]> Cypherpunks.ru repositories - govpn.git/blobdiff - handshake.go
Use A-EKE instead of EKE. Doc refactoring. Preparing for 3.0 release
[govpn.git] / handshake.go
index 2d27e55f3117c7befb462a68edaa8d9d44743b79..0fee82c77d0e70db8d23d8febf4aaa8021f92394 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 /*
-govpn -- high-performance secure virtual private network daemon
-Copyright (C) 2014 Sergey Matveev <stargrave@stargrave.org>
+GoVPN -- simple secure free software virtual private network daemon
+Copyright (C) 2014-2015 Sergey Matveev <stargrave@stargrave.org>
 
 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
@@ -15,60 +15,88 @@ GNU General Public License for more details.
 You should have received a copy of the GNU General Public License
 along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
-package main
+
+package govpn
 
 import (
        "crypto/rand"
        "crypto/subtle"
        "encoding/binary"
-       "fmt"
+       "log"
        "net"
        "time"
 
-       "code.google.com/p/go.crypto/curve25519"
-       "code.google.com/p/go.crypto/poly1305"
-       "code.google.com/p/go.crypto/salsa20"
-       "code.google.com/p/go.crypto/salsa20/salsa"
+       "github.com/agl/ed25519"
+       "golang.org/x/crypto/curve25519"
+       "golang.org/x/crypto/salsa20"
+       "golang.org/x/crypto/salsa20/salsa"
+       "golang.org/x/crypto/xtea"
+)
+
+const (
+       RSize = 8
+       SSize = 32
 )
 
 type Handshake struct {
        addr     *net.UDPAddr
-       lastPing time.Time
-       rNonce   *[8]byte
-       dhPriv   *[32]byte // own private DH key
-       key      *[32]byte // handshake encryption key
-       rServer  *[8]byte  // random string for authentication
-       rClient  *[8]byte
-       sServer  *[32]byte // secret string for main key calculation
-       sClient  *[32]byte
+       LastPing time.Time
+       Conf     *PeerConf
+       dsaPubH  *[ed25519.PublicKeySize]byte
+       key      *[32]byte
+       rNonce   *[RSize]byte
+       dhPriv   *[32]byte    // own private DH key
+       rServer  *[RSize]byte // random string for authentication
+       rClient  *[RSize]byte
+       sServer  *[SSize]byte // secret string for main key calculation
+       sClient  *[SSize]byte
 }
 
-func KeyFromSecrets(server, client []byte) *[32]byte {
-       k := new([32]byte)
-       for i := 0; i < 32; i++ {
+func keyFromSecrets(server, client []byte) *[SSize]byte {
+       k := new([SSize]byte)
+       for i := 0; i < SSize; i++ {
                k[i] = server[i] ^ client[i]
        }
        return k
 }
 
-// Check if it is valid handshake-related message
-// Minimal size and last 16 zero bytes
-func isValidHandshakePkt(pkt []byte) bool {
-       if len(pkt) < 24 {
-               return false
+// Apply HSalsa20 function for data. Used to hash public keys.
+func HApply(data *[32]byte) {
+       salsa.HSalsa20(data, new([16]byte), data, &salsa.Sigma)
+}
+
+// Zero handshake's memory state
+func (h *Handshake) Zero() {
+       if h.rNonce != nil {
+               sliceZero(h.rNonce[:])
        }
-       for i := len(pkt) - poly1305.TagSize; i < len(pkt); i++ {
-               if pkt[i] != '\x00' {
-                       return false
-               }
+       if h.dhPriv != nil {
+               sliceZero(h.dhPriv[:])
+       }
+       if h.key != nil {
+               sliceZero(h.key[:])
+       }
+       if h.dsaPubH != nil {
+               sliceZero(h.dsaPubH[:])
+       }
+       if h.rServer != nil {
+               sliceZero(h.rServer[:])
+       }
+       if h.rClient != nil {
+               sliceZero(h.rClient[:])
+       }
+       if h.sServer != nil {
+               sliceZero(h.sServer[:])
+       }
+       if h.sClient != nil {
+               sliceZero(h.sClient[:])
        }
-       return true
 }
 
-func (h *Handshake) rNonceNext() []byte {
-       nonce := make([]byte, 8)
+func (h *Handshake) rNonceNext(count uint64) []byte {
+       nonce := make([]byte, RSize)
        nonceCurrent, _ := binary.Uvarint(h.rNonce[:])
-       binary.PutUvarint(nonce, nonceCurrent+1)
+       binary.PutUvarint(nonce, nonceCurrent+count)
        return nonce
 }
 
