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 "ecdsa.h"
  60 #include <openssl/err.h>
  61 #include <openssl/obj_mac.h>
  62
  63 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  64                 EC_KEY *eckey);
  65 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  66                 BIGNUM **rp);
  67 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  68                 ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  69
  70 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  71         "OpenSSL ECDSA method",
  72         ecdsa_do_sign,
  73         ecdsa_sign_setup,
  74         ecdsa_do_verify,
  75 #if 0
  76         NULL, /* init     */
  77         NULL, /* finish   */
  78 #endif
  79         0,    /* flags    */
  80         NULL  /* app_data */
  81 };
  82
  83 const ECDSA_METHOD *ECDSA_OpenSSL(void)
  84 {
  85         return &openssl_ecdsa_meth;
  86 }
  87
  88 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  89                 BIGNUM **rp)
  90 {
  91         BN_CTX   *ctx = NULL;
  92         BIGNUM   *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
  93         EC_POINT *tmp_point=NULL;
  94         EC_GROUP *group;
  95         int      ret = 0;
  96         if (!eckey  || !eckey->group || !eckey->pub_key || !eckey->priv_key)
  97         {
  98                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  99                 return 0;
 100         }
 101         group = eckey->group;
 102
 103         if (ctx_in == NULL)
 104         {
 105                 if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 106                 {
 107                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 108                         return 0;
 109                 }
 110         }
 111         else
 112                 ctx = ctx_in;
 113
 114         k     = BN_new();       /* this value is later returned in *kinvp */
 115         r     = BN_new();       /* this value is later returned in *rp    */
 116         order = BN_new();
 117         X     = BN_new();
 118         if (!k || !r || !order || !X)
 119         {
 120                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 121                 goto err;
 122         }
 123         if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 124         {
 125                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 126                 goto err;
 127         }
 128         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 129         {
 130                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 131                 goto err;
 132         }
 133
 134         do
 135         {
 136                 /* get random k */
 137                 do
 138                         if (!BN_rand_range(k, order))
 139                         {
 140                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 141                                  ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 142                                 goto err;
 143                         }
 144                 while (BN_is_zero(k));
 145
 146                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 147                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx))
 148                 {
 149                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 150                         goto err;
 151                 }
 152                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 153                 {
 154                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 155                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 156                         {
 157                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 158                                 goto err;
 159                         }
 160                 }
 161                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 162                 {
 163                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 164                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 165                         {
 166                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 167                                 goto err;
 168                         }
 169                 }
 170                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx))
 171                 {
 172                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 173                         goto err;
 174                 }
 175         }
 176         while (BN_is_zero(r));
 177
 178         /* compute the inverse of k */
 179         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx))
 180         {
 181                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 182                 goto err;
 183         }
 184         /* clear old values if necessary */
 185         if (*rp != NULL)
 186                 BN_clear_free(*rp);
 187         if (*kinvp != NULL)
 188                 BN_clear_free(*kinvp);
 189         /* save the pre-computed values  */
 190         *rp    = r;
 191         *kinvp = k;
 192         ret = 1;
 193 err:
 194         if (!ret)
 195         {
 196                 if (k != NULL) BN_clear_free(k);
 197                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 198         }
 199         if (ctx_in == NULL)
 200                 BN_CTX_free(ctx);
 201         if (order != NULL)
 202                 BN_free(order);
 203         if (tmp_point != NULL)
 204                 EC_POINT_free(tmp_point);
 205         if (X)
 206                 BN_clear_free(X);
 207         return(ret);
 208 }
 209
 210
 211 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 212                 EC_KEY *eckey)
 213 {
 214         int     ok = 0;
 215         BIGNUM *kinv=NULL, *r, *s, *m=NULL,*tmp=NULL,*order=NULL;
 216         BN_CTX     *ctx = NULL;
 217         EC_GROUP   *group;
 218         ECDSA_SIG  *ret;
 219         ECDSA_DATA *ecdsa;
 220
 221         ecdsa = ecdsa_check(eckey);
 222
 223         if (!eckey->group || !eckey->pub_key || !eckey->priv_key || !ecdsa)
 224         {
 225                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 226                 return NULL;
 227         }
 228
 229         group = eckey->group;
 230         ret = ECDSA_SIG_new();
 231         if (!ret)
 232         {
 233                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 234                 return NULL;
 235         }
 236         s = ret->s;
 237
 238         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 239                 (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL)
 240         {
 241                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 242                 goto err;
 243         }
 244
 245         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 246         {
 247                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 248                 goto err;
 249         }
 250         if (dgst_len > BN_num_bytes(order))
