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 #include <stdio.h>
  62 #include "cryptlib.h"
  63 #include <openssl/bn.h>
  64 #include <openssl/sha.h>
  65 #include <openssl/dsa.h>
  66 #include <openssl/rand.h>
  67 #include <openssl/asn1.h>
  68
  69 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  70 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  71                           BIGNUM **rp);
  72 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  73                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  74 static int dsa_init(DSA *dsa);
  75 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  76
  77 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  78     "OpenSSL DSA method",
  79     dsa_do_sign,
  80     dsa_sign_setup,
  81     dsa_do_verify,
  82     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  83     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  84     dsa_init,
  85     dsa_finish,
  86     0,
  87     NULL,
  88     NULL,
  89     NULL
  90 };
  91
  92 /*-
  93  * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  94  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  95  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  96  *
  97  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  98  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
  99  *
 100  * can be replaced by;
 101  *
 102  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 103  *                 dsa->method_mont_p);
 104  */
 105
 106 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 107         do { \
 108         int _tmp_res53; \
 109         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 110                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 111                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 112         else \
 113                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 114                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 115         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 116         } while(0)
 117 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 118         do { \
 119         int _tmp_res53; \
 120         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 121                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 122                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 123         else \
 124                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 125         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 126         } while(0)
 127
 128 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 129 {
 130     return &openssl_dsa_meth;
 131 }
 132
 133 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 134 {
 135     BIGNUM *kinv = NULL, *r = NULL, *s = NULL;
 136     BIGNUM m;
 137     BIGNUM xr;
 138     BN_CTX *ctx = NULL;
 139     int reason = ERR_R_BN_LIB;
 140     DSA_SIG *ret = NULL;
 141
 142     BN_init(&m);
 143     BN_init(&xr);
 144
 145     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 146         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 147         goto err;
 148     }
 149
 150     s = BN_new();
 151     if (s == NULL)
 152         goto err;
 153     ctx = BN_CTX_new();
 154     if (ctx == NULL)
 155         goto err;
 156
 157     if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL)) {
 158         if (!DSA_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r))
 159             goto err;
 160     } else {
 161         kinv = dsa->kinv;
 162         dsa->kinv = NULL;
 163         r = dsa->r;
 164         dsa->r = NULL;
 165     }
 166
 167     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 168         /*
 169          * if the digest length is greater than the size of q use the
 170          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 171          * 4.2
 172          */
 173         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 174     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, &m) == NULL)
 175         goto err;
 176
 177     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 178     if (!BN_mod_mul(&xr, dsa->priv_key, r, dsa->q, ctx))
 179         goto err;               /* s = xr */
 180     if (!BN_add(s, &xr, &m))
 181         goto err;               /* s = m + xr */
 182     if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
 183         if (!BN_sub(s, s, dsa->q))
 184             goto err;
 185     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
 186         goto err;
 187
 188     ret = DSA_SIG_new();
 189     if (ret == NULL)
 190         goto err;
 191     ret->r = r;
 192     ret->s = s;
 193
 194  err:
 195     if (!ret) {
 196         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 197         BN_free(r);
 198         BN_free(s);
 199     }
 200     if (ctx != NULL)
 201         BN_CTX_free(ctx);
 202     BN_clear_free(&m);
 203     BN_clear_free(&xr);
 204     if (kinv != NULL)           /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 205         BN_clear_free(kinv);
 206     return (ret);
 207 }
 208
 209 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 210                           BIGNUM **rp)
 211 {
 212     BN_CTX *ctx;
 213     BIGNUM k, kq, *K, *kinv = NULL, *r = NULL;
 214     int ret = 0;
 215
 216     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 217         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 218         return 0;
 219     }
 220
 221     BN_init(&k);
 222     BN_init(&kq);
 223
 224     if (ctx_in == NULL) {
 225         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 226             goto err;
 227     } else
 228         ctx = ctx_in;
 229
 230     if ((r = BN_new()) == NULL)
 231         goto err;
 232
 233     /* Get random k */
 234     do
 235         if (!BN_rand_range(&k, dsa->q))
 236             goto err;
 237     while (BN_is_zero(&k)) ;
 238     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 239         BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 240     }
 241
 242     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 243         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 244                                     CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx))
 245             goto err;
 246     }
 247
 248     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 249
 250     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 251         if (!BN_copy(&kq, &k))
 252             goto err;
 253
 254         /*
 255          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 256          * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 257          * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 258          * let us specify the desired timing behaviour.)
