EVP: Check that key methods aren't foreign when exporting
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_ossl.c
index acfddfd2d9e265e3b1d154ec8066c1360bbcd875..a87493a061e77cd97318303949235f1c1e049ee8 100644 (file)
@@ -1,17 +1,24 @@
 /*
- * Copyright 1995-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
+ * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
  *
- * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
+ * 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
  * in the file LICENSE in the source distribution or at
  * 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>
 
 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
@@ -23,6 +30,8 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
 static int dsa_init(DSA *dsa);
 static int dsa_finish(DSA *dsa);
+static BIGNUM *dsa_mod_inverse_fermat(const BIGNUM *k, const BIGNUM *q,
+                                      BN_CTX *ctx);
 
 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
     "OpenSSL DSA method",
@@ -41,10 +50,12 @@ static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
 
 static const DSA_METHOD *default_DSA_method = &openssl_dsa_meth;
 
+#ifndef FIPS_MODE
 void DSA_set_default_method(const DSA_METHOD *meth)
 {
     default_DSA_method = meth;
 }
+#endif /* FIPS_MODE */
 
 const DSA_METHOD *DSA_get_default_method(void)
 {
@@ -56,25 +67,25 @@ 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 *dsa_do_sign_int(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 {
     BIGNUM *kinv = NULL;
-    BIGNUM *m;
-    BIGNUM *xr;
+    BIGNUM *m, *blind, *blindm, *tmp;
     BN_CTX *ctx = NULL;
     int reason = ERR_R_BN_LIB;
     DSA_SIG *ret = NULL;
     int rv = 0;
 
-    m = BN_new();
-    xr = BN_new();
-    if (m == NULL || xr == NULL)
-        goto err;
-
-    if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
+    if (dsa->params.p == NULL
+        || dsa->params.q == NULL
+        || dsa->params.g == NULL) {
         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
         goto err;
     }
+    if (dsa->priv_key == NULL) {
+        reason = DSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY;
+        goto err;
+    }
 
     ret = DSA_SIG_new();
     if (ret == NULL)
@@ -84,32 +95,72 @@ 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);
+    blind = BN_CTX_get(ctx);
+    blindm = BN_CTX_get(ctx);
+    tmp = BN_CTX_get(ctx);
+    if (tmp == NULL)
+        goto err;
+
  redo:
     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen))
         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;
 
-    /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
-    if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, ret->r, dsa->q, ctx))
-        goto err;               /* s = xr */
-    if (!BN_add(ret->s, xr, m))
-        goto err;               /* s = m + xr */
-    if (BN_cmp(ret->s, dsa->q) > 0)
-        if (!BN_sub(ret->s, ret->s, dsa->q))
+    /*
+     * The normal signature calculation is:
+     *
+     *   s := k^-1 * (m + r * priv_key) mod q
+     *
+     * We will blind this to protect against side channel attacks
+     *
+     *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod q
+     */
+
+    /* Generate a blinding value */
+    do {
+        if (!BN_priv_rand_ex(blind, BN_num_bits(dsa->params.q) - 1,
+                             BN_RAND_TOP_ANY, BN_RAND_BOTTOM_ANY, ctx))
             goto err;
-    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, kinv, dsa->q, ctx))
+    } while (BN_is_zero(blind));
+    BN_set_flags(blind, BN_FLG_CONSTTIME);
+    BN_set_flags(blindm, BN_FLG_CONSTTIME);
+    BN_set_flags(tmp, BN_FLG_CONSTTIME);
+
+    /* tmp := blind * priv_key * r mod q */
+    if (!BN_mod_mul(tmp, blind, dsa->priv_key, dsa->params.q, ctx))
+        goto err;
+    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->params.q, ctx))
+        goto err;
+
+    /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod 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->params.q, ctx))
+        goto err;
+
+    /* s:= s * blind^-1 mod q */
+    if (BN_mod_inverse(blind, blind, dsa->params.q, ctx) == NULL)
+        goto err;
+    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, blind, dsa->params.q, ctx))
         goto err;
 
     /*
@@ -123,17 +174,20 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 
  err:
     if (rv == 0) {
-        DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
+        DSAerr(0, reason);
         DSA_SIG_free(ret);
         ret = NULL;
     }
     BN_CTX_free(ctx);
-    BN_clear_free(m);
-    BN_clear_free(xr);
     BN_clear_free(kinv);
     return ret;
 }
 