@@ -83,175 +111,215 @@ func dhPrivGen() *[32]byte {
 func dhKeyGen(priv, pub *[32]byte) *[32]byte {
        key := new([32]byte)
        curve25519.ScalarMult(key, priv, pub)
-       salsa.HSalsa20(key, new([16]byte), key, &salsa.Sigma)
+       HApply(key)
        return key
 }
 
-func HandshakeStart(conn *net.UDPConn, addr *net.UDPAddr, key *[32]byte) *Handshake {
-       state := Handshake{}
-       state.addr = addr
-       state.lastPing = time.Now()
+// Create new handshake state.
+func HandshakeNew(addr *net.UDPAddr, conf *PeerConf) *Handshake {
+       state := Handshake{
+               addr:     addr,
+               LastPing: time.Now(),
+               Conf:     conf,
+       }
+       state.dsaPubH = new([ed25519.PublicKeySize]byte)
+       copy(state.dsaPubH[:], state.Conf.DSAPub[:])
+       HApply(state.dsaPubH)
+       return &state
+}
+
+// Generate ID tag from client identification and data.
+func idTag(id *PeerId, data []byte) []byte {
+       ciph, err := xtea.NewCipher(id[:])
+       if err != nil {
+               panic(err)
+       }
+       enc := make([]byte, xtea.BlockSize)
+       ciph.Encrypt(enc, data[:xtea.BlockSize])
+       return enc
+}
+
+// Start handshake's procedure from the client. It is the entry point
+// for starting the handshake procedure. You have to specify outgoing
+// conn address, remote's addr address, our own peer configuration.
+// First handshake packet will be sent immediately.
+func HandshakeStart(conf *PeerConf, conn *net.UDPConn, addr *net.UDPAddr) *Handshake {
+       state := HandshakeNew(addr, conf)
 
        state.dhPriv = dhPrivGen()
        dhPub := new([32]byte)
        curve25519.ScalarBaseMult(dhPub, state.dhPriv)
 
-       state.rNonce = new([8]byte)
+       state.rNonce = new([RSize]byte)
        if _, err := rand.Read(state.rNonce[:]); err != nil {
                panic("Can not read random for handshake nonce")
        }
        enc := make([]byte, 32)
-       salsa20.XORKeyStream(enc, dhPub[:], state.rNonce[:], key)
-
-       if _, err := conn.WriteTo(
-               append(state.rNonce[:],
-                       append(enc, make([]byte, poly1305.TagSize)...)...), addr); err != nil {
+       salsa20.XORKeyStream(enc, dhPub[:], state.rNonce[:], state.dsaPubH)
+       data := append(state.rNonce[:], enc...)
+       data = append(data, idTag(state.Conf.Id, state.rNonce[:])...)
+       if _, err := conn.WriteTo(data, addr); err != nil {
                panic(err)
        }
-       return &state
+       return state
 }
 
-func (h *Handshake) Server(conn *net.UDPConn, key *[32]byte, data []byte) *Peer {
-       switch len(data) {
-       case 56: // R + ENC(PSK, dh_client_pub) + NULLs
-               fmt.Print("[HS1]")
-               if h.rNonce != nil {
-                       fmt.Print("[S?]")
-                       return nil
-               }
-
+// Process handshake message on the server side.
+// This function is intended to be called on server's side.
+// Our outgoing conn connection and received data are required.
+// If this is the final handshake message, then new Peer object
+// will be created and used as a transport. If no mutually
+// authenticated Peer is ready, then return nil.
+func (h *Handshake) Server(conn *net.UDPConn, data []byte) *Peer {
+       // R + ENC(H(DSAPub), R, CDHPub) + IDtag
+       if len(data) == 48 && h.rNonce == nil {
                // Generate private DH key
                h.dhPriv = dhPrivGen()
                dhPub := new([32]byte)
                curve25519.ScalarBaseMult(dhPub, h.dhPriv)
 
+               h.rNonce = new([RSize]byte)
+               copy(h.rNonce[:], data[:RSize])
+
                // Decrypt remote public key and compute shared key
                dec := new([32]byte)
-               salsa20.XORKeyStream(dec[:], data[8:8+32], data[:8], key)
+               salsa20.XORKeyStream(dec[:], data[RSize:RSize+32], h.rNonce[:], h.dsaPubH)
                h.key = dhKeyGen(h.dhPriv, dec)
 
-               // Compute nonce and encrypt our public key
-               h.rNonce = new([8]byte)
-               copy(h.rNonce[:], data[:8])
-
                encPub := make([]byte, 32)
-               salsa20.XORKeyStream(encPub, dhPub[:], h.rNonceNext(), key)
+               salsa20.XORKeyStream(encPub, dhPub[:], h.rNonceNext(1), h.dsaPubH)
 
