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/chacha20poly1305"
  30         "golang.org/x/crypto/curve25519"
  31         "golang.org/x/crypto/ed25519"
  32         "golang.org/x/crypto/nacl/box"
  33         "golang.org/x/crypto/poly1305"
  34         "lukechampine.com/blake3"
  35 )
  36
  37 type PktType uint8
  38
  39 const (
  40         EncBlkSize = 128 * (1 << 10)
  41
  42         PktTypeFile    PktType = iota
  43         PktTypeFreq    PktType = iota
  44         PktTypeExec    PktType = iota
  45         PktTypeTrns    PktType = iota
  46         PktTypeExecFat PktType = iota
  47
  48         MaxPathSize = 1<<8 - 1
  49
  50         NNCPBundlePrefix = "NNCP"
  51
  52         PktSizeOverhead = 8 + poly1305.TagSize
  53 )
  54
  55 var (
  56         MagicNNCPPv3 [8]byte = [8]byte{'N', 'N', 'C', 'P', 'P', 0, 0, 3}
  57         MagicNNCPEv5 [8]byte = [8]byte{'N', 'N', 'C', 'P', 'E', 0, 0, 5}
  58         BadMagic     error   = errors.New("Unknown magic number")
  59         BadPktType   error   = errors.New("Unknown packet type")
  60
  61         PktOverhead    int64
  62         PktEncOverhead int64
  63 )
  64
  65 type Pkt struct {
  66         Magic   [8]byte
  67         Type    PktType
  68         Nice    uint8
  69         PathLen uint8
  70         Path    [MaxPathSize]byte
  71 }
  72
  73 type PktTbs struct {
  74         Magic     [8]byte
  75         Nice      uint8
  76         Sender    *NodeId
  77         Recipient *NodeId
  78         ExchPub   [32]byte
  79 }
  80
  81 type PktEnc struct {
  82         Magic     [8]byte
  83         Nice      uint8
  84         Sender    *NodeId
  85         Recipient *NodeId
  86         ExchPub   [32]byte
  87         Sign      [ed25519.SignatureSize]byte
  88 }
  89
  90 func init() {
  91         pkt := Pkt{Type: PktTypeFile}
  92         var buf bytes.Buffer
  93         n, err := xdr.Marshal(&buf, pkt)
  94         if err != nil {
  95                 panic(err)
  96         }
  97         PktOverhead = int64(n)
  98         buf.Reset()
  99
 100         dummyId, err := NodeIdFromString("AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA")
 101         if err != nil {
 102                 panic(err)
 103         }
 104         pktEnc := PktEnc{
 105                 Magic:     MagicNNCPEv5,
 106                 Sender:    dummyId,
 107                 Recipient: dummyId,
 108         }
 109         n, err = xdr.Marshal(&buf, pktEnc)
 110         if err != nil {
 111                 panic(err)
 112         }
 113         PktEncOverhead = int64(n)
 114 }
 115
 116 func NewPkt(typ PktType, nice uint8, path []byte) (*Pkt, error) {
 117         if len(path) > MaxPathSize {
 118                 return nil, errors.New("Too long path")
 119         }
 120         pkt := Pkt{
 121                 Magic:   MagicNNCPPv3,
 122                 Type:    typ,
 123                 Nice:    nice,
 124                 PathLen: uint8(len(path)),
 125         }
 126         copy(pkt.Path[:], path)
 127         return &pkt, nil
 128 }
 129
 130 func ctrIncr(b []byte) {
 131         for i := len(b) - 1; i >= 0; i-- {
 132                 b[i]++
 133                 if b[i] != 0 {
 134                         return
 135                 }
 136         }
 137         panic("counter overflow")
 138 }
 139
 140 func aeadProcess(
 141         aead cipher.AEAD,
 142         nonce, ad []byte,
 143         doEncrypt bool,
 144         r io.Reader,
 145         w io.Writer,
 146 ) (int, error) {
 147         ciphCtr := nonce[len(nonce)-8:]
 148         buf := make([]byte, EncBlkSize+aead.Overhead())
 149         var toRead []byte
 150         var toWrite []byte
 151         var n int
 152         var readBytes int
 153         var err error
 154         if doEncrypt {
