src/util/crypto_hash.c

   1 /*
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   3      (C) 2001-2013 Christian Grothoff (and other contributing authors)
   4
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   9
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  14
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  18      Boston, MA 02111-1307, USA.
  19
  20 */
  21
  22 /**
  23  * @file util/crypto_hash.c
  24  * @brief SHA-512 GNUNET_CRYPTO_hash related functions
  25  * @author Christian Grothoff
  26  */
  27
  28 #include "platform.h"
  29 #include "gnunet_util_lib.h"
  30 #include <gcrypt.h>
  31
  32 #define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "util", __VA_ARGS__)
  33
  34 #define LOG_STRERROR_FILE(kind,syscall,filename) GNUNET_log_from_strerror_file (kind, "util", syscall, filename)
  35
  36 /**
  37  * Hash block of given size.
  38  *
  39  * @param block the data to #GNUNET_CRYPTO_hash, length is given as a second argument
  40  * @param size the length of the data to #GNUNET_CRYPTO_hash in @a block
  41  * @param ret pointer to where to write the hashcode
  42  */
  43 void
  44 GNUNET_CRYPTO_hash (const void *block,
  45                     size_t size,
  46                     struct GNUNET_HashCode *ret)
  47 {
  48   gcry_md_hash_buffer (GCRY_MD_SHA512, ret, block, size);
  49 }
  50
  51
  52 /**
  53  * Context used when hashing a file.
  54  */
  55 struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext
  56 {
  57
  58   /**
  59    * Function to call upon completion.
  60    */
  61   GNUNET_CRYPTO_HashCompletedCallback callback;
  62
  63   /**
  64    * Closure for callback.
  65    */
  66   void *callback_cls;
  67
  68   /**
  69    * IO buffer.
  70    */
  71   unsigned char *buffer;
  72
  73   /**
  74    * Name of the file we are hashing.
  75    */
  76   char *filename;
  77
  78   /**
  79    * File descriptor.
  80    */
  81   struct GNUNET_DISK_FileHandle *fh;
  82
  83   /**
  84    * Cummulated hash.
  85    */
  86   gcry_md_hd_t md;
  87
  88   /**
  89    * Size of the file.
  90    */
  91   uint64_t fsize;
  92
  93   /**
  94    * Current offset.
  95    */
  96   uint64_t offset;
  97
  98   /**
  99    * Current task for hashing.
 100    */
 101   GNUNET_SCHEDULER_TaskIdentifier task;
 102
 103   /**
 104    * Priority we use.
 105    */
 106   enum GNUNET_SCHEDULER_Priority priority;
 107
 108   /**
 109    * Blocksize.
 110    */
 111   size_t bsize;
 112
 113 };
 114
 115
 116 /**
 117  * Report result of hash computation to callback
 118  * and free associated resources.
 119  */
 120 static void
 121 file_hash_finish (struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *fhc,
 122                   const struct GNUNET_HashCode * res)
 123 {
 124   fhc->callback (fhc->callback_cls, res);
 125   GNUNET_free (fhc->filename);
 126   if (!GNUNET_DISK_handle_invalid (fhc->fh))
 127     GNUNET_break (GNUNET_OK == GNUNET_DISK_file_close (fhc->fh));
 128   gcry_md_close (fhc->md);
 129   GNUNET_free (fhc);            /* also frees fhc->buffer */
 130 }
 131
 132
 133 /**
 134  * File hashing task.
 135  *
 136  * @param cls closure
 137  * @param tc context
 138  */
 139 static void
 140 file_hash_task (void *cls, const struct GNUNET_SCHEDULER_TaskContext *tc)
 141 {
 142   struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *fhc = cls;
 143   struct GNUNET_HashCode *res;
 144   size_t delta;
 145
 146   fhc->task = GNUNET_SCHEDULER_NO_TASK;
 147   GNUNET_assert (fhc->offset <= fhc->fsize);
 148   delta = fhc->bsize;
 149   if (fhc->fsize - fhc->offset < delta)
 150     delta = fhc->fsize - fhc->offset;
 151   if (delta != GNUNET_DISK_file_read (fhc->fh, fhc->buffer, delta))
 152   {
 153     LOG_STRERROR_FILE (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "read", fhc->filename);
 154     file_hash_finish (fhc, NULL);
 155     return;
 156   }
 157   gcry_md_write (fhc->md, fhc->buffer, delta);
 158   fhc->offset += delta;
 159   if (fhc->offset == fhc->fsize)
 160   {
 161     res = (struct GNUNET_HashCode *) gcry_md_read (fhc->md, GCRY_MD_SHA512);
 162     file_hash_finish (fhc, res);
 163     return;
 164   }
 165   fhc->task = GNUNET_SCHEDULER_add_with_priority (fhc->priority,
 166                                                   &file_hash_task, fhc);
 167 }
 168
 169
 170 /**
 171  * Compute the hash of an entire file.
