functionalize the bulk of pem2openpgp.
[monkeysphere.git] / src / keytrans / pem2openpgp
index e76ba6f81e36c02db87426262d1450fda5b9d867..3492361ad37994655c53c5c7dee2cbc33d5863af 100755 (executable)
@@ -1,8 +1,12 @@
 #!/usr/bin/perl -w -T
 
 # pem2openpgp: take a PEM-encoded RSA private-key on standard input, a
-# User ID as the first argument, and generate an OpenPGP certificate
-# from it.
+# User ID as the first argument, and generate an OpenPGP secret key
+# and certificate from it.
+
+# WARNING: the secret key material *will* appear on stdout (albeit in
+# OpenPGP form) -- if you redirect stdout to a file, make sure the
+# permissions on that file are appropriately locked down!
 
 # Usage:
 
@@ -21,110 +25,34 @@ use strict;
 use warnings;
 use Crypt::OpenSSL::RSA;
 use Crypt::OpenSSL::Bignum;
+use Crypt::OpenSSL::Bignum::CTX;
 use Digest::SHA1;
 use MIME::Base64;
 
 ## make sure all length() and substr() calls use bytes only:
 use bytes;
 
-my $uid = shift;
-
-# FIXME: fail if there is no given user ID; or should we default to
-# hostname_long() from Sys::Hostname::Long ?
-
-# make an old-style packet out of the given packet type and body.
-# old-style  (see RFC 4880 section 4.2)
-sub make_packet {
-  my $type = shift;
-  my $body = shift;
-
-  my $len = length($body);
-
-  my $lenbytes;
-  my $lencode;
-
-  if ($len < 2**8) {
-    $lenbytes = 0;
-    $lencode = 'C';
-  } elsif ($len < 2**16) {
-    $lenbytes = 1;
-    $lencode = 'n';
-  } elsif ($len < 2**31) {
-    ## not testing against full 32 bits because i don't want to deal
-    ## with potential overflow.
-    $lenbytes = 2;
-    $lencode = 'N';
-  } else {
-    ## what the hell do we do here?
-    $lenbytes = 3;
-    $lencode = '';
-  }
-
-  return pack('C'.$lencode, 0x80 + ($type * 4) + $lenbytes, $len).
-    $body;
-}
-
-
-# takes a Crypt::OpenSSL::Bignum, returns it formatted as OpenPGP MPI
-# (RFC 4880 section 3.2)
-sub mpi_pack {
-  my $num = shift;
-
-  my $val = $num->to_bin();
-  my $mpilen = length($val)*8;
-
-# this is a kludgy way to get the number of significant bits in the
-# first byte:
-  my $bitsinfirstbyte = length(sprintf("%b", ord($val)));
-
-  $mpilen -= (8 - $bitsinfirstbyte);
-
-  return pack('n', $mpilen).$val;
-}
-
-# FIXME: genericize this to accept either RSA or DSA keys:
-sub make_rsa_pub_key_body {
-  my $key = shift;
-  my $timestamp = shift;
-
-  my ($n, $e) = $key->get_key_parameters();
-
-  return
-    pack('CN', 4, $timestamp).
-      pack('C', 1). # RSA
-       mpi_pack($n).
-         mpi_pack($e);
-
-}
-
-# expects an RSA key (public or private) and a timestamp
-sub fingerprint {
-  my $key = shift;
-  my $timestamp = shift;
-
-  my $rsabody = make_rsa_pub_key_body($key, $timestamp);
-
-  return Digest::SHA1::sha1(pack('Cn', 0x99, length($rsabody)).$rsabody);
-}
-
-# FIXME: replace the opaque numbers below with
-# semantically-meaningful references based on these tables.
+my $old_format_packet_lengths = { one => 0,
+                                 two => 1,
+                                 four => 2,
+                                 indeterminate => 3,
+};
 
 # see RFC 4880 section 9.1 (ignoring deprecated algorithms for now)
 my $asym_algos = { rsa => 1,
                   elgamal => 16,
                   dsa => 17,
-                  }
+                  };
 
