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  1. /*
  2.  * RTMP Diffie-Hellmann utilities
  3.  * Copyright (c) 2009 Andrej Stepanchuk
  4.  * Copyright (c) 2009-2010 Howard Chu
  5.  * Copyright (c) 2012 Samuel Pitoiset
  6.  *
  7.  * This file is part of FFmpeg.
  8.  *
  9.  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10.  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11.  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12.  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13.  *
  14.  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15.  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16.  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17.  * Lesser General Public License for more details.
  18.  *
  19.  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20.  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21.  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22.  */
  23.  
  24. /**
  25.  * @file
  26.  * RTMP Diffie-Hellmann utilities
  27.  */
  28.  
  29. #include "config.h"
  30. #include "rtmpdh.h"
  31. #include "libavutil/random_seed.h"
  32.  
  33. #define P1024                                          \
  34.     "FFFFFFFFFFFFFFFFC90FDAA22168C234C4C6628B80DC1CD1" \
  35.     "29024E088A67CC74020BBEA63B139B22514A08798E3404DD" \
  36.     "EF9519B3CD3A431B302B0A6DF25F14374FE1356D6D51C245" \
  37.     "E485B576625E7EC6F44C42E9A637ED6B0BFF5CB6F406B7ED" \
  38.     "EE386BFB5A899FA5AE9F24117C4B1FE649286651ECE65381" \
  39.     "FFFFFFFFFFFFFFFF"
  40.  
  41. #define Q1024                                          \
  42.     "7FFFFFFFFFFFFFFFE487ED5110B4611A62633145C06E0E68" \
  43.     "948127044533E63A0105DF531D89CD9128A5043CC71A026E" \
  44.     "F7CA8CD9E69D218D98158536F92F8A1BA7F09AB6B6A8E122" \
  45.     "F242DABB312F3F637A262174D31BF6B585FFAE5B7A035BF6" \
  46.     "F71C35FDAD44CFD2D74F9208BE258FF324943328F67329C0" \
  47.     "FFFFFFFFFFFFFFFF"
  48.  
  49. #if CONFIG_NETTLE || CONFIG_GCRYPT
  50. #if CONFIG_NETTLE
  51. #define bn_new(bn)                      \
  52.     do {                                \
  53.         bn = av_malloc(sizeof(*bn));    \
  54.         if (bn)                         \
  55.             mpz_init2(bn, 1);           \
  56.     } while (0)
  57. #define bn_free(bn)     \
  58.     do {                \
  59.         mpz_clear(bn);  \
  60.         av_free(bn);    \
  61.     } while (0)
  62. #define bn_set_word(bn, w)          mpz_set_ui(bn, w)
  63. #define bn_cmp(a, b)                mpz_cmp(a, b)
  64. #define bn_copy(to, from)           mpz_set(to, from)
  65. #define bn_sub_word(bn, w)          mpz_sub_ui(bn, bn, w)
  66. #define bn_cmp_1(bn)                mpz_cmp_ui(bn, 1)
  67. #define bn_num_bytes(bn)            (mpz_sizeinbase(bn, 2) + 7) / 8
  68. #define bn_bn2bin(bn, buf, len)     nettle_mpz_get_str_256(len, buf, bn)
  69. #define bn_bin2bn(bn, buf, len)                     \
  70.     do {                                            \
  71.         bn_new(bn);                                 \
  72.         if (bn)                                     \
  73.             nettle_mpz_set_str_256_u(bn, len, buf); \
  74.     } while (0)
  75. #define bn_hex2bn(bn, buf, ret)                     \
  76.     do {                                            \
  77.         bn_new(bn);                                 \
  78.         if (bn)                                     \
  79.             ret = (mpz_set_str(bn, buf, 16) == 0);  \
  80.     } while (0)
  81. #define bn_modexp(bn, y, q, p)      mpz_powm(bn, y, q, p)
  82. #define bn_random(bn, num_bytes)                    \
  83.     do {                                            \
  84.         gmp_randstate_t rs;                         \
  85.         gmp_randinit_mt(rs);                        \
  86.         gmp_randseed_ui(rs, av_get_random_seed());  \
  87.         mpz_urandomb(bn, rs, num_bytes);            \
  88.         gmp_randclear(rs);                          \
  89.     } while (0)
  90. #elif CONFIG_GCRYPT
  91. #define bn_new(bn)                  bn = gcry_mpi_new(1)
  92. #define bn_free(bn)                 gcry_mpi_release(bn)
  93. #define bn_set_word(bn, w)          gcry_mpi_set_ui(bn, w)
  94. #define bn_cmp(a, b)                gcry_mpi_cmp(a, b)
  95. #define bn_copy(to, from)           gcry_mpi_set(to, from)
  96. #define bn_sub_word(bn, w)          gcry_mpi_sub_ui(bn, bn, w)
  97. #define bn_cmp_1(bn)                gcry_mpi_cmp_ui(bn, 1)
  98. #define bn_num_bytes(bn)            (gcry_mpi_get_nbits(bn) + 7) / 8
  99. #define bn_bn2bin(bn, buf, len)     gcry_mpi_print(GCRYMPI_FMT_USG, buf, len, NULL, bn)
  100. #define bn_bin2bn(bn, buf, len)     gcry_mpi_scan(&bn, GCRYMPI_FMT_USG, buf, len, NULL)
  101. #define bn_hex2bn(bn, buf, ret)     ret = (gcry_mpi_scan(&bn, GCRYMPI_FMT_HEX, buf, 0, 0) == 0)
  102. #define bn_modexp(bn, y, q, p)      gcry_mpi_powm(bn, y, q, p)
  103. #define bn_random(bn, num_bytes)    gcry_mpi_randomize(bn, num_bytes, GCRY_WEAK_RANDOM)
  104. #endif
  105.  
