Fix whitespace.
[tinc] / src / sptps.c
index 395c92f..2a298ff 100644 (file)
@@ -1,6 +1,7 @@
 /*
     sptps.c -- Simple Peer-to-Peer Security
-    Copyright (C) 2011 Guus Sliepen <guus@tinc-vpn.org>,
+    Copyright (C) 2011-2012 Guus Sliepen <guus@tinc-vpn.org>,
+                  2010      Brandon L. Black <blblack@gmail.com>
 
     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
     it under the terms of the GNU General Public License as published by
@@ -27,6 +28,8 @@
 #include "prf.h"
 #include "sptps.h"
 
+unsigned int sptps_replaywin = 16;
+
 /*
    Nonce MUST be exchanged first (done)
    Signatures MUST be done over both nonces, to guarantee the signature is fresh
@@ -54,8 +57,41 @@ static bool error(sptps_t *s, int s_errno, const char *msg) {
        return false;
 }
 
+// Send a record (datagram version, accepts all record types, handles encryption and authentication).
+static bool send_record_priv_datagram(sptps_t *s, uint8_t type, const char *data, uint16_t len) {
+       char buffer[len + 23UL];
+
+       // Create header with sequence number, length and record type
+       uint32_t seqno = htonl(s->outseqno++);
+       uint16_t netlen = htons(len);
+
+       memcpy(buffer, &netlen, 2);
+       memcpy(buffer + 2, &seqno, 4);
+       buffer[6] = type;
+
+       // Add plaintext (TODO: avoid unnecessary copy)
+       memcpy(buffer + 7, data, len);
+
+       if(s->outstate) {
+               // If first handshake has finished, encrypt and HMAC
+               cipher_set_counter(&s->outcipher, &seqno, sizeof seqno);
+               if(!cipher_counter_xor(&s->outcipher, buffer + 6, len + 1UL, buffer + 6))
+                       return false;
+
+               if(!digest_create(&s->outdigest, buffer, len + 7UL, buffer + 7UL + len))
+                       return false;
+
+               return s->send_data(s->handle, type, buffer + 2, len + 21UL);
+       } else {
+               // Otherwise send as plaintext
+               return s->send_data(s->handle, type, buffer + 2, len + 5UL);
+       }
+}
 // Send a record (private version, accepts all record types, handles encryption and authentication).
 static bool send_record_priv(sptps_t *s, uint8_t type, const char *data, uint16_t len) {
+       if(s->datagram)
+               return send_record_priv_datagram(s, type, data, len);
+
        char buffer[len + 23UL];
 
        // Create header with sequence number, length and record type
@@ -77,10 +113,10 @@ static bool send_record_priv(sptps_t *s, uint8_t type, const char *data, uint16_
                if(!digest_create(&s->outdigest, buffer, len + 7UL, buffer + 7UL + len))
                        return false;
 
-               return s->send_data(s->handle, buffer + 4, len + 19UL);
+               return s->send_data(s->handle, type, buffer + 4, len + 19UL);
        } else {
                // Otherwise send as plaintext
-               return s->send_data(s->handle, buffer + 4, len + 3UL);
+               return s->send_data(s->handle, type, buffer + 4, len + 3UL);
        }
 }
 
@@ -102,6 +138,8 @@ static bool send_kex(sptps_t *s) {
        size_t keylen = ECDH_SIZE;
 
        // Make room for our KEX message, which we will keep around since send_sig() needs it.
+       if(s->mykex)
+               abort();
        s->mykex = realloc(s->mykex, 1 + 32 + keylen);
        if(!s->mykex)
                return error(s, errno, strerror(errno));
@@ -124,13 +162,14 @@ static bool send_sig(sptps_t *s) {
        size_t keylen = ECDH_SIZE;
        size_t siglen = ecdsa_size(&s->mykey);
 
