crypto/ecdsa/ecs_ossl.c

   1 /* crypto/ecdsa/ecs_ossl.c */
   2 /*
   3  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project
   4  */
   5 /* ====================================================================
   6  * Copyright (c) 1998-2004 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  *
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  *
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  17  *    the documentation and/or other materials provided with the
  18  *    distribution.
  19  *
  20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  21  *    software must display the following acknowledgment:
  22  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  23  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
  24  *
  25  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  26  *    endorse or promote products derived from this software without
  27  *    prior written permission. For written permission, please contact
  28  *    openssl-core@OpenSSL.org.
  29  *
  30  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  31  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  32  *    permission of the OpenSSL Project.
  33  *
  34  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  35  *    acknowledgment:
  36  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  37  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
  38  *
  39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  40  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  42  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  43  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  44  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  45  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  46  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  48  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  49  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
  50  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  51  * ====================================================================
  52  *
  53  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
  54  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
  55  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  56  *
  57  */
  58
  59 #include "ecs_locl.h"
  60 #include <openssl/err.h>
  61 #include <openssl/obj_mac.h>
  62 #include <openssl/bn.h>
  63
  64 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  65                 const BIGNUM *, const BIGNUM *, EC_KEY *eckey);
  66 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  67                 BIGNUM **rp);
  68 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  69                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  70
  71 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  72         "OpenSSL ECDSA method",
  73         ecdsa_do_sign,
  74         ecdsa_sign_setup,
  75         ecdsa_do_verify,
  76 #if 0
  77         NULL, /* init     */
  78         NULL, /* finish   */
  79 #endif
  80         0,    /* flags    */
  81         NULL  /* app_data */
  82 };
  83
  84 const ECDSA_METHOD *ECDSA_OpenSSL(void)
  85 {
  86         return &openssl_ecdsa_meth;
  87 }
  88
  89 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  90                 BIGNUM **rp)
  91 {
  92         BN_CTX   *ctx = NULL;
  93         BIGNUM   *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
  94         EC_POINT *tmp_point=NULL;
  95         const EC_GROUP *group;
  96         int      ret = 0;
  97
  98         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL)
  99         {
 100                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 101                 return 0;
 102         }
 103
 104         if (ctx_in == NULL)
 105         {
 106                 if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 107                 {
 108                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 109                         return 0;
 110                 }
 111         }
 112         else
 113                 ctx = ctx_in;
 114
 115         k     = BN_new();       /* this value is later returned in *kinvp */
 116         r     = BN_new();       /* this value is later returned in *rp    */
 117         order = BN_new();
 118         X     = BN_new();
 119         if (!k || !r || !order || !X)
 120         {
 121                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 122                 goto err;
 123         }
 124         if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 125         {
 126                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 127                 goto err;
 128         }
 129         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 130         {
 131                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 132                 goto err;
 133         }
 134
 135         do
 136         {
 137                 /* get random k */
 138                 do
 139                         if (!BN_rand_range(k, order))
 140                         {
 141                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 142                                  ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 143                                 goto err;
 144                         }
 145                 while (BN_is_zero(k));
 146
 147                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 148                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx))
 149                 {
 150                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 151                         goto err;
 152                 }
 153                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 154                 {
 155                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 156                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 157                         {
 158                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 159                                 goto err;
 160                         }
 161                 }
 162 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 163                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 164                 {
 165                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 166                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 167                         {
 168                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 169                                 goto err;
 170                         }
 171                 }
 172 #endif
 173                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx))
 174                 {
 175                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 176                         goto err;
 177                 }
 178         }
 179         while (BN_is_zero(r));
 180
 181         /* compute the inverse of k */
 182         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx))
 183         {
 184                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 185                 goto err;
 186         }
 187         /* clear old values if necessary */
 188         if (*rp != NULL)
 189                 BN_clear_free(*rp);
 190         if (*kinvp != NULL)
 191                 BN_clear_free(*kinvp);
 192         /* save the pre-computed values  */
 193         *rp    = r;
 194         *kinvp = k;
 195         ret = 1;
 196 err:
 197         if (!ret)
 198         {
 199                 if (k != NULL) BN_clear_free(k);
 200                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 201         }
 202         if (ctx_in == NULL)
 203                 BN_CTX_free(ctx);
 204         if (order != NULL)
 205                 BN_free(order);
 206         if (tmp_point != NULL)
 207                 EC_POINT_free(tmp_point);
 208         if (X)
 209                 BN_clear_free(X);
 210         return(ret);
 211 }
 212
 213
 214 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 215                 const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r, EC_KEY *eckey)
 216 {
 217         int     ok = 0, i;
 218         BIGNUM *kinv=NULL, *s, *m=NULL,*tmp=NULL,*order=NULL;
 219         const BIGNUM *ckinv;
 220         BN_CTX     *ctx = NULL;
 221         const EC_GROUP   *group;
 222         ECDSA_SIG  *ret;
 223         ECDSA_DATA *ecdsa;
 224         const BIGNUM *priv_key;
 225
 226         ecdsa    = ecdsa_check(eckey);
 227         group    = EC_KEY_get0_group(eckey);
 228         priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 229
 230         if (group == NULL || priv_key == NULL || ecdsa == NULL)
 231         {
 232                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 233                 return NULL;
 234         }
 235
 236         ret = ECDSA_SIG_new();
 237         if (!ret)
 238         {
 239                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 240                 return NULL;
 241         }
 242         s = ret->s;
 243
 244         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 245                 (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL)
 246         {
 247                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 248                 goto err;
 249         }
 250
 251         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 252         {
 253                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 254                 goto err;
 255         }
 256         i = BN_num_bits(order);
 257         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 258          * bytes.
