]> scripts.mit.edu Git - autoinstallsdev/mediawiki.git/blobdiff - includes/libs/CryptHKDF.php
MediaWiki 1.30.2
[autoinstallsdev/mediawiki.git] / includes / libs / CryptHKDF.php
diff --git a/includes/libs/CryptHKDF.php b/includes/libs/CryptHKDF.php
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6b3e4a7
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,282 @@
+<?php
+/**
+ * Extract-and-Expand Key Derivation Function (HKDF). A cryptographicly
+ * secure key expansion function based on RFC 5869.
+ *
+ * This relies on the secrecy of $wgSecretKey (by default), or $wgHKDFSecret.
+ * By default, sha256 is used as the underlying hashing algorithm, but any other
+ * algorithm can be used. Finding the secret key from the output would require
+ * an attacker to discover the input key (the PRK) to the hmac that generated
+ * the output, and discover the particular data, hmac'ed with an evolving key
+ * (salt), to produce the PRK. Even with md5, no publicly known attacks make
+ * this currently feasible.
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU General Public License as published by
+ * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
+ * (at your option) any later version.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
+ * GNU General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License along
+ * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
+ * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
+ * http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
+ *
+ * @author Chris Steipp
+ * @file
+ */
+
+class CryptHKDF {
+
+       /**
+        * @var BagOStuff The persistent cache
+        */
+       protected $cache = null;
+
+       /**
+        * @var string Cache key we'll use for our salt
+        */
+       protected $cacheKey = null;
+
+       /**
+        * @var string The hash algorithm being used
+        */
+       protected $algorithm = null;
+
+       /**
+        * @var string binary string, the salt for the HKDF
+        * @see getSaltUsingCache
+        */
+       protected $salt = '';
+
+       /**
+        * @var string The pseudorandom key
+        */
+       private $prk = '';
+
+       /**
+        * The secret key material. This must be kept secret to preserve
+        * the security properties of this RNG.
+        *
+        * @var string
+        */
+       private $skm;
+
+       /**
+        * @var string The last block (K(i)) of the most recent expanded key
+        */
+       protected $lastK;
+
+       /**
+        * a "context information" string CTXinfo (which may be null)
+        * See http://eprint.iacr.org/2010/264.pdf Section 4.1
+        *
+        * @var array
+        */
+       protected $context = [];
+
+       /**
+        * Round count is computed based on the hash'es output length,
+        * which neither php nor openssl seem to provide easily.
+        *
+        * @var int[]
+        */
+       public static $hashLength = [
+               'md5' => 16,
+               'sha1' => 20,
+               'sha224' => 28,
+               'sha256' => 32,
+               'sha384' => 48,
+               'sha512' => 64,
+               'ripemd128' => 16,
+               'ripemd160' => 20,
+               'ripemd256' => 32,
+               'ripemd320' => 40,
+               'whirlpool' => 64,
+       ];
+
+       /**
+        * @var CryptRand
+        */
+       private $cryptRand;
+
+       /**
+        * @param string $secretKeyMaterial
+        * @param string $algorithm Name of hashing algorithm
+        * @param BagOStuff $cache
+        * @param string|array $context Context to mix into HKDF context
+        * @param CryptRand $cryptRand
+        * @throws InvalidArgumentException if secret key material is too short
+        */
+       public function __construct( $secretKeyMaterial, $algorithm, BagOStuff $cache, $context,
+               CryptRand $cryptRand
+       ) {
+               if ( strlen( $secretKeyMaterial ) < 16 ) {
+                       throw new InvalidArgumentException( "secret was too short." );
+               }
+               $this->skm = $secretKeyMaterial;
+               $this->algorithm = $algorithm;
+               $this->cache = $cache;
+               $this->context = is_array( $context ) ? $context : [ $context ];
+               $this->cryptRand = $cryptRand;
+
+               // To prevent every call from hitting the same memcache server, pick
+               // from a set of keys to use. mt_rand is only use to pick a random
+               // server, and does not affect the security of the process.
+               $this->cacheKey = $cache->makeKey( 'HKDF', mt_rand( 0, 16 ) );
+       }
+
+       /**
+        * Save the last block generated, so the next user will compute a different PRK
+        * from the same SKM. This should keep things unpredictable even if an attacker
+        * is able to influence CTXinfo.
+        */
+       function __destruct() {
+               if ( $this->lastK ) {
+                       $this->cache->set( $this->cacheKey, $this->lastK );
+               }
+       }
+
+       /**
+        * MW specific salt, cached from last run
+        * @return string Binary string
+        */
+       protected function getSaltUsingCache() {
+               if ( $this->salt == '' ) {
+                       $lastSalt = $this->cache->get( $this->cacheKey );
+                       if ( $lastSalt === false ) {
+                               // If we don't have a previous value to use as our salt, we use
+                               // 16 bytes from CryptRand, which will use a small amount of
+                               // entropy from our pool. Note, "XTR may be deterministic or keyed
+                               // via an optional “salt value”  (i.e., a non-secret random
+                               // value)..." - http://eprint.iacr.org/2010/264.pdf. However, we
+                               // use a strongly random value since we can.
