ce77acd3d448cc52b4edd14bb32e078845f08318
[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_ge returns 0xff if a>=b and 0x00 otherwise. */
80 static unsigned constant_time_ge(unsigned a, unsigned b)
81         {
82         a -= b;
83         return DUPLICATE_MSB_TO_ALL(~a);
84         }
85
86 /* constant_time_eq_8 returns 0xff if a==b and 0x00 otherwise. */
87 static unsigned char constant_time_eq_8(unsigned char a, unsigned char b)
88         {
89         unsigned c = a ^ b;
90         c--;
91         return DUPLICATE_MSB_TO_ALL_8(c);
92         }
93
94 /* ssl3_cbc_remove_padding removes padding from the decrypted, SSLv3, CBC
95  * record in |rec| by updating |rec->length| in constant time.
96  *
97  * block_size: the block size of the cipher used to encrypt the record.
98  * returns:
99  *   0: (in non-constant time) if the record is publicly invalid.
100  *   1: if the padding was valid
101  *  -1: otherwise. */
102 int ssl3_cbc_remove_padding(const SSL* s,
103                             SSL3_RECORD *rec,
104                             unsigned block_size,
105                             unsigned mac_size)
106         {
107         unsigned padding_length, good;
108         const unsigned overhead = 1 /* padding length byte */ + mac_size;
109
110         /* These lengths are all public so we can test them in non-constant
111          * time. */
112         if (overhead > rec->length)
113                 return 0;
114
115         padding_length = rec->data[rec->length-1];
116         good = constant_time_ge(rec->length, padding_length+overhead);
117         /* SSLv3 requires that the padding is minimal. */
118         good &= constant_time_ge(block_size, padding_length+1);
119         padding_length = good & (padding_length+1);
120         rec->length -= padding_length;
121         rec->type |= padding_length<<8; /* kludge: pass padding length */
122         return (int)((good & 1) | (~good & -1));
123 }
124
125 /* tls1_cbc_remove_padding removes the CBC padding from the decrypted, TLS, CBC
126  * record in |rec| in constant time and returns 1 if the padding is valid and
127  * -1 otherwise. It also removes any explicit IV from the start of the record
128  * without leaking any timing about whether there was enough space after the
129  * padding was removed.
130  *
131  * block_size: the block size of the cipher used to encrypt the record.
132  * returns:
133  *   0: (in non-constant time) if the record is publicly invalid.
134  *   1: if the padding was valid
135  *  -1: otherwise. */
136 int tls1_cbc_remove_padding(const SSL* s,
137                             SSL3_RECORD *rec,
138                             unsigned block_size,
139                             unsigned mac_size)
140         {
141         unsigned padding_length, good, to_check, i;
142         const char has_explicit_iv =
143                 s->version >= TLS1_1_VERSION || s->version == DTLS1_VERSION;
144         const unsigned overhead = 1 /* padding length byte */ +
145                                   mac_size +
146                                   (has_explicit_iv ? block_size : 0);
147
148         /* These lengths are all public so we can test them in non-constant
149          * time. */
150         if (overhead > rec->length)
151                 return 0;
152
153         /* We can always safely skip the explicit IV. We check at the beginning
154          * of this function that the record has at least enough space for the
155          * IV, MAC and padding length byte. (These can be checked in
156          * non-constant time because it's all public information.) So, if the
157          * padding was invalid, then we didn't change |rec->length| and this is
158          * safe. If the padding was valid then we know that we have at least
159          * overhead+padding_length bytes of space and so this is still safe
160          * because overhead accounts for the explicit IV. */
161         if (has_explicit_iv)
162                 {
163                 rec->data += block_size;
164                 rec->input += block_size;
165                 rec->length -= block_size;
166                 }
167
168         padding_length = rec->data[rec->length-1];
169
170         /* NB: if compression is in operation the first packet may not be of
171          * even length so the padding bug check cannot be performed. This bug
172          * workaround has been around since SSLeay so hopefully it is either
173          * fixed now or no buggy implementation supports compression [steve]
174          */
175         if ( (s->options&SSL_OP_TLS_BLOCK_PADDING_BUG) && !s->expand)
176                 {
177                 /* First packet is even in size, so check */
178                 if ((memcmp(s->s3->read_sequence, "\0\0\0\0\0\0\0\0",8) == 0) &&
179                     !(padding_length & 1))
180                         {
181                         s->s3->flags|=TLS1_FLAGS_TLS_PADDING_BUG;
182                         }
183                 if ((s->s3->flags & TLS1_FLAGS_TLS_PADDING_BUG) &&
184                     padding_length > 0)
185                         {
186                         padding_length--;
187                         }
188                 }
189
190         if (EVP_CIPHER_flags(s->enc_read_ctx->cipher)&EVP_CIPH_FLAG_AEAD_CIPHER)
191                 {
192                 /* padding is already verified */
193                 rec->length -= padding_length;
194                 return 1;
195                 }
196
197         good = constant_time_ge(rec->length, overhead+padding_length);
198         /* The padding consists of a length byte at the end of the record and
199          * then that many bytes of padding, all with the same value as the
200          * length byte. Thus, with the length byte included, there are i+1
201          * bytes of padding.