 172  *
 173  * @param priority scheduling priority to use
 174  * @param filename name of file to hash
 175  * @param blocksize number of bytes to process in one task
 176  * @param callback function to call upon completion
 177  * @param callback_cls closure for callback
 178  * @return NULL on (immediate) errror
 179  */
 180 struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *
 181 GNUNET_CRYPTO_hash_file (enum GNUNET_SCHEDULER_Priority priority,
 182                          const char *filename, size_t blocksize,
 183                          GNUNET_CRYPTO_HashCompletedCallback callback,
 184                          void *callback_cls)
 185 {
 186   struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *fhc;
 187
 188   GNUNET_assert (blocksize > 0);
 189   fhc =
 190       GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext) + blocksize);
 191   fhc->callback = callback;
 192   fhc->callback_cls = callback_cls;
 193   fhc->buffer = (unsigned char *) &fhc[1];
 194   fhc->filename = GNUNET_strdup (filename);
 195   if (GPG_ERR_NO_ERROR != gcry_md_open (&fhc->md, GCRY_MD_SHA512, 0))
 196   {
 197     GNUNET_break (0);
 198     GNUNET_free (fhc);
 199     return NULL;
 200   }
 201   fhc->bsize = blocksize;
 202   if (GNUNET_OK != GNUNET_DISK_file_size (filename, &fhc->fsize, GNUNET_NO, GNUNET_YES))
 203   {
 204     GNUNET_free (fhc->filename);
 205     GNUNET_free (fhc);
 206     return NULL;
 207   }
 208   fhc->fh =
 209       GNUNET_DISK_file_open (filename, GNUNET_DISK_OPEN_READ,
 210                              GNUNET_DISK_PERM_NONE);
 211   if (!fhc->fh)
 212   {
 213     GNUNET_free (fhc->filename);
 214     GNUNET_free (fhc);
 215     return NULL;
 216   }
 217   fhc->priority = priority;
 218   fhc->task =
 219       GNUNET_SCHEDULER_add_with_priority (priority, &file_hash_task, fhc);
 220   return fhc;
 221 }
 222
 223
 224 /**
 225  * Cancel a file hashing operation.
 226  *
 227  * @param fhc operation to cancel (callback must not yet have been invoked)
 228  */
 229 void
 230 GNUNET_CRYPTO_hash_file_cancel (struct GNUNET_CRYPTO_FileHashContext *fhc)
 231 {
 232   GNUNET_SCHEDULER_cancel (fhc->task);
 233   GNUNET_free (fhc->filename);
 234   GNUNET_break (GNUNET_OK == GNUNET_DISK_file_close (fhc->fh));
 235   GNUNET_free (fhc);
 236 }
 237
 238
 239 /* ***************** binary-ASCII encoding *************** */
 240
 241
 242 /**
 243  * Convert GNUNET_CRYPTO_hash to ASCII encoding.  The ASCII encoding is rather
 244  * GNUnet specific.  It was chosen such that it only uses characters
 245  * in [0-9A-V], can be produced without complex arithmetics and uses a
 246  * small number of characters.  The GNUnet encoding uses 103
 247  * characters plus a null terminator.
 248  *
 249  * @param block the hash code
 250  * @param result where to store the encoding (struct GNUNET_CRYPTO_HashAsciiEncoded can be
 251  *  safely cast to char*, a '\\0' termination is set).
