src/pkt.go

   1 /*
   2 NNCP -- Node to Node copy, utilities for store-and-forward data exchange
   3 Copyright (C) 2016-2021 Sergey Matveev <stargrave@stargrave.org>
   4
   5 This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   6 it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7 the Free Software Foundation, version 3 of the License.
   8
   9 This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12 GNU General Public License for more details.
  13
  14 You should have received a copy of the GNU General Public License
  15 along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16 */
  17
  18 package nncp
  19
  20 import (
  21         "bytes"
  22         "crypto/cipher"
  23         "crypto/rand"
  24         "encoding/binary"
  25         "errors"
  26         "io"
  27
  28         xdr "github.com/davecgh/go-xdr/xdr2"
  29         "golang.org/x/crypto/blake2b"
  30         "golang.org/x/crypto/chacha20poly1305"
  31         "golang.org/x/crypto/curve25519"
  32         "golang.org/x/crypto/ed25519"
  33         "golang.org/x/crypto/nacl/box"
  34         "golang.org/x/crypto/poly1305"
  35 )
  36
  37 type PktType uint8
  38
  39 const (
  40         EncBlkSize = 128 * (1 << 10)
  41         KDFXOFSize = chacha20poly1305.KeySize * 2
  42
  43         PktTypeFile    PktType = iota
  44         PktTypeFreq    PktType = iota
  45         PktTypeExec    PktType = iota
  46         PktTypeTrns    PktType = iota
  47         PktTypeExecFat PktType = iota
  48
  49         MaxPathSize = 1<<8 - 1
  50
  51         NNCPBundlePrefix = "NNCP"
  52
  53         PktSizeOverhead = 8 + poly1305.TagSize
  54 )
  55
  56 var (
  57         MagicNNCPPv3 [8]byte = [8]byte{'N', 'N', 'C', 'P', 'P', 0, 0, 3}
  58         MagicNNCPEv4 [8]byte = [8]byte{'N', 'N', 'C', 'P', 'E', 0, 0, 4}
  59         BadMagic     error   = errors.New("Unknown magic number")
  60         BadPktType   error   = errors.New("Unknown packet type")
  61
  62         PktOverhead    int64
  63         PktEncOverhead int64
  64 )
  65
  66 type Pkt struct {
  67         Magic   [8]byte
  68         Type    PktType
  69         Nice    uint8
  70         PathLen uint8
  71         Path    [MaxPathSize]byte
  72 }
  73
  74 type PktTbs struct {
  75         Magic     [8]byte
  76         Nice      uint8
  77         Sender    *NodeId
  78         Recipient *NodeId
  79         ExchPub   [32]byte
  80 }
  81
  82 type PktEnc struct {
  83         Magic     [8]byte
  84         Nice      uint8
  85         Sender    *NodeId
  86         Recipient *NodeId
  87         ExchPub   [32]byte
  88         Sign      [ed25519.SignatureSize]byte
  89 }
  90
  91 func init() {
  92         pkt := Pkt{Type: PktTypeFile}
  93         var buf bytes.Buffer
  94         n, err := xdr.Marshal(&buf, pkt)
  95         if err != nil {
  96                 panic(err)
  97         }
  98         PktOverhead = int64(n)
  99         buf.Reset()
 100
 101         dummyId, err := NodeIdFromString("AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA")
 102         if err != nil {
 103                 panic(err)
 104         }
 105         pktEnc := PktEnc{
 106                 Magic:     MagicNNCPEv4,
 107                 Sender:    dummyId,
 108                 Recipient: dummyId,
 109         }
 110         n, err = xdr.Marshal(&buf, pktEnc)
 111         if err != nil {
 112                 panic(err)
 113         }
 114         PktEncOverhead = int64(n)
 115 }
 116
 117 func NewPkt(typ PktType, nice uint8, path []byte) (*Pkt, error) {
 118         if len(path) > MaxPathSize {
 119                 return nil, errors.New("Too long path")
 120         }
 121         pkt := Pkt{
 122                 Magic:   MagicNNCPPv3,
 123                 Type:    typ,
 124                 Nice:    nice,
 125                 PathLen: uint8(len(path)),
 126         }
 127         copy(pkt.Path[:], path)
 128         return &pkt, nil
 129 }
 130
 131 func aeadProcess(
 132         aead cipher.AEAD,
 133         nonce []byte,
 134         doEncrypt bool,
 135         r io.Reader,
 136         w io.Writer,
 137 ) (int, error) {
 138         var blkCtr uint64
 139         ciphCtr := nonce[len(nonce)-8:]
 140         buf := make([]byte, EncBlkSize+aead.Overhead())