202          *
203          * We can't check just |padding_length+1| bytes because that leaks
204          * decrypted information. Therefore we always have to check the maximum
205          * amount of padding possible. (Again, the length of the record is
206          * public information so we can use it.) */
207         to_check = 255; /* maximum amount of padding. */
208         if (to_check > rec->length-1)
209                 to_check = rec->length-1;
210
211         for (i = 0; i < to_check; i++)
212                 {
213                 unsigned char mask = constant_time_ge(padding_length, i);
214                 unsigned char b = rec->data[rec->length-1-i];
215                 /* The final |padding_length+1| bytes should all have the value
216                  * |padding_length|. Therefore the XOR should be zero. */
217                 good &= ~(mask&(padding_length ^ b));
218                 }
219
220         /* If any of the final |padding_length+1| bytes had the wrong value,
221          * one or more of the lower eight bits of |good| will be cleared. We
222          * AND the bottom 8 bits together and duplicate the result to all the
223          * bits. */
224         good &= good >> 4;
225         good &= good >> 2;
226         good &= good >> 1;
227         good <<= sizeof(good)*8-1;
228         good = DUPLICATE_MSB_TO_ALL(good);
229
230         padding_length = good & (padding_length+1);
231         rec->length -= padding_length;
232         rec->type |= padding_length<<8; /* kludge: pass padding length */
233
234         return (int)((good & 1) | (~good & -1));
235         }
236
237 #if defined(_M_AMD64) || defined(__x86_64__)
238 #define CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE
239 #endif
240
241 /* ssl3_cbc_copy_mac copies |md_size| bytes from the end of |rec| to |out| in
242  * constant time (independent of the concrete value of rec->length, which may
243  * vary within a 256-byte window).
244  *
245  * ssl3_cbc_remove_padding or tls1_cbc_remove_padding must be called prior to
246  * this function.
247  *
248  * On entry:
249  *   rec->orig_len >= md_size
250  *   md_size <= EVP_MAX_MD_SIZE
251  *
252  * If CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE is defined then the rotation is performed with
253  * variable accesses in a 64-byte-aligned buffer. Assuming that this fits into
254  * a single cache-line, then the variable memory accesses don't actually affect
255  * the timing. This has been tested to be true on Intel amd64 chips.
256  */
257 void ssl3_cbc_copy_mac(unsigned char* out,
258                        const SSL3_RECORD *rec,
259                        unsigned md_size,unsigned orig_len)
260         {
261 #if defined(CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE)
262         unsigned char rotated_mac_buf[EVP_MAX_MD_SIZE*2];
263         unsigned char *rotated_mac;
264 #else
265         unsigned char rotated_mac[EVP_MAX_MD_SIZE];
266 #endif
267
268         /* mac_end is the index of |rec->data| just after the end of the MAC. */
269         unsigned mac_end = rec->length;
270         unsigned mac_start = mac_end - md_size;
271         /* scan_start contains the number of bytes that we can ignore because
272          * the MAC's position can only vary by 255 bytes. */
273         unsigned scan_start = 0;
274         unsigned i, j;
275         unsigned div_spoiler;
276         unsigned rotate_offset;
277
278         OPENSSL_assert(orig_len >= md_size);
279         OPENSSL_assert(md_size <= EVP_MAX_MD_SIZE);
280
281 #if defined(CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE)
282         rotated_mac = (unsigned char*) (((intptr_t)(rotated_mac_buf + 64)) & ~63);
283 #endif
284
285         /* This information is public so it's safe to branch based on it. */
286         if (orig_len > md_size + 255 + 1)
287                 scan_start = orig_len - (md_size + 255 + 1);
288         /* div_spoiler contains a multiple of md_size that is used to cause the
289          * modulo operation to be constant time. Without this, the time varies
290          * based on the amount of padding when running on Intel chips at least.
