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 #define OPENSSL_FIPSAPI
  60
  61 #include "ecs_locl.h"
  62 #include <openssl/err.h>
  63 #include <openssl/obj_mac.h>
  64 #include <openssl/bn.h>
  65 #include <openssl/rand.h>
  66
  67 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  68                 const BIGNUM *, const BIGNUM *, EC_KEY *eckey);
  69 static int ecdsa_sign_setup_no_digest(EC_KEY *eckey,
  70                 BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  71 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
  72                                         BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  73                                         const unsigned char *dgst, int dlen);
  74 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  75                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  76
  77 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  78         "OpenSSL ECDSA method",
  79         ecdsa_do_sign,
  80         ecdsa_sign_setup_no_digest,
  81         ecdsa_do_verify,
  82 #if 0
  83         NULL, /* init     */
  84         NULL, /* finish   */
  85 #endif
  86         ECDSA_FLAG_FIPS_METHOD,    /* flags    */
  87         NULL  /* app_data */
  88 };
  89
  90 const ECDSA_METHOD *ECDSA_OpenSSL(void)
  91 {
  92         return &openssl_ecdsa_meth;
  93 }
  94
  95 static int ecdsa_sign_setup_no_digest(EC_KEY *eckey,
  96                 BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp) {
  97         return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
  98 }
  99
 100 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
 101                                         BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 102                                         const unsigned char *dgst, int dlen)
 103 {
 104         BN_CTX   *ctx = NULL;
 105         BIGNUM   *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
 106         EC_POINT *tmp_point=NULL;
 107         const EC_GROUP *group;
 108         int      ret = 0;
 109
 110         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL)
 111         {
 112                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 113                 return 0;
 114         }
 115
 116         if (ctx_in == NULL)
 117         {
 118                 if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 119                 {
 120                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 121                         return 0;
 122                 }
 123         }
 124         else
 125                 ctx = ctx_in;
 126
 127         k     = BN_new();       /* this value is later returned in *kinvp */
 128         r     = BN_new();       /* this value is later returned in *rp    */
 129         order = BN_new();
 130         X     = BN_new();
 131         if (!k || !r || !order || !X)
 132         {
 133                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 134                 goto err;
 135         }
 136         if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 137         {
 138                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 139                 goto err;
 140         }
 141         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 142         {
 143                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 144                 goto err;
 145         }
 146
 147 #ifdef OPENSSL_FIPS
 148         if (!fips_check_ec_prng(eckey))
 149                 goto err;
 150 #endif
 151
 152         do
 153         {
 154                 /* get random k */
 155                 do
 156 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
 157                         if (dgst != NULL)
 158                         {
 159                                 if (!BN_generate_dsa_nonce(k, order, EC_KEY_get0_private_key(eckey),
 160                                                            dgst, dlen, ctx))
 161                                         {
 162                                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 163                                                  ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 164                                         goto err;
 165                                         }
 166                         }
 167                         else
 168 #endif
 169                         {
 170                                 if (!BN_rand_range(k, order))
 171                                 {
 172                                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 173                                                  ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 174                                         goto err;
 175                                 }
 176                         }
 177                 while (BN_is_zero(k));
 178
 179                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 180                  * so we compute G*k using an equivalent scalar of fixed
 181                  * bit-length. */
 182
 183                 if (!BN_add(k, k, order)) goto err;
 184                 if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
 185                         if (!BN_add(k, k, order)) goto err;
 186
 187                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 188                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx))
 189                 {
 190                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 191                         goto err;
 192                 }