 252  */
 253 void
 254 GNUNET_CRYPTO_hash_to_enc (const struct GNUNET_HashCode *block,
 255                            struct GNUNET_CRYPTO_HashAsciiEncoded *result)
 256 {
 257   char *np;
 258
 259   np = GNUNET_STRINGS_data_to_string ((const unsigned char *) block,
 260                                       sizeof (struct GNUNET_HashCode),
 261                                       (char*) result,
 262                                       sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_HashAsciiEncoded) - 1);
 263   GNUNET_assert (NULL != np);
 264   *np = '\0';
 265 }
 266
 267
 268 /**
 269  * Convert ASCII encoding back to hash code.
 270  *
 271  * @param enc the encoding
 272  * @param enclen number of characters in @a enc (without 0-terminator, which can be missing)
 273  * @param result where to store the hash code
 274  * @return #GNUNET_OK on success, #GNUNET_SYSERR if result has the wrong encoding
 275  */
 276 int
 277 GNUNET_CRYPTO_hash_from_string2 (const char *enc,
 278                                  size_t enclen,
 279                                  struct GNUNET_HashCode *result)
 280 {
 281   char upper_enc[enclen];
 282   char *up_ptr = upper_enc;
 283
 284   GNUNET_STRINGS_utf8_toupper (enc, up_ptr);
 285
 286   return GNUNET_STRINGS_string_to_data (upper_enc, enclen,
 287                                         (unsigned char*) result,
 288                                         sizeof (struct GNUNET_HashCode));
 289 }
 290
 291
 292 /**
 293  * @ingroup hash
 294  *
 295  * Compute the distance between 2 hashcodes.  The computation must be
 296  * fast, not involve bits[0] or bits[4] (they're used elsewhere), and be
 297  * somewhat consistent. And of course, the result should be a positive
 298  * number.
 299  *
 300  * @param a some hash code
 301  * @param b some hash code
 302  * @return a positive number which is a measure for
 303  *  hashcode proximity.
 304  */
 305 unsigned int
 306 GNUNET_CRYPTO_hash_distance_u32 (const struct GNUNET_HashCode *a,
 307                                  const struct GNUNET_HashCode *b)
 308 {
 309   unsigned int x1 = (a->bits[1] - b->bits[1]) >> 16;
 310   unsigned int x2 = (b->bits[1] - a->bits[1]) >> 16;
 311
 312   return (x1 * x2);
 313 }
 314
 315
 316 /**
 317  * Create a random hash code.
 318  *
 319  * @param mode desired quality level
 320  * @param result hash code that is randomized
 321  */
 322 void
 323 GNUNET_CRYPTO_hash_create_random (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode,
 324                                   struct GNUNET_HashCode *result)
 325 {
 326   int i;
 327
 328   for (i = (sizeof (struct GNUNET_HashCode) / sizeof (uint32_t)) - 1; i >= 0; i--)
 329     result->bits[i] = GNUNET_CRYPTO_random_u32 (mode, UINT32_MAX);
 330 }
 331
 332
 333 /**
 334  * compute result(delta) = b - a
 335  *
 336  * @param a some hash code
 337  * @param b some hash code
 338  * @param result set to b - a
 339  */
 340 void
 341 GNUNET_CRYPTO_hash_difference (const struct GNUNET_HashCode *a,
 342                                const struct GNUNET_HashCode *b,
 343                                struct GNUNET_HashCode *result)
 344 {
 345   int i;
 346
 347   for (i = (sizeof (struct GNUNET_HashCode) / sizeof (unsigned int)) - 1; i >= 0; i--)
 348     result->bits[i] = b->bits[i] - a->bits[i];
 349 }
 350
 351
 352 /**
 353  * compute result(b) = a + delta
 354  *
 355  * @param a some hash code
 356  * @param delta some hash code
 357  * @param result set to a + delta
 358  */
 359 void
 360 GNUNET_CRYPTO_hash_sum (const struct GNUNET_HashCode * a,
 361                         const struct GNUNET_HashCode * delta, struct GNUNET_HashCode * result)
 362 {
 363   int i;
 364
 365   for (i = (sizeof (struct GNUNET_HashCode) / sizeof (unsigned int)) - 1; i >= 0; i--)
 366     result->bits[i] = delta->bits[i] + a->bits[i];
 367 }
 368
 369
 370 /**
 371  * compute result = a ^ b
 372  *
 373  * @param a some hash code
 374  * @param b some hash code
 375  * @param result set to a ^ b
 376  */
 377 void
 378 GNUNET_CRYPTO_hash_xor (const struct GNUNET_HashCode * a, const struct GNUNET_HashCode * b,
 379                         struct GNUNET_HashCode * result)
 380 {
 381   int i;
 382
 383   for (i = (sizeof (struct GNUNET_HashCode) / sizeof (unsigned int)) - 1; i >= 0; i--)
 384     result->bits[i] = a->bits[i] ^ b->bits[i];
 385 }
 386
 387
 388 /**
 389  * Convert a hashcode into a key.
