src/include/gnunet_crypto_lib.h

   1 /*
   2      This file is part of GNUnet.
   3      (C) 2001-2013 Christian Grothoff (and other contributing authors)
   4
   5      GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
   6      it under the terms of the GNU General Public License as published
   7      by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
   8      option) any later version.
   9
  10      GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
  11      WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13      General Public License for more details.
  14
  15      You should have received a copy of the GNU General Public License
  16      along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
  17      Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  18      Boston, MA 02111-1307, USA.
  19 */
  20
  21 /**
  22  * @file include/gnunet_crypto_lib.h
  23  * @brief cryptographic primitives for GNUnet
  24  *
  25  * @author Christian Grothoff
  26  * @author Krista Bennett
  27  * @author Gerd Knorr <kraxel@bytesex.org>
  28  * @author Ioana Patrascu
  29  * @author Tzvetan Horozov
  30  *
  31  * @defgroup crypto Cryptographic operations
  32  * @defgroup hash Hashing and operations on hashes
  33  */
  34
  35 #ifndef GNUNET_CRYPTO_LIB_H
  36 #define GNUNET_CRYPTO_LIB_H
  37
  38 #ifdef __cplusplus
  39 extern "C"
  40 {
  41 #if 0                           /* keep Emacsens' auto-indent happy */
  42 }
  43 #endif
  44 #endif
  45
  46 /**
  47  * @brief A 512-bit hashcode
  48  */
  49 struct GNUNET_HashCode;
  50
  51 /**
  52  * The identity of the host (wraps the signing key of the peer).
  53  */
  54 struct GNUNET_PeerIdentity;
  55
  56 #include "gnunet_common.h"
  57 #include "gnunet_scheduler_lib.h"
  58 #include <gcrypt.h>
  59
  60
  61 /**
  62  * @brief A 512-bit hashcode
  63  */
  64 struct GNUNET_HashCode
  65 {
  66   uint32_t bits[512 / 8 / sizeof (uint32_t)];   /* = 16 */
  67 };
  68
  69
  70 /**
  71  * Maximum length of an ECC signature.
  72  * Note: round up to multiple of 8 minus 2 for alignment.
  73  */
  74 #define GNUNET_CRYPTO_ECC_SIGNATURE_DATA_ENCODING_LENGTH 126
  75
  76
  77 /**
  78  * Desired quality level for random numbers.
  79  * @ingroup crypto
  80  */
  81 enum GNUNET_CRYPTO_Quality
  82 {
  83   /**
  84    * No good quality of the operation is needed (i.e.,
  85    * random numbers can be pseudo-random).
  86    * @ingroup crypto
  87    */
  88   GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK,
  89
  90   /**
  91    * High-quality operations are desired.
  92    * @ingroup crypto
  93    */
  94   GNUNET_CRYPTO_QUALITY_STRONG,
  95
  96   /**
  97    * Randomness for IVs etc. is required.
  98    * @ingroup crypto
  99    */
 100   GNUNET_CRYPTO_QUALITY_NONCE
 101 };
 102
 103
 104 /**
 105  * @brief length of the sessionkey in bytes (256 BIT sessionkey)
 106  */
 107 #define GNUNET_CRYPTO_AES_KEY_LENGTH (256/8)
 108
 109 /**
 110  * Length of a hash value
 111  */
 112 #define GNUNET_CRYPTO_HASH_LENGTH (512/8)
 113
 114 /**
 115  * How many characters (without 0-terminator) are our ASCII-encoded
 116  * public keys (ECDSA/EDDSA/ECDHE).
 117  */
 118 #define GNUNET_CRYPTO_PKEY_ASCII_LENGTH 52
 119
 120 /**
 121  * @brief 0-terminated ASCII encoding of a struct GNUNET_HashCode.
 122  */
 123 struct GNUNET_CRYPTO_HashAsciiEncoded
 124 {
 125   unsigned char encoding[104];
 126 };
 127
 128
 129 GNUNET_NETWORK_STRUCT_BEGIN
 130
 131
 132 /**
 133  * @brief header of what an ECC signature signs
 134  *        this must be followed by "size - 8" bytes of
 135  *        the actual signed data
 136  */
 137 struct GNUNET_CRYPTO_EccSignaturePurpose
 138 {
 139   /**
 140    * How many bytes does this signature sign?
 141    * (including this purpose header); in network
 142    * byte order (!).
 143    */
 144   uint32_t size GNUNET_PACKED;
 145
 146   /**
 147    * What does this signature vouch for?  This
 148    * must contain a GNUNET_SIGNATURE_PURPOSE_XXX
 149    * constant (from gnunet_signatures.h).  In
 150    * network byte order!
 151    */
 152   uint32_t purpose GNUNET_PACKED;
 153
 154 };
 155
 156
 157 /**
 158  * @brief an ECC signature using EdDSA.
 159  * See https://gnunet.org/ed25519
 160  */
 161 struct GNUNET_CRYPTO_EddsaSignature
 162 {
 163
 164   /**
 165    * R value.
 166    */
 167   unsigned char r[256 / 8];
 168
 169   /**
 170    * S value.
 171    */
 172   unsigned char s[256 / 8];
 173
 174 };
 175
 176
 177
 178 /**
 179  * @brief an ECC signature using ECDSA
 180  */
 181 struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaSignature
 182 {
 183
 184   /**
 185    * R value.
 186    */
 187   unsigned char r[256 / 8];
 188
 189   /**
 190    * S value.
 191    */
 192   unsigned char s[256 / 8];
 193
 194 };
 195
 196
 197 /**
 198  * Public ECC key (always for Curve25519) encoded in a format suitable
 199  * for network transmission and EdDSA signatures.