 # see RFC 4880 section 9.2
 my $ciphers = { plaintext => 0,
                idea => 1,
-               3des => 2,
+               tripledes => 2,
                cast5 => 3,
                blowfish => 4,
                aes128 => 7,
                aes192 => 8,
-               aes256 => 9
+               aes256 => 9,
                twofish => 10,
              };
 
@@ -156,7 +84,6 @@ my $usage_flags = { certify => 0x01,
                    shared => 0x80, # more than one person holds the entire private key
                  };
 
-
 # see RFC 4880 section 4.3
 my $packet_types = { pubkey_enc_session => 1,
                     sig => 2,
@@ -197,153 +124,411 @@ my $sig_types = { binary_doc => 0x00,
 
 
 # see RFC 4880 section 5.2.3.1
-my $subpacket_types => { sig_creation_time => 2,
-                        sig_expiration_time => 3,
-                        exportable => 4,
-                        trust_sig => 5,
-                        regex => 6,
-                        revocable => 7,
-                        key_expiration_time => 9,
-                        preferred_cipher => 11,
-                        revocation_key => 12,
-                        issuer => 16,
-                        notation => 20,
-                        preferred_digest => 21,
-                        keyserver_prefs => 23,
-                        preferred_keyserver => 24,
-                        primary_uid => 25,
-                        policy_uri => 26,
-                        usage_flags => 27,
-                        signers_uid => 28,
-                        revocation_reason => 29,
-                        features => 30,
-                        signature_target => 31,
-                        embedded_signature = 32,
+my $subpacket_types = { sig_creation_time => 2,
+                       sig_expiration_time => 3,
+                       exportable => 4,
+                       trust_sig => 5,
+                       regex => 6,
+                       revocable => 7,
+                       key_expiration_time => 9,
+                       preferred_cipher => 11,
+                       revocation_key => 12,
+                       issuer => 16,
+                       notation => 20,
+                       preferred_digest => 21,
+                       preferred_compression => 22,
+                       keyserver_prefs => 23,
+                       preferred_keyserver => 24,
+                       primary_uid => 25,
+                       policy_uri => 26,
+                       usage_flags => 27,
+                       signers_uid => 28,
+                       revocation_reason => 29,
+                       features => 30,
+                       signature_target => 31,
+                       embedded_signature => 32,
                       };
 
-# we're just not dealing with newline business right now.  slurp in
-# the whole file.
-undef $/;
-my $buf = <STDIN>;
+# bitstring (see RFC 4880 section 5.2.3.24)
+my $features = { mdc => 0x01
+              };
 
+# bitstring (see RFC 4880 5.2.3.17)
+my $keyserver_prefs = { nomodify => 0x80
+                     };
 
-my $rsa = Crypt::OpenSSL::RSA->new_private_key($buf);
+###### end lookup tables ######
 
-$rsa->use_sha1_hash();
-$rsa->use_no_padding();
+# FIXME: if we want to be able to interpret openpgp data as well as
+# produce it, we need to produce key/value-swapped lookup tables as well.
 
-if (! $rsa->check_key()) {
-  die "key does not check";
+
+########### Math/Utility Functions ##############
+
+
+# see the bottom of page 43 of RFC 4880
+sub simple_checksum {
+  my $bytes = shift;
+
+  return unpack("%32W*",$bytes) % 65536;
 }
 
-my $version = pack('C', 4);
-# strong assertion of identity:
-my $sigtype = pack('C', 0x13);
-# RSA
-my $pubkey_algo = pack('C', 1);
-# SHA1
-my $hash_algo = pack('C', 2);
+# calculate the multiplicative inverse of a mod b this is euclid's
+# extended algorithm.  For more information see:
+# http://en.wikipedia.org/wiki/Extended_Euclidean_algorithm the
+# arguments here should be Crypt::OpenSSL::Bignum objects.  $a should
+# be the larger of the two values, and the two values should be
+# coprime.
 
