crypto/evp/scrypt.c

   1 /* scrypt.c */
   2 /*
   3  * Written by Dr Stephen N Henson (steve@openssl.org) for the OpenSSL project
   4  * 2015.
   5  */
   6 /* ====================================================================
   7  * Copyright (c) 2015 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  *
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  *
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  18  *    the documentation and/or other materials provided with the
  19  *    distribution.
  20  *
  21  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  22  *    software must display the following acknowledgment:
  23  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  24  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
  25  *
  26  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  27  *    endorse or promote products derived from this software without
  28  *    prior written permission. For written permission, please contact
  29  *    licensing@OpenSSL.org.
  30  *
  31  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  32  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  33  *    permission of the OpenSSL Project.
  34  *
  35  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  36  *    acknowledgment:
  37  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  38  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
  39  *
  40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  41  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  43  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  44  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  45  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  46  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  47  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  49  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  50  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
  51  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  52  * ====================================================================
  53  *
  54  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
  55  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
  56  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  57  *
  58  */
  59
  60 #include <stddef.h>
  61 #include <stdio.h>
  62 #include <string.h>
  63 #include <openssl/evp.h>
  64 #include <internal/numbers.h>
  65
  66 #define R(a,b) (((a) << (b)) | ((a) >> (32 - (b))))
  67 static void salsa208_word_specification(uint32_t inout[16])
  68 {
  69     int i;
  70     uint32_t x[16];
  71     memcpy(x, inout, sizeof(x));
  72     for (i = 8; i > 0; i -= 2) {
  73         x[4] ^= R(x[0] + x[12], 7);
  74         x[8] ^= R(x[4] + x[0], 9);
  75         x[12] ^= R(x[8] + x[4], 13);
  76         x[0] ^= R(x[12] + x[8], 18);
  77         x[9] ^= R(x[5] + x[1], 7);
  78         x[13] ^= R(x[9] + x[5], 9);
  79         x[1] ^= R(x[13] + x[9], 13);
  80         x[5] ^= R(x[1] + x[13], 18);
  81         x[14] ^= R(x[10] + x[6], 7);
  82         x[2] ^= R(x[14] + x[10], 9);
  83         x[6] ^= R(x[2] + x[14], 13);
  84         x[10] ^= R(x[6] + x[2], 18);
  85         x[3] ^= R(x[15] + x[11], 7);
  86         x[7] ^= R(x[3] + x[15], 9);
  87         x[11] ^= R(x[7] + x[3], 13);
  88         x[15] ^= R(x[11] + x[7], 18);
  89         x[1] ^= R(x[0] + x[3], 7);
  90         x[2] ^= R(x[1] + x[0], 9);
  91         x[3] ^= R(x[2] + x[1], 13);
  92         x[0] ^= R(x[3] + x[2], 18);
  93         x[6] ^= R(x[5] + x[4], 7);
  94         x[7] ^= R(x[6] + x[5], 9);
  95         x[4] ^= R(x[7] + x[6], 13);
  96         x[5] ^= R(x[4] + x[7], 18);
  97         x[11] ^= R(x[10] + x[9], 7);
  98         x[8] ^= R(x[11] + x[10], 9);
  99         x[9] ^= R(x[8] + x[11], 13);
 100         x[10] ^= R(x[9] + x[8], 18);
 101         x[12] ^= R(x[15] + x[14], 7);
 102         x[13] ^= R(x[12] + x[15], 9);
 103         x[14] ^= R(x[13] + x[12], 13);
 104         x[15] ^= R(x[14] + x[13], 18);
 105     }
 106     for (i = 0; i < 16; ++i)
 107         inout[i] += x[i];
 108     OPENSSL_cleanse(x, sizeof(x));
 109 }
 110
 111 static void scryptBlockMix(uint32_t *B_, uint32_t *B, uint64_t r)
 112 {
 113     uint64_t i, j;
 114     uint32_t X[16], *pB;
 115
 116     memcpy(X, B + (r * 2 - 1) * 16, sizeof(X));
 117     pB = B;
 118     for (i = 0; i < r * 2; i++) {
 119         for (j = 0; j < 16; j++)
 120             X[j] ^= *pB++;
 121         salsa208_word_specification(X);
 122         memcpy(B_ + (i / 2 + (i & 1) * r) * 16, X, sizeof(X));
 123     }
 124     OPENSSL_cleanse(X, sizeof(X));
 125 }
 126
 127 static void scryptROMix(unsigned char *B, uint64_t r, uint64_t N,
 128                         uint32_t *X, uint32_t *T, uint32_t *V)
 129 {
 130     unsigned char *pB;
 131     uint32_t *pV;
 132     uint64_t i, k;
 133
 134     /* Convert from little endian input */
 135     for (pV = V, i = 0, pB = B; i < 32 * r; i++, pV++) {
 136         *pV = *pB++;
 137         *pV |= *pB++ << 8;
 138         *pV |= *pB++ << 16;
 139         *pV |= *pB++ << 24;
 140     }
 141
 142     for (i = 1; i < N; i++, pV += 32 * r)
 143         scryptBlockMix(pV, pV - 32 * r, r);
 144
 145     scryptBlockMix(X, V + (N - 1) * 32 * r, r);
 146
 147     for (i = 0; i < N; i++) {
 148         uint32_t j;
 149         j = X[16 * (2 * r - 1)] % N;
 150         pV = V + 32 * r * j;
 151         for (k = 0; k < 32 * r; k++)
 152             T[k] = X[k] ^ *pV++;
 153         scryptBlockMix(X, T, r);
 154     }
 155     /* Convert output to little endian */
 156     for (i = 0, pB = B; i < 32 * r; i++) {
 157         uint32_t xtmp = X[i];
 158         *pB++ = xtmp & 0xff;
 159         *pB++ = (xtmp >> 8) & 0xff;
 160         *pB++ = (xtmp >> 16) & 0xff;
 161         *pB++ = (xtmp >> 24) & 0xff;
 162     }
 163 }
 164
 165 #ifndef SIZE_MAX
 166 # define SIZE_MAX    ((size_t)-1)
 167 #endif
 168
 169 /*
 170  * Maximum power of two that will fit in uint64_t: this should work on
 171  * most (all?) platforms.
