Don't (re-)initialize the FFC_PARAMs in dh_init and dsa_init
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_ossl.c
index 0b9a0afd852224f7f89470c02017666714133990..234362b6d7499b9ab7098a14a51e0c2e6318d7e2 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /*
- * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
+ * Copyright 1995-2023 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
  *
  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
@@ -7,19 +7,31 @@
  * https://www.openssl.org/source/license.html
  */
 
+/*
+ * DSA low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
+ * internal use.
+ */
+#include "internal/deprecated.h"
+
 #include <stdio.h>
 #include "internal/cryptlib.h"
 #include "crypto/bn.h"
 #include <openssl/bn.h>
 #include <openssl/sha.h>
-#include "dsa_locl.h"
+#include "dsa_local.h"
 #include <openssl/asn1.h>
+#include "internal/deterministic_nonce.h"
+
+#define MIN_DSA_SIGN_QBITS   128
+#define MAX_DSA_SIGN_RETRIES 8
 
 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
                                     BIGNUM **rp);
 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
-                          BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
+                          BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen,
+                          unsigned int nonce_type, const char *digestname,
+                          OSSL_LIB_CTX *libctx, const char *propq);
 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
 static int dsa_init(DSA *dsa);
@@ -44,10 +56,12 @@ static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
 
 static const DSA_METHOD *default_DSA_method = &openssl_dsa_meth;
 
+#ifndef FIPS_MODULE
 void DSA_set_default_method(const DSA_METHOD *meth)
 {
     default_DSA_method = meth;
 }
+#endif /* FIPS_MODULE */
 
 const DSA_METHOD *DSA_get_default_method(void)
 {
@@ -59,7 +73,9 @@ const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
     return &openssl_dsa_meth;
 }
 
-static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
+DSA_SIG *ossl_dsa_do_sign_int(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa,
+                              unsigned int nonce_type, const char *digestname,
+                              OSSL_LIB_CTX *libctx, const char *propq)
 {
     BIGNUM *kinv = NULL;
     BIGNUM *m, *blind, *blindm, *tmp;
@@ -67,8 +83,11 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     int reason = ERR_R_BN_LIB;
     DSA_SIG *ret = NULL;
     int rv = 0;
+    int retries = 0;
 
-    if (dsa->p == NULL || dsa->q == NULL || dsa->g == NULL) {
+    if (dsa->params.p == NULL
+        || dsa->params.q == NULL
+        || dsa->params.g == NULL) {
         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
         goto err;
     }
@@ -85,7 +104,7 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL)
         goto err;
 
-    ctx = BN_CTX_new();
+    ctx = BN_CTX_new_ex(dsa->libctx);
     if (ctx == NULL)
         goto err;
     m = BN_CTX_get(ctx);
@@ -96,16 +115,17 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
         goto err;
 
  redo:
-    if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen))
+    if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen,
+                        nonce_type, digestname, libctx, propq))
         goto err;
 
-    if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
+    if (dlen > BN_num_bytes(dsa->params.q))
         /*
          * if the digest length is greater than the size of q use the
          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
          * 4.2
          */
-        dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
+        dlen = BN_num_bytes(dsa->params.q);
     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
         goto err;
 
@@ -119,10 +139,13 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
      *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod q
      */
 
-    /* Generate a blinding value */
+    /*
+     * Generate a blinding value
+     * The size of q is tested in dsa_sign_setup() so there should not be an infinite loop here.
+     */
     do {
-        if (!BN_priv_rand(blind, BN_num_bits(dsa->q) - 1,
-                          BN_RAND_TOP_ANY, BN_RAND_BOTTOM_ANY))
+        if (!BN_priv_rand_ex(blind, BN_num_bits(dsa->params.q) - 1,
+                             BN_RAND_TOP_ANY, BN_RAND_BOTTOM_ANY, 0, ctx))
             goto err;
     } while (BN_is_zero(blind));
     BN_set_flags(blind, BN_FLG_CONSTTIME);
@@ -130,41 +153,46 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     BN_set_flags(tmp, BN_FLG_CONSTTIME);
 
     /* tmp := blind * priv_key * r mod q */
-    if (!BN_mod_mul(tmp, blind, dsa->priv_key, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(tmp, blind, dsa->priv_key, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
-    if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, ret->r, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, ret->r, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /* blindm := blind * m mod q */
-    if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod q */
-    if (!BN_mod_add_quick(ret->s, tmp, blindm, dsa->q))
+    if (!BN_mod_add_quick(ret->s, tmp, blindm, dsa->params.q))
         goto err;
 