 390  *
 391  * @param hc hash code that serves to generate the key
 392  * @param skey set to a valid session key
 393  * @param iv set to a valid initialization vector
 394  */
 395 void
 396 GNUNET_CRYPTO_hash_to_aes_key (const struct GNUNET_HashCode *hc,
 397                                struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *skey,
 398                                struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector *iv)
 399 {
 400   GNUNET_assert (GNUNET_YES ==
 401                  GNUNET_CRYPTO_kdf (skey, sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey),
 402                                     "Hash key derivation", strlen ("Hash key derivation"),
 403                                     hc, sizeof (struct GNUNET_HashCode),
 404                                     NULL, 0));
 405   GNUNET_assert (GNUNET_YES ==
 406                  GNUNET_CRYPTO_kdf (iv, sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricInitializationVector),
 407                                     "Initialization vector derivation", strlen ("Initialization vector derivation"),
 408                                     hc, sizeof (struct GNUNET_HashCode),
 409                                     NULL, 0));
 410 }
 411
 412
 413 /**
 414  * Obtain a bit from a hashcode.
 415  * @param code the GNUNET_CRYPTO_hash to index bit-wise
 416  * @param bit index into the hashcode, [0...511]
 417  * @return Bit \a bit from hashcode \a code, -1 for invalid index
 418  */
 419 int
 420 GNUNET_CRYPTO_hash_get_bit (const struct GNUNET_HashCode * code, unsigned int bit)
 421 {
 422   GNUNET_assert (bit < 8 * sizeof (struct GNUNET_HashCode));
 423   return (((unsigned char *) code)[bit >> 3] & (1 << (bit & 7))) > 0;
 424 }
 425
 426
 427 /**
 428  * Determine how many low order bits match in two
 429  * `struct GNUNET_HashCode`s.  i.e. - 010011 and 011111 share
 430  * the first two lowest order bits, and therefore the
 431  * return value is two (NOT XOR distance, nor how many
 432  * bits match absolutely!).
 433  *
 434  * @param first the first hashcode
 435  * @param second the hashcode to compare first to
 436  *
 437  * @return the number of bits that match
 438  */
 439 unsigned int
 440 GNUNET_CRYPTO_hash_matching_bits (const struct GNUNET_HashCode * first,
 441                                   const struct GNUNET_HashCode * second)
 442 {
 443   unsigned int i;
 444
 445   for (i = 0; i < sizeof (struct GNUNET_HashCode) * 8; i++)
 446     if (GNUNET_CRYPTO_hash_get_bit (first, i) !=
 447         GNUNET_CRYPTO_hash_get_bit (second, i))
 448       return i;
 449   return sizeof (struct GNUNET_HashCode) * 8;
 450 }
 451
 452
 453 /**
 454  * Compare function for HashCodes, producing a total ordering
 455  * of all hashcodes.
 456  *
 457  * @param h1 some hash code
 458  * @param h2 some hash code
 459  * @return 1 if h1 > h2, -1 if h1 < h2 and 0 if h1 == h2.
 460  */
 461 int
 462 GNUNET_CRYPTO_hash_cmp (const struct GNUNET_HashCode *h1,
 463                         const struct GNUNET_HashCode *h2)
 464 {
 465   unsigned int *i1;
 466   unsigned int *i2;
 467   int i;
 468
 469   i1 = (unsigned int *) h1;
 470   i2 = (unsigned int *) h2;
 471   for (i = (sizeof (struct GNUNET_HashCode) / sizeof (unsigned int)) - 1; i >= 0; i--)
 472   {
 473     if (i1[i] > i2[i])
 474       return 1;
 475     if (i1[i] < i2[i])
 476       return -1;
 477   }
 478   return 0;
 479 }
 480
 481
 482 /**
 483  * Find out which of the two `struct GNUNET_HashCode`s is closer to target
 484  * in the XOR metric (Kademlia).
