Creating new doxygen macro "\extref" to create page that lists
[asterisk/asterisk.git] / res / res_crypto.c
1 /*
2  * Asterisk -- An open source telephony toolkit.
3  *
4  * Copyright (C) 1999 - 2006, Digium, Inc.
5  *
6  * Mark Spencer <markster@digium.com>
7  *
8  * See http://www.asterisk.org for more information about
9  * the Asterisk project. Please do not directly contact
10  * any of the maintainers of this project for assistance;
11  * the project provides a web site, mailing lists and IRC
12  * channels for your use.
13  *
14  * This program is free software, distributed under the terms of
15  * the GNU General Public License Version 2. See the LICENSE file
16  * at the top of the source tree.
17  */
18
19 /*! \file
20  *
21  * \brief Provide Cryptographic Signature capability
22  *
23  * \author Mark Spencer <markster@digium.com> 
24  *
25  * \extref Uses the OpenSSL library, available at
26  *      http://www.openssl.org/
27  */
28
29 /*** MODULEINFO
30         <depend>ssl</depend>
31  ***/
32
33 #include "asterisk.h"
34
35 ASTERISK_FILE_VERSION(__FILE__, "$Revision$")
36
37 #include <sys/types.h>
38 #include <openssl/ssl.h>
39 #include <openssl/err.h>
40 #include <stdio.h>
41 #include <dirent.h>
42 #include <string.h>
43 #include <errno.h>
44 #include <unistd.h>
45 #include <fcntl.h>
46
47 #include "asterisk/file.h"
48 #include "asterisk/channel.h"
49 #include "asterisk/logger.h"
50 #include "asterisk/say.h"
51 #include "asterisk/module.h"
52 #include "asterisk/options.h"
53 #include "asterisk/crypto.h"
54 #include "asterisk/md5.h"
55 #include "asterisk/cli.h"
56 #include "asterisk/io.h"
57 #include "asterisk/lock.h"
58 #include "asterisk/utils.h"
59
60 /*
61  * Asterisk uses RSA keys with SHA-1 message digests for its
62  * digital signatures.  The choice of RSA is due to its higher
63  * throughput on verification, and the choice of SHA-1 based
64  * on the recently discovered collisions in MD5's compression 
65  * algorithm and recommendations of avoiding MD5 in new schemes
66  * from various industry experts.
67  *
68  * We use OpenSSL to provide our crypto routines, although we never
69  * actually use full-up SSL
70  *
71  */
72
73 /*
74  * XXX This module is not very thread-safe.  It is for everyday stuff
75  *     like reading keys and stuff, but there are all kinds of weird
76  *     races with people running reload and key init at the same time
77  *     for example
78  *
79  * XXXX
80  */
81
82 AST_MUTEX_DEFINE_STATIC(keylock);
83
84 #define KEY_NEEDS_PASSCODE (1 << 16)
85
86 struct ast_key {
87         /* Name of entity */
88         char name[80];
89         /* File name */
90         char fn[256];
91         /* Key type (AST_KEY_PUB or AST_KEY_PRIV, along with flags from above) */
92         int ktype;
93         /* RSA structure (if successfully loaded) */
94         RSA *rsa;
95         /* Whether we should be deleted */
96         int delme;
97         /* FD for input (or -1 if no input allowed, or -2 if we needed input) */
98         int infd;
99         /* FD for output */
100         int outfd;
101         /* Last MD5 Digest */
102         unsigned char digest[16];
103         struct ast_key *next;
104 };
105
106 static struct ast_key *keys = NULL;
107
108
109 #if 0
110 static int fdprint(int fd, char *s)
111 {
112         return write(fd, s, strlen(s) + 1);
113 }
114 #endif
115 static int pw_cb(char *buf, int size, int rwflag, void *userdata)
116 {
117         struct ast_key *key = (struct ast_key *)userdata;
118         char prompt[256];
119         int res;
120         int tmp;
121         if (key->infd > -1) {
122                 snprintf(prompt, sizeof(prompt), ">>>> passcode for %s key '%s': ",
123                          key->ktype == AST_KEY_PRIVATE ? "PRIVATE" : "PUBLIC", key->name);
124                 write(key->outfd, prompt, strlen(prompt));
125                 memset(buf, 0, sizeof(buf));
126                 tmp = ast_hide_password(key->infd);
127                 memset(buf, 0, size);
128                 res = read(key->infd, buf, size);
129                 ast_restore_tty(key->infd, tmp);
130                 if (buf[strlen(buf) -1] == '\n')
131                         buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
132                 return strlen(buf);
133         } else {
134                 /* Note that we were at least called */
135                 key->infd = -2;
136         }
137         return -1;
138 }
139
