wlantest/ccmp.c

   1 /*
   2  * CTR with CBC-MAC Protocol (CCMP)
   3  * Copyright (c) 2010, Jouni Malinen <j@w1.fi>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   7  * published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * Alternatively, this software may be distributed under the terms of BSD
  10  * license.
  11  *
  12  * See README and COPYING for more details.
  13  */
  14
  15 #include "utils/includes.h"
  16
  17 #include "utils/common.h"
  18 #include "common/ieee802_11_defs.h"
  19 #include "crypto/aes.h"
  20 #include "wlantest.h"
  21
  22
  23 static void ccmp_aad_nonce(const struct ieee80211_hdr *hdr, const u8 *data,
  24                            u8 *aad, size_t *aad_len, u8 *nonce)
  25 {
  26         u16 fc, stype, seq;
  27         int qos = 0, addr4 = 0;
  28         u8 *pos;
  29
  30         nonce[0] = 0;
  31
  32         fc = le_to_host16(hdr->frame_control);
  33         stype = WLAN_FC_GET_STYPE(fc);
  34         if ((fc & (WLAN_FC_TODS | WLAN_FC_FROMDS)) ==
  35             (WLAN_FC_TODS | WLAN_FC_FROMDS))
  36                 addr4 = 1;
  37
  38         if (WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == WLAN_FC_TYPE_DATA) {
  39                 fc &= ~0x0070; /* Mask subtype bits */
  40                 if (stype & 0x08) {
  41                         const u8 *qc;
  42                         qos = 1;
  43                         fc &= ~WLAN_FC_ORDER;
  44                         qc = (const u8 *) (hdr + 1);
  45                         if (addr4)
  46                                 qc += ETH_ALEN;
  47                         nonce[0] = qc[0] & 0x0f;
  48                 }
  49         } else if (WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == WLAN_FC_TYPE_MGMT)
  50                 nonce[0] |= 0x10; /* Management */
  51
  52         fc &= ~(WLAN_FC_RETRY | WLAN_FC_PWRMGT | WLAN_FC_MOREDATA);
  53         fc |= WLAN_FC_ISWEP;
  54         WPA_PUT_LE16(aad, fc);
  55         pos = aad + 2;
  56         os_memcpy(pos, hdr->addr1, 3 * ETH_ALEN);
  57         pos += 3 * ETH_ALEN;
  58         seq = le_to_host16(hdr->seq_ctrl);
  59         seq &= ~0xfff0; /* Mask Seq#; do not modify Frag# */
  60         WPA_PUT_LE16(pos, seq);
  61         pos += 2;
  62
  63         os_memcpy(pos, hdr + 1, addr4 * ETH_ALEN + qos * 2);
  64         pos += addr4 * ETH_ALEN;
  65         if (qos) {
  66                 pos[0] &= ~0x70;
  67                 if (1 /* FIX: either device has SPP A-MSDU Capab = 0 */)
  68                         pos[0] &= ~0x80;
  69                 pos++;
  70                 *pos++ = 0x00;
  71         }
  72
  73         *aad_len = pos - aad;
  74
  75         os_memcpy(nonce + 1, hdr->addr2, ETH_ALEN);
  76         nonce[7] = data[7]; /* PN5 */
  77         nonce[8] = data[6]; /* PN4 */
  78         nonce[9] = data[5]; /* PN3 */
  79         nonce[10] = data[4]; /* PN2 */
  80         nonce[11] = data[1]; /* PN1 */
  81         nonce[12] = data[0]; /* PN0 */
  82 }
  83
  84
  85 static void xor_aes_block(u8 *dst, const u8 *src)
  86 {
  87         u32 *d = (u32 *) dst;
  88         u32 *s = (u32 *) src;
  89         *d++ ^= *s++;
  90         *d++ ^= *s++;
  91         *d++ ^= *s++;
  92         *d++ ^= *s++;
  93 }
  94
  95
  96 u8 * ccmp_decrypt(const u8 *tk, const struct ieee80211_hdr *hdr,
  97                   const u8 *data, size_t data_len, size_t *decrypted_len)
  98 {
  99         u8 aad[2 + 30], nonce[13];
 100         size_t aad_len;
 101         u8 b[AES_BLOCK_SIZE], x[AES_BLOCK_SIZE], a[AES_BLOCK_SIZE];
 102         void *aes;
 103         const u8 *m, *mpos, *mic;
 104         size_t mlen, last;
 105         int i;
 106         u8 *plain, *ppos;
 107         u8 t[8];
 108
 109         if (data_len < 8 + 8)
 110                 return NULL;
 111
 112         plain = os_malloc(data_len + AES_BLOCK_SIZE);
 113         if (plain == NULL)
 114                 return NULL;
 115
 116         aes = aes_encrypt_init(tk, 16);
 117         if (aes == NULL) {
 118                 os_free(plain);
 119                 return NULL;
 120         }
 121
 122         m = data + 8;
 123         mlen = data_len - 8 - 8;
 124         last = mlen % AES_BLOCK_SIZE;
 125
 126         os_memset(aad, 0, sizeof(aad));
 127         ccmp_aad_nonce(hdr, data, &aad[2], &aad_len, nonce);
 128         WPA_PUT_BE16(aad, aad_len);
 129         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP AAD", &aad[2], aad_len);
 130         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP nonce", nonce, 13);
 131
 132         /* CCM: M=8 L=2, Adata=1, M' = (M-2)/2 = 3, L' = L-1 = 1 */