 200  */
 201 struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPublicKey
 202 {
 203   /**
 204    * Q consists of an x- and a y-value, each mod p (256 bits), given
 205    * here in affine coordinates and Ed25519 standard compact format.
 206    */
 207   unsigned char q_y[256 / 8];
 208
 209 };
 210
 211
 212 /**
 213  * Public ECC key (always for Curve25519) encoded in a format suitable
 214  * for network transmission and ECDSA signatures.
 215  */
 216 struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey
 217 {
 218   /**
 219    * Q consists of an x- and a y-value, each mod p (256 bits), given
 220    * here in affine coordinates and Ed25519 standard compact format.
 221    */
 222   unsigned char q_y[256 / 8];
 223
 224 };
 225
 226
 227 /**
 228  * The identity of the host (wraps the signing key of the peer).
 229  */
 230 struct GNUNET_PeerIdentity
 231 {
 232   struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPublicKey public_key;
 233 };
 234
 235
 236 /**
 237  * Public ECC key (always for Curve25519) encoded in a format suitable
 238  * for network transmission and encryption (ECDH),
 239  * See http://cr.yp.to/ecdh.html
 240  */
 241 struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePublicKey
 242 {
 243   /**
 244    * Q consists of an x- and a y-value, each mod p (256 bits), given
 245    * here in affine coordinates and Ed25519 standard compact format.
 246    */
 247   unsigned char q_y[256 / 8];
 248 };
 249
 250
 251 /**
 252  * Private ECC key encoded for transmission.  To be used only for ECDH
 253  * key exchange (ECDHE to be precise).
 254  */
 255 struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePrivateKey
 256 {
 257   /**
 258    * d is a value mod n, where n has at most 256 bits.
 259    */
 260   unsigned char d[256 / 8];
 261
 262 };
 263
 264 /**
 265  * Private ECC key encoded for transmission.  To be used only for ECDSA
 266  * signatures.
 267  */
 268 struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey
 269 {
 270   /**
 271    * d is a value mod n, where n has at most 256 bits.
 272    */
 273   unsigned char d[256 / 8];
 274
 275 };
 276
 277 /**
 278  * Private ECC key encoded for transmission.  To be used only for EdDSA
 279  * signatures.
 280  */
 281 struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey
 282 {
 283   /**
 284    * d is a value mod n, where n has at most 256 bits.
 285    */
 286   unsigned char d[256 / 8];
 287
 288 };
 289
 290
 291 /**
 292  * @brief type for session keys
 293  */
 294 struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey
 295 {
 296   /**
 297    * Actual key for AES.
 298    */
 299   unsigned char aes_key[GNUNET_CRYPTO_AES_KEY_LENGTH];
 300
 301   /**
 302    * Actual key for TwoFish.
 303    */
 304   unsigned char twofish_key[GNUNET_CRYPTO_AES_KEY_LENGTH];
 305
 306 };
 307
 308 GNUNET_NETWORK_STRUCT_END
 309
 310 /**
 311  * @brief IV for sym cipher
 312  *
 313  * NOTE: must be smaller (!) in size than the
 314  * `struct GNUNET_HashCode`.
 315  */
 316 struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector
 317 {
 318   unsigned char aes_iv[GNUNET_CRYPTO_AES_KEY_LENGTH / 2];
 319
 320   unsigned char twofish_iv[GNUNET_CRYPTO_AES_KEY_LENGTH / 2];
 321 };
 322
 323
 324 /**
 325  * @brief type for (message) authentication keys
 326  */
 327 struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey
 328 {
 329   unsigned char key[GNUNET_CRYPTO_HASH_LENGTH];
 330 };
 331
 332
 333 /**
 334  * Size of paillier plain texts and public keys.
 335  * Private keys and ciphertexts are twice this size.
 336  */
 337 #define GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS 2048
 338
 339
 340 /**
 341  * Paillier public key.
 342  */
 343 struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey
 344 {
 345   /**
 346    * N value.
 347    */
 348   unsigned char n[GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS / 8];
 349 };
 350
 351
 352 /**
 353  * Paillier public key.
 354  */
 355 struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPrivateKey
 356 {
 357   /**
 358    * Lambda-component of the private key.
 359    */
 360   unsigned char lambda[GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS / 8];
 361   /**
 362    * Mu-component of the private key.
 363    */
 364   unsigned char mu[GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS / 8];
 365 };
 366
 367
 368 /**
 369  * Paillier ciphertext.
 370  */
 371 struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext
 372 {
 373   /**
 374    * Guaranteed minimum number of homomorphic operations with this ciphertext,
 375    * in network byte order (NBO).
 376    */
 377   int32_t remaining_ops GNUNET_PACKED;
 378
 379   /**
 380    * The bits of the ciphertext.
 381    */
 382   unsigned char bits[GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS * 2 / 8];
 383 };
 384
 385
 386 /* **************** Functions and Macros ************* */
 387
 388 /**
 389  * @ingroup crypto
 390  * Seed a weak random generator. Only #GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK-mode generator
 391  * can be seeded.
 392  *
 393  * @param seed the seed to use
 394  */
 395 void
 396 GNUNET_CRYPTO_seed_weak_random (int32_t seed);
 397
 398
 399 /**
 400  * Perform an incremental step in a CRC16 (for TCP/IP) calculation.
 401  *
 402  * @param sum current sum, initially 0
 403  * @param buf buffer to calculate CRC over (must be 16-bit aligned)
 404  * @param len number of bytes in @a buf, must be multiple of 2
 405  * @return updated crc sum (must be subjected to #GNUNET_CRYPTO_crc16_finish to get actual crc16)
 406  */
 407 uint32_t
 408 GNUNET_CRYPTO_crc16_step (uint32_t sum, const void *buf, size_t len);
 409
 410
 411 /**
 412  * Convert results from GNUNET_CRYPTO_crc16_step to final crc16.
