commit 29396e18c427623b582c16ab26f89100f194e86f Author: Zack Weinberg zackw@panix.com Date: Tue Mar 6 13:56:45 2012 -0800

Add ECB support to the crypt.h API. --- src/crypt.cc | 118 +++++++-- src/crypt.h | 97 +++++-- src/protocol/chop.cc | 12 +- src/test/unittest_crypt.cc | 610 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++- 4 files changed, 765 insertions(+), 72 deletions(-)

diff --git a/src/crypt.cc b/src/crypt.cc index 612eeee..402ae58 100644 --- a/src/crypt.cc +++ b/src/crypt.cc @@ -36,38 +36,100 @@ public: } \ return rv /* deliberate absence of semicolon */

+// Crypto++ doesn't let us set a key without also setting an IV, +// even though we will always override the IV later. +static const uint8_t dummy_iv[16] = {}; + +namespace { + struct ecb_encryptor_impl : ecb_encryptor + { + CryptoPP::ECB_ModeCryptoPP::AES::Encryption ctx; + virtual ~ecb_encryptor_impl(); + virtual void encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in); + }; + + struct ecb_decryptor_impl : ecb_decryptor + { + CryptoPP::ECB_ModeCryptoPP::AES::Decryption ctx; + virtual ~ecb_decryptor_impl(); + virtual void decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in); + }; +} + +ecb_encryptor * +ecb_encryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) +{ + try { + ecb_encryptor_impl *enc = new ecb_encryptor_impl; + enc->ctx.SetKey(key, keylen); + return enc; + } + CATCH_ALL_EXCEPTIONS(0); +} + +ecb_decryptor * +ecb_decryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) +{ + try { + ecb_decryptor_impl *dec = new ecb_decryptor_impl; + dec->ctx.SetKey(key, keylen); + return dec; + } + CATCH_ALL_EXCEPTIONS(0); +} + +ecb_encryptor::~ecb_encryptor() {} +ecb_encryptor_impl::~ecb_encryptor_impl() {} +ecb_decryptor::~ecb_decryptor() {} +ecb_decryptor_impl::~ecb_decryptor_impl() {} + +void +ecb_encryptor_impl::encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in) +{ + try { + this->ctx.ProcessData(out, in, AES_BLOCK_LEN); + } + CATCH_ALL_EXCEPTIONS(); +} + +void +ecb_decryptor_impl::decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in) +{ + try { + this->ctx.ProcessData(out, in, AES_BLOCK_LEN); + } + CATCH_ALL_EXCEPTIONS(); +} + + namespace { - struct encryptor_impl : encryptor + struct gcm_encryptor_impl : gcm_encryptor { CryptoPP::GCMCryptoPP::AES::Encryption ctx; + virtual ~gcm_encryptor_impl(); virtual void encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, const uint8_t *nonce, size_t nlen); - virtual ~encryptor_impl(); };

- struct decryptor_impl : decryptor + struct gcm_decryptor_impl : gcm_decryptor { CryptoPP::GCMCryptoPP::AES::Decryption ctx; + virtual ~gcm_decryptor_impl(); virtual int decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, const uint8_t *nonce, size_t nlen); virtual void decrypt_unchecked(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, const uint8_t *nonce, size_t nlen); - virtual ~decryptor_impl(); }; }

-// Crypto++ doesn't let us set a key without also setting an IV, -// even though we will always override the IV later. -static const uint8_t dummy_iv[16] = {}; - -encryptor * -encryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) +gcm_encryptor * +gcm_encryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) { try { - encryptor_impl *enc = new encryptor_impl; + gcm_encryptor_impl *enc = new gcm_encryptor_impl; // sadly, these are not checkable at compile time - log_assert(enc->ctx.DigestSize() == 16); + log_assert(enc->ctx.DigestSize() == GCM_TAG_LEN); log_assert(!enc->ctx.NeedsPrespecifiedDataLengths()); enc->ctx.SetKeyWithIV(key, keylen, dummy_iv, sizeof dummy_iv); return enc; @@ -75,13 +137,13 @@ encryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) CATCH_ALL_EXCEPTIONS(0); }