-# FIXME: i'm worried about generating a bazillion new OpenPGP
-# certificates from the same key, which could easily happen if you run
-# this script more than once against the same key.  How can we prevent
-# this?
+sub modular_multi_inverse {
+  my $a = shift;
+  my $b = shift;
 
-# could an environment variable (if set) override the current time?
-my $timestamp = time();
 
-my $creation_time_packet = pack('CCN', 5, 2, $timestamp);
+  my $origdivisor = $b->copy();
 
+  my $ctx = Crypt::OpenSSL::Bignum::CTX->new();
+  my $x = Crypt::OpenSSL::Bignum->zero();
+  my $y = Crypt::OpenSSL::Bignum->one();
+  my $lastx = Crypt::OpenSSL::Bignum->one();
+  my $lasty = Crypt::OpenSSL::Bignum->zero();
 
-# FIXME: HARDCODED: what if someone wants to select a different set of
-# usage flags?  For now, we do only authentication.
-my $flags = $usage_flags->{authenticate};
-my $usage_packet = pack('CCC', 2, 27, $flags);
+  my $finalquotient;
+  my $finalremainder;
 
+  while (! $b->is_zero()) {
+    my ($quotient, $remainder) = $a->div($b, $ctx);
 
-# FIXME: HARDCODED: how should we determine how far off to set the
-# expiration date?  default is to expire in 2 days, which is insanely
-# short (but good for testing).
-my $expires_in = 86400*2;
-my $expiration_packet = pack('CCN', 5, 9, $expires_in);
+    $a = $b;
+    $b = $remainder;
 
+    my $temp = $x;
+    $x = $lastx->sub($quotient->mul($x, $ctx));
+    $lastx = $temp;
 
-# prefer AES-256, AES-192, AES-128, CAST5, 3DES:
-my $pref_sym_algos = pack('CCCCCCC', 6, 11, 9, 8, 7, 3, 2);
+    $temp = $y;
+    $y = $lasty->sub($quotient->mul($y, $ctx));
+    $lasty = $temp;
+  }
 
-# prefer SHA-1, SHA-256, RIPE-MD/160
-my $pref_hash_algos = pack('CCCCC', 4, 21, 2, 8, 3);
+  if (!$a->is_one()) {
+    die "did this math wrong.\n";
+  }
 
-# prefer ZLIB, BZip2, ZIP
-my $pref_zip_algos = pack('CCCCC', 4, 22, 2, 3, 1);
+  # let's make sure that we return a positive value because RFC 4880,
+  # section 3.2 only allows unsigned values:
 
-# we support the MDC feature:
-my $features = pack('CCC', 2, 30, 1);
+  ($finalquotient, $finalremainder) = $lastx->add($origdivisor)->div($origdivisor, $ctx);
 
-# keyserver preference: only owner modify (???):
-my $keyserver_pref = pack('CCC', 2, 23, 0x80);
+  return $finalremainder;
+}
 
-my $subpackets_to_be_hashed =
-  $creation_time_packet.
-  $usage_packet.
-  $expiration_packet.
-  $pref_sym_algos.
-  $pref_hash_algos.
-  $pref_zip_algos.
-  $features.
-  $keyserver_pref;
 
-my $subpacket_octets = pack('n', length($subpackets_to_be_hashed));
+############ OpenPGP formatting functions ############
 
-my $sig_data_to_be_hashed =
-  $version.
-  $sigtype.
-  $pubkey_algo.
-  $hash_algo.
-  $subpacket_octets.
-  $subpackets_to_be_hashed;
+# make an old-style packet out of the given packet type and body.
+# old-style  (see RFC 4880 section 4.2)
+sub make_packet {
+  my $type = shift;
+  my $body = shift;
+  my $options = shift;
 
-my $pubkey = make_rsa_pub_key_body($rsa, $timestamp);
+  my $len = length($body);
+  my $pseudolen = $len;
 