-       // Concatenate both KEX messages, plus tag indicating if it is from the connection originator
-       char msg[(1 + 32 + keylen) * 2 + 1];
+       // Concatenate both KEX messages, plus tag indicating if it is from the connection originator, plus label
+       char msg[(1 + 32 + keylen) * 2 + 1 + s->labellen];
        char sig[siglen];
 
        msg[0] = s->initiator;
        memcpy(msg + 1, s->mykex, 1 + 32 + keylen);
-       memcpy(msg + 2 + 32 + keylen, s->hiskex, 1 + 32 + keylen);
+       memcpy(msg + 1 + 33 + keylen, s->hiskex, 1 + 32 + keylen);
+       memcpy(msg + 1 + 2 * (33 + keylen), s->label, s->labellen);
 
        // Sign the result.
        if(!ecdsa_sign(&s->mykey, msg, sizeof msg, sig))
@@ -170,7 +209,7 @@ static bool generate_key_material(sptps_t *s, const char *shared, size_t len) {
                memcpy(seed + 13, s->hiskex + 1, 32);
                memcpy(seed + 45, s->mykex + 1, 32);
        }
-       memcpy(seed + 78, s->label, s->labellen);
+       memcpy(seed + 77, s->label, s->labellen);
 
        // Use PRF to generate the key material
        if(!prf(shared, len, seed, s->labellen + 64 + 13, s->key, keylen))
@@ -219,6 +258,8 @@ static bool receive_kex(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
        // Ignore version number for now.
 
        // Make a copy of the KEX message, send_sig() and receive_sig() need it
+       if(s->hiskex)
+               abort();
        s->hiskex = realloc(s->hiskex, len);
        if(!s->hiskex)
                return error(s, errno, strerror(errno));
@@ -238,11 +279,12 @@ static bool receive_sig(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
                return error(s, EIO, "Invalid KEX record length");
 
        // Concatenate both KEX messages, plus tag indicating if it is from the connection originator
-       char msg[(1 + 32 + keylen) * 2 + 1];
+       char msg[(1 + 32 + keylen) * 2 + 1 + s->labellen];
 
        msg[0] = !s->initiator;
        memcpy(msg + 1, s->hiskex, 1 + 32 + keylen);
-       memcpy(msg + 2 + 32 + keylen, s->mykex, 1 + 32 + keylen);
+       memcpy(msg + 1 + 33 + keylen, s->mykex, 1 + 32 + keylen);
+       memcpy(msg + 1 + 2 * (33 + keylen), s->label, s->labellen);
 
        // Verify signature.
        if(!ecdsa_verify(&s->hiskey, msg, sizeof msg, data))
@@ -264,7 +306,7 @@ static bool receive_sig(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
        s->hiskex = NULL;
 
        // Send cipher change record
-       if(!send_ack(s))
+       if(s->outstate && !send_ack(s))
                return false;
 
        // TODO: only set new keys after ACK has been set/received
@@ -282,8 +324,6 @@ static bool receive_sig(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
                        return false;
        }
 
-       s->outstate = true;
-
        return true;
 }
 
@@ -299,7 +339,6 @@ bool sptps_force_kex(sptps_t *s) {
 // Receive a handshake record.
 static bool receive_handshake(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
        // Only a few states to deal with handshaking.
-       fprintf(stderr, "Received handshake message, current state %d\n", s->state);
        switch(s->state) {
                case SPTPS_SECONDARY_KEX:
                        // We receive a secondary KEX request, first respond by sending our own.
@@ -315,8 +354,16 @@ static bool receive_handshake(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
                        // If we already sent our secondary public ECDH key, we expect the peer to send his.
                        if(!receive_sig(s, data, len))
                                return false;
-                       // s->state = SPTPS_ACK;
-                       s->state = SPTPS_ACK;
+                       if(s->outstate)
+                               s->state = SPTPS_ACK;
+                       else {
+                               s->outstate = true;
+                               if(!receive_ack(s, NULL, 0))
+                                       return false;
+                               s->receive_record(s->handle, SPTPS_HANDSHAKE, NULL, 0);
+                               s->state = SPTPS_SECONDARY_KEX;
+                       }
+
                        return true;
                case SPTPS_ACK:
                        // We expect a handshake message to indicate transition to the new keys.
@@ -331,8 +378,124 @@ static bool receive_handshake(sptps_t *s, const char *data, uint16_t len) {
        }
 }
 
