xref: /freebsd/contrib/bearssl/src/ssl/ssl_rec_gcm.c (revision 2aaf9152a852aba9eb2036b95f4948ee77988826)
1*0957b409SSimon J. Gerraty /*
2*0957b409SSimon J. Gerraty  * Copyright (c) 2016 Thomas Pornin <pornin@bolet.org>
3*0957b409SSimon J. Gerraty  *
4*0957b409SSimon J. Gerraty  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining
5*0957b409SSimon J. Gerraty  * a copy of this software and associated documentation files (the
6*0957b409SSimon J. Gerraty  * "Software"), to deal in the Software without restriction, including
7*0957b409SSimon J. Gerraty  * without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
8*0957b409SSimon J. Gerraty  * distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to
9*0957b409SSimon J. Gerraty  * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
10*0957b409SSimon J. Gerraty  * the following conditions:
11*0957b409SSimon J. Gerraty  *
12*0957b409SSimon J. Gerraty  * The above copyright notice and this permission notice shall be
13*0957b409SSimon J. Gerraty  * included in all copies or substantial portions of the Software.
14*0957b409SSimon J. Gerraty  *
15*0957b409SSimon J. Gerraty  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
16*0957b409SSimon J. Gerraty  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
17*0957b409SSimon J. Gerraty  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
18*0957b409SSimon J. Gerraty  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
19*0957b409SSimon J. Gerraty  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
20*0957b409SSimon J. Gerraty  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
21*0957b409SSimon J. Gerraty  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
22*0957b409SSimon J. Gerraty  * SOFTWARE.
23*0957b409SSimon J. Gerraty  */
24*0957b409SSimon J. Gerraty 
25*0957b409SSimon J. Gerraty #include "inner.h"
26*0957b409SSimon J. Gerraty 
27*0957b409SSimon J. Gerraty /*
28*0957b409SSimon J. Gerraty  * GCM initialisation. This does everything except setting the vtable,
29*0957b409SSimon J. Gerraty  * which depends on whether this is a context for encrypting or for
30*0957b409SSimon J. Gerraty  * decrypting.
31*0957b409SSimon J. Gerraty  */
32*0957b409SSimon J. Gerraty static void
gen_gcm_init(br_sslrec_gcm_context * cc,const br_block_ctr_class * bc_impl,const void * key,size_t key_len,br_ghash gh_impl,const void * iv)33*0957b409SSimon J. Gerraty gen_gcm_init(br_sslrec_gcm_context *cc,
34*0957b409SSimon J. Gerraty 	const br_block_ctr_class *bc_impl,
35*0957b409SSimon J. Gerraty 	const void *key, size_t key_len,
36*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_ghash gh_impl,
37*0957b409SSimon J. Gerraty 	const void *iv)
38*0957b409SSimon J. Gerraty {
39*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char tmp[12];
40*0957b409SSimon J. Gerraty 
41*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->seq = 0;
42*0957b409SSimon J. Gerraty 	bc_impl->init(&cc->bc.vtable, key, key_len);
43*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->gh = gh_impl;
44*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(cc->iv, iv, sizeof cc->iv);
45*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(cc->h, 0, sizeof cc->h);
46*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(tmp, 0, sizeof tmp);
47*0957b409SSimon J. Gerraty 	bc_impl->run(&cc->bc.vtable, tmp, 0, cc->h, sizeof cc->h);
48*0957b409SSimon J. Gerraty }
49*0957b409SSimon J. Gerraty 
50*0957b409SSimon J. Gerraty static void
in_gcm_init(br_sslrec_gcm_context * cc,const br_block_ctr_class * bc_impl,const void * key,size_t key_len,br_ghash gh_impl,const void * iv)51*0957b409SSimon J. Gerraty in_gcm_init(br_sslrec_gcm_context *cc,
52*0957b409SSimon J. Gerraty 	const br_block_ctr_class *bc_impl,
53*0957b409SSimon J. Gerraty 	const void *key, size_t key_len,
54*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_ghash gh_impl,
55*0957b409SSimon J. Gerraty 	const void *iv)
