GMPを使用してSSHのRSA鍵を作成するプログラム

generatersakey.c

/*
 * このプログラムを使用するにはGNU MP https://gmplib.org/index.html が必要です。
 * コマンドライン
 * generatersakey <使用する素数のビット数> <公開鍵のファイル名> <秘密鍵のファイル名>
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <gmp.h>

static const char base64chars[]=
	"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
	"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
	"0123456789+/";

typedef struct {
	FILE* fp;
	int bufferStatus;
	int linePosition;
	int lineBreak;
	unsigned char buffer;
} base64encode_t;

void base64start(base64encode_t* b64,FILE* fp,int lineBreak) {
	b64->fp=fp;
	b64->bufferStatus=0;
	b64->linePosition=0;
	b64->lineBreak=lineBreak;
}

void base64putchar(base64encode_t* b64,int c) {
	fputc(c,b64->fp);
	b64->linePosition++;
	if(b64->lineBreak>0 && b64->linePosition>=b64->lineBreak) {
		b64->linePosition=0;
		fputc('\n',b64->fp);
	}
}

void base64write(base64encode_t* b64,const void* data,int size) {
	int i;
	const unsigned char* p=(const unsigned char*)data;
	for(i=0;i<size;i++) {
		unsigned char now=*(p++);
		switch(b64->bufferStatus) {
			case 0:
				b64->buffer=now;
				base64putchar(b64,base64chars[(now>>2)&0x3f]);
				b64->bufferStatus=1;
				break;
			case 1:
				base64putchar(b64,base64chars[((b64->buffer<<4)|(now>>4))&0x3f]);
				b64->buffer=now;
				b64->bufferStatus=2;
				break;
			case 2:
				base64putchar(b64,base64chars[((b64->buffer<<2)|(now>>6))&0x3f]);
				base64putchar(b64,base64chars[now&0x3f]);
				b64->bufferStatus=0;
				break;
		}
	}
}

void base64end(base64encode_t* b64) {
	switch(b64->bufferStatus) {
		/* case 0: do nothing */
		case 1:
			base64putchar(b64,base64chars[(b64->buffer<<4)&0x3f]);
			base64putchar(b64,'=');
			fputc('=',b64->fp);
			break;
		case 2:
			base64putchar(b64,base64chars[(b64->buffer<<2)&0x3f]);
			fputc('=',b64->fp);
			break;
	}
	b64->bufferStatus=0;
	b64->linePosition=0;
}

void writeSizeDataToBase64(base64encode_t* b64,size_t size) {
	unsigned char sizeBuffer[4];
	unsigned char count;
	int i;
	if(size<0x80) {
		count=(unsigned char)size;
		base64write(b64,(void*)&count,1);
	} else {
		for(count=0;size>0;size>>=8)sizeBuffer[count++]=size&0xff;
		count|=0x80;
		base64write(b64,(void*)&count,1);
		for(i=(count&0x7f)-1;i>=0;i--)base64write(b64,(void*)&sizeBuffer[i],1);
	}
}

void writeIntegerToBase64(base64encode_t* b64,const void* dat,size_t size,int mode) {
	unsigned char sizeBuffer[4];
	size_t writeSize;
	int i;
	if(((const unsigned char*)dat)[0]&0x80) {
		writeSize=size+1;
	} else {
		writeSize=size;
	}
	if(mode==0) {
		for(i=0;i<4;i++)sizeBuffer[i]=(writeSize>>((3-i)*8))&0xff;
		base64write(b64,(void*)sizeBuffer,4);
	} else {
		sizeBuffer[0]=0x02;
		base64write(b64,(void*)sizeBuffer,1);
		writeSizeDataToBase64(b64,writeSize);
	}
	if(((const unsigned char*)dat)[0]&0x80) {
		sizeBuffer[0]=0;
		base64write(b64,(void*)sizeBuffer,1);
	}
	base64write(b64,dat,size);
}

int calcuateSizeOfSizeData(size_t size) {
	int ret;
	if(size<0x80)return 1;
	for(ret=1;size>0;size>>=8)ret++;
	return ret;
}