 133
 134         /* A_i = Flags | Nonce N | Counter i */
 135         a[0] = 0x01; /* Flags = L' */
 136         os_memcpy(&a[1], nonce, 13);
 137
 138         /* Decryption */
 139
 140         mic = data + data_len - 8;
 141         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP U", mic, 8);
 142         /* U = T XOR S_0; S_0 = E(K, A_0) */
 143         WPA_PUT_BE16(&a[14], 0);
 144         aes_encrypt(aes, a, x);
 145         for (i = 0; i < 8; i++)
 146                 t[i] = mic[i] ^ x[i];
 147         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP T", t, 8);
 148
 149         /* plaintext = msg XOR (S_1 | S_2 | ... | S_n) */
 150         ppos = plain;
 151         mpos = m;
 152         for (i = 1; i <= mlen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 153                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 154                 /* S_i = E(K, A_i) */
 155                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 156                 xor_aes_block(ppos, mpos);
 157                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 158                 mpos += AES_BLOCK_SIZE;
 159         }
 160         if (last) {
 161                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 162                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 163                 /* XOR zero-padded last block */
 164                 for (i = 0; i < last; i++)
 165                         *ppos++ ^= *mpos++;
 166         }
 167         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP decrypted", plain, mlen);
 168
 169         /* Authentication */
 170         /* B_0: Flags | Nonce N | l(m) */
 171         b[0] = 0x40 /* Adata */ | (3 /* M' */ << 3) | 1 /* L' */;
 172         os_memcpy(&b[1], nonce, 13);
 173         WPA_PUT_BE16(&b[14], mlen);
 174
 175         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_0", b, AES_BLOCK_SIZE);
 176         aes_encrypt(aes, b, x); /* X_1 = E(K, B_0) */
 177
 178         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_1", aad, AES_BLOCK_SIZE);
 179         xor_aes_block(aad, x);
 180         aes_encrypt(aes, aad, x); /* X_2 = E(K, X_1 XOR B_1) */
 181
 182         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_2", &aad[AES_BLOCK_SIZE],
 183                     AES_BLOCK_SIZE);
 184         xor_aes_block(&aad[AES_BLOCK_SIZE], x);
 185         aes_encrypt(aes, &aad[AES_BLOCK_SIZE], x); /* X_3 = E(K, X_2 XOR B_2)
 186                                                     */
 187
 188         ppos = plain;
 189         for (i = 0; i < mlen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 190                 /* X_i+1 = E(K, X_i XOR B_i) */
 191                 xor_aes_block(x, ppos);
 192                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 193                 aes_encrypt(aes, x, x);
 194         }
 195         if (last) {
 196                 /* XOR zero-padded last block */
 197                 for (i = 0; i < last; i++)
 198                         x[i] ^= *ppos++;
 199                 aes_encrypt(aes, x, x);
 200         }
 201
 202         aes_encrypt_deinit(aes);
 203
 204         if (os_memcmp(x, t, 8) != 0) {
 205                 u16 seq_ctrl = le_to_host16(hdr->seq_ctrl);
 206                 wpa_printf(MSG_INFO, "Invalid CCMP MIC in frame: A1=" MACSTR
 207                            " A2=" MACSTR " A3=" MACSTR " seq=%u frag=%u",
 208                            MAC2STR(hdr->addr1), MAC2STR(hdr->addr2),
 209                            MAC2STR(hdr->addr3),
 210                            WLAN_GET_SEQ_SEQ(seq_ctrl),
 211                            WLAN_GET_SEQ_FRAG(seq_ctrl));
 212                 wpa_hexdump(MSG_DEBUG, "CCMP decrypted", plain, mlen);
 213                 os_free(plain);
 214                 return NULL;
 215         }
 216
 217         *decrypted_len = mlen;
 218         return plain;
 219 }
 220
 221
 222 void ccmp_get_pn(u8 *pn, const u8 *data)
 223 {
 224         pn[0] = data[7]; /* PN5 */
 225         pn[1] = data[6]; /* PN4 */
 226         pn[2] = data[5]; /* PN3 */
 227         pn[3] = data[4]; /* PN2 */
 228         pn[4] = data[1]; /* PN1 */
 229         pn[5] = data[0]; /* PN0 */
 230 }
 231
 232
 233 u8 * ccmp_encrypt(const u8 *tk, u8 *frame, size_t len, size_t hdrlen, u8 *qos,
 234                   u8 *pn, int keyid, size_t *encrypted_len)
 235 {
 236         u8 aad[2 + 30], nonce[13];
 237         size_t aad_len;
 238         u8 b[AES_BLOCK_SIZE], x[AES_BLOCK_SIZE], a[AES_BLOCK_SIZE];
 239         void *aes;
 240         u8 *crypt, *pos, *ppos, *mpos;
 241         size_t plen, last;