-#open(KEYFILE, "</home/wt215/gpg-test/key-data");
-my $key_data = make_packet(6, $pubkey);
+  # if the caller wants to use at least N octets of packet length,
+  # pretend that we're using that many.
+  if (defined $options && defined $options->{'packet_length'}) {
+      $pseudolen = 2**($options->{'packet_length'} * 8) - 1;
+  }
+  if ($pseudolen < $len) {
+      $pseudolen = $len;
+  }
 
-# take the last 8 bytes of the fingerprint as the keyid:
-my $keyid = substr(fingerprint($rsa, $timestamp), 20 - 8, 8);
+  my $lenbytes;
+  my $lencode;
+
+  if ($pseudolen < 2**8) {
+    $lenbytes = $old_format_packet_lengths->{one};
+    $lencode = 'C';
+  } elsif ($pseudolen < 2**16) {
+    $lenbytes = $old_format_packet_lengths->{two};
+    $lencode = 'n';
+  } elsif ($pseudolen < 2**31) {
+    ## not testing against full 32 bits because i don't want to deal
+    ## with potential overflow.
+    $lenbytes = $old_format_packet_lengths->{four};
+    $lencode = 'N';
+  } else {
+    ## what the hell do we do here?
+    $lenbytes = $old_format_packet_lengths->{indeterminate};
+    $lencode = '';
+  }
+
+  return pack('C'.$lencode, 0x80 + ($type * 4) + $lenbytes, $len).
+    $body;
+}
+
+
+# takes a Crypt::OpenSSL::Bignum, returns it formatted as OpenPGP MPI
+# (RFC 4880 section 3.2)
+sub mpi_pack {
+  my $num = shift;
+
+  my $val = $num->to_bin();
+  my $mpilen = length($val)*8;
+
+# this is a kludgy way to get the number of significant bits in the
+# first byte:
+  my $bitsinfirstbyte = length(sprintf("%b", ord($val)));
+
+  $mpilen -= (8 - $bitsinfirstbyte);
+
+  return pack('n', $mpilen).$val;
+}
+
+# FIXME: genericize these to accept either RSA or DSA keys:
+sub make_rsa_pub_key_body {
+  my $key = shift;
+  my $timestamp = shift;
+
+  my ($n, $e) = $key->get_key_parameters();
+
+  return
+    pack('CN', 4, $timestamp).
+      pack('C', $asym_algos->{rsa}).
+       mpi_pack($n).
+         mpi_pack($e);
+}
 
-# the v4 signature trailer is:
+sub make_rsa_sec_key_body {
+  my $key = shift;
+  my $timestamp = shift;
+
+  # we're not using $a and $b, but we need them to get to $c.
+  my ($n, $e, $d, $p, $q) = $key->get_key_parameters();
 
-# version number, literal 0xff, and then a 4-byte count of the
-# signature data itself.
-my $trailer = pack('CCN', 4, 0xff, length($sig_data_to_be_hashed));
+  my $c3 = modular_multi_inverse($p, $q);
 
-my $uid_data =
-  pack('CN', 0xb4, length($uid)).
-  $uid;
+  my $secret_material = mpi_pack($d).
+    mpi_pack($p).
+      mpi_pack($q).
+       mpi_pack($c3);
 
-my $datatosign =
-  $key_data.
-  $uid_data.
-  $sig_data_to_be_hashed.
-  $trailer;
+  # according to Crypt::OpenSSL::RSA, the closest value we can get out
+  # of get_key_parameters is 1/q mod p; but according to sec 5.5.3 of
+  # RFC 4880, we're actually looking for u, the multiplicative inverse
+  # of p, mod q.  This is why we're calculating the value directly
+  # with modular_multi_inverse.
 
