crypto/ec/ecdsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2017 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 #include <string.h>
  11 #include <openssl/err.h>
  12 #include <openssl/obj_mac.h>
  13 #include <openssl/bn.h>
  14 #include <openssl/rand.h>
  15 #include <openssl/ec.h>
  16 #include "ec_lcl.h"
  17
  18 int ossl_ecdsa_sign(int type, const unsigned char *dgst, int dlen,
  19                     unsigned char *sig, unsigned int *siglen,
  20                     const BIGNUM *kinv, const BIGNUM *r, EC_KEY *eckey)
  21 {
  22     ECDSA_SIG *s;
  23
  24     s = ECDSA_do_sign_ex(dgst, dlen, kinv, r, eckey);
  25     if (s == NULL) {
  26         *siglen = 0;
  27         return 0;
  28     }
  29     *siglen = i2d_ECDSA_SIG(s, &sig);
  30     ECDSA_SIG_free(s);
  31     return 1;
  32 }
  33
  34 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
  35                             BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  36                             const unsigned char *dgst, int dlen)
  37 {
  38     BN_CTX *ctx = NULL;
  39     BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *X = NULL;
  40     const BIGNUM *order;
  41     EC_POINT *tmp_point = NULL;
  42     const EC_GROUP *group;
  43     int ret = 0;
  44     int order_bits;
  45
  46     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
  47         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  48         return 0;
  49     }
  50
  51     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
  52         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
  53         return 0;
  54     }
  55
  56     if (ctx_in == NULL) {
  57         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
  58             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  59             return 0;
  60         }
  61     } else
  62         ctx = ctx_in;
  63
  64     k = BN_new();               /* this value is later returned in *kinvp */
  65     r = BN_new();               /* this value is later returned in *rp */
  66     X = BN_new();
  67     if (k == NULL || r == NULL || X == NULL) {
  68         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  69         goto err;
  70     }
  71     if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
  72         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
  73         goto err;
  74     }
  75     order = EC_GROUP_get0_order(group);
  76     if (order == NULL) {
  77         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
  78         goto err;
  79     }
  80
  81     /* Preallocate space */
  82     order_bits = BN_num_bits(order);
  83     if (!BN_set_bit(k, order_bits)
  84         || !BN_set_bit(r, order_bits)
  85         || !BN_set_bit(X, order_bits))
  86         goto err;
  87
  88     do {
  89         /* get random k */
  90         do
  91             if (dgst != NULL) {
  92                 if (!BN_generate_dsa_nonce
  93                     (k, order, EC_KEY_get0_private_key(eckey), dgst, dlen,
  94                      ctx)) {
  95                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
  96                              EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
  97                     goto err;
  98                 }
  99             } else {
 100                 if (!BN_priv_rand_range(k, order)) {
 101                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 102                              EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 103                     goto err;
 104                 }
 105             }
 106         while (BN_is_zero(k));
 107
 108         /*
 109          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 110          * compute G*k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
 111          *
 112          * We unconditionally perform both of these additions to prevent a
 113          * small timing information leakage.  We then choose the sum that is
 114          * one bit longer than the order.  This guarantees the code
 115          * path used in the constant time implementations elsewhere.
 116          *
 117          * TODO: revisit the BN_copy aiming for a memory access agnostic
 118          * conditional copy.
 119          */
 120         if (!BN_add(r, k, order)
 121             || !BN_add(X, r, order)
 122             || !BN_copy(k, BN_num_bits(r) > order_bits ? r : X))
 123             goto err;
 124
 125         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 126         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 127             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 128             goto err;
 129         }
 130         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 131             NID_X9_62_prime_field) {
 132             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp
 133                 (group, tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 134                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 135                 goto err;
 136             }
 137         }
 138 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 139         else {                  /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 140
 141             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 142                                                       tmp_point, X, NULL,
 143                                                       ctx)) {
 144                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 145                 goto err;
 146             }
 147         }
 148 #endif
 149         if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 150             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 151             goto err;
 152         }
 153     }
 154     while (BN_is_zero(r));
 155
 156     /* Check if optimized inverse is implemented */
 157     if (EC_GROUP_do_inverse_ord(group, k, k, ctx) == 0) {
 158         /* compute the inverse of k */
 159         if (group->mont_data != NULL) {
 160             /*
 161              * We want inverse in constant time, therefore we utilize the fact
 162              * order must be prime and use Fermats Little Theorem instead.