-decryptor * -decryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) +gcm_decryptor * +gcm_decryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) { try { - decryptor_impl *dec = new decryptor_impl; + gcm_decryptor_impl *dec = new gcm_decryptor_impl; // sadly, these are not checkable at compile time - log_assert(dec->ctx.DigestSize() == 16); + log_assert(dec->ctx.DigestSize() == GCM_TAG_LEN); log_assert(!dec->ctx.NeedsPrespecifiedDataLengths()); dec->ctx.SetKeyWithIV(key, keylen, dummy_iv, sizeof dummy_iv); return dec; @@ -89,14 +151,14 @@ decryptor::create(const uint8_t *key, size_t keylen) CATCH_ALL_EXCEPTIONS(0); }

-encryptor::~encryptor() {} -encryptor_impl::~encryptor_impl() {} -decryptor::~decryptor() {} -decryptor_impl::~decryptor_impl() {} +gcm_encryptor::~gcm_encryptor() {} +gcm_encryptor_impl::~gcm_encryptor_impl() {} +gcm_decryptor::~gcm_decryptor() {} +gcm_decryptor_impl::~gcm_decryptor_impl() {}

void -encryptor_impl::encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, - const uint8_t *nonce, size_t nlen) +gcm_encryptor_impl::encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, + const uint8_t *nonce, size_t nlen) { try { this->ctx.EncryptAndAuthenticate(out, out + inlen, 16, @@ -106,8 +168,8 @@ encryptor_impl::encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, }

int -decryptor_impl::decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, - const uint8_t *nonce, size_t nlen) +gcm_decryptor_impl::decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, + const uint8_t *nonce, size_t nlen) { try { return this->ctx.DecryptAndVerify(out, @@ -119,9 +181,9 @@ decryptor_impl::decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, }

void -decryptor_impl::decrypt_unchecked(uint8_t *out, - const uint8_t *in, size_t inlen, - const uint8_t *nonce, size_t nlen) +gcm_decryptor_impl::decrypt_unchecked(uint8_t *out, + const uint8_t *in, size_t inlen, + const uint8_t *nonce, size_t nlen) { try { // there is no convenience function for this @@ -145,8 +207,8 @@ namespace { uint8_t leftover; bool dead : 1;

- virtual size_t generate(uint8_t *buf, size_t len); virtual ~key_generator_impl(); + virtual size_t generate(uint8_t *buf, size_t len);

key_generator_impl(const uint8_t *prk, const uint8_t *info, size_t ilen) diff --git a/src/crypt.h b/src/crypt.h index e87de0a..c0084e9 100644 --- a/src/crypt.h +++ b/src/crypt.h @@ -1,4 +1,4 @@ -/* Copyright 2011 Nick Mathewson, George Kadianakis, Zack Weinberg +/* Copyright 2011, 2012 Nick Mathewson, George Kadianakis, Zack Weinberg See LICENSE for other credits and copying information */

@@ -8,55 +8,94 @@ const size_t AES_BLOCK_LEN = 16; const size_t GCM_TAG_LEN = 16;

-struct encryptor +struct ecb_encryptor { + ecb_encryptor() {} + virtual ~ecb_encryptor(); + + /** Return a new AES/ECB encryption state using 'key' (of length 'keylen') + as the symmetric key. 'keylen' must be 16, 24, or 32 bytes. */ + static ecb_encryptor *create(const uint8_t *key, size_t keylen); + + /** Encrypt exactly AES_BLOCK_LEN bytes of data in the buffer 'in' and + write the result to 'out'. */ + virtual void encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in) = 0; + +private: + ecb_encryptor(const ecb_encryptor&); + ecb_encryptor& operator=(const ecb_encryptor&); +}; + +struct ecb_decryptor +{ + ecb_decryptor() {} + virtual ~ecb_decryptor(); + + /** Return a new AES/ECB decryption state using 'key' (of length 'keylen') + as the symmetric key. 'keylen' must be 16, 24, or 32 bytes. */ + static ecb_decryptor *create(const uint8_t *key, size_t keylen); + + /** Decrypt exactly AES_BLOCK_LEN bytes of data in the buffer 'in' and + write the result to 'out'. */ + virtual void decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in) = 0; + +private: + ecb_decryptor(const ecb_decryptor&) DELETE_METHOD; + ecb_decryptor& operator=(const ecb_decryptor&) DELETE_METHOD; +}; + + +struct gcm_encryptor +{ + gcm_encryptor() {} + virtual ~gcm_encryptor(); + /** Return a new AES/GCM encryption state using 'key' (of length 'keylen') as the symmetric key. 'keylen' must be 16, 24, or 32 bytes. */ - static encryptor *create(const uint8_t *key, size_t keylen); + static gcm_encryptor *create(const uint8_t *key, size_t keylen);

