crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /* crypto/dsa/dsa_ossl.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58
  59 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  60
  61 #include <stdio.h>
  62 #include "cryptlib.h"
  63 #include <openssl/bn.h>
  64 #include <openssl/sha.h>
  65 #include <openssl/dsa.h>
  66 #include <openssl/rand.h>
  67 #include <openssl/asn1.h>
  68
  69 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  70 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  71                           BIGNUM **rp);
  72 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  73                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  74 static int dsa_init(DSA *dsa);
  75 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  76
  77 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  78     "OpenSSL DSA method",
  79     dsa_do_sign,
  80     dsa_sign_setup,
  81     dsa_do_verify,
  82     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  83     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  84     dsa_init,
  85     dsa_finish,
  86     0,
  87     NULL,
  88     NULL,
  89     NULL
  90 };
  91
  92 /*-
  93  * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  94  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  95  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  96  *
  97  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  98  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
  99  *
 100  * can be replaced by;
 101  *
 102  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 103  *                 dsa->method_mont_p);
 104  */
 105
 106 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 107         do { \
 108         int _tmp_res53; \
 109         if ((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 110                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 111                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 112         else \
 113                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 114                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 115         if (!_tmp_res53) err_instr; \
 116         } while(0)
 117 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 118         do { \
 119         int _tmp_res53; \
 120         if ((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 121                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 122                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 123         else \
 124                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 125         if (!_tmp_res53) err_instr; \
 126         } while(0)
 127
 128 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 129 {
 130     return &openssl_dsa_meth;
 131 }
 132
 133 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 134 {
 135     BIGNUM *kinv = NULL, *r = NULL, *s = NULL;
 136     BIGNUM *m, *blind, *blindm, *tmp;
 137     BN_CTX *ctx = NULL;
 138     int reason = ERR_R_BN_LIB;
 139     DSA_SIG *ret = NULL;
 140     int noredo = 0;
 141
 142     if (dsa->p == NULL || dsa->q == NULL || dsa->g == NULL) {
 143         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 144         goto err;
 145     }
 146
 147     s = BN_new();
 148     if (s == NULL)
 149         goto err;
 150     ctx = BN_CTX_new();
 151     if (ctx == NULL)
 152         goto err;
 153     m = BN_CTX_get(ctx);
 154     blind = BN_CTX_get(ctx);
 155     blindm = BN_CTX_get(ctx);
 156     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 157     if (tmp == NULL)
 158         goto err;
 159
 160  redo:
 161     if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL)) {
 162         if (!DSA_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r))
 163             goto err;
 164     } else {
 165         kinv = dsa->kinv;
 166         dsa->kinv = NULL;
 167         r = dsa->r;
 168         dsa->r = NULL;
 169         noredo = 1;
 170     }
 171
 172     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 173         /*
 174          * if the digest length is greater than the size of q use the
 175          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 176          * 4.2
 177          */
 178         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 179     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
 180         goto err;
 181
 182     /*
 183      * The normal signature calculation is:
 184      *
 185      *   s := k^-1 * (m + r * priv_key) mod q
 186      *
 187      * We will blind this to protect against side channel attacks
 188      *
 189      *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod q
 190      */
 191
 192     /* Generate a blinding value */
 193     do {
 194         if (!BN_rand(blind, BN_num_bits(dsa->q) - 1, -1, 0))
 195             goto err;
 196     } while (BN_is_zero(blind));
 197     BN_set_flags(blind, BN_FLG_CONSTTIME);
 198     BN_set_flags(blindm, BN_FLG_CONSTTIME);
 199     BN_set_flags(tmp, BN_FLG_CONSTTIME);
 200
 201     /* tmp := blind * priv_key * r mod q */
 202     if (!BN_mod_mul(tmp, blind, dsa->priv_key, dsa->q, ctx))
 203         goto err;
 204     if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, r, dsa->q, ctx))
 205         goto err;
 206
 207     /* blindm := blind * m mod q */
 208     if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, dsa->q, ctx))
 209         goto err;
 210
 211     /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod q */
 212     if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, blindm, dsa->q))
 213         goto err;
 214
 215     /* s := s * k^-1 mod q */
 216     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
 217         goto err;
 218
 219     /* s:= s * blind^-1 mod q */
 220     if (BN_mod_inverse(blind, blind, dsa->q, ctx) == NULL)
 221         goto err;
 222     if (!BN_mod_mul(s, s, blind, dsa->q, ctx))
 223         goto err;
 224
 225     /*
 226      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 227      * unlikely.
