crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  11
  12 #include <stdio.h>
  13 #include "internal/cryptlib.h"
  14 #include <openssl/bn.h>
  15 #include <openssl/sha.h>
  16 #include "dsa_locl.h"
  17 #include <openssl/asn1.h>
  18
  19 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  20 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  21                                     BIGNUM **rp);
  22 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  23                           BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
  24 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  25                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  26 static int dsa_init(DSA *dsa);
  27 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  28
  29 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  30     "OpenSSL DSA method",
  31     dsa_do_sign,
  32     dsa_sign_setup_no_digest,
  33     dsa_do_verify,
  34     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  35     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  36     dsa_init,
  37     dsa_finish,
  38     DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  39     NULL,
  40     NULL,
  41     NULL
  42 };
  43
  44 static const DSA_METHOD *default_DSA_method = &openssl_dsa_meth;
  45
  46 void DSA_set_default_method(const DSA_METHOD *meth)
  47 {
  48     default_DSA_method = meth;
  49 }
  50
  51 const DSA_METHOD *DSA_get_default_method(void)
  52 {
  53     return default_DSA_method;
  54 }
  55
  56 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
  57 {
  58     return &openssl_dsa_meth;
  59 }
  60
  61 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  62 {
  63     BIGNUM *kinv = NULL;
  64     BIGNUM *m;
  65     BIGNUM *xr;
  66     BN_CTX *ctx = NULL;
  67     int reason = ERR_R_BN_LIB;
  68     DSA_SIG *ret = NULL;
  69     int rv = 0;
  70
  71     m = BN_new();
  72     xr = BN_new();
  73     if (m == NULL || xr == NULL)
  74         goto err;
  75
  76     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
  77         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
  78         goto err;
  79     }
  80
  81     ret = DSA_SIG_new();
  82     if (ret == NULL)
  83         goto err;
  84     ret->r = BN_new();
  85     ret->s = BN_new();
  86     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL)
  87         goto err;
  88
  89     ctx = BN_CTX_new();
  90     if (ctx == NULL)
  91         goto err;
  92  redo:
  93     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen))
  94         goto err;
  95
  96     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
  97         /*
  98          * if the digest length is greater than the size of q use the
  99          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 100          * 4.2
 101          */
 102         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 103     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
 104         goto err;
 105
 106     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 107     if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, ret->r, dsa->q, ctx))
 108         goto err;               /* s = xr */
 109     if (!BN_add(ret->s, xr, m))
 110         goto err;               /* s = m + xr */
 111     if (BN_cmp(ret->s, dsa->q) > 0)
 112         if (!BN_sub(ret->s, ret->s, dsa->q))
 113             goto err;
 114     if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, kinv, dsa->q, ctx))
 115         goto err;
 116
 117     /*
 118      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 119      * unlikely.
 120      */
 121     if (BN_is_zero(ret->r) || BN_is_zero(ret->s))
 122         goto redo;
 123
 124     rv = 1;
 125
 126  err:
 127     if (rv == 0) {
 128         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 129         DSA_SIG_free(ret);
 130         ret = NULL;
 131     }
 132     BN_CTX_free(ctx);
 133     BN_clear_free(m);
 134     BN_clear_free(xr);
 135     BN_clear_free(kinv);
 136     return ret;
 137 }
 138
 139 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 140                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 141 {
 142     return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 143 }
 144
 145 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 146                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 147                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 148 {
 149     BN_CTX *ctx = NULL;
 150     BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
 151     int ret = 0;
 152
 153     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 154         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 155         return 0;
 156     }
 157
 158     k = BN_new();
 159     if (k == NULL)
 160         goto err;
 161
 162     if (ctx_in == NULL) {
 163         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 164             goto err;
 165     } else
 166         ctx = ctx_in;
 167
 168     /* Get random k */
 169     do {
 170         if (dgst != NULL) {
 171             /*
 172              * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
 173              * This protects the private key from a weak PRNG.