     /* s := s * k^-1 mod q */
-    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, kinv, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, kinv, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /* s:= s * blind^-1 mod q */
-    if (BN_mod_inverse(blind, blind, dsa->q, ctx) == NULL)
+    if (BN_mod_inverse(blind, blind, dsa->params.q, ctx) == NULL)
         goto err;
-    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, blind, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, blind, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /*
-     * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
-     * unlikely.
+     * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-4: Section 4.6
+     * This is very unlikely.
+     * Limit the retries so there is no possibility of an infinite
+     * loop for bad domain parameter values.
      */
-    if (BN_is_zero(ret->r) || BN_is_zero(ret->s))
+    if (BN_is_zero(ret->r) || BN_is_zero(ret->s)) {
+        if (retries++ > MAX_DSA_SIGN_RETRIES) {
+            reason = DSA_R_TOO_MANY_RETRIES;
+            goto err;
+        }
         goto redo;
-
+    }
     rv = 1;
-
  err:
     if (rv == 0) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, reason);
         DSA_SIG_free(ret);
         ret = NULL;
     }
@@ -173,15 +201,24 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     return ret;
 }
 
+static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
+{
+    return ossl_dsa_do_sign_int(dgst, dlen, dsa,
+                                0, NULL, NULL, NULL);
+}
+
 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 {
-    return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
+    return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0,
+                          0, NULL, NULL, NULL);
 }
 
 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
-                          const unsigned char *dgst, int dlen)
+                          const unsigned char *dgst, int dlen,
+                          unsigned int nonce_type, const char *digestname,
+                          OSSL_LIB_CTX *libctx, const char *propq)
 {
     BN_CTX *ctx = NULL;
     BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
@@ -189,50 +226,67 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     int ret = 0;
     int q_bits, q_words;
 
-    if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
+    if (!dsa->params.p || !dsa->params.q || !dsa->params.g) {
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
         return 0;
     }
 
     /* Reject obviously invalid parameters */
-    if (BN_is_zero(dsa->p) || BN_is_zero(dsa->q) || BN_is_zero(dsa->g)) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
+    if (BN_is_zero(dsa->params.p)
+        || BN_is_zero(dsa->params.q)
+        || BN_is_zero(dsa->params.g)
+        || BN_is_negative(dsa->params.p)
+        || BN_is_negative(dsa->params.q)
+        || BN_is_negative(dsa->params.g)) {
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
         return 0;
     }
     if (dsa->priv_key == NULL) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, DSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
         return 0;
     }
-
     k = BN_new();
     l = BN_new();
     if (k == NULL || l == NULL)
         goto err;
 
     if (ctx_in == NULL) {
-        if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
+        /* if you don't pass in ctx_in you get a default libctx */
+        if ((ctx = BN_CTX_new_ex(NULL)) == NULL)
             goto err;
     } else
         ctx = ctx_in;
 
     /* Preallocate space */
-    q_bits = BN_num_bits(dsa->q);
-    q_words = bn_get_top(dsa->q);
-    if (!bn_wexpand(k, q_words + 2)
+    q_bits = BN_num_bits(dsa->params.q);
+    q_words = bn_get_top(dsa->params.q);
+    if (q_bits < MIN_DSA_SIGN_QBITS
+        || !bn_wexpand(k, q_words + 2)
         || !bn_wexpand(l, q_words + 2))
         goto err;
 
     /* Get random k */
     do {
         if (dgst != NULL) {
-            /*
-             * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
-             * This protects the private key from a weak PRNG.
-             */
-            if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
-                                       dlen, ctx))
-                goto err;
-        } else if (!BN_priv_rand_range(k, dsa->q))
+            if (nonce_type == 1) {
+#ifndef FIPS_MODULE
+                if (!ossl_gen_deterministic_nonce_rfc6979(k, dsa->params.q,
+                                                          dsa->priv_key,
+                                                          dgst, dlen,
+                                                          digestname,
+                                                          libctx, propq))
+#endif
+                    goto err;
+            } else {
+                /*
+                 * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
+                 * This protects the private key from a weak PRNG.
+                 */
+                if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->params.q, dsa->priv_key, dgst,
+                                           dlen, ctx))
+                    goto err;
+            }
+        } else if (!BN_priv_rand_range_ex(k, dsa->params.q, 0, ctx))
             goto err;
     } while (BN_is_zero(k));
 