/** Encrypt 'inlen' bytes of data in the buffer 'in', writing the - result plus a MAC to the buffer 'out', whose length must be at - least 'inlen'+16 bytes. Use 'nonce' (of length 'nlen') as the - encryption nonce; 'nlen' must be at least 12 bytes. */ + result plus an authentication tag to the buffer 'out', whose + length must be at least 'inlen'+16 bytes. Use 'nonce' + (of length 'nlen') as the encryption nonce; 'nlen' must be at + least 12 bytes. */ virtual void encrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, const uint8_t *nonce, size_t nlen) = 0;

- virtual ~encryptor(); - - encryptor() {} private: - encryptor(const encryptor&) DELETE_METHOD; - encryptor& operator=(const encryptor&) DELETE_METHOD; + gcm_encryptor(const gcm_encryptor&); + gcm_encryptor& operator=(const gcm_encryptor&); };

-struct decryptor +struct gcm_decryptor { + gcm_decryptor() {} + virtual ~gcm_decryptor(); + /** Return a new AES/GCM decryption state using 'key' (of length 'keylen') as the symmetric key. 'keylen' must be 16, 24, or 32 bytes. */ - static decryptor *create(const uint8_t *key, size_t keylen); - - /** Decrypt 'inlen' bytes of data in the buffer 'in'; the last 16 bytes - of this buffer are assumed to be the MAC. Write the result to the - buffer 'out', whose length must be at least 'inlen'-16 bytes. Use - 'nonce' (of length 'nlen') as the encryption nonce; as above, 'nlen' - must be at least 12 bytes. Returns 0 if successful, -1 if the MAC - did not validate. */ + static gcm_decryptor *create(const uint8_t *key, size_t keylen); + + /** Decrypt 'inlen' bytes of data in the buffer 'in'; the last 16 + bytes of this buffer are assumed to be the authentication tag. + Write the result to the buffer 'out', whose length must be at + least 'inlen'-16 bytes. Use 'nonce' (of length 'nlen') as the + encryption nonce; as above, 'nlen' must be at least 12 bytes. + Returns 0 if successful, -1 if the authentication check fails. */ virtual int decrypt(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, const uint8_t *nonce, size_t nlen) = 0;

- /** Decrypt 'inlen' bytes of data in the buffer 'in' WITHOUT CHECKING - THE MAC. Arguments same as decrypt(). This should be used only to - decode just enough of an incoming block to know how long it's going - to be and therefore where the MAC begins. */ + /** Decrypt 'inlen' bytes of data in the buffer 'in' WITHOUT + CHECKING THE AUTHENTICATION TAG. Arguments same as decrypt(). + This should be used only to decode just enough of an incoming + block to know how long it's going to be and therefore where the + tag begins. */ virtual void decrypt_unchecked(uint8_t *out, const uint8_t *in, size_t inlen, const uint8_t *nonce, size_t nlen) = 0;

- virtual ~decryptor(); - - decryptor() {} private: - decryptor(const decryptor&) DELETE_METHOD; - decryptor& operator=(const decryptor&) DELETE_METHOD; + gcm_decryptor(const gcm_decryptor&) DELETE_METHOD; + gcm_decryptor& operator=(const gcm_decryptor&) DELETE_METHOD; };

