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
  62
  63 #include <stdio.h>
  64 #include "cryptlib.h"
  65 #include <openssl/bn.h>
  66 #include <openssl/sha.h>
  67 #include <openssl/dsa.h>
  68 #include <openssl/rand.h>
  69 #include <openssl/asn1.h>
  70
  71 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  72 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  73 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
  74                                       BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  75                                       const unsigned char *dgst, int dlen);
  76 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
  77                          DSA *dsa);
  78 static int dsa_init(DSA *dsa);
  79 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  80
  81 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  82 "OpenSSL DSA method",
  83 dsa_do_sign,
  84 dsa_sign_setup_no_digest,
  85 dsa_do_verify,
  86 NULL, /* dsa_mod_exp, */
  87 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
  88 dsa_init,
  89 dsa_finish,
  90 DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  91 NULL,
  92 NULL,
  93 NULL
  94 };
  95
  96 /*-
  97  * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  98  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  99  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
 100  *
 101  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
 102  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
 103  *
 104  * can be replaced by;
 105  *
 106  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 107  *                 dsa->method_mont_p);
 108  */
 109
 110 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 111         do { \
 112         int _tmp_res53; \
 113         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 114                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 115                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 116         else \
 117                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 118                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 119         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 120         } while(0)
 121 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 122         do { \
 123         int _tmp_res53; \
 124         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 125                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 126                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 127         else \
 128                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 129         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 130         } while(0)
 131
 132 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 133 {
 134         return &openssl_dsa_meth;
 135 }
 136
 137 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 138         {
 139         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 140         BIGNUM *m;
 141         BIGNUM *xr;
 142         BN_CTX *ctx=NULL;
 143         int reason=ERR_R_BN_LIB;
 144         DSA_SIG *ret=NULL;
 145         int noredo = 0;
 146
 147         m = BN_new();
 148         xr = BN_new();
 149         if(!m || !xr) goto err;
 150
 151         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 152                 {
 153                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 154                 goto err;
 155                 }
 156
 157         s=BN_new();
 158         if (s == NULL) goto err;
 159         ctx=BN_CTX_new();
 160         if (ctx == NULL) goto err;
 161 redo:
 162         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 163                 {
 164                 if (!dsa_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r,dgst,dlen))
 165                         goto err;
 166                 }
 167         else
 168                 {
 169                 kinv=dsa->kinv;
 170                 dsa->kinv=NULL;
 171                 r=dsa->r;
 172                 dsa->r=NULL;
 173                 noredo = 1;
 174                 }
 175
 176
 177         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 178                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 179                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 180                  * fips 186-3, 4.2 */
 181                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 182         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,m) == NULL)
 183                 goto err;
 184
 185         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 186         if (!BN_mod_mul(xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 187         if (!BN_add(s, xr, m)) goto err;                /* s = m + xr */
 188         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 189                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 190         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 191
 192         ret=DSA_SIG_new();
 193         if (ret == NULL) goto err;
 194         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 195          * very unlikely.