291          *
292          * The aim of right-shifting md_size is so that the compiler doesn't
293          * figure out that it can remove div_spoiler as that would require it
294          * to prove that md_size is always even, which I hope is beyond it. */
295         div_spoiler = md_size >> 1;
296         div_spoiler <<= (sizeof(div_spoiler)-1)*8;
297         rotate_offset = (div_spoiler + mac_start - scan_start) % md_size;
298
299         memset(rotated_mac, 0, md_size);
300         for (i = scan_start; i < orig_len;)
301                 {
302                 for (j = 0; j < md_size && i < orig_len; i++, j++)
303                         {
304                         unsigned char mac_started = constant_time_ge(i, mac_start);
305                         unsigned char mac_ended = constant_time_ge(i, mac_end);
306                         unsigned char b = 0;
307                         b = rec->data[i];
308                         rotated_mac[j] |= b & mac_started & ~mac_ended;
309                         }
310                 }
311
312         /* Now rotate the MAC */
313 #if defined(CBC_MAC_ROTATE_IN_PLACE)
314         j = 0;
315         for (i = 0; i < md_size; i++)
316                 {
317                 unsigned char offset = (div_spoiler + rotate_offset + i) % md_size;
318                 out[j++] = rotated_mac[offset];
319                 }
320 #else
321         memset(out, 0, md_size);
322         for (i = 0; i < md_size; i++)
323                 {
324                 unsigned char offset = (div_spoiler + md_size - rotate_offset + i) % md_size;
325                 for (j = 0; j < md_size; j++)
326                         out[j] |= rotated_mac[i] & constant_time_eq_8(j, offset);
327                 }
328 #endif
329         }
330
331 /* u32toLE serialises an unsigned, 32-bit number (n) as four bytes at (p) in
332  * little-endian order. The value of p is advanced by four. */
333 #define u32toLE(n, p) \
334         (*((p)++)=(unsigned char)(n), \
335          *((p)++)=(unsigned char)(n>>8), \
336          *((p)++)=(unsigned char)(n>>16), \
337          *((p)++)=(unsigned char)(n>>24))
338
339 /* These functions serialize the state of a hash and thus perform the standard
340  * "final" operation without adding the padding and length that such a function
341  * typically does. */
342 static void tls1_md5_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
343         {
344         MD5_CTX *md5 = ctx;
345         u32toLE(md5->A, md_out);
346         u32toLE(md5->B, md_out);
347         u32toLE(md5->C, md_out);
348         u32toLE(md5->D, md_out);
349         }
350
351 static void tls1_sha1_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
352         {
353         SHA_CTX *sha1 = ctx;
354         l2n(sha1->h0, md_out);
355         l2n(sha1->h1, md_out);
356         l2n(sha1->h2, md_out);
357         l2n(sha1->h3, md_out);
358         l2n(sha1->h4, md_out);
359         }
360 #define LARGEST_DIGEST_CTX SHA_CTX
361
362 #ifndef OPENSSL_NO_SHA256
363 static void tls1_sha256_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
364         {
365         SHA256_CTX *sha256 = ctx;
366         unsigned i;
367
368         for (i = 0; i < 8; i++)
369                 {
370                 l2n(sha256->h[i], md_out);
371                 }
372         }
373 #undef  LARGEST_DIGEST_CTX
374 #define LARGEST_DIGEST_CTX SHA256_CTX
375 #endif
376
377 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
378 static void tls1_sha512_final_raw(void* ctx, unsigned char *md_out)
379         {
380         SHA512_CTX *sha512 = ctx;
381         unsigned i;
382
383         for (i = 0; i < 8; i++)
384                 {
385                 l2n8(sha512->h[i], md_out);
386                 }
387         }
388 #undef  LARGEST_DIGEST_CTX
389 #define LARGEST_DIGEST_CTX SHA512_CTX
390 #endif
391
392 /* ssl3_cbc_record_digest_supported returns 1 iff |ctx| uses a hash function
393  * which ssl3_cbc_digest_record supports. */
394 char ssl3_cbc_record_digest_supported(const EVP_MD_CTX *ctx)
395         {
396 #ifdef OPENSSL_FIPS
397         if (FIPS_mode())
398                 return 0;
399 #endif
400         switch (EVP_MD_CTX_type(ctx))
401                 {
402                 case NID_md5:
403                 case NID_sha1:
404 #ifndef OPENSSL_NO_SHA256
405                 case NID_sha224:
406                 case NID_sha256:
407 #endif
408 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
409                 case NID_sha384:
410                 case NID_sha512:
411 #endif
412                         return 1;
413                 default:
414                         return 0;
415                 }
416         }
417
418 /* ssl3_cbc_digest_record computes the MAC of a decrypted, padded SSLv3/TLS
419  * record.