140 static struct ast_key *__ast_key_get(const char *kname, int ktype)
141 {
142         struct ast_key *key;
143         ast_mutex_lock(&keylock);
144         key = keys;
145         while(key) {
146                 if (!strcmp(kname, key->name) &&
147                     (ktype == key->ktype))
148                         break;
149                 key = key->next;
150         }
151         ast_mutex_unlock(&keylock);
152         return key;
153 }
154
155 static struct ast_key *try_load_key (char *dir, char *fname, int ifd, int ofd, int *not2)
156 {
157         int ktype = 0;
158         char *c = NULL;
159         char ffname[256];
160         unsigned char digest[16];
161         FILE *f;
162         struct MD5Context md5;
163         struct ast_key *key;
164         static int notice = 0;
165         int found = 0;
166
167         /* Make sure its name is a public or private key */
168
169         if ((c = strstr(fname, ".pub")) && !strcmp(c, ".pub")) {
170                 ktype = AST_KEY_PUBLIC;
171         } else if ((c = strstr(fname, ".key")) && !strcmp(c, ".key")) {
172                 ktype = AST_KEY_PRIVATE;
173         } else
174                 return NULL;
175
176         /* Get actual filename */
177         snprintf(ffname, sizeof(ffname), "%s/%s", dir, fname);
178
179         ast_mutex_lock(&keylock);
180         key = keys;
181         while(key) {
182                 /* Look for an existing version already */
183                 if (!strcasecmp(key->fn, ffname)) 
184                         break;
185                 key = key->next;
186         }
187         ast_mutex_unlock(&keylock);
188
189         /* Open file */
190         f = fopen(ffname, "r");
191         if (!f) {
192                 ast_log(LOG_WARNING, "Unable to open key file %s: %s\n", ffname, strerror(errno));
193                 return NULL;
194         }
195         MD5Init(&md5);
196         while(!feof(f)) {
197                 /* Calculate a "whatever" quality md5sum of the key */
198                 char buf[256];
199                 memset(buf, 0, 256);
200                 fgets(buf, sizeof(buf), f);
201                 if (!feof(f)) {
202                         MD5Update(&md5, (unsigned char *) buf, strlen(buf));
203                 }
204         }
205         MD5Final(digest, &md5);
206         if (key) {
207                 /* If the MD5 sum is the same, and it isn't awaiting a passcode 
208                    then this is far enough */
209                 if (!memcmp(digest, key->digest, 16) &&
210                     !(key->ktype & KEY_NEEDS_PASSCODE)) {
211                         fclose(f);
212                         key->delme = 0;
213                         return NULL;
214                 } else {
215                         /* Preserve keytype */
216                         ktype = key->ktype;
217                         /* Recycle the same structure */
218                         found++;
219                 }
220         }
221
222         /* Make fname just be the normal name now */
223         *c = '\0';
224         if (!key) {
225                 if (!(key = ast_calloc(1, sizeof(*key)))) {
226                         fclose(f);
227                         return NULL;
228                 }
229         }
230         /* At this point we have a key structure (old or new).  Time to
231            fill it with what we know */
232         /* Gotta lock if this one already exists */
233         if (found)
234                 ast_mutex_lock(&keylock);
235         /* First the filename */
236         ast_copy_string(key->fn, ffname, sizeof(key->fn));
237         /* Then the name */
238         ast_copy_string(key->name, fname, sizeof(key->name));
239         key->ktype = ktype;
240         /* Yes, assume we're going to be deleted */
241         key->delme = 1;
242         /* Keep the key type */
243         memcpy(key->digest, digest, 16);
244         /* Can I/O takes the FD we're given */
245         key->infd = ifd;
246         key->outfd = ofd;
247         /* Reset the file back to the beginning */
248         rewind(f);
249         /* Now load the key with the right method */
250         if (ktype == AST_KEY_PUBLIC)
251                 key->rsa = PEM_read_RSA_PUBKEY(f, NULL, pw_cb, key);
252         else
253                 key->rsa = PEM_read_RSAPrivateKey(f, NULL, pw_cb, key);
254         fclose(f);
255         if (key->rsa) {
256                 if (RSA_size(key->rsa) == 128) {
257                         /* Key loaded okay */