+// Check datagram for valid HMAC
+bool sptps_verify_datagram(sptps_t *s, const char *data, size_t len) {
+       if(!s->instate || len < 21)
+               return false;
+
+       char buffer[len + 23];
+       uint16_t netlen = htons(len - 21);
+
+       memcpy(buffer, &netlen, 2);
+       memcpy(buffer + 2, data, len);
+
+       return digest_verify(&s->indigest, buffer, len - 14, buffer + len - 14);
+}
+
+// Receive incoming data, datagram version.
+static bool sptps_receive_data_datagram(sptps_t *s, const char *data, size_t len) {
+       if(len < (s->instate ? 21 : 5))
+               return error(s, EIO, "Received short packet");
+
+       uint32_t seqno;
+       memcpy(&seqno, data, 4);
+       seqno = ntohl(seqno);
+
+       if(!s->instate) {
+               if(seqno != s->inseqno) {
+                       fprintf(stderr, "Received invalid packet seqno: %d != %d\n", seqno, s->inseqno);
+                       return error(s, EIO, "Invalid packet seqno");
+               }
+
+               s->inseqno = seqno + 1;
+
+               uint8_t type = data[4];
+
+               if(type != SPTPS_HANDSHAKE)
+                       return error(s, EIO, "Application record received before handshake finished");
+
+               return receive_handshake(s, data + 5, len - 5);
+       }
+
+       // Replay protection using a sliding window of configurable size.
+       // s->inseqno is expected sequence number
+       // seqno is received sequence number
+       // s->late[] is a circular buffer, a 1 bit means a packet has not been received yet
+       // The circular buffer contains bits for sequence numbers from s->inseqno - s->replaywin * 8 to (but excluding) s->inseqno.
+       if(s->replaywin) {
+               if(seqno != s->inseqno) {
+                       if(seqno >= s->inseqno + s->replaywin * 8) {
+                               // Prevent packets that jump far ahead of the queue from causing many others to be dropped.
+                               if(s->farfuture++ < s->replaywin >> 2) {
+                                       fprintf(stderr, "Packet is %d seqs in the future, dropped (%u)\n", seqno - s->inseqno, s->farfuture);
+                                       return false;
+                               }
+                               // Unless we have seen lots of them, in which case we consider the others lost.
+                               fprintf(stderr, "Lost %d packets\n", seqno - s->inseqno);
+                               memset(s->late, 0, s->replaywin);
+                       } else if (seqno < s->inseqno) {
+                               // If the sequence number is farther in the past than the bitmap goes, or if the packet was already received, drop it.
+                               if((s->inseqno >= s->replaywin * 8 && seqno < s->inseqno - s->replaywin * 8) || !(s->late[(seqno / 8) % s->replaywin] & (1 << seqno % 8))) {
+                                       fprintf(stderr, "Received late or replayed packet, seqno %d, last received %d", seqno, s->inseqno);
+                                       return false;
+                               }
+                       } else {
+                               // We missed some packets. Mark them in the bitmap as being late.
+                               for(int i = s->inseqno; i < seqno; i++)
+                                       s->late[(i / 8) % s->replaywin] |= 1 << i % 8;
+                       }
+               }
+
+               // Mark the current packet as not being late.
+               s->late[(seqno / 8) % s->replaywin] &= ~(1 << seqno % 8);
+               s->farfuture = 0;
+       }
+
+       if(seqno > s->inseqno)
+               s->inseqno = seqno + 1;
+
+       uint16_t netlen = htons(len - 21);
+
+       char buffer[len + 23];
+
+       memcpy(buffer, &netlen, 2);
+       memcpy(buffer + 2, data, len);
+
+       memcpy(&seqno, buffer + 2, 4);
+
+       // Check HMAC and decrypt.
+       if(!digest_verify(&s->indigest, buffer, len - 14, buffer + len - 14))
+               return error(s, EIO, "Invalid HMAC");
+
+       cipher_set_counter(&s->incipher, &seqno, sizeof seqno);
+       if(!cipher_counter_xor(&s->incipher, buffer + 6, len - 4, buffer + 6))
+               return false;
+
+       // Append a NULL byte for safety.
+       buffer[len - 14] = 0;
+
+       uint8_t type = buffer[6];
+
+       if(type < SPTPS_HANDSHAKE) {
+               if(!s->instate)
+                       return error(s, EIO, "Application record received before handshake finished");
+               if(!s->receive_record(s->handle, type, buffer + 7, len - 21))
+                       return false;
+       } else if(type == SPTPS_HANDSHAKE) {
+               if(!receive_handshake(s, buffer + 7, len - 21))
+                       return false;
+       } else {
+               return error(s, EIO, "Invalid record type");
+       }
+
+       return true;
+}
+
 // Receive incoming data. Check if it contains a complete record, if so, handle it.
 bool sptps_receive_data(sptps_t *s, const char *data, size_t len) {
+       if(s->datagram)
+               return sptps_receive_data_datagram(s, data, len);
+
        while(len) {
                // First read the 2 length bytes.
                if(s->buflen < 6) {
@@ -345,7 +508,7 @@ bool sptps_receive_data(sptps_t *s, const char *data, size_t len) {
                        s->buflen += toread;
                        len -= toread;
                        data += toread;
-               
+
                        // Exit early if we don't have the full length.
                        if(s->buflen < 6)
                                return true;
@@ -422,24 +585,33 @@ bool sptps_receive_data(sptps_t *s, const char *data, size_t len) {
 }
 