 413  *
 414  * @param sum cummulative sum
 415  * @return crc16 value
 416  */
 417 uint16_t
 418 GNUNET_CRYPTO_crc16_finish (uint32_t sum);
 419
 420
 421 /**
 422  * @ingroup hash
 423  * Calculate the checksum of a buffer in one step.
 424  *
 425  * @param buf buffer to calculate CRC over (must be 16-bit aligned)
 426  * @param len number of bytes in @a buf, must be multiple of 2
 427  * @return crc16 value
 428  */
 429 uint16_t
 430 GNUNET_CRYPTO_crc16_n (const void *buf, size_t len);
 431
 432
 433 /**
 434  * @ingroup hash
 435  * Compute the CRC32 checksum for the first len
 436  * bytes of the buffer.
 437  *
 438  * @param buf the data over which we're taking the CRC
 439  * @param len the length of the buffer @a buf in bytes
 440  * @return the resulting CRC32 checksum
 441  */
 442 int32_t
 443 GNUNET_CRYPTO_crc32_n (const void *buf, size_t len);
 444
 445
 446 /**
 447  * @ingroup crypto
 448  * Fill block with a random values.
 449  *
 450  * @param mode desired quality of the random number
 451  * @param buffer the buffer to fill
 452  * @param length buffer length
 453  */
 454 void
 455 GNUNET_CRYPTO_random_block (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode, void *buffer, size_t length);
 456
 457 /**
 458  * @ingroup crypto
 459  * Produce a random value.
 460  *
 461  * @param mode desired quality of the random number
 462  * @param i the upper limit (exclusive) for the random number
 463  * @return a random value in the interval [0,@a i) (exclusive).
 464  */
 465 uint32_t
 466 GNUNET_CRYPTO_random_u32 (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode, uint32_t i);
 467
 468
 469 /**
 470  * @ingroup crypto
 471  * Random on unsigned 64-bit values.
 472  *
 473  * @param mode desired quality of the random number
 474  * @param max value returned will be in range [0,@a max) (exclusive)
 475  * @return random 64-bit number
 476  */
 477 uint64_t
 478 GNUNET_CRYPTO_random_u64 (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode, uint64_t max);
 479
 480
 481 /**
 482  * @ingroup crypto
 483  * Get an array with a random permutation of the
 484  * numbers 0...n-1.
 485  * @param mode #GNUNET_CRYPTO_QUALITY_STRONG if the strong (but expensive) PRNG should be used,
 486  *             #GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK or #GNUNET_CRYPTO_QUALITY_NONCE otherwise
 487  * @param n the size of the array
 488  * @return the permutation array (allocated from heap)
 489  */
 490 unsigned int *
 491 GNUNET_CRYPTO_random_permute (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode, unsigned int n);
 492
 493
 494 /**
 495  * @ingroup crypto
 496  * Create a new random session key.
 497  *
 498  * @param key key to initialize
 499  */
 500 void
 501 GNUNET_CRYPTO_symmetric_create_session_key (struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *key);
 502
 503
 504 /**
 505  * @ingroup crypto
 506  * Encrypt a block using a symmetric sessionkey.
 507  *
 508  * @param block the block to encrypt
 509  * @param size the size of the @a block
 510  * @param sessionkey the key used to encrypt
 511  * @param iv the initialization vector to use, use INITVALUE
 512  *        for streams.
 513  * @return the size of the encrypted block, -1 for errors
 514  */
 515 ssize_t
 516 GNUNET_CRYPTO_symmetric_encrypt (const void *block, size_t size,
 517                                  const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *sessionkey,
 518                                  const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector *iv,
 519                                  void *result);
 520
 521
 522 /**
 523  * @ingroup crypto
 524  * Decrypt a given block using a symmetric sessionkey.
 525  *
 526  * @param block the data to decrypt, encoded as returned by encrypt
 527  * @param size how big is the block?
 528  * @param sessionkey the key used to decrypt
 529  * @param iv the initialization vector to use
 530  * @param result address to store the result at
 531  * @return -1 on failure, size of decrypted block on success
 532  */
 533 ssize_t
 534 GNUNET_CRYPTO_symmetric_decrypt (const void *block, size_t size,
 535                                  const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *sessionkey,
 536                                  const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector *iv,
 537                                  void *result);
 538
 539
 540 /**
 541  * @ingroup crypto
 542  * @brief Derive an IV
 543  * @param iv initialization vector
 544  * @param skey session key
 545  * @param salt salt for the derivation
 546  * @param salt_len size of the @a salt
 547  * @param ... pairs of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 548  */
 549 void
 550 GNUNET_CRYPTO_symmetric_derive_iv (struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector *iv,
 551                                    const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *skey,
 552                                    const void *salt,
 553                                    size_t salt_len, ...);
 554
 555
 556 /**
 557  * @brief Derive an IV
 558  * @param iv initialization vector
 559  * @param skey session key
 560  * @param salt salt for the derivation
 561  * @param salt_len size of the @a salt
 562  * @param argp pairs of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 563  */
 564 void
 565 GNUNET_CRYPTO_symmetric_derive_iv_v (struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector *iv,
 566                                      const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *skey,
 567                                      const void *salt,
 568                                      size_t salt_len,
 569                                      va_list argp);
 570
 571
 572 /**
 573  * @ingroup hash
 574  * Convert hash to ASCII encoding.