 193                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 194                 {
 195                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 196                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 197                         {
 198                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 199                                 goto err;
 200                         }
 201                 }
 202 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 203                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 204                 {
 205                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 206                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 207                         {
 208                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 209                                 goto err;
 210                         }
 211                 }
 212 #endif
 213                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx))
 214                 {
 215                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 216                         goto err;
 217                 }
 218         }
 219         while (BN_is_zero(r));
 220
 221         /* compute the inverse of k */
 222         if (EC_GROUP_get_mont_data(group) != NULL)
 223                 {
 224                 /* We want inverse in constant time, therefore we utilize the
 225                  * fact order must be prime and use Fermats Little Theorem
 226                  * instead. */
 227                 if (!BN_set_word(X, 2) )
 228                         {
 229                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 230                         goto err;
 231                         }
 232                 if (!BN_mod_sub(X, order, X, order, ctx))
 233                         {
 234                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 235                         goto err;
 236                         }
 237                 BN_set_flags(X, BN_FLG_CONSTTIME);
 238                 if (!BN_mod_exp_mont_consttime(k, k, X, order, ctx, EC_GROUP_get_mont_data(group)))
 239                         {
 240                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 241                         goto err;
 242                         }
 243                 }
 244         else
 245                 {
 246                 if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx))
 247                         {
 248                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 249                         goto err;
 250                         }
 251                 }
 252
 253         /* clear old values if necessary */
 254         if (*rp != NULL)
 255                 BN_clear_free(*rp);
 256         if (*kinvp != NULL)
 257                 BN_clear_free(*kinvp);
 258         /* save the pre-computed values  */
 259         *rp    = r;
 260         *kinvp = k;
 261         ret = 1;
 262 err:
 263         if (!ret)
 264         {
 265                 if (k != NULL) BN_clear_free(k);
 266                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 267         }
 268         if (ctx_in == NULL)
 269                 BN_CTX_free(ctx);
 270         if (order != NULL)
 271                 BN_free(order);
 272         if (tmp_point != NULL)
 273                 EC_POINT_free(tmp_point);
 274         if (X)
 275                 BN_clear_free(X);
 276         return(ret);
 277 }
 278
 279
 280 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 281                 const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r, EC_KEY *eckey)
 282 {
 283         int     ok = 0, i;
 284         BIGNUM *kinv=NULL, *s, *m=NULL,*tmp=NULL,*order=NULL;
 285         const BIGNUM *ckinv;
 286         BN_CTX     *ctx = NULL;
 287         const EC_GROUP   *group;
 288         ECDSA_SIG  *ret;
 289         ECDSA_DATA *ecdsa;
 290         const BIGNUM *priv_key;
 291
 292 #ifdef OPENSSL_FIPS
 293         if(FIPS_selftest_failed())
 294                 {
 295                 FIPSerr(FIPS_F_ECDSA_DO_SIGN,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 296                 return NULL;
 297                 }
 298 #endif
 299
 300         ecdsa    = ecdsa_check(eckey);
 301         group    = EC_KEY_get0_group(eckey);
 302         priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 303
 304         if (group == NULL || priv_key == NULL || ecdsa == NULL)
 305         {
 306                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 307                 return NULL;
 308         }
 309
 310 #ifdef OPENSSL_FIPS
 311         if (!fips_check_ec_prng(eckey))
 312                 return NULL;
 313 #endif
 314
 315         ret = ECDSA_SIG_new();
 316         if (!ret)
 317         {
 318                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 319                 return NULL;
 320         }
 321         s = ret->s;
 322
 323         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 324                 (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL)
 325         {
 326                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 327                 goto err;
 328         }
 329
 330         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 331         {
 332                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 333                 goto err;
 334         }
 335         i = BN_num_bits(order);
 336         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 337          * bytes.