 228      */
 229     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s)) {
 230         if (noredo) {
 231             reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 232             goto err;
 233         }
 234         goto redo;
 235     }
 236     ret = DSA_SIG_new();
 237     if (ret == NULL)
 238         goto err;
 239     ret->r = r;
 240     ret->s = s;
 241
 242  err:
 243     if (ret == NULL) {
 244         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 245         BN_free(r);
 246         BN_free(s);
 247     }
 248     BN_CTX_free(ctx);
 249     BN_clear_free(kinv);
 250     return ret;
 251 }
 252
 253 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 254                           BIGNUM **rp)
 255 {
 256     BN_CTX *ctx;
 257     BIGNUM k, kq, *K, *kinv = NULL, *r = NULL;
 258     BIGNUM l, m;
 259     int ret = 0;
 260     int q_bits;
 261
 262     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 263         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 264         return 0;
 265     }
 266
 267     BN_init(&k);
 268     BN_init(&kq);
 269     BN_init(&l);
 270     BN_init(&m);
 271
 272     if (ctx_in == NULL) {
 273         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 274             goto err;
 275     } else
 276         ctx = ctx_in;
 277
 278     if ((r = BN_new()) == NULL)
 279         goto err;
 280
 281     /* Preallocate space */
 282     q_bits = BN_num_bits(dsa->q) + sizeof(dsa->q->d[0]) * 16;
 283     if (!BN_set_bit(&k, q_bits)
 284         || !BN_set_bit(&l, q_bits)
 285         || !BN_set_bit(&m, q_bits))
 286         goto err;
 287
 288     /* Get random k */
 289     do
 290         if (!BN_rand_range(&k, dsa->q))
 291             goto err;
 292     while (BN_is_zero(&k));
 293
 294     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 295         BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 296     }
 297
 298
 299     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 300         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 301                                     CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx))
 302             goto err;
 303     }
 304
 305     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 306
 307     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 308         /*
 309          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 310          * compute G^k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
 311          *
 312          * We unconditionally perform both of these additions to prevent a
 313          * small timing information leakage.  We then choose the sum that is
 314          * one bit longer than the modulus.
 315          *
 316          * TODO: revisit the BN_copy aiming for a memory access agnostic
 317          * conditional copy.
 318          */
 319         if (!BN_add(&l, &k, dsa->q)
 320             || !BN_add(&m, &l, dsa->q)
 321             || !BN_copy(&kq, BN_num_bits(&l) > q_bits ? &l : &m))
 322             goto err;
 323
 324         BN_set_flags(&kq, BN_FLG_CONSTTIME);
 325
 326         K = &kq;
 327     } else {
 328         K = &k;
 329     }
 330
 331     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 332                    dsa->method_mont_p);
 333     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 334         goto err;
 335
 336     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 337     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, &k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 338         goto err;
 339
 340     if (*kinvp != NULL)
 341         BN_clear_free(*kinvp);
 342     *kinvp = kinv;
 343     kinv = NULL;
 344     if (*rp != NULL)
 345         BN_clear_free(*rp);
 346     *rp = r;
 347     ret = 1;
 348  err:
 349     if (!ret) {
 350         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 351         if (r != NULL)
 352             BN_clear_free(r);
 353     }
 354     if (ctx_in == NULL)
 355         BN_CTX_free(ctx);
 356     BN_clear_free(&k);
 357     BN_clear_free(&kq);
 358     BN_clear_free(&l);
 359     BN_clear_free(&m);
 360     return ret;
 361 }
 362
 363 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 364                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 365 {
 366     BN_CTX *ctx;
 367     BIGNUM u1, u2, t1;
 368     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 369     int ret = -1, i;
 370     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 371         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 372         return -1;
 373     }
 374
 375     i = BN_num_bits(dsa->q);
 376     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 377     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 378         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 379         return -1;
 380     }
 381
 382     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 383         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 384         return -1;
 385     }
 386     BN_init(&u1);
 387     BN_init(&u2);
 388     BN_init(&t1);
 389
 390     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 391         goto err;
 392
 393     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 394         BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0) {
 395         ret = 0;
 396         goto err;
 397     }
 398     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 399         BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0) {
 400         ret = 0;
 401         goto err;
 402     }
 403
 404     /*
 405      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 406      */
 407     if ((BN_mod_inverse(&u2, sig->s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 408         goto err;
 409
 410     /* save M in u1 */
 411     if (dgst_len > (i >> 3))
 412         /*
 413          * if the digest length is greater than the size of q use the
 414          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 415          * 4.2
 416          */
 417         dgst_len = (i >> 3);
 418     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, &u1) == NULL)
 419         goto err;
 420
 421     /* u1 = M * w mod q */
 422     if (!BN_mod_mul(&u1, &u1, &u2, dsa->q, ctx))
 423         goto err;
 424
 425     /* u2 = r * w mod q */
 426     if (!BN_mod_mul(&u2, sig->r, &u2, dsa->q, ctx))
 427         goto err;
 428
 429     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 430         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 431                                       CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 432         if (!mont)
 433             goto err;
 434     }
 435
 436     DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p,
 437                 ctx, mont);
 438     /* BN_copy(&u1,&t1); */
 439     /* let u1 = u1 mod q */
 440     if (!BN_mod(&u1, &t1, dsa->q, ctx))
 441         goto err;
 442
 443     /*
 444      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 445      */
 446     ret = (BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 447
 448  err:
 449     if (ret < 0)
 450         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 451     if (ctx != NULL)
 452         BN_CTX_free(ctx);
 453     BN_free(&u1);
 454     BN_free(&u2);
 455     BN_free(&t1);
 456     return (ret);
 457 }
 458
 459 static int dsa_init(DSA *dsa)
 460 {
 461     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 462     return (1);
 463 }
 464
 465 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 466 {
 467     if (dsa->method_mont_p)
 468         BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 469     return (1);
 470 }