 575  * @param block the hash code
 576  * @param result where to store the encoding (struct GNUNET_CRYPTO_HashAsciiEncoded can be
 577  *  safely cast to char*, a '\\0' termination is set).
 578  */
 579 void
 580 GNUNET_CRYPTO_hash_to_enc (const struct GNUNET_HashCode * block,
 581                            struct GNUNET_CRYPTO_HashAsciiEncoded *result);
 582
 583
 584 /**
 585  * @ingroup hash
 586  * Convert ASCII encoding back to a 'struct GNUNET_HashCode'
 587  *
 588  * @param enc the encoding
 589  * @param enclen number of characters in @a enc (without 0-terminator, which can be missing)
 590  * @param result where to store the hash code
 591  * @return #GNUNET_OK on success, #GNUNET_SYSERR if result has the wrong encoding
 592  */
 593 int
 594 GNUNET_CRYPTO_hash_from_string2 (const char *enc, size_t enclen,
 595                                  struct GNUNET_HashCode *result);
 596
 597
 598 /**
 599  * @ingroup hash
 600  * Convert ASCII encoding back to `struct GNUNET_HashCode`
 601  *
 602  * @param enc the encoding
 603  * @param result where to store the hash code
 604  * @return #GNUNET_OK on success, #GNUNET_SYSERR if result has the wrong encoding
 605  */
 606 #define GNUNET_CRYPTO_hash_from_string(enc, result) \
 607   GNUNET_CRYPTO_hash_from_string2 (enc, strlen(enc), result)
 608
 609
 610 /**
 611  * @ingroup hash
 612  *
 613  * Compute the distance between 2 hashcodes.  The
 614  * computation must be fast, not involve @a a[0] or @a a[4] (they're used
 615  * elsewhere), and be somewhat consistent. And of course, the result
 616  * should be a positive number.
 617  *
 618  * @param a some hash code
 619  * @param b some hash code
 620  * @return number between 0 and UINT32_MAX
 621  */
 622 uint32_t
 623 GNUNET_CRYPTO_hash_distance_u32 (const struct GNUNET_HashCode *a,
 624                                  const struct GNUNET_HashCode *b);
 625
 626
 627 /**
 628  * @ingroup hash
 629  * Compute hash of a given block.
 630  *
 631  * @param block the data to hash
 632  * @param size size of the @a block
 633  * @param ret pointer to where to write the hashcode
 634  */
 635 void
 636 GNUNET_CRYPTO_hash (const void *block, size_t size, struct GNUNET_HashCode * ret);
 637
 638
 639 /**
 640  * @ingroup hash
 641  * Calculate HMAC of a message (RFC 2104)
 642  *
 643  * @param key secret key
 644  * @param plaintext input plaintext
 645  * @param plaintext_len length of @a plaintext
 646  * @param hmac where to store the hmac
 647  */
 648 void
 649 GNUNET_CRYPTO_hmac (const struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey *key,
 650                     const void *plaintext, size_t plaintext_len,
 651                     struct GNUNET_HashCode * hmac);
 652
 653
 654 /**
 655  * Function called once the hash computation over the
 656  * specified file has completed.
 657  *
 658  * @param cls closure
 659  * @param res resulting hash, NULL on error
 660  */
 661 typedef void (*GNUNET_CRYPTO_HashCompletedCallback) (void *cls,
 662                                                      const struct GNUNET_HashCode *res);
 663
 664
 665 /**
 666  * Handle to file hashing operation.
 667  */
 668 struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext;
 669
 670
 671 /**
 672  * @ingroup hash
 673  * Compute the hash of an entire file.
 674  *
 675  * @param priority scheduling priority to use
 676  * @param filename name of file to hash
 677  * @param blocksize number of bytes to process in one task
 678  * @param callback function to call upon completion
 679  * @param callback_cls closure for @a callback
 680  * @return NULL on (immediate) errror
 681  */
 682 struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *
 683 GNUNET_CRYPTO_hash_file (enum GNUNET_SCHEDULER_Priority priority,
 684                          const char *filename, size_t blocksize,
 685                          GNUNET_CRYPTO_HashCompletedCallback callback,
 686                          void *callback_cls);
 687
 688
 689 /**
 690  * Cancel a file hashing operation.
 691  *
 692  * @param fhc operation to cancel (callback must not yet have been invoked)
 693  */
 694 void
 695 GNUNET_CRYPTO_hash_file_cancel (struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *fhc);
 696
 697
 698 /**
 699  * @ingroup hash
 700  * Create a random hash code.
 701  *
 702  * @param mode desired quality level
 703  * @param result hash code that is randomized
 704  */
 705 void
 706 GNUNET_CRYPTO_hash_create_random (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode,
 707                                   struct GNUNET_HashCode *result);
 708
 709
 710 /**
 711  * @ingroup hash
 712  * compute @a result = @a b - @a a
 713  *
 714  * @param a some hash code
 715  * @param b some hash code
 716  * @param result set to @a b - @a a
 717  */
 718 void
 719 GNUNET_CRYPTO_hash_difference (const struct GNUNET_HashCode *a,
 720                                const struct GNUNET_HashCode *b,
 721                                struct GNUNET_HashCode *result);
 722
 723
 724 /**
 725  * @ingroup hash
 726  * compute @a result = @a a + @a delta
 727  *
 728  * @param a some hash code
 729  * @param delta some hash code
 730  * @param result set to @a a + @a delta
 731  */
 732 void
 733 GNUNET_CRYPTO_hash_sum (const struct GNUNET_HashCode *a,
 734                         const struct GNUNET_HashCode *delta,
 735                         struct GNUNET_HashCode *result);
 736
 737
 738 /**
 739  * @ingroup hash
 740  * compute result = a ^ b
 741  *
 742  * @param a some hash code
 743  * @param b some hash code
 744  * @param result set to @a a ^ @a b
 745  */
 746 void
 747 GNUNET_CRYPTO_hash_xor (const struct GNUNET_HashCode *a,
 748                         const struct GNUNET_HashCode *b,
 749                         struct GNUNET_HashCode *result);
 750
 751
 752 /**
 753  * @ingroup hash
 754  * Convert a hashcode into a key.