 // Start a SPTPS session.
-bool sptps_start(sptps_t *s, void *handle, bool initiator, ecdsa_t mykey, ecdsa_t hiskey, const char *label, size_t labellen, send_data_t send_data, receive_record_t receive_record) {
+bool sptps_start(sptps_t *s, void *handle, bool initiator, bool datagram, ecdsa_t mykey, ecdsa_t hiskey, const char *label, size_t labellen, send_data_t send_data, receive_record_t receive_record) {
        // Initialise struct sptps
        memset(s, 0, sizeof *s);
 
        s->handle = handle;
        s->initiator = initiator;
+       s->datagram = datagram;
        s->mykey = mykey;
        s->hiskey = hiskey;
+       s->replaywin = sptps_replaywin;
+       if(s->replaywin) {
+               s->late = malloc(s->replaywin);
+               if(!s->late)
+                       return error(s, errno, strerror(errno));
+       }
 
        s->label = malloc(labellen);
        if(!s->label)
                return error(s, errno, strerror(errno));
 
-       s->inbuf = malloc(7);
-       if(!s->inbuf)
-               return error(s, errno, strerror(errno));
-       s->buflen = 4;
-       memset(s->inbuf, 0, 4);
+       if(!datagram) {
+               s->inbuf = malloc(7);
+               if(!s->inbuf)
+                       return error(s, errno, strerror(errno));
+               s->buflen = 4;
+               memset(s->inbuf, 0, 4);
+       }
 
        memcpy(s->label, label, labellen);
        s->labellen = labellen;
@@ -455,11 +627,17 @@ bool sptps_start(sptps_t *s, void *handle, bool initiator, ecdsa_t mykey, ecdsa_
 // Stop a SPTPS session.
 bool sptps_stop(sptps_t *s) {
        // Clean up any resources.
+       cipher_close(&s->incipher);
+       cipher_close(&s->outcipher);
+       digest_close(&s->indigest);
+       digest_close(&s->outdigest);
        ecdh_free(&s->ecdh);
        free(s->inbuf);
        free(s->mykex);
        free(s->hiskex);
        free(s->key);
        free(s->label);
+       free(s->late);
+       memset(s, 0, sizeof *s);
        return true;
 }