 172  */
 173
 174 #define LOG2_UINT64_MAX         (sizeof(uint64_t) * 8 - 1)
 175
 176 /*
 177  * Maximum value of p * r:
 178  * p <= ((2^32-1) * hLen) / MFLen =>
 179  * p <= ((2^32-1) * 32) / (128 * r) =>
 180  * p * r <= (2^30-1)
 181  *
 182  */
 183
 184 #define SCRYPT_PR_MAX   ((1 << 30) - 1)
 185
 186 /*
 187  * Maximum permitted memory allow this to be overridden with Configuration
 188  * option: e.g. -DSCRYPT_MAX_MEM=0 for maximum possible.
 189  */
 190
 191 #ifdef SCRYPT_MAX_MEM
 192 # if SCRYPT_MAX_MEM == 0
 193 #  undef SCRYPT_MAX_MEM
 194 /*
 195  * Although we could theoretically allocate SIZE_MAX memory that would leave
 196  * no memory available for anything else so set limit as half that.
 197  */
 198 #  define SCRYPT_MAX_MEM (SIZE_MAX/2)
 199 # endif
 200 #else
 201 /* Default memory limit: 32 MB */
 202 # define SCRYPT_MAX_MEM  (1024 * 1024 * 32)
 203 #endif
 204
 205 int EVP_PBE_scrypt(const char *pass, size_t passlen,
 206                    const unsigned char *salt, size_t saltlen,
 207                    uint64_t N, uint64_t r, uint64_t p, uint64_t maxmem,
 208                    unsigned char *key, size_t keylen)
 209 {
 210     int rv = 0;
 211     unsigned char *B;
 212     uint32_t *X, *V, *T;
 213     uint64_t i, Blen, Vlen;
 214
 215     /* Sanity check parameters */
 216     /* initial check, r,p must be non zero, N >= 2 and a power of 2 */
 217     if (r == 0 || p == 0 || N < 2 || (N & (N - 1)))
 218         return 0;
 219     /* Check p * r < SCRYPT_PR_MAX avoiding overflow */
 220     if (p > SCRYPT_PR_MAX / r)
 221         return 0;
 222
 223     /*
 224      * Need to check N: if 2^(128 * r / 8) overflows limit this is
 225      * automatically satisfied since N <= UINT64_MAX.
 226      */
 227
 228     if (16 * r <= LOG2_UINT64_MAX) {
 229         if (N >= (1UL << (16 * r)))
 230             return 0;
 231     }
 232
 233     /* Memory checks: check total allocated buffer size fits in uint64_t */
 234
 235     /*
 236      * B size in section 5 step 1.S
 237      * Note: we know p * 128 * r < UINT64_MAX because we already checked
 238      * p * r < SCRYPT_PR_MAX
 239      */
 240     Blen = p * 128 * r;
 241
 242     /*
 243      * Check 32 * r * (N + 2) * sizeof(uint32_t) fits in uint64_t.
 244      * This is combined size V, X and T (section 4)
 245      */
 246     i = UINT64_MAX / (32 * sizeof(uint32_t));
 247     if (N + 2 > i / r)
 248         return 0;
 249     Vlen = 32 * r * (N + 2) * sizeof(uint32_t);
 250
 251     /* check total allocated size fits in uint64_t */
 252     if (Blen > UINT64_MAX - Vlen)
 253         return 0;
 254
 255     if (maxmem == 0)
 256         maxmem = SCRYPT_MAX_MEM;
 257
 258     if (Blen + Vlen > maxmem)
 259         return 0;
 260
 261     /* If no key return to indicate parameters are OK */
 262     if (key == NULL)
 263         return 1;
 264
 265     B = OPENSSL_malloc(Blen + Vlen);
 266     if (B == 0)
 267         return 0;
 268     X = (uint32_t *)(B + Blen);
 269     T = X + 32 * r;
 270     V = T + 32 * r;
 271     if (PKCS5_PBKDF2_HMAC(pass, passlen, salt, saltlen, 1, EVP_sha256(),
 272                           Blen, B) == 0)
 273         goto err;
 274
 275     for (i = 0; i < p; i++)
 276         scryptROMix(B + 128 * r * i, r, N, X, T, V);
 277
 278     if (PKCS5_PBKDF2_HMAC(pass, passlen, B, Blen, 1, EVP_sha256(),
 279                           keylen, key) == 0)
 280         goto err;
 281     rv = 1;
 282 #ifdef SCRYPT_DEBUG
 283     fprintf(stderr, "scrypt parameters:\n");
 284     fprintf(stderr, "N=%lu, p=%lu, r=%lu\n", N, p, r);
 285     fprintf(stderr, "Salt:\n");
 286     BIO_dump_fp(stderr, (char *)salt, saltlen);
 287     fprintf(stderr, "Password:\n");
 288     BIO_dump_fp(stderr, (char *)pass, passlen);
 289     fprintf(stderr, "Key:\n");
 290     BIO_dump_fp(stderr, (char *)key, keylen);
 291 #endif
 292  err:
 293     OPENSSL_clear_free(B, Blen + Vlen);
 294     return rv;
 295 }