420  *
421  *   ctx: the EVP_MD_CTX from which we take the hash function.
422  *     ssl3_cbc_record_digest_supported must return true for this EVP_MD_CTX.
423  *   md_out: the digest output. At most EVP_MAX_MD_SIZE bytes will be written.
424  *   md_out_size: if non-NULL, the number of output bytes is written here.
425  *   header: the 13-byte, TLS record header.
426  *   data: the record data itself, less any preceeding explicit IV.
427  *   data_plus_mac_size: the secret, reported length of the data and MAC
428  *     once the padding has been removed.
429  *   data_plus_mac_plus_padding_size: the public length of the whole
430  *     record, including padding.
431  *   is_sslv3: non-zero if we are to use SSLv3. Otherwise, TLS.
432  *
433  * On entry: by virtue of having been through one of the remove_padding
434  * functions, above, we know that data_plus_mac_size is large enough to contain
435  * a padding byte and MAC. (If the padding was invalid, it might contain the
436  * padding too. ) */
437 void ssl3_cbc_digest_record(
438         const EVP_MD_CTX *ctx,
439         unsigned char* md_out,
440         size_t* md_out_size,
441         const unsigned char header[13],
442         const unsigned char *data,
443         size_t data_plus_mac_size,
444         size_t data_plus_mac_plus_padding_size,
445         const unsigned char *mac_secret,
446         unsigned mac_secret_length,
447         char is_sslv3)
448         {
449         union { double align;
450                 unsigned char c[sizeof(LARGEST_DIGEST_CTX)]; } md_state;
451         void (*md_final_raw)(void *ctx, unsigned char *md_out);
452         void (*md_transform)(void *ctx, const unsigned char *block);
453         unsigned md_size, md_block_size = 64;
454         unsigned sslv3_pad_length = 40, header_length, variance_blocks,
455                  len, max_mac_bytes, num_blocks,
456                  num_starting_blocks, k, mac_end_offset, c, index_a, index_b;
457         unsigned int bits;      /* at most 18 bits */
458         unsigned char length_bytes[MAX_HASH_BIT_COUNT_BYTES];
459         /* hmac_pad is the masked HMAC key. */
460         unsigned char hmac_pad[MAX_HASH_BLOCK_SIZE];
461         unsigned char first_block[MAX_HASH_BLOCK_SIZE];
462         unsigned char mac_out[EVP_MAX_MD_SIZE];
463         unsigned i, j, md_out_size_u;
464         EVP_MD_CTX md_ctx;
465         /* mdLengthSize is the number of bytes in the length field that terminates
466         * the hash. */
467         unsigned md_length_size = 8;
468         char length_is_big_endian = 1;
469
470         /* This is a, hopefully redundant, check that allows us to forget about
471          * many possible overflows later in this function. */
472         OPENSSL_assert(data_plus_mac_plus_padding_size < 1024*1024);
473
474         switch (EVP_MD_CTX_type(ctx))
475                 {
476                 case NID_md5:
477                         MD5_Init((MD5_CTX*)md_state.c);
478                         md_final_raw = tls1_md5_final_raw;
479                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) MD5_Transform;
480                         md_size = 16;
481                         sslv3_pad_length = 48;
482                         length_is_big_endian = 0;
483                         break;
484                 case NID_sha1:
485                         SHA1_Init((SHA_CTX*)md_state.c);
486                         md_final_raw = tls1_sha1_final_raw;
487                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA1_Transform;
488                         md_size = 20;
489                         break;
490 #ifndef OPENSSL_NO_SHA256
491                 case NID_sha224:
492                         SHA224_Init((SHA256_CTX*)md_state.c);
493                         md_final_raw = tls1_sha256_final_raw;
494                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA256_Transform;
495                         md_size = 224/8;
496                         break;
497                 case NID_sha256:
498                         SHA256_Init((SHA256_CTX*)md_state.c);
499                         md_final_raw = tls1_sha256_final_raw;
500                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA256_Transform;
501                         md_size = 32;
502                         break;
503 #endif
504 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
505                 case NID_sha384:
506                         SHA384_Init((SHA512_CTX*)md_state.c);
507                         md_final_raw = tls1_sha512_final_raw;
508                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA512_Transform;
509                         md_size = 384/8;
510                         md_block_size = 128;
511                         md_length_size = 16;
512                         break;
513                 case NID_sha512:
514                         SHA512_Init((SHA512_CTX*)md_state.c);
