_up_ref(srcctx->dh))
 274         goto err;
 275     else
 276         dstctx->dh = srcctx->dh;
 277
 278     if (srcctx->dhpeer != NULL && !DH_up_ref(srcctx->dhpeer))
 279         goto err;
 280     else
 281         dstctx->dhpeer = srcctx->dhpeer;
 282
 283     if (srcctx->kdf_md != NULL && !EVP_MD_up_ref(srcctx->kdf_md))
 284         goto err;
 285     else
 286         dstctx->kdf_md = srcctx->kdf_md;
 287
 288     /* Duplicate UKM data if present */
 289     if (srcctx->kdf_ukm != NULL && srcctx->kdf_ukmlen > 0) {
 290         dstctx->kdf_ukm = OPENSSL_memdup(srcctx->kdf_ukm,
 291                                          srcctx->kdf_ukmlen);
 292         if (dstctx->kdf_ukm == NULL)
 293             goto err;
 294     }
 295
 296     if (srcctx->kdf_cekalg != NULL) {
 297         dstctx->kdf_cekalg = OPENSSL_strdup(srcctx->kdf_cekalg);
 298         if (dstctx->kdf_cekalg == NULL)
 299             goto err;
 300     }
 301
 302     return dstctx;
 303 err:
 304     dh_freectx(dstctx);
 305     return NULL;
 306 }
 307
 308 static int dh_set_ctx_params(void *vpdhctx, const OSSL_PARAM params[])
 309 {
 310     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 311     const OSSL_PARAM *p;
 312     unsigned int pad;
 313     char name[80] = { '\0' }; /* should be big enough */
 314     char *str = NULL;
 315
 316     if (pdhctx == NULL)
 317         return 0;
 318     if (params == NULL)
 319         return 1;
 320
 321     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_TYPE);
 322     if (p != NULL) {
 323         str = name;
 324         if (!OSSL_PARAM_get_utf8_string(p, &str, sizeof(name)))
 325             return 0;
 326
 327         if (name[0] == '\0')
 328             pdhctx->kdf_type = PROV_DH_KDF_NONE;
 329         else if (strcmp(name, OSSL_KDF_NAME_X942KDF_ASN1) == 0)
 330             pdhctx->kdf_type = PROV_DH_KDF_X9_42_ASN1;
 331         else
 332             return 0;
 333     }
 334     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_DIGEST);
 335     if (p != NULL) {
 336         char mdprops[80] = { '\0' }; /* should be big enough */
 337
 338         str = name;
 339         if (!OSSL_PARAM_get_utf8_string(p, &str, sizeof(name)))
 340             return 0;
 341
 342         str = mdprops;
 343         p = OSSL_PARAM_locate_const(params,
 344                                     OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_DIGEST_PROPS);
 345
 346         if (p != NULL) {
 347             if (!OSSL_PARAM_get_utf8_string(p, &str, sizeof(mdprops)))
 348                 return 0;
 349         }
 350
 351         EVP_MD_free(pdhctx->kdf_md);
 352         pdhctx->kdf_md = EVP_MD_fetch(pdhctx->libctx, name, mdprops);
 353         if (pdhctx->kdf_md == NULL)
 354             return 0;
 355         if (!ossl_digest_is_allowed(pdhctx->libctx, pdhctx->kdf_md)) {
 356             EVP_MD_free(pdhctx->kdf_md);
 357             pdhctx->kdf_md = NULL;
 358             return 0;
 359         }
 360     }
 361
 362     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_OUTLEN);
 363     if (p != NULL) {
 364         size_t outlen;
 365
 366         if (!OSSL_PARAM_get_size_t(p, &outlen))
 367             return 0;
 368         pdhctx->kdf_outlen = outlen;
 369     }
 370
 371     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_UKM);
 372     if (p != NULL) {
 373         void *tmp_ukm = NULL;
 374         size_t tmp_ukmlen;
 375
 376         OPENSSL_free(pdhctx->kdf_ukm);
 377         pdhctx->kdf_ukm = NULL;
 378         pdhctx->kdf_ukmlen = 0;
 379         /* ukm is an optional field so it can be NULL */
 380         if (p->data != NULL && p->data_size != 0) {
 381             if (!OSSL_PARAM_get_octet_string(p, &tmp_ukm, 0, &tmp_ukmlen))
 382                 return 0;
 383             pdhctx->kdf_ukm = tmp_ukm;
 384             pdhctx->kdf_ukmlen = tmp_ukmlen;
 385         }
 386     }
 387
 388     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_PAD);
 389     if (p != NULL) {
 390         if (!OSSL_PARAM_get_uint(p, &pad))
 391             return 0;
 392         pdhctx->pad = pad ? 1 : 0;
 393     }
 394
 395     p = OSSL_PARAM_locate_const(params, OSSL_KDF_PARAM_CEK_ALG);
 396     if (p != NULL) {
 397         str = name;
 398
 399         OPENSSL_free(pdhctx->kdf_cekalg);
 400         pdhctx->kdf_cekalg = NULL;
 401         if (p->data != NULL && p->data_size != 0) {
 402             if (!OSSL_PARAM_get_utf8_string(p, &str, sizeof(name)))
 403                 return 0;
 404             pdhctx->kdf_cekalg = OPENSSL_strdup(name);
 405             if (pdhctx->kdf_cekalg == NULL)
 406                 return 0;
 407         }
 408     }
 409     return 1;
 410 }
 411