 242         struct ieee80211_hdr *hdr;
 243         int i;
 244
 245         if (len < hdrlen || hdrlen < 24)
 246                 return NULL;
 247         plen = len - hdrlen;
 248         last = plen % AES_BLOCK_SIZE;
 249
 250         crypt = os_malloc(hdrlen + 8 + plen + 8 + AES_BLOCK_SIZE);
 251         if (crypt == NULL)
 252                 return NULL;
 253
 254         os_memcpy(crypt, frame, hdrlen);
 255         hdr = (struct ieee80211_hdr *) crypt;
 256         hdr->frame_control |= host_to_le16(WLAN_FC_ISWEP);
 257         pos = crypt + hdrlen;
 258         *pos++ = pn[5]; /* PN0 */
 259         *pos++ = pn[4]; /* PN1 */
 260         *pos++ = 0x00; /* Rsvd */
 261         *pos++ = 0x20 | (keyid << 6);
 262         *pos++ = pn[3]; /* PN2 */
 263         *pos++ = pn[2]; /* PN3 */
 264         *pos++ = pn[1]; /* PN4 */
 265         *pos++ = pn[0]; /* PN5 */
 266
 267         aes = aes_encrypt_init(tk, 16);
 268         if (aes == NULL) {
 269                 os_free(crypt);
 270                 return NULL;
 271         }
 272
 273         os_memset(aad, 0, sizeof(aad));
 274         ccmp_aad_nonce(hdr, crypt + hdrlen, &aad[2], &aad_len, nonce);
 275         WPA_PUT_BE16(aad, aad_len);
 276         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP AAD", &aad[2], aad_len);
 277         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP nonce", nonce, 13);
 278
 279         /* Authentication */
 280         /* B_0: Flags | Nonce N | l(m) */
 281         b[0] = 0x40 /* Adata */ | (3 /* M' */ << 3) | 1 /* L' */;
 282         os_memcpy(&b[1], nonce, 13);
 283         WPA_PUT_BE16(&b[14], plen);
 284
 285         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_0", b, AES_BLOCK_SIZE);
 286         aes_encrypt(aes, b, x); /* X_1 = E(K, B_0) */
 287
 288         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_1", aad, AES_BLOCK_SIZE);
 289         xor_aes_block(aad, x);
 290         aes_encrypt(aes, aad, x); /* X_2 = E(K, X_1 XOR B_1) */
 291
 292         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP B_2", &aad[AES_BLOCK_SIZE],
 293                     AES_BLOCK_SIZE);
 294         xor_aes_block(&aad[AES_BLOCK_SIZE], x);
 295         aes_encrypt(aes, &aad[AES_BLOCK_SIZE], x); /* X_3 = E(K, X_2 XOR B_2)
 296                                                     */
 297
 298         ppos = frame + hdrlen;
 299         for (i = 0; i < plen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 300                 /* X_i+1 = E(K, X_i XOR B_i) */
 301                 xor_aes_block(x, ppos);
 302                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 303                 aes_encrypt(aes, x, x);
 304         }
 305         if (last) {
 306                 /* XOR zero-padded last block */
 307                 for (i = 0; i < last; i++)
 308                         x[i] ^= *ppos++;
 309                 aes_encrypt(aes, x, x);
 310         }
 311
 312         /* Encryption */
 313
 314         /* CCM: M=8 L=2, Adata=1, M' = (M-2)/2 = 3, L' = L-1 = 1 */
 315
 316         /* A_i = Flags | Nonce N | Counter i */
 317         a[0] = 0x01; /* Flags = L' */
 318         os_memcpy(&a[1], nonce, 13);
 319
 320         ppos = crypt + hdrlen + 8;
 321
 322         /* crypt = msg XOR (S_1 | S_2 | ... | S_n) */
 323         mpos = frame + hdrlen;
 324         for (i = 1; i <= plen / AES_BLOCK_SIZE; i++) {
 325                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 326                 /* S_i = E(K, A_i) */
 327                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 328                 xor_aes_block(ppos, mpos);
 329                 ppos += AES_BLOCK_SIZE;
 330                 mpos += AES_BLOCK_SIZE;
 331         }
 332         if (last) {
 333                 WPA_PUT_BE16(&a[14], i);
 334                 aes_encrypt(aes, a, ppos);
 335                 /* XOR zero-padded last block */
 336                 for (i = 0; i < last; i++)
 337                         *ppos++ ^= *mpos++;
 338         }
 339
 340         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP T", x, 8);
 341         /* U = T XOR S_0; S_0 = E(K, A_0) */
 342         WPA_PUT_BE16(&a[14], 0);
 343         aes_encrypt(aes, a, b);
 344         for (i = 0; i < 8; i++)
 345                 ppos[i] = x[i] ^ b[i];
 346         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP U", ppos, 8);
 347
 348         wpa_hexdump(MSG_EXCESSIVE, "CCMP encrypted", crypt + hdrlen + 8, plen);
 349
 350         aes_encrypt_deinit(aes);
 351
 352         *encrypted_len = hdrlen + 8 + plen + 8;
 353
 354         return crypt;
 355 }