56*0957b409SSimon J. Gerraty {
57*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->vtable.in = &br_sslrec_in_gcm_vtable;
58*0957b409SSimon J. Gerraty 	gen_gcm_init(cc, bc_impl, key, key_len, gh_impl, iv);
59*0957b409SSimon J. Gerraty }
60*0957b409SSimon J. Gerraty 
61*0957b409SSimon J. Gerraty static int
gcm_check_length(const br_sslrec_gcm_context * cc,size_t rlen)62*0957b409SSimon J. Gerraty gcm_check_length(const br_sslrec_gcm_context *cc, size_t rlen)
63*0957b409SSimon J. Gerraty {
64*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
65*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * GCM adds a fixed overhead:
66*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   8 bytes for the nonce_explicit (before the ciphertext)
67*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *  16 bytes for the authentication tag (after the ciphertext)
68*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
69*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)cc;
70*0957b409SSimon J. Gerraty 	return rlen >= 24 && rlen <= (16384 + 24);
71*0957b409SSimon J. Gerraty }
72*0957b409SSimon J. Gerraty 
73*0957b409SSimon J. Gerraty /*
74*0957b409SSimon J. Gerraty  * Compute the authentication tag. The value written in 'tag' must still
75*0957b409SSimon J. Gerraty  * be CTR-encrypted.
76*0957b409SSimon J. Gerraty  */
77*0957b409SSimon J. Gerraty static void
do_tag(br_sslrec_gcm_context * cc,int record_type,unsigned version,void * data,size_t len,void * tag)78*0957b409SSimon J. Gerraty do_tag(br_sslrec_gcm_context *cc,
79*0957b409SSimon J. Gerraty 	int record_type, unsigned version,
80*0957b409SSimon J. Gerraty 	void *data, size_t len, void *tag)
81*0957b409SSimon J. Gerraty {
82*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char header[13];
83*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char footer[16];
84*0957b409SSimon J. Gerraty 
85*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
86*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compute authentication tag. Three elements must be injected in
87*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * sequence, each possibly 0-padded to reach a length multiple
88*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * of the block size: the 13-byte header (sequence number, record
89*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * type, protocol version, record length), the cipher text, and
90*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * the word containing the encodings of the bit lengths of the two
91*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * other elements.
92*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
93*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64be(header, cc->seq ++);
94*0957b409SSimon J. Gerraty 	header[8] = (unsigned char)record_type;
95*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc16be(header + 9, version);
96*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc16be(header + 11, len);
97*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64be(footer, (uint64_t)(sizeof header) << 3);
98*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64be(footer + 8, (uint64_t)len << 3);
99*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(tag, 0, 16);
100*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->gh(tag, cc->h, header, sizeof header);
101*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->gh(tag, cc->h, data, len);
102*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->gh(tag, cc->h, footer, sizeof footer);
103*0957b409SSimon J. Gerraty }
104*0957b409SSimon J. Gerraty 
105*0957b409SSimon J. Gerraty /*
106*0957b409SSimon J. Gerraty  * Do CTR encryption. This also does CTR encryption of a single block at
107*0957b409SSimon J. Gerraty  * address 'xortag' with the counter value appropriate for the final
108*0957b409SSimon J. Gerraty  * processing of the authentication tag.