 755  *
 756  * @param hc hash code that serves to generate the key
 757  * @param skey set to a valid session key
 758  * @param iv set to a valid initialization vector
 759  */
 760 void
 761 GNUNET_CRYPTO_hash_to_aes_key (const struct GNUNET_HashCode * hc,
 762                                struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *skey,
 763                                struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector *iv);
 764
 765
 766 /**
 767  * @ingroup hash
 768  * Obtain a bit from a hashcode.
 769  *
 770  * @param code the `struct GNUNET_HashCode` to index bit-wise
 771  * @param bit index into the hashcode, [0...159]
 772  * @return Bit \a bit from hashcode \a code, -1 for invalid index
 773  */
 774 int
 775 GNUNET_CRYPTO_hash_get_bit (const struct GNUNET_HashCode *code,
 776                             unsigned int bit);
 777
 778
 779 /**
 780  * @ingroup hash
 781  * Determine how many low order bits match in two
 782  * `struct GNUNET_HashCodes`.  i.e. - 010011 and 011111 share
 783  * the first two lowest order bits, and therefore the
 784  * return value is two (NOT XOR distance, nor how many
 785  * bits match absolutely!).
 786  *
 787  * @param first the first hashcode
 788  * @param second the hashcode to compare first to
 789  * @return the number of bits that match
 790  */
 791 unsigned int
 792 GNUNET_CRYPTO_hash_matching_bits (const struct GNUNET_HashCode *first,
 793                                   const struct GNUNET_HashCode *second);
 794
 795
 796 /**
 797  * @ingroup hash
 798  * Compare function for HashCodes, producing a total ordering
 799  * of all hashcodes.
 800  *
 801  * @param h1 some hash code
 802  * @param h2 some hash code
 803  * @return 1 if @a h1 > @a h2, -1 if @a h1 < @a h2 and 0 if @a h1 == @a h2.
 804  */
 805 int
 806 GNUNET_CRYPTO_hash_cmp (const struct GNUNET_HashCode *h1,
 807                         const struct GNUNET_HashCode *h2);
 808
 809
 810 /**
 811  * @ingroup hash
 812  * Find out which of the two GNUNET_CRYPTO_hash codes is closer to target
 813  * in the XOR metric (Kademlia).
 814  *
 815  * @param h1 some hash code
 816  * @param h2 some hash code
 817  * @param target some hash code
 818  * @return -1 if @a h1 is closer, 1 if @a h2 is closer and 0 if @a h1== @a h2.
 819  */
 820 int
 821 GNUNET_CRYPTO_hash_xorcmp (const struct GNUNET_HashCode *h1,
 822                            const struct GNUNET_HashCode *h2,
 823                            const struct GNUNET_HashCode *target);
 824
 825
 826 /**
 827  * @ingroup hash
 828  * @brief Derive an authentication key
 829  * @param key authentication key
 830  * @param rkey root key
 831  * @param salt salt
 832  * @param salt_len size of the salt
 833  * @param argp pair of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 834  */
 835 void
 836 GNUNET_CRYPTO_hmac_derive_key_v (struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey *key,
 837                                  const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *rkey,
 838                                  const void *salt, size_t salt_len,
 839                                  va_list argp);
 840
 841
 842 /**
 843  * @ingroup hash
 844  * @brief Derive an authentication key
 845  * @param key authentication key
 846  * @param rkey root key
 847  * @param salt salt
 848  * @param salt_len size of the salt
 849  * @param ... pair of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 850  */
 851 void
 852 GNUNET_CRYPTO_hmac_derive_key (struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey *key,
 853                                const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *rkey,
 854                                const void *salt, size_t salt_len, ...);
 855
 856
 857 /**
 858  * @ingroup hash
 859  * @brief Derive key
 860  * @param result buffer for the derived key, allocated by caller
 861  * @param out_len desired length of the derived key
 862  * @param xtr_algo hash algorithm for the extraction phase, GCRY_MD_...
 863  * @param prf_algo hash algorithm for the expansion phase, GCRY_MD_...
 864  * @param xts salt
 865  * @param xts_len length of @a xts
 866  * @param skm source key material
 867  * @param skm_len length of @a skm
 868  * @param ... pair of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 869  * @return #GNUNET_YES on success
 870  */
 871 int
 872 GNUNET_CRYPTO_hkdf (void *result, size_t out_len, int xtr_algo, int prf_algo,
 873                     const void *xts, size_t xts_len, const void *skm,
 874                     size_t skm_len, ...);
 875
 876
 877 /**
 878  * @ingroup hash
 879  * @brief Derive key
 880  * @param result buffer for the derived key, allocated by caller
 881  * @param out_len desired length of the derived key
 882  * @param xtr_algo hash algorithm for the extraction phase, GCRY_MD_...
 883  * @param prf_algo hash algorithm for the expansion phase, GCRY_MD_...
