Remove #error from include files.
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_gen.c
1 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
2  * All rights reserved.
3  *
4  * This package is an SSL implementation written
5  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
6  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
7  *
8  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
9  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
10  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
11  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
12  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
13  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
14  *
15  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
16  * the code are not to be removed.
17  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
18  * as the author of the parts of the library used.
19  * This can be in the form of a textual message at program startup or
20  * in documentation (online or textual) provided with the package.
21  *
22  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
23  * modification, are permitted provided that the following conditions
24  * are met:
25  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
26  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
27  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
29  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
30  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
31  *    must display the following acknowledgement:
32  *    "This product includes cryptographic software written by
33  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
34  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
35  *    being used are not cryptographic related :-).
36  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
37  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
38  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  * The licence and distribution terms for any publically available version or
53  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
54  * copied and put under another distribution licence
55  * [including the GNU Public Licence.]
56  */
57
58 /*
59  * Parameter generation follows the updated Appendix 2.2 for FIPS PUB 186,
60  * also Appendix 2.2 of FIPS PUB 186-1 (i.e. use SHA as defined in FIPS PUB
61  * 180-1)
62  */
63 #define xxxHASH    EVP_sha1()
64
65 #include <openssl/opensslconf.h>
66 #include <stdio.h>
67 #include "internal/cryptlib.h"
68 #include <openssl/evp.h>
69 #include <openssl/bn.h>
70 #include <openssl/rand.h>
71 #include <openssl/sha.h>
72 #include "dsa_locl.h"
73
74 int DSA_generate_parameters_ex(DSA *ret, int bits,
75                                const unsigned char *seed_in, int seed_len,
76                                int *counter_ret, unsigned long *h_ret,
77                                BN_GENCB *cb)
78 {
79     if (ret->meth->dsa_paramgen)
80         return ret->meth->dsa_paramgen(ret, bits, seed_in, seed_len,
81                                        counter_ret, h_ret, cb);
82     else {
83         const EVP_MD *evpmd = bits >= 2048 ? EVP_sha256() : EVP_sha1();
84         size_t qbits = EVP_MD_size(evpmd) * 8;
85
86         return dsa_builtin_paramgen(ret, bits, qbits, evpmd,
87                                     seed_in, seed_len, NULL, counter_ret,
88                                     h_ret, cb);
89     }
90 }
91
92 int dsa_builtin_paramgen(DSA *ret, size_t bits, size_t qbits,
93                          const EVP_MD *evpmd, const unsigned char *seed_in,
94                          size_t seed_len, unsigned char *seed_out,
95                          int *counter_ret, unsigned long *h_ret, BN_GENCB *cb)
96 {
97     int ok = 0;
98     unsigned char seed[SHA256_DIGEST_LENGTH];
99     unsigned char md[SHA256_DIGEST_LENGTH];
100     unsigned char buf[SHA256_DIGEST_LENGTH], buf2[SHA256_DIGEST_LENGTH];
101     BIGNUM *r0, *W, *X, *c, *test;
102     BIGNUM *g = NULL, *q = NULL, *p = NULL;
103     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
104     int i, k, n = 0, m = 0, qsize = qbits >> 3;
105     int counter = 0;
106     int r = 0;
107     BN_CTX *ctx = NULL;
108     unsigned int h = 2;
109
110     if (qsize != SHA_DIGEST_LENGTH && qsize != SHA224_DIGEST_LENGTH &&
111         qsize != SHA256_DIGEST_LENGTH)
112         /* invalid q size */
113         return 0;
114
115     if (evpmd == NULL)
116         /* use SHA1 as default */
117         evpmd = EVP_sha1();
118
119     if (bits < 512)
120         bits = 512;
121
122     bits = (bits + 63) / 64 * 64;
123
124     if (seed_in != NULL) {
125         if (seed_len < (size_t)qsize)
126             return 0;
127         if (seed_len > (size_t)qsize) {
128             /* Only consume as much seed as is expected. */
129             seed_len = qsize;
130         }
131         memcpy(seed, seed_in, seed_len);
132     }
133
134     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
135         goto err;
136
137     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
138         goto err;
139
140     BN_CTX_start(ctx);
141
142     r0 = BN_CTX_get(ctx);
143     g = BN_CTX_get(ctx);
144     W = BN_CTX_get(ctx);
145     q = BN_CTX_get(ctx);
146     X = BN_CTX_get(ctx);
147     c = BN_CTX_get(ctx);
148     p = BN_CTX_get(ctx);
149     test = BN_CTX_get(ctx);
150
151     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), bits - 1))
152         goto err;
153
154     for (;;) {
155         for (;;) {              /* find q */
156             int use_random_seed = (seed_in == NULL);
157
158             /* step 1 */
159             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
160                 goto err;
161
162             if (use_random_seed) {