 412 static const OSSL_PARAM known_settable_ctx_params[] = {
 413     OSSL_PARAM_int(OSSL_EXCHANGE_PARAM_PAD, NULL),
 414     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_TYPE, NULL, 0),
 415     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_DIGEST, NULL, 0),
 416     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_DIGEST_PROPS, NULL, 0),
 417     OSSL_PARAM_size_t(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_OUTLEN, NULL),
 418     OSSL_PARAM_octet_string(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_UKM, NULL, 0),
 419     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_KDF_PARAM_CEK_ALG, NULL, 0),
 420     OSSL_PARAM_END
 421 };
 422
 423 static const OSSL_PARAM *dh_settable_ctx_params(ossl_unused void *vpdhctx,
 424                                                 ossl_unused void *provctx)
 425 {
 426     return known_settable_ctx_params;
 427 }
 428
 429 static const OSSL_PARAM known_gettable_ctx_params[] = {
 430     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_TYPE, NULL, 0),
 431     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_DIGEST, NULL, 0),
 432     OSSL_PARAM_size_t(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_OUTLEN, NULL),
 433     OSSL_PARAM_DEFN(OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_UKM, OSSL_PARAM_OCTET_PTR,
 434                     NULL, 0),
 435     OSSL_PARAM_utf8_string(OSSL_KDF_PARAM_CEK_ALG, NULL, 0),
 436     OSSL_PARAM_END
 437 };
 438
 439 static const OSSL_PARAM *dh_gettable_ctx_params(ossl_unused void *vpdhctx,
 440                                                 ossl_unused void *provctx)
 441 {
 442     return known_gettable_ctx_params;
 443 }
 444
 445 static int dh_get_ctx_params(void *vpdhctx, OSSL_PARAM params[])
 446 {
 447     PROV_DH_CTX *pdhctx = (PROV_DH_CTX *)vpdhctx;
 448     OSSL_PARAM *p;
 449
 450     if (pdhctx == NULL)
 451         return 0;
 452
 453     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_TYPE);
 454     if (p != NULL) {
 455         const char *kdf_type = NULL;
 456
 457         switch (pdhctx->kdf_type) {
 458             case PROV_DH_KDF_NONE:
 459                 kdf_type = "";
 460                 break;
 461             case PROV_DH_KDF_X9_42_ASN1:
 462                 kdf_type = OSSL_KDF_NAME_X942KDF_ASN1;
 463                 break;
 464             default:
 465                 return 0;
 466         }
 467
 468         if (!OSSL_PARAM_set_utf8_string(p, kdf_type))
 469             return 0;
 470     }
 471
 472     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_DIGEST);
 473     if (p != NULL
 474             && !OSSL_PARAM_set_utf8_string(p, pdhctx->kdf_md == NULL
 475                                            ? ""
 476                                            : EVP_MD_get0_name(pdhctx->kdf_md))) {
 477         return 0;
 478     }
 479
 480     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_OUTLEN);
 481     if (p != NULL && !OSSL_PARAM_set_size_t(p, pdhctx->kdf_outlen))
 482         return 0;
 483
 484     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_EXCHANGE_PARAM_KDF_UKM);
 485     if (p != NULL
 486         && !OSSL_PARAM_set_octet_ptr(p, pdhctx->kdf_ukm, pdhctx->kdf_ukmlen))
 487         return 0;
 488
 489     p = OSSL_PARAM_locate(params, OSSL_KDF_PARAM_CEK_ALG);
 490     if (p != NULL
 491             && !OSSL_PARAM_set_utf8_string(p, pdhctx->kdf_cekalg == NULL
 492                                            ? "" :  pdhctx->kdf_cekalg))
 493         return 0;
 494
 495     return 1;
 496 }
 497
 498 const OSSL_DISPATCH ossl_dh_keyexch_functions[] = {
 499     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_NEWCTX, (void (*)(void))dh_newctx },
 500     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_INIT, (void (*)(void))dh_init },
 501     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_DERIVE, (void (*)(void))dh_derive },
 502     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_SET_PEER, (void (*)(void))dh_set_peer },
 503     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_FREECTX, (void (*)(void))dh_freectx },
 504     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_DUPCTX, (void (*)(void))dh_dupctx },
 505     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_SET_CTX_PARAMS, (void (*)(void))dh_set_ctx_params },
 506     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_SETTABLE_CTX_PARAMS,
 507       (void (*)(void))dh_settable_ctx_params },
 508     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_GET_CTX_PARAMS, (void (*)(void))dh_get_ctx_params },
 509     { OSSL_FUNC_KEYEXCH_GETTABLE_CTX_PARAMS,
 510       (void (*)(void))dh_gettable_ctx_params },
 511     { 0, NULL }
 512 };