crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /* crypto/dsa/dsa_ossl.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58
  59 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  60
  61 #define OPENSSL_FIPSAPI
  62
  63 #include <stdio.h>
  64 #include "cryptlib.h"
  65 #include <openssl/bn.h>
  66 #include <openssl/sha.h>
  67 #include <openssl/dsa.h>
  68 #include <openssl/rand.h>
  69 #include <openssl/asn1.h>
  70 #ifdef OPENSSL_FIPS
  71 #include <openssl/fips.h>
  72 #endif
  73
  74 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  75 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
  76                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  77                           const unsigned char *dgst, int dlen);
  78 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
  79                          DSA *dsa);
  80 static int dsa_init(DSA *dsa);
  81 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  82
  83 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  84 "OpenSSL DSA method",
  85 dsa_do_sign,
  86 dsa_sign_setup,
  87 dsa_do_verify,
  88 NULL, /* dsa_mod_exp, */
  89 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
  90 dsa_init,
  91 dsa_finish,
  92 DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  93 NULL,
  94 NULL,
  95 NULL
  96 };
  97
  98 /* These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  99  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
 100  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
 101  *
 102  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
 103  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
 104  *
 105  * can be replaced by;
 106  *
 107  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 108  *                 dsa->method_mont_p);
 109  */
 110
 111 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 112         do { \
 113         int _tmp_res53; \
 114         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 115                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 116                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 117         else \
 118                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 119                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 120         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 121         } while(0)
 122 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 123         do { \
 124         int _tmp_res53; \
 125         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 126                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 127                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 128         else \
 129                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 130         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 131         } while(0)
 132
 133 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 134 {
 135         return &openssl_dsa_meth;
 136 }
 137
 138 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 139         {
 140         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 141         BIGNUM m;
 142         BIGNUM xr;
 143         BN_CTX *ctx=NULL;
 144         int reason=ERR_R_BN_LIB;
 145         DSA_SIG *ret=NULL;
 146         int noredo = 0;
 147
 148 #ifdef OPENSSL_FIPS
 149         if(FIPS_selftest_failed())
 150             {
 151             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_SIGN,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 152             return NULL;
 153             }
 154
 155         if (FIPS_module_mode() && !(dsa->flags & DSA_FLAG_NON_FIPS_ALLOW)
 156                 && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 157                 {
 158                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 159                 return NULL;
 160                 }
 161         if (!fips_check_dsa_prng(dsa, 0, 0))
 162                 goto err;
 163 #endif
 164
 165         BN_init(&m);
 166         BN_init(&xr);
 167
 168         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 169                 {
 170                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 171                 goto err;
 172                 }
 173
 174         s=BN_new();
 175         if (s == NULL) goto err;
 176         ctx=BN_CTX_new();
 177         if (ctx == NULL) goto err;
 178 redo:
 179         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 180                 {
 181                 if (!dsa->meth->dsa_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r,dgst,dlen))
 182                         goto err;
 183                 }
 184         else
 185                 {
 186                 kinv=dsa->kinv;
 187                 dsa->kinv=NULL;
 188                 r=dsa->r;
 189                 dsa->r=NULL;
 190                 noredo = 1;
 191                 }
 192
 193
 194         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 195                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 196                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 197                  * fips 186-3, 4.2 */
 198                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 199         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
 200                 goto err;
 201
 202         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 203         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 204         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 205         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 206                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 207         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 208
 209         ret=DSA_SIG_new();
 210         if (ret == NULL) goto err;
 211         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 212          * very unlikely.