163                 if (RAND_bytes(seed, qsize) <= 0)
164                     goto err;
165             } else {
166                 /* If we come back through, use random seed next time. */
167                 seed_in = NULL;
168             }
169             memcpy(buf, seed, qsize);
170             memcpy(buf2, seed, qsize);
171             /* precompute "SEED + 1" for step 7: */
172             for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
173                 buf[i]++;
174                 if (buf[i] != 0)
175                     break;
176             }
177
178             /* step 2 */
179             if (!EVP_Digest(seed, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
180                 goto err;
181             if (!EVP_Digest(buf, qsize, buf2, NULL, evpmd, NULL))
182                 goto err;
183             for (i = 0; i < qsize; i++)
184                 md[i] ^= buf2[i];
185
186             /* step 3 */
187             md[0] |= 0x80;
188             md[qsize - 1] |= 0x01;
189             if (!BN_bin2bn(md, qsize, q))
190                 goto err;
191
192             /* step 4 */
193             r = BN_is_prime_fasttest_ex(q, DSS_prime_checks, ctx,
194                                         use_random_seed, cb);
195             if (r > 0)
196                 break;
197             if (r != 0)
198                 goto err;
199
200             /* do a callback call */
201             /* step 5 */
202         }
203
204         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
205             goto err;
206         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
207             goto err;
208
209         /* step 6 */
210         counter = 0;
211         /* "offset = 2" */
212
213         n = (bits - 1) / 160;
214
215         for (;;) {
216             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
217                 goto err;
218
219             /* step 7 */
220             BN_zero(W);
221             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
222             for (k = 0; k <= n; k++) {
223                 /*
224                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
225                  */
226                 for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
227                     buf[i]++;
228                     if (buf[i] != 0)
229                         break;
230                 }
231
232                 if (!EVP_Digest(buf, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
233                     goto err;
234
235                 /* step 8 */
236                 if (!BN_bin2bn(md, qsize, r0))
237                     goto err;
238                 if (!BN_lshift(r0, r0, (qsize << 3) * k))
239                     goto err;
240                 if (!BN_add(W, W, r0))
241                     goto err;
242             }
243
244             /* more of step 8 */
245             if (!BN_mask_bits(W, bits - 1))
246                 goto err;
247             if (!BN_copy(X, W))
248                 goto err;
249             if (!BN_add(X, X, test))
250                 goto err;
251
252             /* step 9 */
253             if (!BN_lshift1(r0, q))
254                 goto err;
255             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
256                 goto err;
257             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
258                 goto err;
259             if (!BN_sub(p, X, r0))
260                 goto err;
261
262             /* step 10 */
263             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
264                 /* step 11 */
265                 r = BN_is_prime_fasttest_ex(p, DSS_prime_checks, ctx, 1, cb);
266                 if (r > 0)
267                     goto end;   /* found it */
268                 if (r != 0)
269                     goto err;
270             }
271
272             /* step 13 */
273             counter++;
274             /* "offset = offset + n + 1" */
275
276             /* step 14 */
277             if (counter >= 4096)
278                 break;
279         }
280     }
281  end:
282     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
283         goto err;
284
285     /* We now need to generate g */
286     /* Set r0=(p-1)/q */
287     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
288         goto err;
289     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
290         goto err;
291
292     if (!BN_set_word(test, h))
293         goto err;
294     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
295         goto err;
296
297     for (;;) {
298         /* g=test^r0%p */
299         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
300             goto err;
301         if (!BN_is_one(g))
302             break;
303         if (!BN_add(test, test, BN_value_one()))
304             goto err;
305         h++;
306     }
307
308     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
309         goto err;
310
311     ok = 1;
312  err:
313     if (ok) {
314         BN_free(ret->p);
315         BN_free(ret->q);
316         BN_free(ret->g);
317         ret->p = BN_dup(p);
318         ret->q = BN_dup(q);
319         ret->g = BN_dup(g);
320         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
321             ok = 0;
322             goto err;
323         }
324         if (counter_ret != NULL)
325             *counter_ret = counter;
326         if (h_ret != NULL)
327             *h_ret = h;
328         if (seed_out)
329             memcpy(seed_out, seed, qsize);
330     }
331     if (ctx)
332         BN_CTX_end(ctx);
333     BN_CTX_free(ctx);
334     BN_MONT_CTX_free(mont);
335     return ok;
336 }
337
338 /*
339  * This is a parameter generation algorithm for the DSA2 algorithm as
340  * described in FIPS 186-3.