515                         md_final_raw = tls1_sha512_final_raw;
516                         md_transform = (void(*)(void *ctx, const unsigned char *block)) SHA512_Transform;
517                         md_size = 64;
518                         md_block_size = 128;
519                         md_length_size = 16;
520                         break;
521 #endif
522                 default:
523                         /* ssl3_cbc_record_digest_supported should have been
524                          * called first to check that the hash function is
525                          * supported. */
526                         OPENSSL_assert(0);
527                         if (md_out_size)
528                                 *md_out_size = -1;
529                         return;
530                 }
531
532         OPENSSL_assert(md_length_size <= MAX_HASH_BIT_COUNT_BYTES);
533         OPENSSL_assert(md_block_size <= MAX_HASH_BLOCK_SIZE);
534         OPENSSL_assert(md_size <= EVP_MAX_MD_SIZE);
535
536         header_length = 13;
537         if (is_sslv3)
538                 {
539                 header_length =
540                         mac_secret_length +
541                         sslv3_pad_length +
542                         8 /* sequence number */ +
543                         1 /* record type */ +
544                         2 /* record length */;
545                 }
546
547         /* variance_blocks is the number of blocks of the hash that we have to
548          * calculate in constant time because they could be altered by the
549          * padding value.
550          *
551          * In SSLv3, the padding must be minimal so the end of the plaintext
552          * varies by, at most, 15+20 = 35 bytes. (We conservatively assume that
553          * the MAC size varies from 0..20 bytes.) In case the 9 bytes of hash
554          * termination (0x80 + 64-bit length) don't fit in the final block, we
555          * say that the final two blocks can vary based on the padding.
556          *
557          * TLSv1 has MACs up to 48 bytes long (SHA-384) and the padding is not
558          * required to be minimal. Therefore we say that the final six blocks
559          * can vary based on the padding.
560          *
561          * Later in the function, if the message is short and there obviously
562          * cannot be this many blocks then variance_blocks can be reduced. */
563         variance_blocks = is_sslv3 ? 2 : 6;
564         /* From now on we're dealing with the MAC, which conceptually has 13
565          * bytes of `header' before the start of the data (TLS) or 71/75 bytes
566          * (SSLv3) */
567         len = data_plus_mac_plus_padding_size + header_length;
568         /* max_mac_bytes contains the maximum bytes of bytes in the MAC, including
569         * |header|, assuming that there's no padding. */
570         max_mac_bytes = len - md_size - 1;
571         /* num_blocks is the maximum number of hash blocks. */
572         num_blocks = (max_mac_bytes + 1 + md_length_size + md_block_size - 1) / md_block_size;
573         /* In order to calculate the MAC in constant time we have to handle
574          * the final blocks specially because the padding value could cause the
575          * end to appear somewhere in the final |variance_blocks| blocks and we
576          * can't leak where. However, |num_starting_blocks| worth of data can
577          * be hashed right away because no padding value can affect whether
578          * they are plaintext. */
579         num_starting_blocks = 0;
580         /* k is the starting byte offset into the conceptual header||data where
581          * we start processing. */
582         k = 0;
583         /* mac_end_offset is the index just past the end of the data to be
584          * MACed. */
585         mac_end_offset = data_plus_mac_size + header_length - md_size;
586         /* c is the index of the 0x80 byte in the final hash block that
587          * contains application data. */
588         c = mac_end_offset % md_block_size;
589         /* index_a is the hash block number that contains the 0x80 terminating
590          * value. */
591         index_a = mac_end_offset / md_block_size;
592         /* index_b is the hash block number that contains the 64-bit hash
593          * length, in bits. */
594         index_b = (mac_end_offset + md_length_size) / md_block_size;
595         /* bits is the hash-length in bits. It includes the additional hash
596          * block for the masked HMAC key, or whole of |header| in the case of
597          * SSLv3. */
598
599         /* For SSLv3, if we're going to have any starting blocks then we need
600          * at least two because the header is larger than a single block. */
601         if (num_blocks > variance_blocks + (is_sslv3 ? 1 : 0))
602                 {
603                 num_starting_blocks = num_blocks - variance_blocks;