  106. #define MAX_BYTES 18000
  107.  
  108. #define dh_new()                    av_malloc(sizeof(FF_DH))
  109.  
  110. static FFBigNum dh_generate_key(FF_DH *dh)
  111. {
  112.     int num_bytes;
  113.  
  114.     num_bytes = bn_num_bytes(dh->p) - 1;
  115.     if (num_bytes <= 0 || num_bytes > MAX_BYTES)
  116.         return NULL;
  117.  
  118.     bn_new(dh->priv_key);
  119.     if (!dh->priv_key)
  120.         return NULL;
  121.     bn_random(dh->priv_key, num_bytes);
  122.  
  123.     bn_new(dh->pub_key);
  124.     if (!dh->pub_key) {
  125.         bn_free(dh->priv_key);
  126.         return NULL;
  127.     }
  128.  
  129.     bn_modexp(dh->pub_key, dh->g, dh->priv_key, dh->p);
  130.  
  131.     return dh->pub_key;
  132. }
  133.  
  134. static int dh_compute_key(FF_DH *dh, FFBigNum pub_key_bn,
  135.                           uint32_t pub_key_len, uint8_t *secret_key)
  136. {
  137.     FFBigNum k;
  138.     int num_bytes;
  139.  
  140.     num_bytes = bn_num_bytes(dh->p);
  141.     if (num_bytes <= 0 || num_bytes > MAX_BYTES)
  142.         return -1;
  143.  
  144.     bn_new(k);
  145.     if (!k)
  146.         return -1;
  147.  
  148.     bn_modexp(k, pub_key_bn, dh->priv_key, dh->p);
  149.     bn_bn2bin(k, secret_key, pub_key_len);
  150.     bn_free(k);
  151.  
  152.     /* return the length of the shared secret key like DH_compute_key */
  153.     return pub_key_len;
  154. }
  155.  
  156. void ff_dh_free(FF_DH *dh)
  157. {
  158.     bn_free(dh->p);
  159.     bn_free(dh->g);
  160.     bn_free(dh->pub_key);
  161.     bn_free(dh->priv_key);
  162.     av_free(dh);
  163. }
  164. #elif CONFIG_OPENSSL
  165. #define bn_new(bn)                  bn = BN_new()
  166. #define bn_free(bn)                 BN_free(bn)
  167. #define bn_set_word(bn, w)          BN_set_word(bn, w)
  168. #define bn_cmp(a, b)                BN_cmp(a, b)
  169. #define bn_copy(to, from)           BN_copy(to, from)
  170. #define bn_sub_word(bn, w)          BN_sub_word(bn, w)
  171. #define bn_cmp_1(bn)                BN_cmp(bn, BN_value_one())
  172. #define bn_num_bytes(bn)            BN_num_bytes(bn)
  173. #define bn_bn2bin(bn, buf, len)     BN_bn2bin(bn, buf)
  174. #define bn_bin2bn(bn, buf, len)     bn = BN_bin2bn(buf, len, 0)
  175. #define bn_hex2bn(bn, buf, ret)     ret = BN_hex2bn(&bn, buf)
  176. #define bn_modexp(bn, y, q, p)               \
  177.     do {                                     \
  178.         BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();          \
  179.         if (!ctx)                            \
  180.             return AVERROR(ENOMEM);          \
  181.         if (!BN_mod_exp(bn, y, q, p, ctx)) { \
  182.             BN_CTX_free(ctx);                \
  183.             return AVERROR(EINVAL);          \
  184.         }                                    \
  185.         BN_CTX_free(ctx);                    \
  186.     } while (0)
  187.  
  188. #define dh_new()                                DH_new()
  189. #define dh_generate_key(dh)                     DH_generate_key(dh)
  190. #define dh_compute_key(dh, pub, len, secret)    DH_compute_key(secret, pub, dh)
  191.  
  192. void ff_dh_free(FF_DH *dh)
  193. {
  194.     DH_free(dh);
  195. }
  196. #endif
  197.  