258                         key->ktype &= ~KEY_NEEDS_PASSCODE;
259                         if (option_verbose > 2)
260                                 ast_verbose(VERBOSE_PREFIX_3 "Loaded %s key '%s'\n", key->ktype == AST_KEY_PUBLIC ? "PUBLIC" : "PRIVATE", key->name);
261                         if (option_debug)
262                                 ast_log(LOG_DEBUG, "Key '%s' loaded OK\n", key->name);
263                         key->delme = 0;
264                 } else
265                         ast_log(LOG_NOTICE, "Key '%s' is not expected size.\n", key->name);
266         } else if (key->infd != -2) {
267                 ast_log(LOG_WARNING, "Key load %s '%s' failed\n",key->ktype == AST_KEY_PUBLIC ? "PUBLIC" : "PRIVATE", key->name);
268                 if (ofd > -1) {
269                         ERR_print_errors_fp(stderr);
270                 } else
271                         ERR_print_errors_fp(stderr);
272         } else {
273                 ast_log(LOG_NOTICE, "Key '%s' needs passcode.\n", key->name);
274                 key->ktype |= KEY_NEEDS_PASSCODE;
275                 if (!notice) {
276                         if (!ast_opt_init_keys) 
277                                 ast_log(LOG_NOTICE, "Add the '-i' flag to the asterisk command line if you want to automatically initialize passcodes at launch.\n");
278                         notice++;
279                 }
280                 /* Keep it anyway */
281                 key->delme = 0;
282                 /* Print final notice about "init keys" when done */
283                 *not2 = 1;
284         }
285         if (found)
286                 ast_mutex_unlock(&keylock);
287         if (!found) {
288                 ast_mutex_lock(&keylock);
289                 key->next = keys;
290                 keys = key;
291                 ast_mutex_unlock(&keylock);
292         }
293         return key;
294 }
295
296 #if 0
297
298 static void dump(unsigned char *src, int len)
299 {
300         int x; 
301         for (x=0;x<len;x++)
302                 printf("%02x", *(src++));
303         printf("\n");
304 }
305
306 static char *binary(int y, int len)
307 {
308         static char res[80];
309         int x;
310         memset(res, 0, sizeof(res));
311         for (x=0;x<len;x++) {
312                 if (y & (1 << x))
313                         res[(len - x - 1)] = '1';
314                 else
315                         res[(len - x - 1)] = '0';
316         }
317         return res;
318 }
319
320 #endif
321
322 static int __ast_sign_bin(struct ast_key *key, const char *msg, int msglen, unsigned char *dsig)
323 {
324         unsigned char digest[20];
325         unsigned int siglen = 128;
326         int res;
327
328         if (key->ktype != AST_KEY_PRIVATE) {
329                 ast_log(LOG_WARNING, "Cannot sign with a public key\n");
330                 return -1;
331         }
332
333         /* Calculate digest of message */
334         SHA1((unsigned char *)msg, msglen, digest);
335
336         /* Verify signature */
337         res = RSA_sign(NID_sha1, digest, sizeof(digest), dsig, &siglen, key->rsa);
338         
339         if (!res) {
340                 ast_log(LOG_WARNING, "RSA Signature (key %s) failed\n", key->name);
341                 return -1;
342         }
343
344         if (siglen != 128) {
345                 ast_log(LOG_WARNING, "Unexpected signature length %d, expecting %d\n", (int)siglen, (int)128);
346                 return -1;
347         }
348
349         return 0;
350         
351 }
352
353 static int __ast_decrypt_bin(unsigned char *dst, const unsigned char *src, int srclen, struct ast_key *key)
354 {
355         int res;
356         int pos = 0;
357         if (key->ktype != AST_KEY_PRIVATE) {
358                 ast_log(LOG_WARNING, "Cannot decrypt with a public key\n");
359                 return -1;
360         }
361
362         if (srclen % 128) {
363                 ast_log(LOG_NOTICE, "Tried to decrypt something not a multiple of 128 bytes\n");
364                 return -1;
365         }
366         while(srclen) {
367                 /* Process chunks 128 bytes at a time */
368                 res = RSA_private_decrypt(128, src, dst, key->rsa, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
369                 if (res < 0)
370                         return -1;
371                 pos += res;
372                 src += 128;
373                 srclen -= 128;