 163              */
 164             if (!BN_set_word(X, 2)) {
 165                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 166                 goto err;
 167             }
 168             if (!BN_mod_sub(X, order, X, order, ctx)) {
 169                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 170                 goto err;
 171             }
 172             BN_set_flags(X, BN_FLG_CONSTTIME);
 173             if (!BN_mod_exp_mont_consttime(k, k, X, order, ctx,
 174                                            group->mont_data)) {
 175                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 176                 goto err;
 177             }
 178         } else {
 179             if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx)) {
 180                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 181                 goto err;
 182             }
 183         }
 184     }
 185
 186     /* clear old values if necessary */
 187     BN_clear_free(*rp);
 188     BN_clear_free(*kinvp);
 189     /* save the pre-computed values  */
 190     *rp = r;
 191     *kinvp = k;
 192     ret = 1;
 193  err:
 194     if (!ret) {
 195         BN_clear_free(k);
 196         BN_clear_free(r);
 197     }
 198     if (ctx != ctx_in)
 199         BN_CTX_free(ctx);
 200     EC_POINT_free(tmp_point);
 201     BN_clear_free(X);
 202     return ret;
 203 }
 204
 205 int ossl_ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 206                           BIGNUM **rp)
 207 {
 208     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 209 }
 210
 211 ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 212                                const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 213                                EC_KEY *eckey)
 214 {
 215     int ok = 0, i;
 216     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL;
 217     const BIGNUM *order, *ckinv;
 218     BN_CTX *ctx = NULL;
 219     const EC_GROUP *group;
 220     ECDSA_SIG *ret;
 221     const BIGNUM *priv_key;
 222
 223     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 224     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 225
 226     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
 227         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 228         return NULL;
 229     }
 230
 231     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 232         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 233         return NULL;
 234     }
 235
 236     ret = ECDSA_SIG_new();
 237     if (ret == NULL) {
 238         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 239         return NULL;
 240     }
 241     ret->r = BN_new();
 242     ret->s = BN_new();
 243     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
 244         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 245         goto err;
 246     }
 247     s = ret->s;
 248
 249     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL ||
 250         (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
 251         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 252         goto err;
 253     }
 254
 255     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 256     if (order == NULL) {
 257         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 258         goto err;
 259     }
 260     i = BN_num_bits(order);
 261     /*
 262      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 263      */
 264     if (8 * dgst_len > i)
 265         dgst_len = (i + 7) / 8;
 266     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 267         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 268         goto err;
 269     }
 270     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 271     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 272         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 273         goto err;
 274     }
 275     do {
 276         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 277             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 278                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
 279                 goto err;
 280             }
 281             ckinv = kinv;
 282         } else {
 283             ckinv = in_kinv;
 284             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 285                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 286                 goto err;
 287             }
 288         }
 289
 290         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
 291             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 292             goto err;
 293         }
 294         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
 295             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 296             goto err;
 297         }
 298         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 299             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 300             goto err;
 301         }
 302         if (BN_is_zero(s)) {
 303             /*
 304              * if kinv and r have been supplied by the caller, don't
 305              * generate new kinv and r values
 306              */
 307             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 308                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 309                 goto err;
 310             }
 311         } else
 312             /* s != 0 => we have a valid signature */
 313             break;
 314     }
 315     while (1);
 316
 317     ok = 1;
 318  err:
 319     if (!ok) {
 320         ECDSA_SIG_free(ret);
 321         ret = NULL;
 322     }
 323     BN_CTX_free(ctx);
 324     BN_clear_free(m);
 325     BN_clear_free(tmp);
 326     BN_clear_free(kinv);
 327     return ret;
 328 }
 329
 330 /*-
 331  * returns
 332  *      1: correct signature
 333  *      0: incorrect signature
 334  *     -1: error
 335  */
 336 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 337                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
 338 {
 339     ECDSA_SIG *s;
 340     const unsigned char *p = sigbuf;
 341     unsigned char *der = NULL;
 342     int derlen = -1;
 343     int ret = -1;
 344
 345     s = ECDSA_SIG_new();
 346     if (s == NULL)
 347         return ret;
 348     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
 349         goto err;
 350     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
 351     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
 352     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
 353         goto err;
 354     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
 355  err:
 356     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
 357     ECDSA_SIG_free(s);
 358     return ret;
 359 }
 360
 361 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 362                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 363 {
 364     int ret = -1, i;
 365     BN_CTX *ctx;
 366     const BIGNUM *order;
 367     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
 368     EC_POINT *point = NULL;
 369     const EC_GROUP *group;
 370     const EC_POINT *pub_key;
 371
 372     /* check input values */
 373     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 374         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 375         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
 376         return -1;
 377     }
 378
 379     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 380         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 381         return -1;
 382     }
 383
 384     ctx = BN_CTX_new();
 385     if (ctx == NULL) {
 386         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 387         return -1;
 388     }
 389     BN_CTX_start(ctx);
 390     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 391     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 392     m = BN_CTX_get(ctx);
 393     X = BN_CTX_get(ctx);
 394     if (X == NULL) {
 395         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 396         goto err;
 397     }
 398
 399     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 400     if (order == NULL) {
 401         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 402         goto err;
 403     }
 404
 405     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 406         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 407         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 408         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
 409         ret = 0;                /* signature is invalid */
 410         goto err;
 411     }
 412     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 413     /* Check if optimized inverse is implemented */
 414     if (EC_GROUP_do_inverse_ord(group, u2, sig->s, ctx) == 0) {
 415         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
 416             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 417             goto err;
 418         }
 419     }
 420     /* digest -> m */
 421     i = BN_num_bits(order);
 422     /*
 423      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 424      */
 425     if (8 * dgst_len > i)
 426         dgst_len = (i + 7) / 8;
 427     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 428         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 429         goto err;
 430     }
 431     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 432     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 433         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 434         goto err;
 435     }
 436     /* u1 = m * tmp mod order */
 437     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 438         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 439         goto err;
 440     }
 441     /* u2 = r * w mod q */
 442     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 443         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 444         goto err;
 445     }
 446
 447     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 448         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 449         goto err;
 450     }
 451     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 452         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 453         goto err;
 454     }
 455     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 456         NID_X9_62_prime_field) {
 457         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 458             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 459             goto err;
 460         }
 461     }
 462 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 463     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 464
 465         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 466             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 467             goto err;
 468         }
 469     }
 470 #endif
 471     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 472         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 473         goto err;
 474     }
 475     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 476     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 477  err:
 478     BN_CTX_end(ctx);
 479     BN_CTX_free(ctx);
 480     EC_POINT_free(point);
 481     return ret;
 482 }