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