374                 dst += res;
375         }
376         return pos;
377 }
378
379 static int __ast_encrypt_bin(unsigned char *dst, const unsigned char *src, int srclen, struct ast_key *key)
380 {
381         int res;
382         int bytes;
383         int pos = 0;
384         if (key->ktype != AST_KEY_PUBLIC) {
385                 ast_log(LOG_WARNING, "Cannot encrypt with a private key\n");
386                 return -1;
387         }
388         
389         while(srclen) {
390                 bytes = srclen;
391                 if (bytes > 128 - 41)
392                         bytes = 128 - 41;
393                 /* Process chunks 128-41 bytes at a time */
394                 res = RSA_public_encrypt(bytes, src, dst, key->rsa, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
395                 if (res != 128) {
396                         ast_log(LOG_NOTICE, "How odd, encrypted size is %d\n", res);
397                         return -1;
398                 }
399                 src += bytes;
400                 srclen -= bytes;
401                 pos += res;
402                 dst += res;
403         }
404         return pos;
405 }
406
407 static int __ast_sign(struct ast_key *key, char *msg, char *sig)
408 {
409         unsigned char dsig[128];
410         int siglen = sizeof(dsig);
411         int res;
412         res = ast_sign_bin(key, msg, strlen(msg), dsig);
413         if (!res)
414                 /* Success -- encode (256 bytes max as documented) */
415                 ast_base64encode(sig, dsig, siglen, 256);
416         return res;
417         
418 }
419
420 static int __ast_check_signature_bin(struct ast_key *key, const char *msg, int msglen, const unsigned char *dsig)
421 {
422         unsigned char digest[20];
423         int res;
424
425         if (key->ktype != AST_KEY_PUBLIC) {
426                 /* Okay, so of course you really *can* but for our purposes
427                    we're going to say you can't */
428                 ast_log(LOG_WARNING, "Cannot check message signature with a private key\n");
429                 return -1;
430         }
431
432         /* Calculate digest of message */
433         SHA1((unsigned char *)msg, msglen, digest);
434
435         /* Verify signature */
436         res = RSA_verify(NID_sha1, digest, sizeof(digest), (unsigned char *)dsig, 128, key->rsa);
437         
438         if (!res) {
439                 if (option_debug)
440                         ast_log(LOG_DEBUG, "Key failed verification: %s\n", key->name);
441                 return -1;
442         }
443         /* Pass */
444         return 0;
445 }
446
447 static int __ast_check_signature(struct ast_key *key, const char *msg, const char *sig)
448 {
449         unsigned char dsig[128];
450         int res;
451
452         /* Decode signature */
453         res = ast_base64decode(dsig, sig, sizeof(dsig));
454         if (res != sizeof(dsig)) {
455                 ast_log(LOG_WARNING, "Signature improper length (expect %d, got %d)\n", (int)sizeof(dsig), (int)res);
456                 return -1;
457         }
458         res = ast_check_signature_bin(key, msg, strlen(msg), dsig);
459         return res;
460 }
461
462 static void crypto_load(int ifd, int ofd)
463 {
464         struct ast_key *key, *nkey, *last;
465         DIR *dir = NULL;
466         struct dirent *ent;
467         int note = 0;
468         /* Mark all keys for deletion */
469         ast_mutex_lock(&keylock);
470         key = keys;
471         while(key) {
472                 key->delme = 1;
473                 key = key->next;
474         }
475         ast_mutex_unlock(&keylock);
476         /* Load new keys */
477         dir = opendir((char *)ast_config_AST_KEY_DIR);
478         if (dir) {
479                 while((ent = readdir(dir))) {
480                         try_load_key((char *)ast_config_AST_KEY_DIR, ent->d_name, ifd, ofd, &note);
481                 }
482                 closedir(dir);
483         } else
484                 ast_log(LOG_WARNING, "Unable to open key directory '%s'\n", (char *)ast_config_AST_KEY_DIR);
485         if (note) {
486                 ast_log(LOG_NOTICE, "Please run the command 'init keys' to enter the passcodes for the keys\n");
487         }
488         ast_mutex_lock(&keylock);
489         key = keys;
490         last = NULL;
491         while(key) {
492                 nkey = key->next;
493                 if (key->delme) {
494                         if (option_debug)