 213          */
 214         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 215                 {
 216                 if (noredo)
 217                         {
 218                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 219                         goto err;
 220                         }
 221                 goto redo;
 222                 }
 223         ret->r = r;
 224         ret->s = s;
 225
 226 err:
 227         if (!ret)
 228                 {
 229                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 230                 BN_free(r);
 231                 BN_free(s);
 232                 }
 233         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 234         BN_clear_free(&m);
 235         BN_clear_free(&xr);
 236         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 237             BN_clear_free(kinv);
 238         return(ret);
 239         }
 240
 241 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 242                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 243                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 244         {
 245         BN_CTX *ctx;
 246         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 247         int ret=0;
 248
 249         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 250                 {
 251                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 252                 return 0;
 253                 }
 254
 255         BN_init(&k);
 256         BN_init(&kq);
 257
 258         if (ctx_in == NULL)
 259                 {
 260                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 261                 }
 262         else
 263                 ctx=ctx_in;
 264
 265         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 266
 267         /* Get random k */
 268         do
 269                 {
 270 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
 271                 if (dsa->flags & DSA_FLAG_NONCE_FROM_HASH)
 272                         {
 273                         /* If DSA_FLAG_NONCE_FROM_HASH is set then we calculate k from
 274                          * SHA512(private_key + H(message) + random). This protects the
 275                          * private key from a weak PRNG. */
 276                         if (!BN_generate_dsa_nonce(&k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 277                                                    dlen, ctx))
 278                                 goto err;
 279                         }
 280                 else
 281 #endif
 282                         if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 283                 } while (BN_is_zero(&k));
 284
 285         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 286                 {
 287                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 288                 }
 289
 290         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 291                 {
 292                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 293                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 294                                                 dsa->p, ctx))
 295                         goto err;
 296                 }
 297
 298         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 299
 300         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 301                 {
 302                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 303
 304                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 305                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 306                  *
 307                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 308                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 309
 310                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 311                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 312                         {
 313                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 314                         }
 315
 316                 K = &kq;
 317                 }
 318         else
 319                 {
 320                 K = &k;
 321                 }
 322         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 323                         dsa->method_mont_p);
 324         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 325
 326         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 327         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 328
 329         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 330         *kinvp=kinv;
 331         kinv=NULL;
 332         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 333         *rp=r;
 334         ret=1;
 335 err:
 336         if (!ret)
 337                 {
 338                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 339                 if (r != NULL)
 340                         BN_clear_free(r);
 341                 }
 342         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 343         BN_clear_free(&k);
 344         BN_clear_free(&kq);
 345         return(ret);
 346         }
 347
 348 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 349                          DSA *dsa)
 350         {
 351         BN_CTX *ctx;
 352         BIGNUM u1,u2,t1;
 353         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 354         int ret = -1, i;
 355         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 356                 {
 357                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 358                 return -1;
 359                 }
 360
 361         i = BN_num_bits(dsa->q);
 362         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 363         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 364                 {
 365                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 366                 return -1;
 367                 }
 368
 369 #ifdef OPENSSL_FIPS
 370         if(FIPS_selftest_failed())
 371             {
 372             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_VERIFY,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 373             return -1;
 374             }
 375
 376         if (FIPS_module_mode() && !(dsa->flags & DSA_FLAG_NON_FIPS_ALLOW)
 377                 && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 378                 {
 379                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 380                 return -1;
 381                 }
 382 #endif
 383
 384         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 385                 {
 386                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 387                 return -1;
 388                 }
 389         BN_init(&u1);
 390         BN_init(&u2);
 391         BN_init(&t1);
 392
 393         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 394
 395         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 396             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 397                 {
 398                 ret = 0;
 399                 goto err;
 400                 }
 401         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 402             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 403                 {
 404                 ret = 0;
 405                 goto err;
 406                 }
 407
 408         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 409          * save W in u2 */
 410         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 411
 412         /* save M in u1 */
 413         if (dgst_len > (i >> 3))
 414                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 415                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 416                  * fips 186-3, 4.2 */
 417                 dgst_len = (i >> 3);
 418         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 419
 420         /* u1 = M * w mod q */
 421         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 422
 423         /* u2 = r * w mod q */
 424         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 425
 426
 427         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 428                 {
 429                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 430                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 431                 if (!mont)
 432                         goto err;
 433                 }
 434
 435
 436         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 437         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 438         /* let u1 = u1 mod q */
 439         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 440
 441         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 442          * equal to R. */
 443         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 444
 445         err:
 446         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 447            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 448         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 449         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 450         BN_free(&u1);
 451         BN_free(&u2);
 452         BN_free(&t1);
 453         return(ret);
 454         }
 455
 456 static int dsa_init(DSA *dsa)
 457 {
 458         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 459         return(1);
 460 }
 461
 462 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 463 {
 464         if(dsa->method_mont_p)
 465                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 466         return(1);
 467 }
 468