341  */
342
343 int dsa_builtin_paramgen2(DSA *ret, size_t L, size_t N,
344                           const EVP_MD *evpmd, const unsigned char *seed_in,
345                           size_t seed_len, int idx, unsigned char *seed_out,
346                           int *counter_ret, unsigned long *h_ret,
347                           BN_GENCB *cb)
348 {
349     int ok = -1;
350     unsigned char *seed = NULL, *seed_tmp = NULL;
351     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
352     int mdsize;
353     BIGNUM *r0, *W, *X, *c, *test;
354     BIGNUM *g = NULL, *q = NULL, *p = NULL;
355     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
356     int i, k, n = 0, m = 0, qsize = N >> 3;
357     int counter = 0;
358     int r = 0;
359     BN_CTX *ctx = NULL;
360     EVP_MD_CTX *mctx = EVP_MD_CTX_new();
361     unsigned int h = 2;
362
363     if (mctx == NULL)
364         goto err;
365
366     if (evpmd == NULL) {
367         if (N == 160)
368             evpmd = EVP_sha1();
369         else if (N == 224)
370             evpmd = EVP_sha224();
371         else
372             evpmd = EVP_sha256();
373     }
374
375     mdsize = EVP_MD_size(evpmd);
376     /* If unverifiable g generation only don't need seed */
377     if (!ret->p || !ret->q || idx >= 0) {
378         if (seed_len == 0)
379             seed_len = mdsize;
380
381         seed = OPENSSL_malloc(seed_len);
382
383         if (seed_out)
384             seed_tmp = seed_out;
385         else
386             seed_tmp = OPENSSL_malloc(seed_len);
387
388         if (seed == NULL || seed_tmp == NULL)
389             goto err;
390
391         if (seed_in)
392             memcpy(seed, seed_in, seed_len);
393
394     }
395
396     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
397         goto err;
398
399     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
400         goto err;
401
402     BN_CTX_start(ctx);
403     r0 = BN_CTX_get(ctx);
404     g = BN_CTX_get(ctx);
405     W = BN_CTX_get(ctx);
406     X = BN_CTX_get(ctx);
407     c = BN_CTX_get(ctx);
408     test = BN_CTX_get(ctx);
409
410     /* if p, q already supplied generate g only */
411     if (ret->p && ret->q) {
412         p = ret->p;
413         q = ret->q;
414         if (idx >= 0)
415             memcpy(seed_tmp, seed, seed_len);
416         goto g_only;
417     } else {
418         p = BN_CTX_get(ctx);
419         q = BN_CTX_get(ctx);
420     }
421
422     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), L - 1))
423         goto err;
424     for (;;) {
425         for (;;) {              /* find q */
426             unsigned char *pmd;
427             /* step 1 */
428             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
429                 goto err;
430
431             if (!seed_in) {
432                 if (RAND_bytes(seed, seed_len) <= 0)
433                     goto err;
434             }
435             /* step 2 */
436             if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
437                 goto err;
438             /* Take least significant bits of md */
439             if (mdsize > qsize)
440                 pmd = md + mdsize - qsize;
441             else
442                 pmd = md;
443
444             if (mdsize < qsize)
445                 memset(md + mdsize, 0, qsize - mdsize);
446
447             /* step 3 */
448             pmd[0] |= 0x80;
449             pmd[qsize - 1] |= 0x01;
450             if (!BN_bin2bn(pmd, qsize, q))
451                 goto err;
452
453             /* step 4 */
454             r = BN_is_prime_fasttest_ex(q, DSS_prime_checks, ctx,
455                                         seed_in ? 1 : 0, cb);
456             if (r > 0)
457                 break;
458             if (r != 0)
459                 goto err;
460             /* Provided seed didn't produce a prime: error */
461             if (seed_in) {
462                 ok = 0;
463                 DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_Q_NOT_PRIME);
464                 goto err;
465             }
466
467             /* do a callback call */
468             /* step 5 */
469         }
470         /* Copy seed to seed_out before we mess with it */
471         if (seed_out)
472             memcpy(seed_out, seed, seed_len);
473
474         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
475             goto err;
476         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
477             goto err;
478
479         /* step 6 */
480         counter = 0;
481         /* "offset = 1" */
482
483         n = (L - 1) / (mdsize << 3);
484
485         for (;;) {
486             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
487                 goto err;
488
489             /* step 7 */
490             BN_zero(W);
491             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
492             for (k = 0; k <= n; k++) {