 485  *
 486  * @param h1 some hash code
 487  * @param h2 some hash code
 488  * @param target some hash code
 489  * @return -1 if h1 is closer, 1 if h2 is closer and 0 if h1==h2.
 490  */
 491 int
 492 GNUNET_CRYPTO_hash_xorcmp (const struct GNUNET_HashCode *h1,
 493                            const struct GNUNET_HashCode *h2,
 494                            const struct GNUNET_HashCode *target)
 495 {
 496   int i;
 497   unsigned int d1;
 498   unsigned int d2;
 499
 500   for (i = sizeof (struct GNUNET_HashCode) / sizeof (unsigned int) - 1; i >= 0; i--)
 501   {
 502     d1 = ((unsigned int *) h1)[i] ^ ((unsigned int *) target)[i];
 503     d2 = ((unsigned int *) h2)[i] ^ ((unsigned int *) target)[i];
 504     if (d1 > d2)
 505       return 1;
 506     else if (d1 < d2)
 507       return -1;
 508   }
 509   return 0;
 510 }
 511
 512
 513 /**
 514  * @brief Derive an authentication key
 515  * @param key authentication key
 516  * @param rkey root key
 517  * @param salt salt
 518  * @param salt_len size of the @a salt
 519  * @param ... pair of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 520  */
 521 void
 522 GNUNET_CRYPTO_hmac_derive_key (struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey *key,
 523                                const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *rkey,
 524                                const void *salt, size_t salt_len, ...)
 525 {
 526   va_list argp;
 527
 528   va_start (argp, salt_len);
 529   GNUNET_CRYPTO_hmac_derive_key_v (key, rkey, salt, salt_len, argp);
 530   va_end (argp);
 531 }
 532
 533
 534 /**
 535  * @brief Derive an authentication key
 536  * @param key authentication key
 537  * @param rkey root key
 538  * @param salt salt
 539  * @param salt_len size of the @a salt
 540  * @param argp pair of void * & size_t for context chunks, terminated by NULL
 541  */
 542 void
 543 GNUNET_CRYPTO_hmac_derive_key_v (struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey *key,
 544                                  const struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey *rkey,
 545                                  const void *salt, size_t salt_len,
 546                                  va_list argp)
 547 {
 548   GNUNET_CRYPTO_kdf_v (key->key, sizeof (key->key),
 549                        salt, salt_len,
 550                        rkey, sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_SymmetricSessionKey),
 551                        argp);
 552 }
 553
 554
 555 /**
 556  * Calculate HMAC of a message (RFC 2104)
 557  *
 558  * @param key secret key
 559  * @param plaintext input plaintext
 560  * @param plaintext_len length of @a plaintext
 561  * @param hmac where to store the hmac
 562  */
 563 void
 564 GNUNET_CRYPTO_hmac (const struct GNUNET_CRYPTO_AuthKey *key,
 565                     const void *plaintext, size_t plaintext_len,
 566                     struct GNUNET_HashCode *hmac)
 567 {
 568   static int once;
 569   static gcry_md_hd_t md;
 570   const unsigned char *mc;
 571
 572   if (! once)
 573   {
 574     once = 1;
 575     GNUNET_assert (GPG_ERR_NO_ERROR ==
 576                    gcry_md_open (&md, GCRY_MD_SHA512, GCRY_MD_FLAG_HMAC));
 577   }
 578   else
 579   {
 580     gcry_md_reset (md);
 581   }
 582   gcry_md_setkey (md, key->key, sizeof (key->key));
 583   gcry_md_write (md, plaintext, plaintext_len);
 584   mc = gcry_md_read (md, GCRY_MD_SHA512);
 585   GNUNET_assert (NULL != mc);
 586   memcpy (hmac->bits, mc, sizeof (hmac->bits));
 587 }
 588
 589
 590 /* end of crypto_hash.c */