 884  * @param xts salt
 885  * @param xts_len length of @a xts
 886  * @param skm source key material
 887  * @param skm_len length of @a skm
 888  * @param argp va_list of void * & size_t pairs for context chunks
 889  * @return #GNUNET_YES on success
 890  */
 891 int
 892 GNUNET_CRYPTO_hkdf_v (void *result, size_t out_len, int xtr_algo, int prf_algo,
 893                       const void *xts, size_t xts_len, const void *skm,
 894                       size_t skm_len, va_list argp);
 895
 896
 897 /**
 898  * @brief Derive key
 899  * @param result buffer for the derived key, allocated by caller
 900  * @param out_len desired length of the derived key
 901  * @param xts salt
 902  * @param xts_len length of @a xts
 903  * @param skm source key material
 904  * @param skm_len length of @a skm
 905  * @param argp va_list of void * & size_t pairs for context chunks
 906  * @return #GNUNET_YES on success
 907  */
 908 int
 909 GNUNET_CRYPTO_kdf_v (void *result, size_t out_len, const void *xts,
 910                      size_t xts_len, const void *skm, size_t skm_len,
 911                      va_list argp);
 912
 913
 914 /**
 915  * @ingroup hash
 916  * @brief Derive key
 917  * @param result buffer for the derived key, allocated by caller
 918  * @param out_len desired length of the derived key
 919  * @param xts salt
 920  * @param xts_len length of @a xts
 921  * @param skm source key material
 922  * @param skm_len length of @a skm
 923  * @param ... void * & size_t pairs for context chunks
 924  * @return #GNUNET_YES on success
 925  */
 926 int
 927 GNUNET_CRYPTO_kdf (void *result, size_t out_len, const void *xts,
 928                    size_t xts_len, const void *skm, size_t skm_len, ...);
 929
 930
 931 /**
 932  * @ingroup crypto
 933  * Extract the public key for the given private key.
 934  *
 935  * @param priv the private key
 936  * @param pub where to write the public key
 937  */
 938 void
 939 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_key_get_public (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *priv,
 940                                     struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey *pub);
 941
 942 /**
 943  * @ingroup crypto
 944  * Extract the public key for the given private key.
 945  *
 946  * @param priv the private key
 947  * @param pub where to write the public key
 948  */
 949 void
 950 GNUNET_CRYPTO_eddsa_key_get_public (const struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *priv,
 951                                     struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPublicKey *pub);
 952
 953
 954 /**
 955  * @ingroup crypto
 956  * Extract the public key for the given private key.
 957  *
 958  * @param priv the private key
 959  * @param pub where to write the public key
 960  */
 961 void
 962 GNUNET_CRYPTO_ecdhe_key_get_public (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePrivateKey *priv,
 963                                     struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePublicKey *pub);
 964
 965
 966 /**
 967  * Convert a public key to a string.
 968  *
 969  * @param pub key to convert
 970  * @return string representing @a pub
 971  */
 972 char *
 973 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_public_key_to_string (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey *pub);
 974
 975
 976 /**
 977  * Convert a public key to a string.
 978  *
 979  * @param pub key to convert
 980  * @return string representing @a pub
 981  */
 982 char *
 983 GNUNET_CRYPTO_eddsa_public_key_to_string (const struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPublicKey *pub);
 984
 985
 986 /**
 987  * Convert a string representing a public key to a public key.
 988  *
 989  * @param enc encoded public key
 990  * @param enclen number of bytes in @a enc (without 0-terminator)
 991  * @param pub where to store the public key
 992  * @return #GNUNET_OK on success
 993  */
 994 int
 995 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_public_key_from_string (const char *enc,
 996                                             size_t enclen,
 997                                             struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey *pub);
 998
 999
1000 /**
1001  * Convert a string representing a public key to a public key.
1002  *
1003  * @param enc encoded public key
1004  * @param enclen number of bytes in @a enc (without 0-terminator)
1005  * @param pub where to store the public key
1006  * @return #GNUNET_OK on success
1007  */
1008 int
1009 GNUNET_CRYPTO_eddsa_public_key_from_string (const char *enc,
1010                                             size_t enclen,
1011                                             struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPublicKey *pub);
1012
1013
1014 /**
1015  * @ingroup crypto
1016  * Create a new private key by reading it from a file.  If the
1017  * files does not exist, create a new key and write it to the
1018  * file.  Caller must free return value.  Note that this function
1019  * can not guarantee that another process might not be trying
1020  * the same operation on the same file at the same time.
1021  * If the contents of the file
1022  * are invalid the old file is deleted and a fresh key is
1023  * created.
1024  *
1025  * @param filename name of file to use to store the key
1026  * @return new private key, NULL on error (for example,
1027  *   permission denied); free using #GNUNET_free
1028  */
1029 struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *
1030 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_key_create_from_file (const char *filename);
1031
1032
1033 /**
1034  * @ingroup crypto
1035  * Create a new private key by reading it from a file.  If the
1036  * files does not exist, create a new key and write it to the
1037  * file.  Caller must free return value.  Note that this function
1038  * can not guarantee that another process might not be trying
1039  * the same operation on the same file at the same time.
1040  * If the contents of the file
1041  * are invalid the old file is deleted and a fresh key is
1042  * created.
1043  *
1044  * @param filename name of file to use to store the key
1045  * @return new private key, NULL on error (for example,
1046  *   permission denied); free using #GNUNET_free
1047  */
1048 struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *
1049 GNUNET_CRYPTO_eddsa_key_create_from_file (const char *filename);
1050
1051 struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle;
1052
1053
1054 /**
1055  * @ingroup crypto
1056  * Create a new private key by reading our peer's key from
1057  * the file specified in the configuration.
1058  *
1059  * @param cfg the configuration to use
1060  * @return new private key, NULL on error (for example,
1061  *   permission denied); free using #GNUNET_free
1062  */
1063 struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *
1064 GNUNET_CRYPTO_eddsa_key_create_from_configuration (const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg);
1065
1066
1067 /**
1068  * @ingroup crypto
1069  * Create a new private key. Caller must free return value.