@@ -241,7 +295,7 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 
     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
-                                    dsa->lock, dsa->p, ctx))
+                                    dsa->lock, dsa->params.p, ctx))
             goto err;
     }
 
@@ -260,26 +314,27 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
      *     https://github.com/openssl/openssl/pull/7486#discussion_r228323705
      * The fix is to rework BN so these gymnastics aren't required.
      */
-    if (!BN_add(l, k, dsa->q)
-        || !BN_add(k, l, dsa->q))
+    if (!BN_add(l, k, dsa->params.q)
+        || !BN_add(k, l, dsa->params.q))
         goto err;
 
     BN_consttime_swap(BN_is_bit_set(l, q_bits), k, l, q_words + 2);
 
     if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
-            if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, k, dsa->p, ctx,
-                                       dsa->method_mont_p))
+            if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->params.g, k, dsa->params.p,
+                                       ctx, dsa->method_mont_p))
                 goto err;
     } else {
-            if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->g, k, dsa->p, ctx, dsa->method_mont_p))
+            if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->params.g, k, dsa->params.p, ctx,
+                                 dsa->method_mont_p))
                 goto err;
     }
 
-    if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod(r, r, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /* Compute part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
-    if ((kinv = dsa_mod_inverse_fermat(k, dsa->q, ctx)) == NULL)
+    if ((kinv = dsa_mod_inverse_fermat(k, dsa->params.q, ctx)) == NULL)
         goto err;
 
     BN_clear_free(*kinvp);
@@ -288,7 +343,7 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     ret = 1;
  err:
     if (!ret)
-        DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, ERR_R_BN_LIB);
     if (ctx != ctx_in)
         BN_CTX_free(ctx);
     BN_clear_free(k);
@@ -304,38 +359,41 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
     const BIGNUM *r, *s;
     int ret = -1, i;
-    if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
+
+    if (dsa->params.p == NULL
+        || dsa->params.q == NULL
+        || dsa->params.g == NULL) {
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
         return -1;
     }
 
-    i = BN_num_bits(dsa->q);
+    i = BN_num_bits(dsa->params.q);
     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
         return -1;
     }
 
-    if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
+    if (BN_num_bits(dsa->params.p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
         return -1;
     }
     u1 = BN_new();
     u2 = BN_new();
     t1 = BN_new();
-    ctx = BN_CTX_new();
+    ctx = BN_CTX_new_ex(NULL); /* verify does not need a libctx */
     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
         goto err;
 
     DSA_SIG_get0(sig, &r, &s);
 
     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
-        BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
+        BN_ucmp(r, dsa->params.q) >= 0) {
         ret = 0;
         goto err;
     }
     if (BN_is_zero(s) || BN_is_negative(s) ||
-        BN_ucmp(s, dsa->q) >= 0) {
+        BN_ucmp(s, dsa->params.q) >= 0) {
         ret = 0;
         goto err;
     }
@@ -343,7 +401,7 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
     /*
      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
      */
-    if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->q, ctx)) == NULL)
+    if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->params.q, ctx)) == NULL)
         goto err;
 
     /* save M in u1 */
@@ -358,32 +416,32 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
         goto err;
 
     /* u1 = M * w mod q */
-    if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /* u2 = r * w mod q */
-    if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
-                                      dsa->lock, dsa->p, ctx);
+                                      dsa->lock, dsa->params.p, ctx);
         if (!mont)
             goto err;
     }
 
     if (dsa->meth->dsa_mod_exp != NULL) {
-        if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2,
-                                    dsa->p, ctx, mont))
+        if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->params.g, u1, dsa->pub_key, u2,
+                                    dsa->params.p, ctx, mont))
             goto err;
     } else {
-        if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
-                              mont))
+        if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->params.g, u1, dsa->pub_key, u2,
+                              dsa->params.p, ctx, mont))
             goto err;
     }
 
     /* let u1 = u1 mod q */
-    if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
+    if (!BN_mod(u1, t1, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /*
@@ -393,7 +451,7 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 
  err:
     if (ret < 0)
-        DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
+        ERR_raise(ERR_LIB_DSA, ERR_R_BN_LIB);
     BN_CTX_free(ctx);
     BN_free(u1);
     BN_free(u2);
@@ -404,6 +462,7 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 static int dsa_init(DSA *dsa)
 {
     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
+    dsa->dirty_cnt++;
     return 1;
 }