 141         var toRead []byte
 142         var toWrite []byte
 143         var n int
 144         var readBytes int
 145         var err error
 146         if doEncrypt {
 147                 toRead = buf[:EncBlkSize]
 148         } else {
 149                 toRead = buf
 150         }
 151         for {
 152                 n, err = io.ReadFull(r, toRead)
 153                 if err != nil {
 154                         if err == io.EOF {
 155                                 break
 156                         }
 157                         if err != io.ErrUnexpectedEOF {
 158                                 return readBytes + n, err
 159                         }
 160                 }
 161                 readBytes += n
 162                 blkCtr++
 163                 binary.BigEndian.PutUint64(ciphCtr, blkCtr)
 164                 if doEncrypt {
 165                         toWrite = aead.Seal(buf[:0], nonce, buf[:n], nil)
 166                 } else {
 167                         toWrite, err = aead.Open(buf[:0], nonce, buf[:n], nil)
 168                         if err != nil {
 169                                 return readBytes, err
 170                         }
 171                 }
 172                 if _, err = w.Write(toWrite); err != nil {
 173                         return readBytes, err
 174                 }
 175         }
 176         return readBytes, nil
 177 }
 178
 179 func sizeWithTags(size int64) (fullSize int64) {
 180         fullSize = size + (size/EncBlkSize)*poly1305.TagSize
 181         if size%EncBlkSize != 0 {
 182                 fullSize += poly1305.TagSize
 183         }
 184         return
 185 }
 186
 187 func PktEncWrite(
 188         our *NodeOur,
 189         their *Node,
 190         pkt *Pkt,
 191         nice uint8,
 192         size, padSize int64,
 193         data io.Reader,
 194         out io.Writer,
 195 ) ([]byte, error) {
 196         pubEph, prvEph, err := box.GenerateKey(rand.Reader)
 197         if err != nil {
 198                 return nil, err
 199         }
 200         var pktBuf bytes.Buffer
 201         if _, err := xdr.Marshal(&pktBuf, pkt); err != nil {
 202                 return nil, err
 203         }
 204         tbs := PktTbs{
 205                 Magic:     MagicNNCPEv4,
 206                 Nice:      nice,
 207                 Sender:    our.Id,
 208                 Recipient: their.Id,
 209                 ExchPub:   *pubEph,
 210         }
 211         var tbsBuf bytes.Buffer
 212         if _, err = xdr.Marshal(&tbsBuf, &tbs); err != nil {
 213                 return nil, err
 214         }
 215         signature := new([ed25519.SignatureSize]byte)
 216         copy(signature[:], ed25519.Sign(our.SignPrv, tbsBuf.Bytes()))
 217         pktEnc := PktEnc{
 218                 Magic:     MagicNNCPEv4,
 219                 Nice:      nice,
 220                 Sender:    our.Id,
 221                 Recipient: their.Id,
 222                 ExchPub:   *pubEph,
 223                 Sign:      *signature,
 224         }
 225         tbsBuf.Reset()
 226         if _, err = xdr.Marshal(&tbsBuf, &pktEnc); err != nil {
 227                 return nil, err
 228         }
 229         pktEncRaw := tbsBuf.Bytes()
 230         if _, err = out.Write(pktEncRaw); err != nil {
 231                 return nil, err
 232         }
 233         sharedKey := new([32]byte)
 234         curve25519.ScalarMult(sharedKey, prvEph, their.ExchPub)
 235         kdf, err := blake2b.NewXOF(KDFXOFSize, sharedKey[:])
 236         if err != nil {
 237                 return nil, err
 238         }
 239         if _, err = kdf.Write(MagicNNCPEv4[:]); err != nil {
 240                 return nil, err
 241         }
 242
 243         key := make([]byte, chacha20poly1305.KeySize)
 244         if _, err = io.ReadFull(kdf, key); err != nil {
 245                 return nil, err
 246         }
 247         aead, err := chacha20poly1305.New(key)
 248         if err != nil {
 249                 return nil, err
 250         }
 251         nonce := make([]byte, aead.NonceSize())
 252
 253         fullSize := pktBuf.Len() + int(size)
 254         sizeBuf := make([]byte, 8+aead.Overhead())
 255         binary.BigEndian.PutUint64(sizeBuf, uint64(sizeWithTags(int64(fullSize))))