493                 /*
494                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
495                  */
496                 for (i = seed_len - 1; i >= 0; i--) {
497                     seed[i]++;
498                     if (seed[i] != 0)
499                         break;
500                 }
501
502                 if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
503                     goto err;
504
505                 /* step 8 */
506                 if (!BN_bin2bn(md, mdsize, r0))
507                     goto err;
508                 if (!BN_lshift(r0, r0, (mdsize << 3) * k))
509                     goto err;
510                 if (!BN_add(W, W, r0))
511                     goto err;
512             }
513
514             /* more of step 8 */
515             if (!BN_mask_bits(W, L - 1))
516                 goto err;
517             if (!BN_copy(X, W))
518                 goto err;
519             if (!BN_add(X, X, test))
520                 goto err;
521
522             /* step 9 */
523             if (!BN_lshift1(r0, q))
524                 goto err;
525             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
526                 goto err;
527             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
528                 goto err;
529             if (!BN_sub(p, X, r0))
530                 goto err;
531
532             /* step 10 */
533             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
534                 /* step 11 */
535                 r = BN_is_prime_fasttest_ex(p, DSS_prime_checks, ctx, 1, cb);
536                 if (r > 0)
537                     goto end;   /* found it */
538                 if (r != 0)
539                     goto err;
540             }
541
542             /* step 13 */
543             counter++;
544             /* "offset = offset + n + 1" */
545
546             /* step 14 */
547             if (counter >= (int)(4 * L))
548                 break;
549         }
550         if (seed_in) {
551             ok = 0;
552             DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
553             goto err;
554         }
555     }
556  end:
557     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
558         goto err;
559
560  g_only:
561
562     /* We now need to generate g */
563     /* Set r0=(p-1)/q */
564     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
565         goto err;
566     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
567         goto err;
568
569     if (idx < 0) {
570         if (!BN_set_word(test, h))
571             goto err;
572     } else
573         h = 1;
574     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
575         goto err;
576
577     for (;;) {
578         static const unsigned char ggen[4] = { 0x67, 0x67, 0x65, 0x6e };
579         if (idx >= 0) {
580             md[0] = idx & 0xff;
581             md[1] = (h >> 8) & 0xff;
582             md[2] = h & 0xff;
583             if (!EVP_DigestInit_ex(mctx, evpmd, NULL))
584                 goto err;
585             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, seed_tmp, seed_len))
586                 goto err;
587             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, ggen, sizeof(ggen)))
588                 goto err;
589             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, md, 3))
590                 goto err;
591             if (!EVP_DigestFinal_ex(mctx, md, NULL))
592                 goto err;
593             if (!BN_bin2bn(md, mdsize, test))
594                 goto err;
595         }
596         /* g=test^r0%p */
597         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
598             goto err;
599         if (!BN_is_one(g))
600             break;
601         if (idx < 0 && !BN_add(test, test, BN_value_one()))
602             goto err;
603         h++;
604         if (idx >= 0 && h > 0xffff)
605             goto err;
606     }
607
608     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
609         goto err;
610
611     ok = 1;
612  err:
613     if (ok == 1) {
614         if (p != ret->p) {
615             BN_free(ret->p);
616             ret->p = BN_dup(p);
617         }
618         if (q != ret->q) {
619             BN_free(ret->q);
620             ret->q = BN_dup(q);
621         }
622         BN_free(ret->g);
623         ret->g = BN_dup(g);
624         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
625             ok = -1;
626             goto err;
627         }
628         if (counter_ret != NULL)
629             *counter_ret = counter;
630         if (h_ret != NULL)
631             *h_ret = h;
632     }
633     OPENSSL_free(seed);
634     if (seed_out != seed_tmp)
635         OPENSSL_free(seed_tmp);
636     if (ctx)
637         BN_CTX_end(ctx);
638     BN_CTX_free(ctx);
639     BN_MONT_CTX_free(mont);
640     EVP_MD_CTX_free(mctx);
641     return ok;
642 }