-my $data_hash = Digest::SHA1::sha1_hex($datatosign);
+  return
+    pack('CN', 4, $timestamp).
+      pack('C', $asym_algos->{rsa}).
+       mpi_pack($n).
+         mpi_pack($e).
+           pack('C', 0). # seckey material is not encrypted -- see RFC 4880 sec 5.5.3
+             $secret_material.
+               pack('n', simple_checksum($secret_material));
+}
 
+# expects an RSA key (public or private) and a timestamp
+sub fingerprint {
+  my $key = shift;
+  my $timestamp = shift;
 
-my $issuer_packet = pack('CCa8', 9, 16, $keyid);
+  my $rsabody = make_rsa_pub_key_body($key, $timestamp);
 
-my $sig = Crypt::OpenSSL::Bignum->new_from_bin($rsa->sign($datatosign));
+  return Digest::SHA1::sha1(pack('Cn', 0x99, length($rsabody)).$rsabody);
+}
+
+
+# FIXME: handle DSA keys as well!
+sub pem2openpgp {
+  my $rsa = shift;
+  my $uid = shift;
+  my $args = shift;
+
+  $rsa->use_sha1_hash();
+
+  # see page 22 of RFC 4880 for why i think this is the right padding
+  # choice to use:
+  $rsa->use_pkcs1_padding();
+
+  if (! $rsa->check_key()) {
+    die "key does not check";
+  }
+
+  my $version = pack('C', 4);
+  # strong assertion of identity:
+  my $sigtype = pack('C', $sig_types->{positive_certification});
+  # RSA
+  my $pubkey_algo = pack('C', $asym_algos->{rsa});
+  # SHA1
+  my $hash_algo = pack('C', $digests->{sha1});
+
+  # FIXME: i'm worried about generating a bazillion new OpenPGP
+  # certificates from the same key, which could easily happen if you run
+  # this script more than once against the same key (because the
+  # timestamps will differ).  How can we prevent this?
+
+  # this environment variable (if set) overrides the current time, to
+  # be able to create a standard key?  If we read the key from a file
+  # instead of stdin, should we use the creation time on the file?
+  my $timestamp = 0;
+  if (defined $args->{timestamp}) {
+    $timestamp = ($args->{timestamp} + 0);
+  } else {
+    $timestamp = time();
+  }
 
-my $sig_body =
-  $sig_data_to_be_hashed.
-  pack('n', length($issuer_packet)).
-  $issuer_packet.
-  pack('n', hex(substr($data_hash, 0, 4))).
-  mpi_pack($sig);
+  my $creation_time_packet = pack('CCN', 5, $subpacket_types->{sig_creation_time}, $timestamp);
 
-print
-  make_packet(6, $pubkey).
-  make_packet(13, $uid).
-  make_packet(2, $sig_body);
 