 155                 toRead = buf[:EncBlkSize]
 156         } else {
 157                 toRead = buf
 158         }
 159         for {
 160                 n, err = io.ReadFull(r, toRead)
 161                 if err != nil {
 162                         if err == io.EOF {
 163                                 break
 164                         }
 165                         if err != io.ErrUnexpectedEOF {
 166                                 return readBytes + n, err
 167                         }
 168                 }
 169                 readBytes += n
 170                 ctrIncr(ciphCtr)
 171                 if doEncrypt {
 172                         toWrite = aead.Seal(buf[:0], nonce, buf[:n], ad)
 173                 } else {
 174                         toWrite, err = aead.Open(buf[:0], nonce, buf[:n], ad)
 175                         if err != nil {
 176                                 return readBytes, err
 177                         }
 178                 }
 179                 if _, err = w.Write(toWrite); err != nil {
 180                         return readBytes, err
 181                 }
 182         }
 183         return readBytes, nil
 184 }
 185
 186 func sizeWithTags(size int64) (fullSize int64) {
 187         fullSize = size + (size/EncBlkSize)*poly1305.TagSize
 188         if size%EncBlkSize != 0 {
 189                 fullSize += poly1305.TagSize
 190         }
 191         return
 192 }
 193
 194 func PktEncWrite(
 195         our *NodeOur,
 196         their *Node,
 197         pkt *Pkt,
 198         nice uint8,
 199         size, padSize int64,
 200         data io.Reader,
 201         out io.Writer,
 202 ) ([]byte, error) {
 203         pubEph, prvEph, err := box.GenerateKey(rand.Reader)
 204         if err != nil {
 205                 return nil, err
 206         }
 207         var pktBuf bytes.Buffer
 208         if _, err := xdr.Marshal(&pktBuf, pkt); err != nil {
 209                 return nil, err
 210         }
 211         tbs := PktTbs{
 212                 Magic:     MagicNNCPEv5,
 213                 Nice:      nice,
 214                 Sender:    our.Id,
 215                 Recipient: their.Id,
 216                 ExchPub:   *pubEph,
 217         }
 218         var tbsBuf bytes.Buffer
 219         if _, err = xdr.Marshal(&tbsBuf, &tbs); err != nil {
 220                 return nil, err
 221         }
 222         signature := new([ed25519.SignatureSize]byte)
 223         copy(signature[:], ed25519.Sign(our.SignPrv, tbsBuf.Bytes()))
 224         pktEnc := PktEnc{
 225                 Magic:     MagicNNCPEv5,
 226                 Nice:      nice,
 227                 Sender:    our.Id,
 228                 Recipient: their.Id,
 229                 ExchPub:   *pubEph,
 230                 Sign:      *signature,
 231         }
 232         ad := blake3.Sum256(tbsBuf.Bytes())
 233         tbsBuf.Reset()
 234         if _, err = xdr.Marshal(&tbsBuf, &pktEnc); err != nil {
 235                 return nil, err
 236         }
 237         pktEncRaw := tbsBuf.Bytes()
 238         if _, err = out.Write(pktEncRaw); err != nil {
 239                 return nil, err
 240         }
 241         sharedKey := new([32]byte)
 242         curve25519.ScalarMult(sharedKey, prvEph, their.ExchPub)
 243
 244         key := make([]byte, chacha20poly1305.KeySize)
 245         blake3.DeriveKey(key, string(MagicNNCPEv5[:]), sharedKey[:])
 246         aead, err := chacha20poly1305.New(key)
 247         if err != nil {
 248                 return nil, err
 249         }
 250         nonce := make([]byte, aead.NonceSize())
 251
 252         fullSize := pktBuf.Len() + int(size)
 253         sizeBuf := make([]byte, 8+aead.Overhead())
 254         binary.BigEndian.PutUint64(sizeBuf, uint64(sizeWithTags(int64(fullSize))))