 259          */
 260         if (8 * dgst_len > i)
 261                 dgst_len = (i + 7)/8;
 262         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 263         {
 264                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 265                 goto err;
 266         }
 267         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 268         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 269         {
 270                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 271                 goto err;
 272         }
 273         do
 274         {
 275                 if (in_kinv == NULL || in_r == NULL)
 276                 {
 277                         if (!ECDSA_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r))
 278                         {
 279                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,ERR_R_ECDSA_LIB);
 280                                 goto err;
 281                         }
 282                         ckinv = kinv;
 283                 }
 284                 else
 285                 {
 286                         ckinv  = in_kinv;
 287                         if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL)
 288                         {
 289                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 290                                 goto err;
 291                         }
 292                 }
 293
 294                 if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx))
 295                 {
 296                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 297                         goto err;
 298                 }
 299                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order))
 300                 {
 301                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 302                         goto err;
 303                 }
 304                 if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx))
 305                 {
 306                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 307                         goto err;
 308                 }
 309                 if (BN_is_zero(s))
 310                 {
 311                         /* if kinv and r have been supplied by the caller
 312                          * don't to generate new kinv and r values */
 313                         if (in_kinv != NULL && in_r != NULL)
 314                         {
 315                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ECDSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 316                                 goto err;
 317                         }
 318                 }
 319                 else
 320                         /* s != 0 => we have a valid signature */
 321                         break;
 322         }
 323         while (1);
 324
 325         ok = 1;
 326 err:
 327         if (!ok)
 328         {
 329                 ECDSA_SIG_free(ret);
 330                 ret = NULL;
 331         }
 332         if (ctx)
 333                 BN_CTX_free(ctx);
 334         if (m)
 335                 BN_clear_free(m);
 336         if (tmp)
 337                 BN_clear_free(tmp);
 338         if (order)
 339                 BN_free(order);
 340         if (kinv)
 341                 BN_clear_free(kinv);
 342         return ret;
 343 }
 344
 345 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 346                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 347 {
 348         int ret = -1, i;
 349         BN_CTX   *ctx;
 350         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 351         EC_POINT *point = NULL;
 352         const EC_GROUP *group;
 353         const EC_POINT *pub_key;
 354
 355         /* check input values */
 356         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 357             (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL)
 358         {
 359                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 360                 return -1;
 361         }
 362
 363         ctx = BN_CTX_new();
 364         if (!ctx)
 365         {
 366                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 367                 return -1;
 368         }
 369         BN_CTX_start(ctx);
 370         order = BN_CTX_get(ctx);
 371         u1    = BN_CTX_get(ctx);
 372         u2    = BN_CTX_get(ctx);
 373         m     = BN_CTX_get(ctx);
 374         X     = BN_CTX_get(ctx);
 375         if (!X)
 376         {
 377                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 378                 goto err;
 379         }
 380
 381         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 382         {
 383                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 384                 goto err;
 385         }
 386
 387         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_is_negative(sig->r) ||
 388             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 389             BN_is_negative(sig->s)      || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0)
 390         {
 391                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 392                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 393                 goto err;
 394         }
 395         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 396         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx))
 397         {
 398                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 399                 goto err;
 400         }
 401         /* digest -> m */
 402         i = BN_num_bits(order);
 403         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 404          * bytes.
 405          */
 406         if (8 * dgst_len > i)
 407                 dgst_len = (i + 7)/8;
 408         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 409         {
 410                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 411                 goto err;
 412         }
 413         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 414         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 415         {
 416                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 417                 goto err;
 418         }
 419         /* u1 = m * tmp mod order */
 420         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx))
 421         {
 422                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 423                 goto err;
 424         }
 425         /* u2 = r * w mod q */
 426         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx))
 427         {
 428                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 429                 goto err;
 430         }
 431
 432         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 433         {
 434                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 435                 goto err;
 436         }
 437         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx))
 438         {
 439                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 440                 goto err;
 441         }
 442         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 443         {
 444                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 445                         point, X, NULL, ctx))
 446                 {
 447                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 448                         goto err;
 449                 }
 450         }
 451 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 452         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 453         {
 454                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 455                         point, X, NULL, ctx))
 456                 {
 457                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 458                         goto err;
 459                 }
 460         }
 461 #endif
 462         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx))
 463         {
 464                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 465                 goto err;
 466         }
 467         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 468         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 469 err:
 470         BN_CTX_end(ctx);
 471         BN_CTX_free(ctx);
 472         if (point)
 473                 EC_POINT_free(point);
 474         return ret;
 475 }