1070  *
1071  * @return fresh private key; free using #GNUNET_free
1072  */
1073 struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *
1074 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_key_create (void);
1075
1076
1077 /**
1078  * @ingroup crypto
1079  * Create a new private key. Caller must free return value.
1080  *
1081  * @return fresh private key; free using #GNUNET_free
1082  */
1083 struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *
1084 GNUNET_CRYPTO_eddsa_key_create (void);
1085
1086
1087 /**
1088  * @ingroup crypto
1089  * Create a new private key. Caller must free return value.
1090  *
1091  * @return fresh private key; free using #GNUNET_free
1092  */
1093 struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePrivateKey *
1094 GNUNET_CRYPTO_ecdhe_key_create (void);
1095
1096
1097 /**
1098  * @ingroup crypto
1099  * Clear memory that was used to store a private key.
1100  *
1101  * @param pk location of the key
1102  */
1103 void
1104 GNUNET_CRYPTO_eddsa_key_clear (struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *pk);
1105
1106
1107 /**
1108  * @ingroup crypto
1109  * Clear memory that was used to store a private key.
1110  *
1111  * @param pk location of the key
1112  */
1113 void
1114 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_key_clear (struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *pk);
1115
1116 /**
1117  * @ingroup crypto
1118  * Clear memory that was used to store a private key.
1119  *
1120  * @param pk location of the key
1121  */
1122 void
1123 GNUNET_CRYPTO_ecdhe_key_clear (struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePrivateKey *pk);
1124
1125
1126 /**
1127  * @ingroup crypto
1128  * Get the shared private key we use for anonymous users.
1129  *
1130  * @return "anonymous" private key; do not free
1131  */
1132 const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *
1133 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_key_get_anonymous (void);
1134
1135
1136 /**
1137  * @ingroup crypto
1138  * Setup a hostkey file for a peer given the name of the
1139  * configuration file (!).  This function is used so that
1140  * at a later point code can be certain that reading a
1141  * hostkey is fast (for example in time-dependent testcases).
1142 *
1143  * @param cfg_name name of the configuration file to use
1144  */
1145 void
1146 GNUNET_CRYPTO_eddsa_setup_hostkey (const char *cfg_name);
1147
1148
1149 /**
1150  * @ingroup crypto
1151  * Retrieve the identity of the host's peer.
1152  *
1153  * @param cfg configuration to use
1154  * @param dst pointer to where to write the peer identity
1155  * @return #GNUNET_OK on success, #GNUNET_SYSERR if the identity
1156  *         could not be retrieved
1157  */
1158 int
1159 GNUNET_CRYPTO_get_peer_identity (const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg,
1160                                  struct GNUNET_PeerIdentity *dst);
1161
1162 /**
1163  * Compare two Peer Identities.
1164  *
1165  * @param first first peer identity
1166  * @param second second peer identity
1167  * @return bigger than 0 if first > second,
1168  *         0 if they are the same
1169  *         smaller than 0 if second > first
1170  */
1171 int
1172 GNUNET_CRYPTO_cmp_peer_identity (const struct GNUNET_PeerIdentity *first,
1173                                  const struct GNUNET_PeerIdentity *second);
1174
1175
1176 /**
1177  * @ingroup crypto
1178  * Derive key material from a public and a private ECC key.
1179  *
1180  * @param priv private key to use for the ECDH (x)
1181  * @param pub public key to use for the ECDH (yG)
1182  * @param key_material where to write the key material (xyG)
1183  * @return #GNUNET_SYSERR on error, #GNUNET_OK on success
1184  */
1185 int
1186 GNUNET_CRYPTO_ecc_ecdh (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePrivateKey *priv,
1187                         const struct GNUNET_CRYPTO_EcdhePublicKey *pub,
1188                         struct GNUNET_HashCode *key_material);
1189
1190
1191 /**
1192  * @ingroup crypto
1193  * EdDSA sign a given block.
1194  *
1195  * @param priv private key to use for the signing
1196  * @param purpose what to sign (size, purpose)
1197  * @param sig where to write the signature
1198  * @return #GNUNET_SYSERR on error, #GNUNET_OK on success
1199  */
1200 int
1201 GNUNET_CRYPTO_eddsa_sign (const struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *priv,
1202                           const struct GNUNET_CRYPTO_EccSignaturePurpose *purpose,
1203                           struct GNUNET_CRYPTO_EddsaSignature *sig);
1204
1205
1206 /**
1207  * @ingroup crypto
1208  * ECDSA Sign a given block.
1209  *
1210  * @param priv private key to use for the signing
1211  * @param purpose what to sign (size, purpose)
1212  * @param sig where to write the signature
1213  * @return #GNUNET_SYSERR on error, #GNUNET_OK on success
1214  */
1215 int
1216 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_sign (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *priv,
1217                           const struct GNUNET_CRYPTO_EccSignaturePurpose *purpose,
1218                           struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaSignature *sig);
1219
1220 /**
1221  * @ingroup crypto
1222  * Verify EdDSA signature.
1223  *
1224  * @param purpose what is the purpose that the signature should have?
1225  * @param validate block to validate (size, purpose, data)
1226  * @param sig signature that is being validated
1227  * @param pub public key of the signer
1228  * @returns #GNUNET_OK if ok, #GNUNET_SYSERR if invalid
1229  */
1230 int
1231 GNUNET_CRYPTO_eddsa_verify (uint32_t purpose,
1232                             const struct GNUNET_CRYPTO_EccSignaturePurpose *validate,
1233                             const struct GNUNET_CRYPTO_EddsaSignature *sig,
1234                             const struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPublicKey *pub);
1235
1236
1237
1238 /**
1239  * @ingroup crypto
1240  * Verify ECDSA signature.
