Begining of the machine oracle (work in progress..)
[crypto_lab1.git] / src / packet.rs
index 49ae2be..73eecea 100644 (file)
@@ -1,20 +1,22 @@
 use std::io;
 use std::fmt;
-use std::rand::{ random, task_rng, distributions };
+use std::rand::{ Rng, StdRng, SeedableRng, distributions };
 use std::rand::distributions::IndependentSample;
+use serialize::hex::{ ToHex };
 use crypto;
 
 // There are all the errors that may occur when reading an encrypted and authenticated packet.
 #[deriving(Show)]
 pub enum ReadingError {
    IOReadError(io::IoError),
-   UnknownPacketTypeReadError, // If the first byte is unknown.
-   UnconsistentEncryptedSizeError, 
+   UnknownPacketTypeError, // If the first byte is unknown.
+   UnconsistentEncryptedSizeError,
    UnconsistentDataSizeError, // The data size is not valid.
    UnconsistentMACSizeError, // The MAC hasn't the correct size.
-   MACMismatchError, // The uncrypted received data doesn't match to the received MAC. 
-   PaddingError, // Padding format error.   
+   MACMismatchError, // The uncrypted received data doesn't match to the received MAC.
+   PaddingError, // Padding format error.
    DataError, // The data are invalid.
+   InvalidTimestampError
 }
 
 // A macro to return a 'IOReadError' in case of error.
@@ -25,8 +27,8 @@ macro_rules! try_read_io(
 // There are all the errors that may occur when encrypting, authenticating and writing a packet.
 #[deriving(Show)]
 pub enum WritingError {
-   WriteIOError(io::IoError)
-   // TODO...
+   WriteIOError(io::IoError),
+   EncryptError,
 }
 
 // A macro to return a 'IOWritingError' in case of error.
@@ -41,123 +43,177 @@ static MIN_PAYLOAD_SIZE: uint = 7;
 static MAX_PAYLOAD_SIZE: uint = 39;
 static FIXED_PACKET_SIZE: uint = 1 + 8 + 10; // Packet type + timestamp + MAC.
 
-#[deriving(Show)]
+#[deriving(Show, Clone)]
 pub struct PacketData {
    id: u8,
    payload: Vec<u8> // The size can vary from 'MIN_PAYLOAD_SIZE' to 'MAX_PAYLOAD_SIZE' bytes.
 }
 
-#[deriving(Show)]
+#[deriving(Show, Clone)]
 pub enum ErrorType {
    CryptError,
    AuthError
 }
 
-#[deriving(Show)]
+#[deriving(Clone)]
 pub enum PacketType {
    Command(PacketData),
    Answer(PacketData),
    Error(ErrorType),
 }
 
+/// Serialized packet format : |LL|P|TTTTTTTT|D...D|MMMMMMMMMM|
+/// Where:
+///   LL: Size of the following data
+///   P: Packet type:
+///      0x00: Command
+///      OxFF: Answer
+///      0x0A: Decrypt error
+///      0x0B: Authentication error
+///   TTTTTTTT: Timestamp (64 bits)
+///      D...D: Encrypted data (AES-256 CBC mode) of:
+///         |I|C...C|P...P| for command and answer packet:
+///            I: Command ID
+///            C: Command payload (from 7 to 39 bytes)
+///            P: Padding from 1 to 16, |I|C...C|P...P| size must be a multiple of 16
+///         |0000000000000000| for error packet (16 bytes length)
+///   MMMMMMMMMM: first 10 bytes (most significant) of the HMAC-SHA256 of:
+///      |I|C...C| for command and answer packet
+///      |0000000000000000| for error packet
+#[deriving(Show)]
 pub struct Packet {
    pub t: PacketType,
    pub timestamp: u64
 }
 