 174              */
 175             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 176                                        dlen, ctx))
 177                 goto err;
 178         } else if (!BN_rand_range(k, dsa->q))
 179             goto err;
 180     } while (BN_is_zero(k));
 181
 182     BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 183
 184     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 185         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 186                                     dsa->lock, dsa->p, ctx))
 187             goto err;
 188     }
 189
 190     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 191
 192     /*
 193      * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 194      * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 195      * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 196      * let us specify the desired timing behaviour.)
 197      */
 198
 199     if (!BN_add(k, k, dsa->q))
 200         goto err;
 201     if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 202         if (!BN_add(k, k, dsa->q))
 203             goto err;
 204     }
 205
 206     if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
 207             if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, k, dsa->p, ctx,
 208                                        dsa->method_mont_p))
 209                 goto err;
 210     } else {
 211             if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->g, k, dsa->p, ctx, dsa->method_mont_p))
 212                 goto err;
 213     }
 214
 215     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 216         goto err;
 217
 218     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 219     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 220         goto err;
 221
 222     BN_clear_free(*kinvp);
 223     *kinvp = kinv;
 224     kinv = NULL;
 225     ret = 1;
 226  err:
 227     if (!ret)
 228         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 229     if (ctx != ctx_in)
 230         BN_CTX_free(ctx);
 231     BN_clear_free(k);
 232     return ret;
 233 }
 234
 235 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 236                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 237 {
 238     BN_CTX *ctx;
 239     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
 240     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 241     const BIGNUM *r, *s;
 242     int ret = -1, i;
 243     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 244         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 245         return -1;
 246     }
 247
 248     i = BN_num_bits(dsa->q);
 249     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 250     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 251         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 252         return -1;
 253     }
 254
 255     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 256         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 257         return -1;
 258     }
 259     u1 = BN_new();
 260     u2 = BN_new();
 261     t1 = BN_new();
 262     ctx = BN_CTX_new();
 263     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
 264         goto err;
 265
 266     DSA_SIG_get0(sig, &r, &s);
 267
 268     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
 269         BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
 270         ret = 0;
 271         goto err;
 272     }
 273     if (BN_is_zero(s) || BN_is_negative(s) ||
 274         BN_ucmp(s, dsa->q) >= 0) {
 275         ret = 0;
 276         goto err;
 277     }
 278
 279     /*
 280      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 281      */
 282     if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 283         goto err;
 284
 285     /* save M in u1 */
 286     if (dgst_len > (i >> 3))
 287         /*
 288          * if the digest length is greater than the size of q use the
 289          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 290          * 4.2
 291          */
 292         dgst_len = (i >> 3);
 293     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, u1) == NULL)
 294         goto err;
 295
 296     /* u1 = M * w mod q */
 297     if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
 298         goto err;
 299
 300     /* u2 = r * w mod q */
 301     if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->q, ctx))
 302         goto err;
 303
 304     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 305         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 306                                       dsa->lock, dsa->p, ctx);
 307         if (!mont)
 308             goto err;
 309     }
 310
 311     if (dsa->meth->dsa_mod_exp != NULL) {
 312         if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2,
 313                                     dsa->p, ctx, mont))
 314             goto err;
 315     } else {
 316         if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
 317                               mont))
 318             goto err;
 319     }
 320
 321     /* let u1 = u1 mod q */
 322     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
 323         goto err;
 324
 325     /*
 326      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 327      */
 328     ret = (BN_ucmp(u1, r) == 0);
 329
 330  err:
 331     if (ret < 0)
 332         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 333     BN_CTX_free(ctx);
 334     BN_free(u1);
 335     BN_free(u2);
 336     BN_free(t1);
 337     return (ret);
 338 }
 339
 340 static int dsa_init(DSA *dsa)
 341 {
 342     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 343     return (1);
 344 }
 345
 346 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 347 {
 348     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 349     return (1);
 350 }