 338          */
 339         if (8 * dgst_len > i)
 340                 dgst_len = (i + 7)/8;
 341         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 342         {
 343                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 344                 goto err;
 345         }
 346         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 347         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 348         {
 349                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 350                 goto err;
 351         }
 352         do
 353         {
 354                 if (in_kinv == NULL || in_r == NULL)
 355                 {
 356                         if (!ecdsa_sign_setup(
 357                                 eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len))
 358                         {
 359                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,ERR_R_ECDSA_LIB);
 360                                 goto err;
 361                         }
 362                         ckinv = kinv;
 363                 }
 364                 else
 365                 {
 366                         ckinv  = in_kinv;
 367                         if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL)
 368                         {
 369                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 370                                 goto err;
 371                         }
 372                 }
 373
 374                 if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx))
 375                 {
 376                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 377                         goto err;
 378                 }
 379                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order))
 380                 {
 381                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 382                         goto err;
 383                 }
 384                 if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx))
 385                 {
 386                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 387                         goto err;
 388                 }
 389                 if (BN_is_zero(s))
 390                 {
 391                         /* if kinv and r have been supplied by the caller
 392                          * don't to generate new kinv and r values */
 393                         if (in_kinv != NULL && in_r != NULL)
 394                         {
 395                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ECDSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 396                                 goto err;
 397                         }
 398                 }
 399                 else
 400                         /* s != 0 => we have a valid signature */
 401                         break;
 402         }
 403         while (1);
 404
 405         ok = 1;
 406 err:
 407         if (!ok)
 408         {
 409                 ECDSA_SIG_free(ret);
 410                 ret = NULL;
 411         }
 412         if (ctx)
 413                 BN_CTX_free(ctx);
 414         if (m)
 415                 BN_clear_free(m);
 416         if (tmp)
 417                 BN_clear_free(tmp);
 418         if (order)
 419                 BN_free(order);
 420         if (kinv)
 421                 BN_clear_free(kinv);
 422         return ret;
 423 }
 424
 425 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 426                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 427 {
 428         int ret = -1, i;
 429         BN_CTX   *ctx;
 430         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 431         EC_POINT *point = NULL;
 432         const EC_GROUP *group;
 433         const EC_POINT *pub_key;
 434
 435 #ifdef OPENSSL_FIPS
 436         if(FIPS_selftest_failed())
 437                 {
 438                 FIPSerr(FIPS_F_ECDSA_DO_VERIFY,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 439                 return -1;
 440                 }
 441 #endif
 442
 443         /* check input values */
 444         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 445             (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL)
 446         {
 447                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 448                 return -1;
 449         }
 450
 451         ctx = BN_CTX_new();
 452         if (!ctx)
 453         {
 454                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 455                 return -1;
 456         }
 457         BN_CTX_start(ctx);
 458         order = BN_CTX_get(ctx);
 459         u1    = BN_CTX_get(ctx);
 460         u2    = BN_CTX_get(ctx);
 461         m     = BN_CTX_get(ctx);
 462         X     = BN_CTX_get(ctx);
 463         if (!X)
 464         {
 465                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 466                 goto err;
 467         }
 468
 469         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 470         {
 471                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 472                 goto err;
 473         }
 474
 475         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_is_negative(sig->r) ||
 476             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 477             BN_is_negative(sig->s)      || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0)
 478         {
 479                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 480                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 481                 goto err;
 482         }
 483         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 484         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx))
 485         {
 486                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 487                 goto err;
 488         }
 489         /* digest -> m */
 490         i = BN_num_bits(order);
 491         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 492          * bytes.
 493          */
 494         if (8 * dgst_len > i)
 495                 dgst_len = (i + 7)/8;
 496         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 497         {
 498                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 499                 goto err;
 500         }
 501         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 502         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 503         {
 504                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 505                 goto err;
 506         }
 507         /* u1 = m * tmp mod order */
 508         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx))
 509         {
 510                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 511                 goto err;
 512         }
 513         /* u2 = r * w mod q */
 514         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx))
 515         {
 516                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 517                 goto err;
 518         }
 519
 520         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 521         {
 522                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 523                 goto err;
 524         }
 525         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx))
 526         {
 527                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 528                 goto err;
 529         }
 530         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 531         {
 532                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 533                         point, X, NULL, ctx))
 534                 {
 535                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 536                         goto err;
 537                 }
 538         }
 539 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 540         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 541         {
 542                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 543                         point, X, NULL, ctx))
 544                 {
 545                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 546                         goto err;
 547                 }
 548         }
 549 #endif
 550         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx))
 551         {
 552                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 553                 goto err;
 554         }
 555         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 556         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 557 err:
 558         BN_CTX_end(ctx);
 559         BN_CTX_free(ctx);
 560         if (point)
 561                 EC_POINT_free(point);
 562         return ret;
 563 }