109*0957b409SSimon J. Gerraty  */
110*0957b409SSimon J. Gerraty static void
do_ctr(br_sslrec_gcm_context * cc,const void * nonce,void * data,size_t len,void * xortag)111*0957b409SSimon J. Gerraty do_ctr(br_sslrec_gcm_context *cc, const void *nonce, void *data, size_t len,
112*0957b409SSimon J. Gerraty 	void *xortag)
113*0957b409SSimon J. Gerraty {
114*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char iv[12];
115*0957b409SSimon J. Gerraty 
116*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(iv, cc->iv, 4);
117*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(iv + 4, nonce, 8);
118*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->bc.vtable->run(&cc->bc.vtable, iv, 2, data, len);
119*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->bc.vtable->run(&cc->bc.vtable, iv, 1, xortag, 16);
120*0957b409SSimon J. Gerraty }
121*0957b409SSimon J. Gerraty 
122*0957b409SSimon J. Gerraty static unsigned char *
gcm_decrypt(br_sslrec_gcm_context * cc,int record_type,unsigned version,void * data,size_t * data_len)123*0957b409SSimon J. Gerraty gcm_decrypt(br_sslrec_gcm_context *cc,
124*0957b409SSimon J. Gerraty 	int record_type, unsigned version, void *data, size_t *data_len)
125*0957b409SSimon J. Gerraty {
126*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char *buf;
127*0957b409SSimon J. Gerraty 	size_t len, u;
128*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint32_t bad;
129*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char tag[16];
130*0957b409SSimon J. Gerraty 
131*0957b409SSimon J. Gerraty 	buf = (unsigned char *)data + 8;
132*0957b409SSimon J. Gerraty 	len = *data_len - 24;
133*0957b409SSimon J. Gerraty 	do_tag(cc, record_type, version, buf, len, tag);
134*0957b409SSimon J. Gerraty 	do_ctr(cc, data, buf, len, tag);
135*0957b409SSimon J. Gerraty 
136*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
137*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compare the computed tag with the value from the record. It
138*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * is possibly useless to do a constant-time comparison here,
139*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * but it does not hurt.
140*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
141*0957b409SSimon J. Gerraty 	bad = 0;
142*0957b409SSimon J. Gerraty 	for (u = 0; u < 16; u ++) {
143*0957b409SSimon J. Gerraty 		bad |= tag[u] ^ buf[len + u];
144*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
145*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (bad) {
146*0957b409SSimon J. Gerraty 		return NULL;
147*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
148*0957b409SSimon J. Gerraty 	*data_len = len;
149*0957b409SSimon J. Gerraty 	return buf;
150*0957b409SSimon J. Gerraty }
151*0957b409SSimon J. Gerraty 
152*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_ssl.h */
153*0957b409SSimon J. Gerraty const br_sslrec_in_gcm_class br_sslrec_in_gcm_vtable = {
154*0957b409SSimon J. Gerraty 	{
155*0957b409SSimon J. Gerraty 		sizeof(br_sslrec_gcm_context),
156*0957b409SSimon J. Gerraty 		(int (*)(const br_sslrec_in_class *const *, size_t))
157*0957b409SSimon J. Gerraty 			&gcm_check_length,
158*0957b409SSimon J. Gerraty 		(unsigned char *(*)(const br_sslrec_in_class **,
159*0957b409SSimon J. Gerraty 			int, unsigned, void *, size_t *))
160*0957b409SSimon J. Gerraty 			&gcm_decrypt
161*0957b409SSimon J. Gerraty 	},
162*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void (*)(const br_sslrec_in_gcm_class **,
163*0957b409SSimon J. Gerraty 		const br_block_ctr_class *, const void *, size_t,
164*0957b409SSimon J. Gerraty 		br_ghash, const void *))
165*0957b409SSimon J. Gerraty 		&in_gcm_init
166*0957b409SSimon J. Gerraty };
167*0957b409SSimon J. Gerraty 
168*0957b409SSimon J. Gerraty static void
out_gcm_init(br_sslrec_gcm_context * cc,const br_block_ctr_class * bc_impl,const void * key,size_t key_len,br_ghash gh_impl,const void * iv)169*0957b409SSimon J. Gerraty out_gcm_init(br_sslrec_gcm_context *cc,