                // Generate R* and encrypt them
-               h.rServer = new([8]byte)
+               h.rServer = new([RSize]byte)
                if _, err := rand.Read(h.rServer[:]); err != nil {
                        panic("Can not read random for handshake random key")
                }
-               h.sServer = new([32]byte)
+               h.sServer = new([SSize]byte)
                if _, err := rand.Read(h.sServer[:]); err != nil {
                        panic("Can not read random for handshake shared key")
                }
-               encRs := make([]byte, 8+32)
+               encRs := make([]byte, RSize+SSize)
                salsa20.XORKeyStream(encRs, append(h.rServer[:], h.sServer[:]...), h.rNonce[:], h.key)
 
                // Send that to client
                if _, err := conn.WriteTo(
-                       append(encPub,
-                               append(encRs, make([]byte, poly1305.TagSize)...)...), h.addr); err != nil {
+                       append(encPub, append(encRs, idTag(h.Conf.Id, encPub)...)...), h.addr); err != nil {
                        panic(err)
                }
-               fmt.Print("[OK]")
-       case 64: // ENC(K, RS + RC + SC) + NULLs
-               fmt.Print("[HS3]")
-               if (h.rNonce == nil) || (h.rClient != nil) {
-                       fmt.Print("[S?]")
+               h.LastPing = time.Now()
+       } else
+       // ENC(K, R+1, RS + RC + SC + Sign(DSAPriv, K)) + IDtag
+       if len(data) == 120 && h.rClient == nil {
+               // Decrypted Rs compare rServer
+               dec := make([]byte, RSize+RSize+SSize+ed25519.SignatureSize)
+               salsa20.XORKeyStream(
+                       dec,
+                       data[:RSize+RSize+SSize+ed25519.SignatureSize],
+                       h.rNonceNext(1),
+                       h.key,
+               )
+               if subtle.ConstantTimeCompare(dec[:RSize], h.rServer[:]) != 1 {
+                       log.Println("Invalid server's random number with", h.addr)
                        return nil
                }
-
-               // Decrypt Rs compare rServer
-               decRs := make([]byte, 8+8+32)
-               salsa20.XORKeyStream(decRs, data[:8+8+32], h.rNonceNext(), h.key)
-               if res := subtle.ConstantTimeCompare(decRs[:8], h.rServer[:]); res != 1 {
-                       fmt.Print("[rS?]")
+               sign := new([ed25519.SignatureSize]byte)
+               copy(sign[:], dec[RSize+RSize+SSize:])
+               if !ed25519.Verify(h.Conf.DSAPub, h.key[:], sign) {
+                       log.Println("Invalid signature from", h.addr)
                        return nil
                }
 
                // Send final answer to client
-               enc := make([]byte, 8)
-               salsa20.XORKeyStream(enc, decRs[8:8+8], make([]byte, 8), h.key)
-               if _, err := conn.WriteTo(append(enc, make([]byte, poly1305.TagSize)...), h.addr); err != nil {
+               enc := make([]byte, RSize)
+               salsa20.XORKeyStream(enc, dec[RSize:RSize+RSize], h.rNonceNext(2), h.key)
+               if _, err := conn.WriteTo(append(enc, idTag(h.Conf.Id, enc)...), h.addr); err != nil {
                        panic(err)
                }
 
                // Switch peer
-               peer := Peer{addr: h.addr, nonceOur: 0, nonceRecv: 0}
-               peer.key = KeyFromSecrets(h.sServer[:], decRs[8+8:])
-               fmt.Print("[OK]")
-               return &peer
-       default:
-               fmt.Print("[HS?]")
+               peer := newPeer(
+                       h.addr,
+                       h.Conf,
+                       0,
+                       keyFromSecrets(h.sServer[:], dec[RSize+RSize:RSize+RSize+SSize]))
+               h.LastPing = time.Now()
+               return peer
+       } else {
+               log.Println("Invalid handshake message from", h.addr)
        }
        return nil
 }
 