/** Generate keying material from an initial key of some kind, a salt diff --git a/src/protocol/chop.cc b/src/protocol/chop.cc index 82badde..b4ec692 100644 --- a/src/protocol/chop.cc +++ b/src/protocol/chop.cc @@ -92,8 +92,8 @@ namespace { { chop_reassembly_elt reassembly_queue; unordered_set<chop_conn_t *> downstreams; - encryptor *send_crypt; - decryptor *recv_crypt; + gcm_encryptor *send_crypt; + gcm_decryptor *recv_crypt; chop_config_t *config;

uint64_t circuit_id; @@ -947,11 +947,11 @@ chop_config_t::circuit_create(size_t) ckt->config = this;

if (this->mode == LSN_SIMPLE_SERVER) { - ckt->send_crypt = encryptor::create(s2c_key, 16); - ckt->recv_crypt = decryptor::create(c2s_key, 16); + ckt->send_crypt = gcm_encryptor::create(s2c_key, 16); + ckt->recv_crypt = gcm_decryptor::create(c2s_key, 16); } else { - ckt->send_crypt = encryptor::create(c2s_key, 16); - ckt->recv_crypt = decryptor::create(s2c_key, 16); + ckt->send_crypt = gcm_encryptor::create(c2s_key, 16); + ckt->recv_crypt = gcm_decryptor::create(s2c_key, 16); while (!ckt->circuit_id) rng_bytes((uint8_t *)&ckt->circuit_id, sizeof(uint64_t));

diff --git a/src/test/unittest_crypt.cc b/src/test/unittest_crypt.cc index 600e207..b903c11 100644 --- a/src/test/unittest_crypt.cc +++ b/src/test/unittest_crypt.cc @@ -7,9 +7,599 @@ #include "crypt.h" #include "rng.h"

-/* AES/GCM test vectors from - http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/mac/gcmtestvectors.zip -*/ +// AES/ECB test vectors from +// http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/aes/KAT_AES.zip + +static void +test_crypt_aesecb_varkey128(void *) +{ + // ECBVarKey128.rsp -- plaintext is always 16 zero bytes + const uint8_t plaintext[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, + 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }; + struct testvec + { + const char *key; + const char *ciphertext; + }; + const struct testvec testvecs[] = { + { "\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x0e\xdd\x33\xd3\xc6\x21\xe5\x46\x45\x5b\xd8\xba\x14\x18\xbe\xc8" }, + { "\xc0\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x4b\xc3\xf8\x83\x45\x0c\x11\x3c\x64\xca\x42\xe1\x11\x2a\x9e\x87" }, + { "\xe0\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x72\xa1\xda\x77\x0f\x5d\x7a\xc4\xc9\xef\x94\xd8\x22\xaf\xfd\x97" }, + { "\xf0\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x97\x00\x14\xd6\x34\xe2\xb7\x65\x07\x77\xe8\xe8\x4d\x03\xcc\xd8" }, + { "\xf8\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\xf1\x7e\x79\xae\xd0\xdb\x7e\x27\x9e\x95\x5b\x5f\x49\x38\x75\xa7" }, + { "\xfc\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x9e\xd5\xa7\x51\x36\xa9\x40\xd0\x96\x3d\xa3\x79\xdb\x4a\xf2\x6a" }, + { "\xfe\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\xc4\x29\x5f\x83\x46\x5c\x77\x55\xe8\xfa\x36\x4b\xac\x6a\x7e\xa5" }, + { "\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\xb1\xd7\x58\x25\x6b\x28\xfd\x85\x0a\xd4\x94\x42\x08\xcf\x11\x55" }, + { "\xff\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x42\xff\xb3\x4c\x74\x3d\xe4\xd8\x8c\xa3\x80\x11\xc9\x90\x89\x0b" }, + { "\xff\xc0\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x99\x58\xf0\xec\xea\x8b\x21\x72\xc0\xc1\x99\x5f\x91\x82\xc0\xf3" }, + { "\xff\xe0\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x95\x6d\x77\x98\xfa\xc2\x0f\x82\xa8\x82\x3f\x98\x4d\x06\xf7\xf5" }, + { "\xff\xf0\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\xa0\x1b\xf4\x4f\x2d\x16\xbe\x92\x8c\xa4\x4a\xaf\x7b\x9b\x10\x6b" }, + { "\xff\xf8\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\xb5\xf1\xa3\x3e\x50\xd4\x0d\x10\x37\x64\xc7\x6b\xd4\xc6\xb6\xf8" }, + { "\xff\xfc\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x26\x37\x05\x0c\x9f\xc0\xd4\x81\x7e\x2d\x69\xde\x87\x8a\xee\x8d" }, + { "\xff\xfe\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x11\x3e\xcb\xe4\xa4\x53\x26\x9a\x0d\xd2\x60\x69\x46\x7f\xb5\xb5" }, + { "\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + "\x97\xd0\x75\x4f\xe6\x8f\x11\xb9\xe3\x75\xd0\x70\xa6\x08\xc8\x84" }, + { "\xff\xff\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00", + 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"\x85\x68\x26\x17\x97\xde\x17\x6b\xf0\xb4\x3b\xec\xc6\x28\x5a\xfb" }, + { "\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xf0", + "\xf9\xb0\xfd\xa0\xc4\xa8\x98\xf5\xb9\xe6\xf6\x61\xc4\xce\x4d\x07" }, + { "\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xf8", + "\x8a\xde\x89\x59\x13\x68\x5c\x67\xc5\x26\x9f\x8a\xae\x42\x98\x3e" }, + { "\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xfc", + "\x39\xbd\xe6\x7d\x5c\x8e\xd8\xa8\xb1\xc3\x7e\xb8\xfa\x9f\x5a\xc0" }, + { "\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xfe", + "\x5c\x00\x5e\x72\xc1\x41\x8c\x44\xf5\x69\xf2\xea\x33\xba\x54\xf3" }, + { "\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff", + "\x3f\x5b\x8c\xc9\xea\x85\x5a\x0a\xfa\x73\x47\xd2\x3e\x8d\x66\x4e" }, + { 0, 0 } + }; + + ecb_encryptor *e = ecb_encryptor::create(key, 16); + ecb_decryptor *d = ecb_decryptor::create(key, 16); + uint8_t eout[AES_BLOCK_LEN]; + uint8_t dout[AES_BLOCK_LEN]; + int i; + + tt_int_op(e, !=, 0); + tt_int_op(d, !=, 0); + + for (i = 0; testvecs[i].plaintext; i++) { + e->encrypt(eout, (const uint8_t *)testvecs[i].plaintext); + tt_mem_op(eout, ==, (const uint8_t *)testvecs[i].ciphertext, AES_BLOCK_LEN); + + d->decrypt(dout, eout); + tt_mem_op(dout, ==, (const uint8_t *)testvecs[i].plaintext, AES_BLOCK_LEN); + } + + end: + delete e; + delete d; +} + + +// AES/GCM test vectors from +// http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/mac/gcmtestvectors.zip