 255         if _, err = out.Write(aead.Seal(sizeBuf[:0], nonce, sizeBuf[:8], ad[:])); err != nil {
 256                 return nil, err
 257         }
 258
 259         lr := io.LimitedReader{R: data, N: size}
 260         mr := io.MultiReader(&pktBuf, &lr)
 261         written, err := aeadProcess(aead, nonce, ad[:], true, mr, out)
 262         if err != nil {
 263                 return nil, err
 264         }
 265         if written != fullSize {
 266                 return nil, io.ErrUnexpectedEOF
 267         }
 268         if padSize > 0 {
 269                 blake3.DeriveKey(key, string(MagicNNCPEv5[:])+" PAD", sharedKey[:])
 270                 xof := blake3.New(32, key).XOF()
 271                 if _, err = io.CopyN(out, xof, padSize); err != nil {
 272                         return nil, err
 273                 }
 274         }
 275         return pktEncRaw, nil
 276 }
 277
 278 func TbsVerify(our *NodeOur, their *Node, pktEnc *PktEnc) ([]byte, bool, error) {
 279         tbs := PktTbs{
 280                 Magic:     MagicNNCPEv5,
 281                 Nice:      pktEnc.Nice,
 282                 Sender:    their.Id,
 283                 Recipient: our.Id,
 284                 ExchPub:   pktEnc.ExchPub,
 285         }
 286         var tbsBuf bytes.Buffer
 287         if _, err := xdr.Marshal(&tbsBuf, &tbs); err != nil {
 288                 return nil, false, err
 289         }
 290         return tbsBuf.Bytes(), ed25519.Verify(their.SignPub, tbsBuf.Bytes(), pktEnc.Sign[:]), nil
 291 }
 292
 293 func PktEncRead(
 294         our *NodeOur,
 295         nodes map[NodeId]*Node,
 296         data io.Reader,
 297         out io.Writer,
 298 ) (*Node, int64, error) {
 299         var pktEnc PktEnc
 300         _, err := xdr.Unmarshal(data, &pktEnc)
 301         if err != nil {
 302                 return nil, 0, err
 303         }
 304         if pktEnc.Magic != MagicNNCPEv5 {
 305                 return nil, 0, BadMagic
 306         }
 307         their, known := nodes[*pktEnc.Sender]
 308         if !known {
 309                 return nil, 0, errors.New("Unknown sender")
 310         }
 311         if *pktEnc.Recipient != *our.Id {
 312                 return nil, 0, errors.New("Invalid recipient")
 313         }
 314         tbsRaw, verified, err := TbsVerify(our, their, &pktEnc)
 315         if err != nil {
 316                 return nil, 0, err
 317         }
 318         if !verified {
 319                 return their, 0, errors.New("Invalid signature")
 320         }
 321         ad := blake3.Sum256(tbsRaw)
 322         sharedKey := new([32]byte)
 323         curve25519.ScalarMult(sharedKey, our.ExchPrv, &pktEnc.ExchPub)
 324
 325         key := make([]byte, chacha20poly1305.KeySize)
 326         blake3.DeriveKey(key, string(MagicNNCPEv5[:]), sharedKey[:])
 327         aead, err := chacha20poly1305.New(key)
 328         if err != nil {
 329                 return their, 0, err
 330         }
 331         nonce := make([]byte, aead.NonceSize())
 332
 333         sizeBuf := make([]byte, 8+aead.Overhead())
 334         if _, err = io.ReadFull(data, sizeBuf); err != nil {
 335                 return their, 0, err
 336         }
 337         sizeBuf, err = aead.Open(sizeBuf[:0], nonce, sizeBuf, ad[:])
 338         if err != nil {
 339                 return their, 0, err
 340         }
 341         size := int64(binary.BigEndian.Uint64(sizeBuf))
 342
 343         lr := io.LimitedReader{R: data, N: size}
 344         written, err := aeadProcess(aead, nonce, ad[:], false, &lr, out)
 345         if err != nil {
 346                 return their, int64(written), err
 347         }
 348         if written != int(size) {
 349                 return their, int64(written), io.ErrUnexpectedEOF
 350         }
 351         return their, size, nil
 352 }