-func (h *Handshake) Client(conn *net.UDPConn, key *[32]byte, data []byte) *Peer {
+// Process handshake message on the client side.
+// This function is intended to be called on client's side.
+// Our outgoing conn connection, authentication
+// key and received data are required.
+// If this is the final handshake message, then new Peer object
+// will be created and used as a transport. If no mutually
+// authenticated Peer is ready, then return nil.
+func (h *Handshake) Client(conn *net.UDPConn, data []byte) *Peer {
        switch len(data) {
-       case 88: // ENC(PSK, dh_server_pub) + ENC(K, RS + SS) + NULLs
-               fmt.Print("[HS2]")
+       case 80: // ENC(H(DSAPub), R+1, SDHPub) + ENC(K, R, RS + SS) + IDtag
                if h.key != nil {
-                       fmt.Print("[S?]")
+                       log.Println("Invalid handshake stage from", h.addr)
                        return nil
                }
 
                // Decrypt remote public key and compute shared key
                dec := new([32]byte)
-               salsa20.XORKeyStream(dec[:], data[:32], h.rNonceNext(), key)
+               salsa20.XORKeyStream(dec[:], data[:32], h.rNonceNext(1), h.dsaPubH)
                h.key = dhKeyGen(h.dhPriv, dec)
 
                // Decrypt Rs
-               decRs := make([]byte, 8+32)
-               salsa20.XORKeyStream(decRs, data[32:32+8+32], h.rNonce[:], h.key)
-               h.rServer = new([8]byte)
-               copy(h.rServer[:], decRs[:8])
-               h.sServer = new([32]byte)
-               copy(h.sServer[:], decRs[8:])
-
-               // Generate R* and encrypt them
-               h.rClient = new([8]byte)
+               decRs := make([]byte, RSize+SSize)
+               salsa20.XORKeyStream(decRs, data[SSize:32+RSize+SSize], h.rNonce[:], h.key)
+               h.rServer = new([RSize]byte)
+               copy(h.rServer[:], decRs[:RSize])
+               h.sServer = new([SSize]byte)
+               copy(h.sServer[:], decRs[RSize:])
+
+               // Generate R* and signature and encrypt them
+               h.rClient = new([RSize]byte)
                if _, err := rand.Read(h.rClient[:]); err != nil {
                        panic("Can not read random for handshake random key")
                }
-               h.sClient = new([32]byte)
+               h.sClient = new([SSize]byte)
                if _, err := rand.Read(h.sClient[:]); err != nil {
                        panic("Can not read random for handshake shared key")
                }
-               encRs := make([]byte, 8+8+32)
-               salsa20.XORKeyStream(encRs,
+               sign := ed25519.Sign(h.Conf.DSAPriv, h.key[:])
+
+               enc := make([]byte, RSize+RSize+SSize+ed25519.SignatureSize)
+               salsa20.XORKeyStream(enc,
                        append(h.rServer[:],
-                               append(h.rClient[:], h.sClient[:]...)...), h.rNonceNext(), h.key)
+                               append(h.rClient[:],
+                                       append(h.sClient[:], sign[:]...)...)...), h.rNonceNext(1), h.key)
 
                // Send that to server
-               if _, err := conn.WriteTo(append(encRs, make([]byte, poly1305.TagSize)...), h.addr); err != nil {
+               if _, err := conn.WriteTo(append(enc, idTag(h.Conf.Id, enc)...), h.addr); err != nil {
                        panic(err)
                }
-               fmt.Print("[OK]")
-       case 24: // ENC(K, RC) + NULLs
-               fmt.Print("[HS4]")
+               h.LastPing = time.Now()
+       case 16: // ENC(K, R+2, RC) + IDtag
                if h.key == nil {
-                       fmt.Print("[S?]")
+                       log.Println("Invalid handshake stage from", h.addr)
                        return nil
                }
 
                // Decrypt rClient
-               dec := make([]byte, 8)
-               salsa20.XORKeyStream(dec, data[:8], make([]byte, 8), h.key)
-               if res := subtle.ConstantTimeCompare(dec, h.rClient[:]); res != 1 {
-                       fmt.Print("[rC?]")
+               dec := make([]byte, RSize)
+               salsa20.XORKeyStream(dec, data[:RSize], h.rNonceNext(2), h.key)
+               if subtle.ConstantTimeCompare(dec, h.rClient[:]) != 1 {
+                       log.Println("Invalid client's random number with", h.addr)
                        return nil
                }
 
                // Switch peer
-               peer := Peer{addr: h.addr, nonceOur: 1, nonceRecv: 0}
-               peer.key = KeyFromSecrets(h.sServer[:], h.sClient[:])
-               fmt.Print("[OK]")
-               return &peer
+               peer := newPeer(h.addr, h.Conf, 1, keyFromSecrets(h.sServer[:], h.sClient[:]))
+               h.LastPing = time.Now()
+               return peer
        default:
-               fmt.Print("[HS?]")
+               log.Println("Invalid handshake message from", h.addr)
        }
        return nil
 }