static void test_crypt_aesgcm_enc(void *) @@ -75,12 +665,12 @@ test_crypt_aesgcm_enc(void *) { 0, 0, 0, 0, 0, 0 } };

- encryptor *c; + gcm_encryptor *c; uint8_t obuf[144]; int i;

for (i = 0; testvecs[i].key; i++) { - c = encryptor::create((const uint8_t *)testvecs[i].key, 16); + c = gcm_encryptor::create((const uint8_t *)testvecs[i].key, 16); tt_int_op(c, !=, 0); c->encrypt(obuf, (const uint8_t *)testvecs[i].pt, testvecs[i].len, @@ -158,12 +748,12 @@ test_crypt_aesgcm_good_dec(void *) { 0, 0, 0, 0, 0 } };

- decryptor *c; + gcm_decryptor *c; uint8_t obuf[128]; int i, rv;

for (i = 0; testvecs[i].key; i++) { - c = decryptor::create((const uint8_t *)testvecs[i].key, 16); + c = gcm_decryptor::create((const uint8_t *)testvecs[i].key, 16); tt_int_op(c, !=, 0);

rv = c->decrypt(obuf, @@ -231,12 +821,12 @@ test_crypt_aesgcm_bad_dec(void *) { 0, 0, 0, 0 } };

- decryptor *c; + gcm_decryptor *c; uint8_t obuf[128]; int i, rv;

for (i = 0; testvecs[i].key; i++) { - c = decryptor::create((const uint8_t *)testvecs[i].key, 16); + c = gcm_decryptor::create((const uint8_t *)testvecs[i].key, 16); tt_int_op(c, !=, 0);

rv = c->decrypt(obuf, @@ -398,6 +988,8 @@ test_crypt_rng(void *) { #name, test_crypt_##name, 0, 0, 0 }

struct testcase_t crypt_tests[] = { + T(aesecb_varkey128), + T(aesecb_vartxt128), T(aesgcm_enc), T(aesgcm_good_dec), T(aesgcm_bad_dec),