604                 k = md_block_size*num_starting_blocks;
605                 }
606
607         bits = 8*mac_end_offset;
608         if (!is_sslv3)
609                 {
610                 /* Compute the initial HMAC block. For SSLv3, the padding and
611                  * secret bytes are included in |header| because they take more
612                  * than a single block. */
613                 bits += 8*md_block_size;
614                 memset(hmac_pad, 0, md_block_size);
615                 OPENSSL_assert(mac_secret_length <= sizeof(hmac_pad));
616                 memcpy(hmac_pad, mac_secret, mac_secret_length);
617                 for (i = 0; i < md_block_size; i++)
618                         hmac_pad[i] ^= 0x36;
619
620                 md_transform(md_state.c, hmac_pad);
621                 }
622
623         if (length_is_big_endian)
624                 {
625                 memset(length_bytes,0,md_length_size-4);
626                 length_bytes[md_length_size-4] = (unsigned char)(bits>>24);
627                 length_bytes[md_length_size-3] = (unsigned char)(bits>>16);
628                 length_bytes[md_length_size-2] = (unsigned char)(bits>>8);
629                 length_bytes[md_length_size-1] = (unsigned char)bits;
630                 }
631         else
632                 {
633                 memset(length_bytes,0,md_length_size);
634                 length_bytes[md_length_size-5] = (unsigned char)(bits>>24);
635                 length_bytes[md_length_size-6] = (unsigned char)(bits>>16);
636                 length_bytes[md_length_size-7] = (unsigned char)(bits>>8);
637                 length_bytes[md_length_size-8] = (unsigned char)bits;
638                 }
639
640         if (k > 0)
641                 {
642                 if (is_sslv3)
643                         {
644                         /* The SSLv3 header is larger than a single block.
645                          * overhang is the number of bytes beyond a single
646                          * block that the header consumes: either 7 bytes
647                          * (SHA1) or 11 bytes (MD5). */
648                         unsigned overhang = header_length-md_block_size;
649                         md_transform(md_state.c, header);
650                         memcpy(first_block, header + md_block_size, overhang);
651                         memcpy(first_block + overhang, data, md_block_size-overhang);
652                         md_transform(md_state.c, first_block);
653                         for (i = 1; i < k/md_block_size - 1; i++)
654                                 md_transform(md_state.c, data + md_block_size*i - overhang);
655                         }
656                 else
657                         {
658                         /* k is a multiple of md_block_size. */
659                         memcpy(first_block, header, 13);
660                         memcpy(first_block+13, data, md_block_size-13);
661                         md_transform(md_state.c, first_block);
662                         for (i = 1; i < k/md_block_size; i++)
663                                 md_transform(md_state.c, data + md_block_size*i - 13);
664                         }
665                 }
666
667         memset(mac_out, 0, sizeof(mac_out));
668
669         /* We now process the final hash blocks. For each block, we construct
670          * it in constant time. If the |i==index_a| then we'll include the 0x80
671          * bytes and zero pad etc. For each block we selectively copy it, in
672          * constant time, to |mac_out|. */
673         for (i = num_starting_blocks; i <= num_starting_blocks+variance_blocks; i++)
674                 {
675                 unsigned char block[MAX_HASH_BLOCK_SIZE];
676                 unsigned char is_block_a = constant_time_eq_8(i, index_a);
677                 unsigned char is_block_b = constant_time_eq_8(i, index_b);
678                 for (j = 0; j < md_block_size; j++)
679                         {
680                         unsigned char b = 0, is_past_c, is_past_cp1;
681                         if (k < header_length)
682                                 b = header[k];
683                         else if (k < data_plus_mac_plus_padding_size + header_length)
684                                 b = data[k-header_length];
685                         k++;
686
687                         is_past_c = is_block_a & constant_time_ge(j, c);
688                         is_past_cp1 = is_block_a & constant_time_ge(j, c+1);
689                         /* If this is the block containing the end of the
690                          * application data, and we are at the offset for the
691                          * 0x80 value, then overwrite b with 0x80. */
692                         b = (b&~is_past_c) | (0x80&is_past_c);
693                         /* If this the the block containing the end of the