 251         {
 252                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,
 253                         ECDSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
 254                 goto err;
 255         }
 256
 257         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 258         {
 259                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 260                 goto err;
 261         }
 262         do
 263         {
 264                 if (ecdsa->kinv == NULL || ecdsa->r == NULL)
 265                 {
 266                         if (!ECDSA_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r))
 267                         {
 268                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,ERR_R_ECDSA_LIB);
 269                                 goto err;
 270                         }
 271                         r = ret->r;
 272                 }
 273                 else
 274                 {
 275                         BN_free(ret->r);
 276                         kinv   = ecdsa->kinv;
 277                         r      = ecdsa->r;
 278                         ret->r = r;
 279                         ecdsa->kinv = NULL;
 280                         ecdsa->r    = NULL;
 281                 }
 282
 283                 if (!BN_mod_mul(tmp, eckey->priv_key, r, order, ctx))
 284                 {
 285                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 286                         goto err;
 287                 }
 288                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order))
 289                 {
 290                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 291                         goto err;
 292                 }
 293                 if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, order, ctx))
 294                 {
 295                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 296                         goto err;
 297                 }
 298         }
 299         while (BN_is_zero(s));
 300
 301         ok = 1;
 302 err:
 303         if (!ok)
 304         {
 305                 ECDSA_SIG_free(ret);
 306                 ret = NULL;
 307         }
 308         if (ctx)
 309                 BN_CTX_free(ctx);
 310         if (m)
 311                 BN_clear_free(m);
 312         if (tmp)
 313                 BN_clear_free(tmp);
 314         if (order)
 315                 BN_free(order);
 316         if (kinv)
 317                 BN_clear_free(kinv);
 318         return ret;
 319 }
 320
 321 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 322                 ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 323 {
 324         int ret = -1;
 325         BN_CTX   *ctx;
 326         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 327         EC_POINT *point = NULL;
 328         EC_GROUP *group;
 329         /* check input values */
 330         if (!eckey || !eckey->group || !eckey->pub_key || !sig)
 331         {
 332                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 333                 return -1;
 334         }
 335
 336         group = eckey->group;
 337
 338         ctx = BN_CTX_new();
 339         if (!ctx)
 340         {
 341                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 342                 return -1;
 343         }
 344         BN_CTX_start(ctx);
 345         order = BN_CTX_get(ctx);
 346         u1    = BN_CTX_get(ctx);
 347         u2    = BN_CTX_get(ctx);
 348         m     = BN_CTX_get(ctx);
 349         X     = BN_CTX_get(ctx);
 350         if (!X)
 351         {
 352                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 353                 goto err;
 354         }
 355
 356         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 357         {
 358                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 359                 goto err;
 360         }
 361
 362         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_get_sign(sig->r) ||
 363             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 364             BN_get_sign(sig->s)         || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0)
 365         {
 366                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 367                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 368                 goto err;
 369         }
 370         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 371         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx))
 372         {
 373                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 374                 goto err;
 375         }
 376         /* digest -> m */
 377         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 378         {
 379                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 380                 goto err;
 381         }
 382         /* u1 = m * tmp mod order */
 383         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx))
 384         {
 385                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 386                 goto err;
 387         }
 388         /* u2 = r * w mod q */
 389         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx))
 390         {
 391                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 392                 goto err;
 393         }
 394
 395         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 396         {
 397                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 398                 goto err;
 399         }
 400         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, eckey->pub_key, u2, ctx))
 401         {
 402                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 403                 goto err;
 404         }
 405         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 406         {
 407                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 408                         point, X, NULL, ctx))
 409                 {
 410                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 411                         goto err;
 412                 }
 413         }
 414         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 415         {
 416                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 417                         point, X, NULL, ctx))
 418                 {
 419                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 420                         goto err;
 421                 }
 422         }
 423
 424         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx))
 425         {
 426                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 427                 goto err;
 428         }
 429         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 430         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 431 err:
 432         BN_CTX_end(ctx);
 433         BN_CTX_free(ctx);
 434         if (point)
 435                 EC_POINT_free(point);
 436         return ret;
 437 }