495                                 ast_log(LOG_DEBUG, "Deleting key %s type %d\n", key->name, key->ktype);
496                         /* Do the delete */
497                         if (last)
498                                 last->next = nkey;
499                         else
500                                 keys = nkey;
501                         if (key->rsa)
502                                 RSA_free(key->rsa);
503                         free(key);
504                 } else 
505                         last = key;
506                 key = nkey;
507         }
508         ast_mutex_unlock(&keylock);
509 }
510
511 static void md52sum(char *sum, unsigned char *md5)
512 {
513         int x;
514         for (x=0;x<16;x++) 
515                 sum += sprintf(sum, "%02x", *(md5++));
516 }
517
518 static int show_keys(int fd, int argc, char *argv[])
519 {
520         struct ast_key *key;
521         char sum[16 * 2 + 1];
522         int count_keys = 0;
523
524         ast_mutex_lock(&keylock);
525         key = keys;
526         ast_cli(fd, "%-18s %-8s %-16s %-33s\n", "Key Name", "Type", "Status", "Sum");
527         while(key) {
528                 md52sum(sum, key->digest);
529                 ast_cli(fd, "%-18s %-8s %-16s %-33s\n", key->name, 
530                         (key->ktype & 0xf) == AST_KEY_PUBLIC ? "PUBLIC" : "PRIVATE",
531                         key->ktype & KEY_NEEDS_PASSCODE ? "[Needs Passcode]" : "[Loaded]", sum);
532                                 
533                 key = key->next;
534                 count_keys++;
535         }
536         ast_mutex_unlock(&keylock);
537         ast_cli(fd, "%d known RSA keys.\n", count_keys);
538         return RESULT_SUCCESS;
539 }
540
541 static int init_keys(int fd, int argc, char *argv[])
542 {
543         struct ast_key *key;
544         int ign;
545         char *kn;
546         char tmp[256] = "";
547
548         key = keys;
549         while(key) {
550                 /* Reload keys that need pass codes now */
551                 if (key->ktype & KEY_NEEDS_PASSCODE) {
552                         kn = key->fn + strlen(ast_config_AST_KEY_DIR) + 1;
553                         ast_copy_string(tmp, kn, sizeof(tmp));
554                         try_load_key((char *)ast_config_AST_KEY_DIR, tmp, fd, fd, &ign);
555                 }
556                 key = key->next;
557         }
558         return RESULT_SUCCESS;
559 }
560
561 static const char show_key_usage[] =
562 "Usage: keys show\n"
563 "       Displays information about RSA keys known by Asterisk\n";
564
565 static const char init_keys_usage[] =
566 "Usage: keys init\n"
567 "       Initializes private keys (by reading in pass code from the user)\n";
568
569 static struct ast_cli_entry cli_crypto[] = {
570         { { "keys", "show", NULL },
571         show_keys, "Displays RSA key information",
572         show_key_usage },
573
574         { { "keys", "init", NULL },
575         init_keys, "Initialize RSA key passcodes",
576         init_keys_usage },
577 };
578
579 static int crypto_init(void)
580 {
581         SSL_library_init();
582         ERR_load_crypto_strings();
583         ast_cli_register_multiple(cli_crypto, sizeof(cli_crypto) / sizeof(struct ast_cli_entry));
584
585         /* Install ourselves into stubs */
586         ast_key_get = __ast_key_get;
587         ast_check_signature = __ast_check_signature;
588         ast_check_signature_bin = __ast_check_signature_bin;
589         ast_sign = __ast_sign;
590         ast_sign_bin = __ast_sign_bin;
591         ast_encrypt_bin = __ast_encrypt_bin;
592         ast_decrypt_bin = __ast_decrypt_bin;
593         return 0;
594 }
595
596 static int reload(void)
597 {
598         crypto_load(-1, -1);
599         return 0;
600 }
601
602 static int load_module(void)
603 {
604         crypto_init();
605         if (ast_opt_init_keys)
606                 crypto_load(STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO);
607         else
608                 crypto_load(-1, -1);
609         return 0;
610 }
611
612 static int unload_module(void)
613 {
614         /* Can't unload this once we're loaded */
615         return -1;
616 }
617
618 /* needs usecount semantics defined */
619 AST_MODULE_INFO(ASTERISK_GPL_KEY, AST_MODFLAG_GLOBAL_SYMBOLS, "Cryptographic Digital Signatures",
620                 .load = load_module,
621                 .unload = unload_module,
622                 .reload = reload
623         );