+  my $flags = 0;
+  if (! defined $args->{usage_flags}) {
+    $flags = $usage_flags->{certify};
+  } else {
+    my @ff = split(",", $args->{usage_flags});
+    foreach my $f (@ff) {
+      if (! defined $usage_flags->{$f}) {
+       die "No such flag $f";
+      }
+      $flags |= $usage_flags->{$f};
+    }
+  }
+
+  my $usage_packet = pack('CCC', 2, $subpacket_types->{usage_flags}, $flags);
+
+
+  # how should we determine how far off to set the expiration date?
+  # default is no expiration.  Specify the timestamp in seconds from the
+  # key creation.
+  my $expiration_packet = '';
+  if (defined $args->{expiration}) {
+    my $expires_in = $args->{expiration} + 0;
+    $expiration_packet = pack('CCN', 5, $subpacket_types->{key_expiration_time}, $expires_in);
+  }
+
+
+  # prefer AES-256, AES-192, AES-128, CAST5, 3DES:
+  my $pref_sym_algos = pack('CCCCCCC', 6, $subpacket_types->{preferred_cipher},
+                           $ciphers->{aes256},
+                           $ciphers->{aes192},
+                           $ciphers->{aes128},
+                           $ciphers->{cast5},
+                           $ciphers->{tripledes}
+                          );
+
+  # prefer SHA-1, SHA-256, RIPE-MD/160
+  my $pref_hash_algos = pack('CCCCC', 4, $subpacket_types->{preferred_digest},
+                            $digests->{sha1},
+                            $digests->{sha256},
+                            $digests->{ripemd160}
+                           );
+
+  # prefer ZLIB, BZip2, ZIP
+  my $pref_zip_algos = pack('CCCCC', 4, $subpacket_types->{preferred_compression},
+                           $zips->{zlib},
+                           $zips->{bzip2},
+                           $zips->{zip}
+                          );
+
+  # we support the MDC feature:
+  my $feature_subpacket = pack('CCC', 2, $subpacket_types->{features},
+                              $features->{mdc});
+
+  # keyserver preference: only owner modify (???):
+  my $keyserver_pref = pack('CCC', 2, $subpacket_types->{keyserver_prefs},
+                           $keyserver_prefs->{nomodify});
+
+  my $subpackets_to_be_hashed =
+    $creation_time_packet.
+      $usage_packet.
+       $expiration_packet.
+         $pref_sym_algos.
+           $pref_hash_algos.
+             $pref_zip_algos.
+               $feature_subpacket.
+                 $keyserver_pref;
+
+  my $subpacket_octets = pack('n', length($subpackets_to_be_hashed));
+
+  my $sig_data_to_be_hashed =
+    $version.
+      $sigtype.
+       $pubkey_algo.
+         $hash_algo.
+           $subpacket_octets.
+             $subpackets_to_be_hashed;
+
+  my $pubkey = make_rsa_pub_key_body($rsa, $timestamp);
+  my $seckey = make_rsa_sec_key_body($rsa, $timestamp);
+
+  # this is for signing.  it needs to be an old-style header with a
+  # 2-packet octet count.
+
+  my $key_data = make_packet($packet_types->{pubkey}, $pubkey, {'packet_length'=>2});
+
+  # take the last 8 bytes of the fingerprint as the keyid:
+  my $keyid = substr(fingerprint($rsa, $timestamp), 20 - 8, 8);
+
+  # the v4 signature trailer is:
+
+  # version number, literal 0xff, and then a 4-byte count of the
+  # signature data itself.
+  my $trailer = pack('CCN', 4, 0xff, length($sig_data_to_be_hashed));
+
+  my $uid_data =
+    pack('CN', 0xb4, length($uid)).
+      $uid;
+
+  my $datatosign =
+    $key_data.
+      $uid_data.
+       $sig_data_to_be_hashed.
+         $trailer;
+
+  my $data_hash = Digest::SHA1::sha1_hex($datatosign);
+
+  my $issuer_packet = pack('CCa8', 9, $subpacket_types->{issuer}, $keyid);
+
+  my $sig = Crypt::OpenSSL::Bignum->new_from_bin($rsa->sign($datatosign));
+
+  my $sig_body =
+    $sig_data_to_be_hashed.
+      pack('n', length($issuer_packet)).
+       $issuer_packet.
+         pack('n', hex(substr($data_hash, 0, 4))).
+           mpi_pack($sig);
+
+  return
+    make_packet($packet_types->{seckey}, $seckey).
+      make_packet($packet_types->{uid}, $uid).
+       make_packet($packet_types->{sig}, $sig_body);
+}
+
+
+my $rsa;
+if (defined $ENV{PEM2OPENPGP_NEWKEY}) {
+  $rsa = Crypt::OpenSSL::RSA->generate_key($ENV{PEM2OPENPGP_NEWKEY});
+} else {
+  # slurp in the entire stdin:
+  undef $/;
+  my $stdin = <STDIN>;
+
+  $rsa = Crypt::OpenSSL::RSA->new_private_key($stdin);
+}
+
+my $uid = shift;
+
+# FIXME: fail if there is no given user ID; or should we default to
+# hostname_long() from Sys::Hostname::Long ?
+
+print pem2openpgp($rsa,
+                 $uid,
+                 { timestamp => $ENV{PEM2OPENPGP_TIMESTAMP},
+                   expiration => $ENV{PEM2OPENPGP_EXPIRATION},
+                   usage_flags => $ENV{PEM2OPENPGP_USAGE_FLAGS},
+                  }
+                );