int main(int argc,char* argv[]) {
	static const char identifier[]="\x00\x00\x00\x07ssh-rsa";
	int bits=1024;
	mpz_t n,e,d,p,q,x1,x2,x3,tmp;
	gmp_randstate_t rs;
	FILE* fp;
	base64encode_t b64;
	void* n_dat=NULL;
	void* e_dat=NULL;
	void* dats[6]={};
	size_t n_size,e_size,sizes[6];
	size_t dataSize;
	int i;
	/* パラメータチェック */
	if(argc!=4) {
		fputs("Usage: generatersakey <bit num> <public key file> <private key file>\n",stderr);
		return 1;
	}
	/* ビット数の入力 */
	if(sscanf(argv[1],"%d",&bits)!=1 || bits<4) {
		fputs("Invalid bits!\n",stderr);
		return 1;
	}
	/* 初期化 */
	mpz_inits(n,e,d,p,q,x1,x2,x3,tmp,NULL);
	gmp_randinit_default(rs);
	gmp_randseed_ui(rs,(unsigned int)time(NULL));
	/* ランダムな素数の生成 */
	do {
		mpz_urandomb(p,rs,bits-1);
		mpz_setbit(p,bits-1);
		mpz_nextprime(p,p);
	} while(mpz_tstbit(p,bits)); /* while p>=2^bits (overflow) */
	do {
		mpz_urandomb(q,rs,bits-1);
		mpz_setbit(q,bits-1);
		mpz_nextprime(q,q);
	} while(mpz_tstbit(q,bits) || mpz_cmp(p,q)==0);
	/* パラメータの計算 */
	mpz_mul(n,p,q);
	mpz_sub_ui(tmp,p,1);
	mpz_sub_ui(x1,q,1);
	mpz_mul(tmp,tmp,x1);
	if(mpz_gcd_ui(NULL,tmp,65537)==1) {
		mpz_set_ui(e,65537);
	} else if(mpz_gcd_ui(NULL,tmp,17)==1) {
		mpz_set_ui(e,17);
	} else if(mpz_gcd_ui(NULL,tmp,35)==1) {
		mpz_set_ui(e,35);
	} else if(mpz_gcd_ui(NULL,tmp,3)==1) {
		mpz_set_ui(e,3);
	} else {
		fputs("Bad luck! Key generation failed. Please try again.\n",stderr);
	}
	mpz_invert(d,e,tmp);
	mpz_sub_ui(tmp,p,1);
	mpz_mod(x1,d,tmp);
	mpz_sub_ui(tmp,q,1);
	mpz_mod(x2,d,tmp);
	mpz_invert(x3,q,p);
	/* 計算したパラメータの書き出し */
	n_dat=mpz_export(NULL,&n_size,1,1,1,0,n);
	e_dat=mpz_export(NULL,&e_size,1,1,1,0,e);
	dats[0]=mpz_export(NULL,&sizes[0],1,1,1,0,d);
	dats[1]=mpz_export(NULL,&sizes[1],1,1,1,0,p);
	dats[2]=mpz_export(NULL,&sizes[2],1,1,1,0,q);
	dats[3]=mpz_export(NULL,&sizes[3],1,1,1,0,x1);
	dats[4]=mpz_export(NULL,&sizes[4],1,1,1,0,x2);
	dats[5]=mpz_export(NULL,&sizes[5],1,1,1,0,x3);
	/* 公開鍵の書き出し */
	if((fp=fopen(argv[2],"wb"))!=NULL) {
		fputs("ssh-rsa ",fp);
		base64start(&b64,fp,0);
		base64write(&b64,(void*)identifier,11);
		writeIntegerToBase64(&b64,e_dat,e_size,0);
		writeIntegerToBase64(&b64,n_dat,n_size,0);
		base64end(&b64);
		fputs(" key\n",fp);
		fclose(fp);
	} else {
		fputs("Public key file open error!\n",stderr);
	}
	/* 秘密鍵の書き出し */
	if((fp=fopen(argv[3],"wb"))!=NULL) {
		fputs("-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----\n",fp);
		base64start(&b64,fp,64);
		base64write(&b64,"\x30",1);
		dataSize=3;
		dataSize+=1+calcuateSizeOfSizeData(n_size)+n_size;
		if(((unsigned char*)n)[0]&0x80)dataSize++;
		dataSize+=1+calcuateSizeOfSizeData(e_size)+e_size;
		if(((unsigned char*)e)[0]&0x80)dataSize++;
		for(i=0;i<6;i++) {
			dataSize+=1+calcuateSizeOfSizeData(sizes[i])+sizes[i];
			if(((unsigned char*)dats[i])[0]&0x80)dataSize++;
		}
		writeSizeDataToBase64(&b64,dataSize);
		writeIntegerToBase64(&b64,(void*)"\x00",1,1);
		writeIntegerToBase64(&b64,n_dat,n_size,1);
		writeIntegerToBase64(&b64,e_dat,e_size,1);
		for(i=0;i<6;i++)writeIntegerToBase64(&b64,dats[i],sizes[i],1);
		base64end(&b64);
		fputs("\n-----END RSA PRIVATE KEY-----\n",fp);
		fclose(fp);
	} else {
		fputs("Private key file open error!\n",stderr);
	}
	/* 解放して終了 */
	free(n_dat);
	free(e_dat);
	for(i=0;i<6;i++)free(dats[i]);
	gmp_randclear(rs);
	mpz_clears(n,e,d,p,q,x1,x2,x3,tmp,NULL);
	return 0;
}