1241  *
1242  * @param purpose what is the purpose that the signature should have?
1243  * @param validate block to validate (size, purpose, data)
1244  * @param sig signature that is being validated
1245  * @param pub public key of the signer
1246  * @returns #GNUNET_OK if ok, #GNUNET_SYSERR if invalid
1247  */
1248 int
1249 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_verify (uint32_t purpose,
1250                             const struct GNUNET_CRYPTO_EccSignaturePurpose *validate,
1251                             const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaSignature *sig,
1252                             const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey *pub);
1253
1254
1255 /**
1256  * @ingroup crypto
1257  * Derive a private key from a given private key and a label.
1258  * Essentially calculates a private key 'h = H(l,P) * d mod n'
1259  * where n is the size of the ECC group and P is the public
1260  * key associated with the private key 'd'.
1261  *
1262  * @param priv original private key
1263  * @param label label to use for key deriviation
1264  * @param context additional context to use for HKDF of 'h';
1265  *        typically the name of the subsystem/application
1266  * @return derived private key
1267  */
1268 struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *
1269 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_private_key_derive (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPrivateKey *priv,
1270                                         const char *label,
1271                                         const char *context);
1272
1273
1274 /**
1275  * @ingroup crypto
1276  * Derive a public key from a given public key and a label.
1277  * Essentially calculates a public key 'V = H(l,P) * P'.
1278  *
1279  * @param pub original public key
1280  * @param label label to use for key deriviation
1281  * @param context additional context to use for HKDF of 'h'.
1282  *        typically the name of the subsystem/application
1283  * @param result where to write the derived public key
1284  */
1285 void
1286 GNUNET_CRYPTO_ecdsa_public_key_derive (const struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey *pub,
1287                                        const char *label,
1288                                        const char *context,
1289                                        struct GNUNET_CRYPTO_EcdsaPublicKey *result);
1290
1291
1292 /**
1293  * Output the given MPI value to the given buffer in network
1294  * byte order.  The MPI @a val may not be negative.
1295  *
1296  * @param buf where to output to
1297  * @param size number of bytes in @a buf
1298  * @param val value to write to @a buf
1299  */
1300 void
1301 GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (void *buf,
1302                                   size_t size,
1303                                   gcry_mpi_t val);
1304
1305
1306 /**
1307  * Convert data buffer into MPI value.
1308  * The buffer is interpreted as network
1309  * byte order, unsigned integer.
1310  *
1311  * @param result where to store MPI value (allocated)
1312  * @param data raw data (GCRYMPI_FMT_USG)
1313  * @param size number of bytes in @a data
1314  */
1315 void
1316 GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (gcry_mpi_t *result,
1317                                  const void *data,
1318                                  size_t size);
1319
1320
1321 /**
1322  * Create a freshly generated paillier public key.
1323  *
1324  * @param[out] public_key Where to store the public key?
1325  * @param[out] private_key Where to store the private key?
1326  */
1327 void
1328 GNUNET_CRYPTO_paillier_create (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey *public_key,
1329                                struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPrivateKey *private_key);
1330
1331
1332 /**
1333  * Encrypt a plaintext with a paillier public key.
1334  *
1335  * @param public_key Public key to use.
1336  * @param m Plaintext to encrypt.
1337  * @param desired_ops How many homomorphic ops the caller intends to use
1338  * @param[out] ciphertext Encrytion of @a plaintext with @a public_key.
1339  * @return guaranteed number of supported homomorphic operations >= 1,
1340  *         or desired_ops, in case that is lower,
1341  *         or -1 if less than one homomorphic operation is possible
1342  */
1343 int
1344 GNUNET_CRYPTO_paillier_encrypt (const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey *public_key,
1345                                 const gcry_mpi_t m,
1346                                 int desired_ops,
1347                                 struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *ciphertext);
1348
1349
1350 /**
1351  * Decrypt a paillier ciphertext with a private key.
1352  *
1353  * @param private_key Private key to use for decryption.
1354  * @param public_key Public key to use for decryption.
1355  * @param ciphertext Ciphertext to decrypt.
1356  * @param[out] m Decryption of @a ciphertext with @private_key.
1357  */
1358 void
1359 GNUNET_CRYPTO_paillier_decrypt (const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPrivateKey *private_key,
1360                                 const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey *public_key,
1361                                 const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *ciphertext,
1362                                 gcry_mpi_t m);
1363
1364
1365 /**
1366  * Compute a ciphertext that represents the sum of the plaintext in @a x1 and @a x2
1367  *
1368  * Note that this operation can only be done a finite number of times
1369  * before an overflow occurs.
1370  *
1371  * @param public_key Public key to use for encryption.
1372  * @param c1 Paillier cipher text.
1373  * @param c2 Paillier cipher text.
1374  * @param[out] result Result of the homomorphic operation.
1375  * @return #GNUNET_OK if the result could be computed,
1376  *         #GNUNET_SYSERR if no more homomorphic operations are remaining.
1377  */
1378 int
1379 GNUNET_CRYPTO_paillier_hom_add (const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey *public_key,
1380                                 const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *c1,
1381                                 const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *c2,
1382                                 struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *result);
1383
1384
1385 /**
1386  * Get the number of remaining supported homomorphic operations.
1387  *
1388  * @param c Paillier cipher text.
1389  * @return the number of remaining homomorphic operations
1390  */
1391 int
1392 GNUNET_CRYPTO_paillier_hom_get_remaining (const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *c);
1393
1394 #if 0                           /* keep Emacsens' auto-indent happy */
1395 {
1396 #endif
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