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, BIGNUM **rp);
  71 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
  72                          DSA *dsa);
  73 static int dsa_init(DSA *dsa);
  74 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  75
  76 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  77 "OpenSSL DSA method",
  78 dsa_do_sign,
  79 dsa_sign_setup,
  80 dsa_do_verify,
  81 NULL, /* dsa_mod_exp, */
  82 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
  83 dsa_init,
  84 dsa_finish,
  85 0,
  86 NULL,
  87 NULL,
  88 NULL
  89 };
  90
  91 /* These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  92  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  93  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  94  *
  95  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  96  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
  97  *
  98  * can be replaced by;
  99  *
 100  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 101  *                 dsa->method_mont_p);
 102  */
 103
 104 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 105         do { \
 106         int _tmp_res53; \
 107         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 108                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 109                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 110         else \
 111                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 112                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 113         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 114         } while(0)
 115 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 116         do { \
 117         int _tmp_res53; \
 118         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 119                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 120                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 121         else \
 122                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 123         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 124         } while(0)
 125
 126 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 127 {
 128         return &openssl_dsa_meth;
 129 }
 130
 131 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 132         {
 133         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 134         BIGNUM m;
 135         BIGNUM xr;
 136         BN_CTX *ctx=NULL;
 137         int reason=ERR_R_BN_LIB;
 138         DSA_SIG *ret=NULL;
 139         int noredo = 0;
 140
 141         BN_init(&m);
 142         BN_init(&xr);
 143
 144         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 145                 {
 146                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 147                 goto err;
 148                 }
 149
 150         s=BN_new();
 151         if (s == NULL) goto err;
 152         ctx=BN_CTX_new();
 153         if (ctx == NULL) goto err;
 154 redo:
 155         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 156                 {
 157                 if (!DSA_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
 158                 }
 159         else
 160                 {
 161                 kinv=dsa->kinv;
 162                 dsa->kinv=NULL;
 163                 r=dsa->r;
 164                 dsa->r=NULL;
 165                 noredo = 1;
 166                 }
 167
 168
 169         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 170                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 171                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 172                  * fips 186-3, 4.2 */
 173                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 174         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
 175                 goto err;
 176
 177         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 178         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 179         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 180         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 181                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 182         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 183
 184         ret=DSA_SIG_new();
 185         if (ret == NULL) goto err;
 186         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 187          * very unlikely.
 188          */
 189         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 190                 {
 191                 if (noredo)
 192                         {
 193                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 194                         goto err;
 195                         }
 196                 goto redo;
 197                 }
 198         ret->r = r;
 199         ret->s = s;
 200
 201 err:
 202         if (!ret)
 203                 {
 204                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 205                 BN_free(r);
 206                 BN_free(s);
 207                 }
 208         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 209         BN_clear_free(&m);
 210         BN_clear_free(&xr);
 211         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 212             BN_clear_free(kinv);
 213         return(ret);
 214         }
 215
 216 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 217         {
 218         BN_CTX *ctx;
 219         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 220         int ret=0;
 221
 222         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 223                 {
 224                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 225                 return 0;
 226                 }
 227
 228         BN_init(&k);
 229         BN_init(&kq);
 230
 231         if (ctx_in == NULL)
 232                 {
 233                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 234                 }
 235         else
 236                 ctx=ctx_in;
 237
 238         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 239
 240         /* Get random k */
 241         do
 242                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 243         while (BN_is_zero(&k));
 244         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 245                 {
 246                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 247                 }
 248
 249         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 250                 {
 251                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 252                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 253                                                 dsa->p, ctx))
 254                         goto err;
 255                 }
 256
 257         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 258
 259         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 260                 {
 261                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 262
 263                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 264                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 265                  *
 266                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 267                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 268
 269                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 270                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 271                         {
 272                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 273                         }
 274
 275                 K = &kq;
 276                 }
 277         else
 278                 {
 279                 K = &k;
 280                 }
 281         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 282                         dsa->method_mont_p);
 283         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 284
 285         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 286         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 287
 288         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 289         *kinvp=kinv;
 290         kinv=NULL;
 291         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 292         *rp=r;
 293         ret=1;
 294 err:
 295         if (!ret)
 296                 {
 297                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 298                 if (r != NULL)
 299                         BN_clear_free(r);
 300                 }
 301         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 302         BN_clear_free(&k);
 303         BN_clear_free(&kq);
 304         return(ret);
 305         }
 306
 307 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 308                          DSA *dsa)
 309         {
 310         BN_CTX *ctx;
 311         BIGNUM u1,u2,t1;
 312         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 313         int ret = -1, i;
 314         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 315                 {
 316                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 317                 return -1;
 318                 }
 319
 320         i = BN_num_bits(dsa->q);
 321         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 322         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 323                 {
 324                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 325                 return -1;
 326                 }
 327
 328         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 329                 {
 330                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 331                 return -1;
 332                 }
 333         BN_init(&u1);
 334         BN_init(&u2);
 335         BN_init(&t1);
 336
 337         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 338
 339         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 340             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 341                 {
 342                 ret = 0;
 343                 goto err;
 344                 }
 345         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 346             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 347                 {
 348                 ret = 0;
 349                 goto err;
 350                 }
 351
 352         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 353          * save W in u2 */
 354         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 355
 356         /* save M in u1 */
 357         if (dgst_len > (i >> 3))
 358                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 359                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 360                  * fips 186-3, 4.2 */
 361                 dgst_len = (i >> 3);
 362         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 363
 364         /* u1 = M * w mod q */
 365         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 366
 367         /* u2 = r * w mod q */
 368         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 369
 370
 371         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 372                 {
 373                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 374                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 375                 if (!mont)
 376                         goto err;
 377                 }
 378
 379
 380         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 381         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 382         /* let u1 = u1 mod q */
 383         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 384
 385         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 386          * equal to R. */
 387         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 388
 389         err:
 390         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 391            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 392         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 393         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 394         BN_free(&u1);
 395         BN_free(&u2);
 396         BN_free(&t1);
 397         return(ret);
 398         }
 399
 400 static int dsa_init(DSA *dsa)
 401 {
 402         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 403         return(1);
 404 }
 405
 406 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 407 {
 408         if(dsa->method_mont_p)
 409                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 410         return(1);
 411 }
 412