 259          */
 260
 261         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q))
 262             goto err;
 263         if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 264             if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q))
 265                 goto err;
 266         }
 267
 268         K = &kq;
 269     } else {
 270         K = &k;
 271     }
 272     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 273                    dsa->method_mont_p);
 274     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 275         goto err;
 276
 277     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 278     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, &k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 279         goto err;
 280
 281     if (*kinvp != NULL)
 282         BN_clear_free(*kinvp);
 283     *kinvp = kinv;
 284     kinv = NULL;
 285     if (*rp != NULL)
 286         BN_clear_free(*rp);
 287     *rp = r;
 288     ret = 1;
 289  err:
 290     if (!ret) {
 291         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 292         if (r != NULL)
 293             BN_clear_free(r);
 294     }
 295     if (ctx_in == NULL)
 296         BN_CTX_free(ctx);
 297     BN_clear_free(&k);
 298     BN_clear_free(&kq);
 299     return (ret);
 300 }
 301
 302 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 303                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 304 {
 305     BN_CTX *ctx;
 306     BIGNUM u1, u2, t1;
 307     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 308     int ret = -1, i;
 309     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 310         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 311         return -1;
 312     }
 313
 314     i = BN_num_bits(dsa->q);
 315     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 316     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 317         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 318         return -1;
 319     }
 320
 321     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 322         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 323         return -1;
 324     }
 325     BN_init(&u1);
 326     BN_init(&u2);
 327     BN_init(&t1);
 328
 329     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 330         goto err;
 331
 332     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 333         BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0) {
 334         ret = 0;
 335         goto err;
 336     }
 337     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 338         BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0) {
 339         ret = 0;
 340         goto err;
 341     }
 342
 343     /*
 344      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 345      */
 346     if ((BN_mod_inverse(&u2, sig->s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 347         goto err;
 348
 349     /* save M in u1 */
 350     if (dgst_len > (i >> 3))
 351         /*
 352          * if the digest length is greater than the size of q use the
 353          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 354          * 4.2
 355          */
 356         dgst_len = (i >> 3);
 357     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, &u1) == NULL)
 358         goto err;
 359
 360     /* u1 = M * w mod q */
 361     if (!BN_mod_mul(&u1, &u1, &u2, dsa->q, ctx))
 362         goto err;
 363
 364     /* u2 = r * w mod q */
 365     if (!BN_mod_mul(&u2, sig->r, &u2, dsa->q, ctx))
 366         goto err;
 367
 368     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 369         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 370                                       CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 371         if (!mont)
 372             goto err;
 373     }
 374
 375     DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p,
 376                 ctx, mont);
 377     /* BN_copy(&u1,&t1); */
 378     /* let u1 = u1 mod q */
 379     if (!BN_mod(&u1, &t1, dsa->q, ctx))
 380         goto err;
 381
 382     /*
 383      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 384      */
 385     ret = (BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 386
 387  err:
 388     /*
 389      * XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify; there
 390      * is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben)
 391      */
 392     if (ret != 1)
 393         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 394     if (ctx != NULL)
 395         BN_CTX_free(ctx);
 396     BN_free(&u1);
 397     BN_free(&u2);
 398     BN_free(&t1);
 399     return (ret);
 400 }
 401
 402 static int dsa_init(DSA *dsa)
 403 {
 404     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 405     return (1);
 406 }
 407
 408 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 409 {
 410     if (dsa->method_mont_p)
 411         BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 412     return (1);
 413 }