694                          * application data and we're past the 0x80 value then
695                          * just write zero. */
696                         b = b&~is_past_cp1;
697                         /* If this is index_b (the final block), but not
698                          * index_a (the end of the data), then the 64-bit
699                          * length didn't fit into index_a and we're having to
700                          * add an extra block of zeros. */
701                         b &= ~is_block_b | is_block_a;
702
703                         /* The final bytes of one of the blocks contains the
704                          * length. */
705                         if (j >= md_block_size - md_length_size)
706                                 {
707                                 /* If this is index_b, write a length byte. */
708                                 b = (b&~is_block_b) | (is_block_b&length_bytes[j-(md_block_size-md_length_size)]);
709                                 }
710                         block[j] = b;
711                         }
712
713                 md_transform(md_state.c, block);
714                 md_final_raw(md_state.c, block);
715                 /* If this is index_b, copy the hash value to |mac_out|. */
716                 for (j = 0; j < md_size; j++)
717                         mac_out[j] |= block[j]&is_block_b;
718                 }
719
720         EVP_MD_CTX_init(&md_ctx);
721         EVP_DigestInit_ex(&md_ctx, ctx->digest, NULL /* engine */);
722         if (is_sslv3)
723                 {
724                 /* We repurpose |hmac_pad| to contain the SSLv3 pad2 block. */
725                 memset(hmac_pad, 0x5c, sslv3_pad_length);
726
727                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, mac_secret, mac_secret_length);
728                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, hmac_pad, sslv3_pad_length);
729                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, mac_out, md_size);
730                 }
731         else
732                 {
733                 /* Complete the HMAC in the standard manner. */
734                 for (i = 0; i < md_block_size; i++)
735                         hmac_pad[i] ^= 0x6a;
736
737                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, hmac_pad, md_block_size);
738                 EVP_DigestUpdate(&md_ctx, mac_out, md_size);
739                 }
740         EVP_DigestFinal(&md_ctx, md_out, &md_out_size_u);
741         if (md_out_size)
742                 *md_out_size = md_out_size_u;
743         EVP_MD_CTX_cleanup(&md_ctx);
744         }
745
746 #ifdef OPENSSL_FIPS
747
748 /* Due to the need to use EVP in FIPS mode we can't reimplement digests but
749  * we can ensure the number of blocks processed is equal for all cases
750  * by digesting additional data.
751  */
752
753 void tls_fips_digest_extra(
754         const EVP_CIPHER_CTX *cipher_ctx, EVP_MD_CTX *mac_ctx,
755         const unsigned char *data, size_t data_len, size_t orig_len)
756         {
757         size_t block_size, digest_pad, blocks_data, blocks_orig;
758         if (EVP_CIPHER_CTX_mode(cipher_ctx) != EVP_CIPH_CBC_MODE)
759                 return;
760         block_size = EVP_MD_CTX_block_size(mac_ctx);
761         /* We are in FIPS mode if we get this far so we know we have only SHA*
762          * digests and TLS to deal with.
763          * Minimum digest padding length is 17 for SHA384/SHA512 and 9
764          * otherwise.
765          * Additional header is 13 bytes. To get the number of digest blocks
766          * processed round up the amount of data plus padding to the nearest
767          * block length. Block length is 128 for SHA384/SHA512 and 64 otherwise.
768          * So we have:
769          * blocks = (payload_len + digest_pad + 13 + block_size - 1)/block_size
770          * equivalently:
771          * blocks = (payload_len + digest_pad + 12)/block_size + 1
772          * HMAC adds a constant overhead.
773          * We're ultimately only interested in differences so this becomes
774          * blocks = (payload_len + 29)/128
775          * for SHA384/SHA512 and
776          * blocks = (payload_len + 21)/64
777          * otherwise.
778          */
779         digest_pad = block_size == 64 ? 21 : 29;
780         blocks_orig = (orig_len + digest_pad)/block_size;
781         blocks_data = (data_len + digest_pad)/block_size;
782         /* MAC enough blocks to make up the difference between the original
783          * and actual lengths plus one extra block to ensure this is never a
784          * no op. The "data" pointer should always have enough space to
785          * perform this operation as it is large enough for a maximum
786          * length TLS buffer. 
787          */
788         EVP_DigestSignUpdate(mac_ctx, data,
789                                 (blocks_orig - blocks_data + 1) * block_size);
790         }
791 #endif