crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  11
  12 #include <stdio.h>
  13 #include "internal/cryptlib.h"
  14 #include <openssl/bn.h>
  15 #include <openssl/sha.h>
  16 #include "dsa_locl.h"
  17 #include <openssl/rand.h>
  18 #include <openssl/asn1.h>
  19
  20 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  21 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  22                                     BIGNUM **rp);
  23 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  24                           BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
  25 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  26                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  27 static int dsa_init(DSA *dsa);
  28 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  29
  30 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  31     "OpenSSL DSA method",
  32     dsa_do_sign,
  33     dsa_sign_setup_no_digest,
  34     dsa_do_verify,
  35     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  36     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  37     dsa_init,
  38     dsa_finish,
  39     DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  40     NULL,
  41     NULL,
  42     NULL
  43 };
  44
  45 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
  46 {
  47     return &openssl_dsa_meth;
  48 }
  49
  50 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  51 {
  52     BIGNUM *kinv = NULL;
  53     BIGNUM *m;
  54     BIGNUM *xr;
  55     BIGNUM *r, *s;
  56     BN_CTX *ctx = NULL;
  57     int reason = ERR_R_BN_LIB;
  58     DSA_SIG *ret = NULL;
  59     int rv = 0;
  60
  61     m = BN_new();
  62     xr = BN_new();
  63     if (m == NULL || xr == NULL)
  64         goto err;
  65
  66     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
  67         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
  68         goto err;
  69     }
  70
  71     ret = DSA_SIG_new();
  72     if (ret == NULL)
  73         goto err;
  74
  75     DSA_SIG_get0(&r, &s, ret);
  76
  77     ctx = BN_CTX_new();
  78     if (ctx == NULL)
  79         goto err;
  80  redo:
  81     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r, dgst, dlen))
  82         goto err;
  83
  84     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
  85         /*
  86          * if the digest length is greater than the size of q use the
  87          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
  88          * 4.2
  89          */
  90         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
  91     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
  92         goto err;
  93
  94     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
  95     if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, r, dsa->q, ctx))
  96         goto err;               /* s = xr */
  97     if (!BN_add(s, xr, m))
  98         goto err;               /* s = m + xr */
  99     if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
 100         if (!BN_sub(s, s, dsa->q))
 101             goto err;
 102     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
 103         goto err;
 104
 105     /*
 106      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 107      * unlikely.
 108      */
 109     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 110         goto redo;
 111
 112     rv = 1;
 113
 114  err:
 115     if (rv == 0) {
 116         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 117         DSA_SIG_free(ret);
 118         ret = NULL;
 119     }
 120     BN_CTX_free(ctx);
 121     BN_clear_free(m);
 122     BN_clear_free(xr);
 123     BN_clear_free(kinv);
 124     return ret;
 125 }
 126
 127 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 128                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 129 {
 130     return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 131 }
 132
 133 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 134                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 135                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 136 {
 137     BN_CTX *ctx = NULL;
 138     BIGNUM *k, *kq, *kinv = NULL, *r = *rp;
 139     int ret = 0;
 140
 141     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 142         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 143         return 0;
 144     }
 145
 146     k = BN_new();
 147     kq = BN_new();
 148     if (k == NULL || kq == NULL)
 149         goto err;
 150
 151     if (ctx_in == NULL) {
 152         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 153             goto err;
 154     } else
 155         ctx = ctx_in;
 156
 157     /* Get random k */
 158     do {
 159         if (dgst != NULL) {
 160             /*
 161              * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
 162              * This protects the private key from a weak PRNG.
 163              */
 164             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 165                                        dlen, ctx))
 166                 goto err;
 167         } else if (!BN_rand_range(k, dsa->q))
 168             goto err;
 169     } while (BN_is_zero(k));
 170
 171     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 172         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 173                                     dsa->lock, dsa->p, ctx))
 174             goto err;
 175     }
 176
 177     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 178
 179     if (!BN_copy(kq, k))
 180         goto err;
 181
 182     /*
 183      * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 184      * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 185      * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 186      * let us specify the desired timing behaviour.)
 187      */
 188
 189     if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
 190         goto err;
 191     if (BN_num_bits(kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 192         if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
 193             goto err;
 194     }
 195
 196     BN_set_flags(kq, BN_FLG_CONSTTIME);
 197
 198     if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
 199             if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, kq, dsa->p, ctx,
 200                                        dsa->method_mont_p))
 201                 goto err;
 202     } else {
 203             if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->g, kq, dsa->p, ctx, dsa->method_mont_p))
 204                 goto err;
 205     }
 206
 207
 208     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 209         goto err;
 210
 211     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 212     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 213         goto err;
 214
 215     BN_clear_free(*kinvp);
 216     *kinvp = kinv;
 217     kinv = NULL;
 218     ret = 1;
 219  err:
 220     if (!ret)
 221         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 222     if (ctx != ctx_in)
 223         BN_CTX_free(ctx);
 224     BN_clear_free(k);
 225     BN_clear_free(kq);
 226     return ret;
 227 }
 228
 229 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 230                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 231 {
 232     BN_CTX *ctx;
 233     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
 234     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 235     BIGNUM *r, *s;
 236     int ret = -1, i;
 237     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 238         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 239         return -1;
 240     }
 241
 242     i = BN_num_bits(dsa->q);
 243     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 244     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 245         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 246         return -1;
 247     }
 248
 249     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 250         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 251         return -1;
 252     }
 253     u1 = BN_new();
 254     u2 = BN_new();
 255     t1 = BN_new();
 256     ctx = BN_CTX_new();
 257     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
 258         goto err;
 259
 260     DSA_SIG_get0(&r, &s, sig);
 261
 262     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
 263         BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
 264         ret = 0;
 265         goto err;
 266     }
 267     if (BN_is_zero(s) || BN_is_negative(s) ||
 268         BN_ucmp(s, dsa->q) >= 0) {
 269         ret = 0;
 270         goto err;
 271     }
 272
 273     /*
 274      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 275      */
 276     if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 277         goto err;
 278
 279     /* save M in u1 */
 280     if (dgst_len > (i >> 3))
 281         /*
 282          * if the digest length is greater than the size of q use the
 283          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 284          * 4.2
 285          */
 286         dgst_len = (i >> 3);
 287     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, u1) == NULL)
 288         goto err;
 289
 290     /* u1 = M * w mod q */
 291     if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
 292         goto err;
 293
 294     /* u2 = r * w mod q */
 295     if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->q, ctx))
 296         goto err;
 297
 298     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 299         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 300                                       dsa->lock, dsa->p, ctx);
 301         if (!mont)
 302             goto err;
 303     }
 304
 305     if (dsa->meth->dsa_mod_exp != NULL) {
 306         if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2,
 307                                     dsa->p, ctx, mont))
 308             goto err;
 309     } else {
 310         if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
 311                               mont))
 312             goto err;
 313     }
 314
 315     /* let u1 = u1 mod q */
 316     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
 317         goto err;
 318
 319     /*
 320      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 321      */
 322     ret = (BN_ucmp(u1, r) == 0);
 323
 324  err:
 325     if (ret < 0)
 326         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 327     BN_CTX_free(ctx);
 328     BN_free(u1);
 329     BN_free(u2);
 330     BN_free(t1);
 331     return (ret);
 332 }
 333
 334 static int dsa_init(DSA *dsa)
 335 {
 336     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 337     return (1);
 338 }
 339
 340 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 341 {
 342     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 343     return (1);
 344 }