170*0957b409SSimon J. Gerraty 	const br_block_ctr_class *bc_impl,
171*0957b409SSimon J. Gerraty 	const void *key, size_t key_len,
172*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_ghash gh_impl,
173*0957b409SSimon J. Gerraty 	const void *iv)
174*0957b409SSimon J. Gerraty {
175*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc->vtable.out = &br_sslrec_out_gcm_vtable;
176*0957b409SSimon J. Gerraty 	gen_gcm_init(cc, bc_impl, key, key_len, gh_impl, iv);
177*0957b409SSimon J. Gerraty }
178*0957b409SSimon J. Gerraty 
179*0957b409SSimon J. Gerraty static void
gcm_max_plaintext(const br_sslrec_gcm_context * cc,size_t * start,size_t * end)180*0957b409SSimon J. Gerraty gcm_max_plaintext(const br_sslrec_gcm_context *cc,
181*0957b409SSimon J. Gerraty 	size_t *start, size_t *end)
182*0957b409SSimon J. Gerraty {
183*0957b409SSimon J. Gerraty 	size_t len;
184*0957b409SSimon J. Gerraty 
185*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)cc;
186*0957b409SSimon J. Gerraty 	*start += 8;
187*0957b409SSimon J. Gerraty 	len = *end - *start - 16;
188*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (len > 16384) {
189*0957b409SSimon J. Gerraty 		len = 16384;
190*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
191*0957b409SSimon J. Gerraty 	*end = *start + len;
192*0957b409SSimon J. Gerraty }
193*0957b409SSimon J. Gerraty 
194*0957b409SSimon J. Gerraty static unsigned char *
gcm_encrypt(br_sslrec_gcm_context * cc,int record_type,unsigned version,void * data,size_t * data_len)195*0957b409SSimon J. Gerraty gcm_encrypt(br_sslrec_gcm_context *cc,
196*0957b409SSimon J. Gerraty 	int record_type, unsigned version, void *data, size_t *data_len)
197*0957b409SSimon J. Gerraty {
198*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char *buf;
199*0957b409SSimon J. Gerraty 	size_t u, len;
200*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char tmp[16];
201*0957b409SSimon J. Gerraty 
202*0957b409SSimon J. Gerraty 	buf = (unsigned char *)data;
203*0957b409SSimon J. Gerraty 	len = *data_len;
204*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(tmp, 0, sizeof tmp);
205*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64be(buf - 8, cc->seq);
206*0957b409SSimon J. Gerraty 	do_ctr(cc, buf - 8, buf, len, tmp);
207*0957b409SSimon J. Gerraty 	do_tag(cc, record_type, version, buf, len, buf + len);
208*0957b409SSimon J. Gerraty 	for (u = 0; u < 16; u ++) {
209*0957b409SSimon J. Gerraty 		buf[len + u] ^= tmp[u];
210*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
211*0957b409SSimon J. Gerraty 	len += 24;
212*0957b409SSimon J. Gerraty 	buf -= 13;
213*0957b409SSimon J. Gerraty 	buf[0] = (unsigned char)record_type;
214*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc16be(buf + 1, version);
215*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc16be(buf + 3, len);
216*0957b409SSimon J. Gerraty 	*data_len = len + 5;
217*0957b409SSimon J. Gerraty 	return buf;
218*0957b409SSimon J. Gerraty }
219*0957b409SSimon J. Gerraty 
220*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_ssl.h */
221*0957b409SSimon J. Gerraty const br_sslrec_out_gcm_class br_sslrec_out_gcm_vtable = {
222*0957b409SSimon J. Gerraty 	{
223*0957b409SSimon J. Gerraty 		sizeof(br_sslrec_gcm_context),
224*0957b409SSimon J. Gerraty 		(void (*)(const br_sslrec_out_class *const *,
225*0957b409SSimon J. Gerraty 			size_t *, size_t *))
226*0957b409SSimon J. Gerraty 			&gcm_max_plaintext,
227*0957b409SSimon J. Gerraty 		(unsigned char *(*)(const br_sslrec_out_class **,
228*0957b409SSimon J. Gerraty 			int, unsigned, void *, size_t *))
229*0957b409SSimon J. Gerraty 			&gcm_encrypt
230*0957b409SSimon J. Gerraty 	},
231*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void (*)(const br_sslrec_out_gcm_class **,
232*0957b409SSimon J. Gerraty 		const br_block_ctr_class *, const void *, size_t,
233*0957b409SSimon J. Gerraty 		br_ghash, const void *))
234*0957b409SSimon J. Gerraty 		&out_gcm_init
235*0957b409SSimon J. Gerraty };
236