  198. static int dh_is_valid_public_key(FFBigNum y, FFBigNum p, FFBigNum q)
  199. {
  200.     FFBigNum bn = NULL;
  201.     int ret = AVERROR(EINVAL);
  202.  
  203.     bn_new(bn);
  204.     if (!bn)
  205.         return AVERROR(ENOMEM);
  206.  
  207.     /* y must lie in [2, p - 1] */
  208.     bn_set_word(bn, 1);
  209.     if (!bn_cmp(y, bn))
  210.         goto fail;
  211.  
  212.     /* bn = p - 2 */
  213.     bn_copy(bn, p);
  214.     bn_sub_word(bn, 1);
  215.     if (!bn_cmp(y, bn))
  216.         goto fail;
  217.  
  218.     /* Verify with Sophie-Germain prime
  219.      *
  220.      * This is a nice test to make sure the public key position is calculated
  221.      * correctly. This test will fail in about 50% of the cases if applied to
  222.      * random data.
  223.      */
  224.     /* y must fulfill y^q mod p = 1 */
  225.     bn_modexp(bn, y, q, p);
  226.  
  227.     if (bn_cmp_1(bn))
  228.         goto fail;
  229.  
  230.     ret = 0;
  231. fail:
  232.     bn_free(bn);
  233.  
  234.     return ret;
  235. }
  236.  
  237. av_cold FF_DH *ff_dh_init(int key_len)
  238. {
  239.     FF_DH *dh;
  240.     int ret;
  241.  
  242.     if (!(dh = dh_new()))
  243.         return NULL;
  244.  
  245.     bn_new(dh->g);
  246.     if (!dh->g)
  247.         goto fail;
  248.  
  249.     bn_hex2bn(dh->p, P1024, ret);
  250.     if (!ret)
  251.         goto fail;
  252.  
  253.     bn_set_word(dh->g, 2);
  254.     dh->length = key_len;
  255.  
  256.     return dh;
  257.  
  258. fail:
  259.     ff_dh_free(dh);
  260.  
  261.     return NULL;
  262. }
  263.  
  264. int ff_dh_generate_public_key(FF_DH *dh)
  265. {
  266.     int ret = 0;
  267.  
  268.     while (!ret) {
  269.         FFBigNum q1 = NULL;
  270.  
  271.         if (!dh_generate_key(dh))
  272.             return AVERROR(EINVAL);
  273.  
  274.         bn_hex2bn(q1, Q1024, ret);
  275.         if (!ret)
  276.             return AVERROR(ENOMEM);
  277.  
  278.         ret = dh_is_valid_public_key(dh->pub_key, dh->p, q1);
  279.         bn_free(q1);
  280.  
  281.         if (!ret) {
  282.             /* the public key is valid */
  283.             break;
  284.         }
  285.     }
  286.  
  287.     return ret;
  288. }
  289.  
  290. int ff_dh_write_public_key(FF_DH *dh, uint8_t *pub_key, int pub_key_len)
  291. {
  292.     int len;
  293.  
  294.     /* compute the length of the public key */
  295.     len = bn_num_bytes(dh->pub_key);
  296.     if (len <= 0 || len > pub_key_len)
  297.         return AVERROR(EINVAL);
  298.  
  299.     /* convert the public key value into big-endian form */
  300.     memset(pub_key, 0, pub_key_len);
  301.     bn_bn2bin(dh->pub_key, pub_key + pub_key_len - len, len);
  302.  
  303.     return 0;
  304. }
  305.  
  306. int ff_dh_compute_shared_secret_key(FF_DH *dh, const uint8_t *pub_key,
  307.                                     int pub_key_len, uint8_t *secret_key)
  308. {
  309.     FFBigNum q1 = NULL, pub_key_bn = NULL;
  310.     int ret;
  311.  
  312.     /* convert the big-endian form of the public key into a bignum */
  313.     bn_bin2bn(pub_key_bn, pub_key, pub_key_len);
  314.     if (!pub_key_bn)
  315.         return AVERROR(ENOMEM);
  316.  
  317.     /* convert the string containing a hexadecimal number into a bignum */
  318.     bn_hex2bn(q1, Q1024, ret);
  319.     if (!ret) {
  320.         ret = AVERROR(ENOMEM);
  321.         goto fail;
  322.     }
  323.  
  324.     /* when the public key is valid we have to compute the shared secret key */
  325.     if ((ret = dh_is_valid_public_key(pub_key_bn, dh->p, q1)) < 0) {
  326.         goto fail;
  327.     } else if ((ret = dh_compute_key(dh, pub_key_bn, pub_key_len,
  328.                                      secret_key)) < 0) {
  329.         ret = AVERROR(EINVAL);
  330.         goto fail;
  331.     }
  332.  
  333. fail:
  334.     bn_free(pub_key_bn);
  335.     bn_free(q1);
  336.  
  337.     return ret;
  338. }
  339.  
  340.