-impl fmt::Show for Packet {
+impl fmt::Show for PacketType {
    fn fmt(&self, formatter: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
       fn data_to_str(data: &PacketData) -> String {
-         format!("id: {}, payload({}): {}", data.id, data.payload.len(), data.payload)
+         format!("id: {}, payload({}): \"{}\"", data.id, data.payload.len(), data.payload.as_slice().to_hex())
       }
-      match self.t {
-         Command(ref data) => write!(formatter, "Command packet {{ timestamp: {}, {} }}", self.timestamp, data_to_str(data)),
-         Answer(ref data) => write!(formatter, "Answer packet {{ timestamp: {}, {} }}", self.timestamp, data_to_str(data)),
-         Error(error_type) => write!(formatter, "Error packet {{ timestamp: {}, errorType: {} }}", self.timestamp, error_type)
+      match self {
+         &Command(ref data) => write!(formatter, "Command {{ {} }}", data_to_str(data)),
+         &Answer(ref data) => write!(formatter, "Answer {{ {} }}", data_to_str(data)),
+         &Error(error_type) => write!(formatter, "Error {{ errorType: {} }}", error_type)
       }
    }
 }
 
 impl Packet {
-   pub fn random_packet_data() -> PacketData {        
-      let mut rng = task_rng();
-      PacketData { 
-         id: random::<u8>(),
-         payload: Vec::from_fn(distributions::Range::new(MIN_PAYLOAD_SIZE, MAX_PAYLOAD_SIZE + 1).ind_sample(&mut rng), |_| random::<u8>())
+   pub fn random_packet_data(seed: &[uint]) -> PacketData {
+      let mut rng = if seed.is_empty() { StdRng::new().unwrap() } else { SeedableRng::from_seed(seed) };
+      let mut payload = Vec::from_elem(distributions::Range::new(MIN_PAYLOAD_SIZE, MAX_PAYLOAD_SIZE + 1).ind_sample(&mut rng), 0u8);
+      rng.fill_bytes(payload.as_mut_slice_());
+      PacketData {
+         id: rng.gen::<u8>(),
+         payload: payload
       }
    }
 