+static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
+{
+    return dsa_do_sign_int(dgst, dlen, dsa);
+}
+
 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 {
@@ -146,23 +200,46 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 {
     BN_CTX *ctx = NULL;
     BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
+    BIGNUM *l;
     int ret = 0;
+    int q_bits, q_words;
 
-    if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
+    if (!dsa->params.p || !dsa->params.q || !dsa->params.g) {
         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
         return 0;
     }
 
+    /* Reject obviously invalid parameters */
+    if (BN_is_zero(dsa->params.p)
+        || BN_is_zero(dsa->params.q)
+        || BN_is_zero(dsa->params.g)) {
+        DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
+        return 0;
+    }
+    if (dsa->priv_key == NULL) {
+        DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
+        return 0;
+    }
+
     k = BN_new();
-    if (k == NULL)
+    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->params.q);
+    q_words = bn_get_top(dsa->params.q);
+    if (!bn_wexpand(k, q_words + 2)
+        || !bn_wexpand(l, q_words + 2))
+        goto err;
+
     /* Get random k */
     do {
         if (dgst != NULL) {
@@ -170,18 +247,19 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
              * 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,
+            if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->params.q, dsa->priv_key, dgst,
                                        dlen, ctx))
                 goto err;
-        } else if (!BN_priv_rand_range(k, dsa->q))
+        } else if (!BN_priv_rand_range_ex(k, dsa->params.q, ctx))
             goto err;
     } while (BN_is_zero(k));
 
     BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
+    BN_set_flags(l, BN_FLG_CONSTTIME);
 
     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;
     }
 
@@ -189,32 +267,38 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 
     /*
      * We do not want timing information to leak the length of k, so we
-     * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
-     * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
-     * let us specify the desired timing behaviour.)
+     * compute G^k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
+     *
+     * We unconditionally perform both of these additions to prevent a
+     * small timing information leakage.  We then choose the sum that is
+     * one bit longer than the modulus.
+     *
+     * There are some concerns about the efficacy of doing this.  More
+     * specifically refer to the discussion starting with:
+     *     https://github.com/openssl/openssl/pull/7486#discussion_r228323705
+     * The fix is to rework BN so these gymnastics aren't required.
      */
-
-    if (!BN_add(k, k, dsa->q))
+    if (!BN_add(l, k, dsa->params.q)
+        || !BN_add(k, l, dsa->params.q))
         goto err;
-    if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
-        if (!BN_add(k, k, dsa->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 = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
+    /* Compute part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
+    if ((kinv = dsa_mod_inverse_fermat(k, dsa->params.q, ctx)) == NULL)
         goto err;
 
     BN_clear_free(*kinvp);
@@ -227,6 +311,7 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     if (ctx != ctx_in)
         BN_CTX_free(ctx);
     BN_clear_free(k);
+    BN_clear_free(l);
     return ret;
 }
 
@@ -238,38 +323,41 @@ 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) {
+
+    if (dsa->params.p == NULL
+        || dsa->params.q == NULL
+        || dsa->params.g == NULL) {
         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, 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);
         return -1;
     }
 
-    if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
+    if (BN_num_bits(dsa->params.p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, 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;
     }
@@ -277,7 +365,7 @@ 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 */
@@ -292,32 +380,32 @@ 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;
 
     /*
@@ -338,6 +426,8 @@ 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;
+    ffc_params_init(&dsa->params);
+    dsa->dirty_cnt++;
     return 1;
 }
 
@@ -346,3 +436,31 @@ static int dsa_finish(DSA *dsa)
     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
     return 1;
 }
+
+/*
+ * Compute the inverse of k modulo q.
+ * Since q is prime, Fermat's Little Theorem applies, which reduces this to
+ * mod-exp operation.  Both the exponent and modulus are public information
+ * so a mod-exp that doesn't leak the base is sufficient.  A newly allocated
+ * BIGNUM is returned which the caller must free.
+ */
+static BIGNUM *dsa_mod_inverse_fermat(const BIGNUM *k, const BIGNUM *q,
+                                      BN_CTX *ctx)
+{
+    BIGNUM *res = NULL;
+    BIGNUM *r, *e;
+
+    if ((r = BN_new()) == NULL)
+        return NULL;
+
+    BN_CTX_start(ctx);
+    if ((e = BN_CTX_get(ctx)) != NULL
+            && BN_set_word(r, 2)
+            && BN_sub(e, q, r)
+            && BN_mod_exp_mont(r, k, e, q, ctx, NULL))
+        res = r;
+    else
+        BN_free(r);
+    BN_CTX_end(ctx);
+    return res;
+}