+                               $lastSalt = $this->cryptRand->generate( 16 );
+                       }
+                       // Get a binary string that is hashLen long
+                       $this->salt = hash( $this->algorithm, $lastSalt, true );
+               }
+               return $this->salt;
+       }
+
+       /**
+        * Produce $bytes of secure random data. As a side-effect,
+        * $this->lastK is set to the last hashLen block of key material.
+        *
+        * @param int $bytes Number of bytes of data
+        * @param string $context Context to mix into CTXinfo
+        * @return string Binary string of length $bytes
+        */
+       public function generate( $bytes, $context = '' ) {
+               if ( $this->prk === '' ) {
+                       $salt = $this->getSaltUsingCache();
+                       $this->prk = self::HKDFExtract(
+                               $this->algorithm,
+                               $salt,
+                               $this->skm
+                       );
+               }
+
+               $CTXinfo = implode( ':', array_merge( $this->context, [ $context ] ) );
+
+               return self::HKDFExpand(
+                       $this->algorithm,
+                       $this->prk,
+                       $CTXinfo,
+                       $bytes,
+                       $this->lastK
+               );
+       }
+
+       /**
+        * RFC5869 defines HKDF in 2 steps, extraction and expansion.
+        * From http://eprint.iacr.org/2010/264.pdf:
+        *
+        * The scheme HKDF is specifed as:
+        *   HKDF(XTS, SKM, CTXinfo, L) = K(1) || K(2) || ... || K(t)
+        * where the values K(i) are defined as follows:
+        *   PRK = HMAC(XTS, SKM)
+        *   K(1) = HMAC(PRK, CTXinfo || 0);
+        *   K(i+1) = HMAC(PRK, K(i) || CTXinfo || i), 1 <= i < t;
+        * where t = [L/k] and the value K(t) is truncated to its first d = L mod k bits;
+        * the counter i is non-wrapping and of a given fixed size, e.g., a single byte.
+        * Note that the length of the HMAC output is the same as its key length and therefore
+        * the scheme is well defined.
+        *
+        * XTS is the "extractor salt"
+        * SKM is the "secret keying material"
+        *
+        * N.B. http://eprint.iacr.org/2010/264.pdf seems to differ from RFC 5869 in that the test
+        * vectors from RFC 5869 only work if K(0) = '' and K(1) = HMAC(PRK, K(0) || CTXinfo || 1)
+        *
+        * @param string $hash The hashing function to use (e.g., sha256)
+        * @param string $ikm The input keying material
+        * @param string $salt The salt to add to the ikm, to get the prk
+        * @param string $info Optional context (change the output without affecting
+        *      the randomness properties of the output)
+        * @param int $L Number of bytes to return
+        * @return string Cryptographically secure pseudorandom binary string
+        */
+       public static function HKDF( $hash, $ikm, $salt, $info, $L ) {
+               $prk = self::HKDFExtract( $hash, $salt, $ikm );
+               $okm = self::HKDFExpand( $hash, $prk, $info, $L );
+               return $okm;
+       }
+
+       /**
+        * Extract the PRK, PRK = HMAC(XTS, SKM)
+        * Note that the hmac is keyed with XTS (the salt),
+        * and the SKM (source key material) is the "data".
+        *
+        * @param string $hash The hashing function to use (e.g., sha256)
+        * @param string $salt The salt to add to the ikm, to get the prk
+        * @param string $ikm The input keying material
+        * @return string Binary string (pseudorandm key) used as input to HKDFExpand
+        */
+       private static function HKDFExtract( $hash, $salt, $ikm ) {
+               return hash_hmac( $hash, $ikm, $salt, true );
+       }
+
+       /**
+        * Expand the key with the given context
+        *
+        * @param string $hash Hashing Algorithm
+        * @param string $prk A pseudorandom key of at least HashLen octets
+        *    (usually, the output from the extract step)
+        * @param string $info Optional context and application specific information
+        *    (can be a zero-length string)
+        * @param int $bytes Length of output keying material in bytes
+        *    (<= 255*HashLen)
+        * @param string &$lastK Set by this function to the last block of the expansion.
+        *    In MediaWiki, this is used to seed future Extractions.
+        * @return string Cryptographically secure random string $bytes long
+        * @throws InvalidArgumentException
+        */
+       private static function HKDFExpand( $hash, $prk, $info, $bytes, &$lastK = '' ) {
+               $hashLen = self::$hashLength[$hash];
+               $rounds = ceil( $bytes / $hashLen );
+               $output = '';
+
+               if ( $bytes > 255 * $hashLen ) {
+                       throw new InvalidArgumentException( 'Too many bytes requested from HDKFExpand' );
+               }
+
+               // K(1) = HMAC(PRK, CTXinfo || 1);
+               // K(i) = HMAC(PRK, K(i-1) || CTXinfo || i); 1 < i <= t;
+               for ( $counter = 1; $counter <= $rounds; ++$counter ) {
+                       $lastK = hash_hmac(
+                               $hash,
+                               $lastK . $info . chr( $counter ),
+                               $prk,
+                               true
+                       );
+                       $output .= $lastK;
+               }
+
+               return substr( $output, 0, $bytes );
+       }
+}