-   pub fn write(&self, output: &mut io::Writer) ->  WritingResult {
+   pub fn new_packet_data(id: u8, payload: Vec<u8>) -> PacketData {
+      PacketData { id: id, payload: payload }
+   }
+
+   pub fn write(&self, output: &mut io::Writer) -> WritingResult {
+      self.write_with_padding_fun(output, |_, padding_length: uint| -> u8 {
+         padding_length as u8
+      })
+   }
+
+   /// 'padd_fun' is function defining the padding. The first argument is the index of the current byte, starting at 0.
+   /// The second argument is the padding length.
+   pub fn write_with_padding_fun(&self, output: &mut io::Writer, padd_fun: |uint, uint| -> u8) -> WritingResult {
       fn packet_data(p: &PacketData) -> Vec<u8> {
          let mut d = Vec::new();
          d.push(p.id);
          d.push_all(p.payload.as_slice());
          d
       }
-      
-      // Data to be encrypted.    
-      let mut data = 
+
+      // Data to be encrypted.
+      let mut data =
          match self.t {
             Command(ref p) | Answer(ref p) => packet_data(p),
-            Error(_) => Vec::from_elem(16, '0' as u8) // Padding as data: 16 * '0'.
+            Error(_) => Vec::from_elem(16, 0) // Padding as data: 16 * 0.
          };
-         
+
       // Compute the MAC
-      let mac = crypto::compute_mac(data.as_slice());        
-   
+      let mac = crypto::compute_mac(data.as_slice());
+
       // Padding.
       match self.t {
          Command(_) | Answer(_) => {
-            let padding_size = if data.len() % 16 == 0 { 16 } else { data.len() % 16 } ;
-            data.push_all(Vec::from_elem(padding_size, padding_size as u8).as_slice());
+            let padding_size = if data.len() % 16 == 0 { 16 } else { 16 - data.len() % 16 } ;
+            data.reserve_additional(padding_size);
+            for i in range(0, padding_size) {
+               data.push(padd_fun(i, padding_size));
+            }
          },
          _ => ()
       }
-         
+
       // Encrypt.
-      let encrypted_data = crypto::encrypt(data.as_slice(), iv_from_timestamp(self.timestamp).as_slice());         
-         
+      let encrypted_data = match crypto::encrypt(data.as_slice(), iv_from_timestamp(self.timestamp).as_slice()) {
+         Some(d) => d,
+         _ => return Err(EncryptError)
+      };
+
       // Write packet length.
       try_write_io!(output.write_be_u16((encrypted_data.len() + FIXED_PACKET_SIZE) as u16));
-      
+
       // Write packet type.
       try_write_io!(output.write_u8(
          match self.t {
             Command(_) => 0x00,
             Answer(_) => 0xFF,
             Error(CryptError) => 0x0A,
-            Error(AuthError) => 0x0B 
+            Error(AuthError) => 0x0B
          }
       ));
-      
+
       // Write timestamp.
       try_write_io!(output.write_be_u64(self.timestamp));
-      
+
       // Write encrypted data.
       try_write_io!(output.write(encrypted_data.as_slice()));
-      
+
       // Write the MAC.
       try_write_io!(output.write(mac));
-         
+
       Ok(())
    }
-   
+
    pub fn read(input: &mut io::Reader) -> ReadingResult {
+      fn consume(input: &mut io::Reader, nb_byte: uint) {
+         let _ = input.read_exact(nb_byte);
+      }
+
       let data_size = try_read_io!(input.read_be_u16());
+
+      // Read and check the packet type.
       let packet_type = try_read_io!(input.read_u8());
+      if ![0x00, 0xFF, 0x0A, 0x0B].iter().any(|p| *p == packet_type) {
+         consume(input, data_size as uint - 1);
+         return Err(UnknownPacketTypeError)
+      }
+
       let timestamp = try_read_io!(input.read_be_u64());
-      
-      let mut encrypted_data = Vec::from_elem(data_size as uint - FIXED_PACKET_SIZE, 0u8);      
+
+      let mut encrypted_data = Vec::from_elem(data_size as uint - FIXED_PACKET_SIZE, 0u8);
       if try_read_io!(input.read(encrypted_data.as_mut_slice_())) != encrypted_data.len() {
          return Err(UnconsistentEncryptedSizeError)
       }
-      let mut data = crypto::decrypt(encrypted_data.as_slice(), iv_from_timestamp(timestamp).as_slice());
-                     
-      // Control the size and the content of the padding then remove it.      
+      let mut data = match crypto::decrypt(encrypted_data.as_slice(), iv_from_timestamp(timestamp).as_slice()) {
+         Some(d) => d,
+         _ => return Err(UnconsistentEncryptedSizeError)
+      };
+
+      // Control the size and the content of the padding then remove it.
       if packet_type == 0x00 || packet_type == 0xFF {
          match data.last() {
-            Some(&padding_size) => {            
+            Some(&padding_size) => {
                if padding_size as uint > data.len() || !data.slice_from(data.len() - padding_size as uint).iter().any(|b| *b == padding_size) {
+                  consume(input, 10);
                   return Err(PaddingError)
                }
                let data_length = data.len() - padding_size as uint;
@@ -167,7 +223,7 @@ impl Packet {
                return Err(PaddingError)
          }
       }
-            
+
       // Read an verify the MAC.
       let mut mac_read = [0u8, ..10];
       if try_read_io!(input.read(mac_read)) != mac_read.len() {
@@ -177,26 +233,26 @@ impl Packet {
       if mac_read != mac_data {
          return Err(MACMismatchError)
       }
-      
+
       Ok(Packet {
          t: match packet_type {
-            0x00 | 0xFF => {     
+            // Command or answer.
+            0x00 | 0xFF => {
                if data.len() < MIN_PAYLOAD_SIZE + 1 || data.len() > MAX_PAYLOAD_SIZE + 1 {
                   return Err(UnconsistentDataSizeError)
                }
                let pd = PacketData { id: data[0], payload: data.tail().to_vec() }; // match data.as_slice() { [id, payload..] => PacketData { id: id, payload: payload.to_vec() } };
                match packet_type { 0x00 => Command(pd), _ => Answer(pd) }
             },
-            0x0A | 0x0B => { 
+            // Error.
+            _ => {
                if data.len() != 16 {
                   return Err(UnconsistentDataSizeError)
-               } else if data != Vec::from_elem(16, '0' as u8) {               
+               } else if data != Vec::from_elem(16, 0) {
                   return Err(DataError)
                }
-               match packet_type { 0x0A => Error(CryptError), _ => Error(AuthError) }               
-            },
-            _ => 
-               return Err(UnknownPacketTypeReadError)
+               match packet_type { 0x0A => Error(CryptError), _ => Error(AuthError) }
+            }
          },
          timestamp: timestamp
       })