 256         if _, err = out.Write(aead.Seal(sizeBuf[:0], nonce, sizeBuf[:8], nil)); err != nil {
 257                 return nil, err
 258         }
 259
 260         lr := io.LimitedReader{R: data, N: size}
 261         mr := io.MultiReader(&pktBuf, &lr)
 262         written, err := aeadProcess(aead, nonce, true, mr, out)
 263         if err != nil {
 264                 return nil, err
 265         }
 266         if written != fullSize {
 267                 return nil, io.ErrUnexpectedEOF
 268         }
 269         if padSize > 0 {
 270                 if _, err = io.ReadFull(kdf, key); err != nil {
 271                         return nil, err
 272                 }
 273                 kdf, err = blake2b.NewXOF(blake2b.OutputLengthUnknown, key)
 274                 if err != nil {
 275                         return nil, err
 276                 }
 277                 if _, err = io.CopyN(out, kdf, padSize); err != nil {
 278                         return nil, err
 279                 }
 280         }
 281         return pktEncRaw, nil
 282 }
 283
 284 func TbsVerify(our *NodeOur, their *Node, pktEnc *PktEnc) (bool, error) {
 285         tbs := PktTbs{
 286                 Magic:     MagicNNCPEv4,
 287                 Nice:      pktEnc.Nice,
 288                 Sender:    their.Id,
 289                 Recipient: our.Id,
 290                 ExchPub:   pktEnc.ExchPub,
 291         }
 292         var tbsBuf bytes.Buffer
 293         if _, err := xdr.Marshal(&tbsBuf, &tbs); err != nil {
 294                 return false, err
 295         }
 296         return ed25519.Verify(their.SignPub, tbsBuf.Bytes(), pktEnc.Sign[:]), nil
 297 }
 298
 299 func PktEncRead(
 300         our *NodeOur,
 301         nodes map[NodeId]*Node,
 302         data io.Reader,
 303         out io.Writer,
 304 ) (*Node, int64, error) {
 305         var pktEnc PktEnc
 306         _, err := xdr.Unmarshal(data, &pktEnc)
 307         if err != nil {
 308                 return nil, 0, err
 309         }
 310         if pktEnc.Magic != MagicNNCPEv4 {
 311                 return nil, 0, BadMagic
 312         }
 313         their, known := nodes[*pktEnc.Sender]
 314         if !known {
 315                 return nil, 0, errors.New("Unknown sender")
 316         }
 317         if *pktEnc.Recipient != *our.Id {
 318                 return nil, 0, errors.New("Invalid recipient")
 319         }
 320         verified, err := TbsVerify(our, their, &pktEnc)
 321         if err != nil {
 322                 return nil, 0, err
 323         }
 324         if !verified {
 325                 return their, 0, errors.New("Invalid signature")
 326         }
 327         sharedKey := new([32]byte)
 328         curve25519.ScalarMult(sharedKey, our.ExchPrv, &pktEnc.ExchPub)
 329         kdf, err := blake2b.NewXOF(KDFXOFSize, sharedKey[:])
 330         if err != nil {
 331                 return their, 0, err
 332         }
 333         if _, err = kdf.Write(MagicNNCPEv4[:]); err != nil {
 334                 return their, 0, err
 335         }
 336
 337         key := make([]byte, chacha20poly1305.KeySize)
 338         if _, err = io.ReadFull(kdf, key); err != nil {
 339                 return their, 0, err
 340         }
 341         aead, err := chacha20poly1305.New(key)
 342         if err != nil {
 343                 return their, 0, err
 344         }
 345         nonce := make([]byte, aead.NonceSize())
 346
 347         sizeBuf := make([]byte, 8+aead.Overhead())
 348         if _, err = io.ReadFull(data, sizeBuf); err != nil {
 349                 return their, 0, err
 350         }
 351         sizeBuf, err = aead.Open(sizeBuf[:0], nonce, sizeBuf, nil)
 352         if err != nil {
 353                 return their, 0, err
 354         }
 355         size := int64(binary.BigEndian.Uint64(sizeBuf))
 356
 357         lr := io.LimitedReader{R: data, N: size}
 358         written, err := aeadProcess(aead, nonce, false, &lr, out)
 359         if err != nil {
 360                 return their, int64(written), err
 361         }
 362         if written != int(size) {
 363                 return their, int64(written), io.ErrUnexpectedEOF
 364         }
 365         return their, size, nil
 366 }