 196          */
 197         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 198                 {
 199                 if (noredo)
 200                         {
 201                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 202                         goto err;
 203                         }
 204                 goto redo;
 205                 }
 206         ret->r = r;
 207         ret->s = s;
 208
 209 err:
 210         if (!ret)
 211                 {
 212                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 213                 BN_free(r);
 214                 BN_free(s);
 215                 }
 216         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 217         BN_clear_free(m);
 218         BN_clear_free(xr);
 219         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 220             BN_clear_free(kinv);
 221         return(ret);
 222         }
 223
 224 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 225                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp) {
 226         return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 227 }
 228
 229 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 230                                       BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 231                                       const unsigned char *dgst, int dlen)
 232         {
 233         BN_CTX *ctx = NULL;
 234         BIGNUM *k,*kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 235         int ret=0;
 236
 237         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 238                 {
 239                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 240                 return 0;
 241                 }
 242
 243         k = BN_new();
 244         kq = BN_new();
 245         if(!k || !kq) goto err;
 246
 247         if (ctx_in == NULL)
 248                 {
 249                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 250                 }
 251         else
 252                 ctx=ctx_in;
 253
 254         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 255
 256         /* Get random k */
 257         do
 258                 {
 259 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
 260                 if (dgst != NULL)
 261                         {
 262                         /* We calculate k from SHA512(private_key + H(message)
 263                          * + random). This protects the private key from a weak
 264                          * PRNG. */
 265                         if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 266                                                    dlen, ctx))
 267                                 goto err;
 268                         }
 269                 else
 270 #endif
 271                         if (!BN_rand_range(k, dsa->q)) goto err;
 272                 } while (BN_is_zero(k));
 273
 274         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 275                 {
 276                 BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 277                 }
 278
 279         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 280                 {
 281                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 282                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 283                                                 dsa->p, ctx))
 284                         goto err;
 285                 }
 286
 287         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 288
 289         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 290                 {
 291                 if (!BN_copy(kq, k)) goto err;
 292
 293                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 294                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 295                  *
 296                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 297                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 298
 299                 if (!BN_add(kq, kq, dsa->q)) goto err;
 300                 if (BN_num_bits(kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 301                         {
 302                         if (!BN_add(kq, kq, dsa->q)) goto err;
 303                         }
 304
 305                 K = kq;
 306                 }
 307         else
 308                 {
 309                 K = k;
 310                 }
 311         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 312                         dsa->method_mont_p);
 313         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 314
 315         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 316         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 317
 318         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 319         *kinvp=kinv;
 320         kinv=NULL;
 321         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 322         *rp=r;
 323         ret=1;
 324 err:
 325         if (!ret)
 326                 {
 327                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 328                 if (r != NULL)
 329                         BN_clear_free(r);
 330                 }
 331         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 332         BN_clear_free(k);
 333         BN_clear_free(kq);
 334         return(ret);
 335         }
 336
 337 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 338                          DSA *dsa)
 339         {
 340         BN_CTX *ctx;
 341         BIGNUM *u1,*u2,*t1;
 342         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 343         int ret = -1, i;
 344         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 345                 {
 346                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 347                 return -1;
 348                 }
 349
 350         i = BN_num_bits(dsa->q);
 351         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 352         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 353                 {
 354                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 355                 return -1;
 356                 }
 357
 358         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 359                 {
 360                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 361                 return -1;
 362                 }
 363         u1 = BN_new();
 364         u2 = BN_new();
 365         t1 = BN_new();
 366         ctx=BN_CTX_new();
 367         if(!u1 || !u2 || !t1 || !ctx) goto err;
 368
 369         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 370             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 371                 {
 372                 ret = 0;
 373                 goto err;
 374                 }
 375         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 376             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 377                 {
 378                 ret = 0;
 379                 goto err;
 380                 }
 381
 382         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 383          * save W in u2 */
 384         if ((BN_mod_inverse(u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 385
 386         /* save M in u1 */
 387         if (dgst_len > (i >> 3))
 388                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 389                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 390                  * fips 186-3, 4.2 */
 391                 dgst_len = (i >> 3);
 392         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,u1) == NULL) goto err;
 393
 394         /* u1 = M * w mod q */
 395         if (!BN_mod_mul(u1,u1,u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 396
 397         /* u2 = r * w mod q */
 398         if (!BN_mod_mul(u2,sig->r,u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 399
 400
 401         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 402                 {
 403                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 404                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 405                 if (!mont)
 406                         goto err;
 407                 }
 408
 409
 410         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx, mont);
 411         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 412         /* let u1 = u1 mod q */
 413         if (!BN_mod(u1,t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 414
 415         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 416          * equal to R. */
 417         ret=(BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 418
 419         err:
 420         if (ret < 0) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 421         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 422         if(u1) BN_free(u1);
 423         if(u2) BN_free(u2);
 424         if(t1) BN_free(t1);
 425         return(ret);
 426         }
 427
 428 static int dsa_init(DSA *dsa)
 429 {
 430         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 431         return(1);
 432 }
 433
 434 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 435 {
 436         if(dsa->method_mont_p)
 437                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 438         return(1);
 439 }
 440