crypto/ec/ecdsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2018 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/rand.h>
  14 #include "internal/bn_int.h"
  15 #include "ec_lcl.h"
  16
  17 int ossl_ecdsa_sign(int type, const unsigned char *dgst, int dlen,
  18                     unsigned char *sig, unsigned int *siglen,
  19                     const BIGNUM *kinv, const BIGNUM *r, EC_KEY *eckey)
  20 {
  21     ECDSA_SIG *s;
  22
  23     s = ECDSA_do_sign_ex(dgst, dlen, kinv, r, eckey);
  24     if (s == NULL) {
  25         *siglen = 0;
  26         return 0;
  27     }
  28     *siglen = i2d_ECDSA_SIG(s, &sig);
  29     ECDSA_SIG_free(s);
  30     return 1;
  31 }
  32
  33 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
  34                             BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  35                             const unsigned char *dgst, int dlen)
  36 {
  37     BN_CTX *ctx = NULL;
  38     BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *X = NULL;
  39     const BIGNUM *order;
  40     EC_POINT *tmp_point = NULL;
  41     const EC_GROUP *group;
  42     int ret = 0;
  43     int order_bits;
  44
  45     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
  46         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  47         return 0;
  48     }
  49
  50     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
  51         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
  52         return 0;
  53     }
  54
  55     if ((ctx = ctx_in) == NULL) {
  56         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
  57             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  58             return 0;
  59         }
  60     }
  61
  62     k = BN_new();               /* this value is later returned in *kinvp */
  63     r = BN_new();               /* this value is later returned in *rp */
  64     X = BN_new();
  65     if (k == NULL || r == NULL || X == NULL) {
  66         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  67         goto err;
  68     }
  69     if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
  70         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
  71         goto err;
  72     }
  73     order = EC_GROUP_get0_order(group);
  74
  75     /* Preallocate space */
  76     order_bits = BN_num_bits(order);
  77     if (!BN_set_bit(k, order_bits)
  78         || !BN_set_bit(r, order_bits)
  79         || !BN_set_bit(X, order_bits))
  80         goto err;
  81
  82     do {
  83         /* get random k */
  84         do {
  85             if (dgst != NULL) {
  86                 if (!BN_generate_dsa_nonce(k, order,
  87                                            EC_KEY_get0_private_key(eckey),
  88                                            dgst, dlen, ctx)) {
  89                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
  90                           EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
  91                     goto err;
  92                 }
  93             } else {
  94                 if (!BN_priv_rand_range(k, order)) {
  95                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
  96                           EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
  97                     goto err;
  98                 }
  99             }
 100         } while (BN_is_zero(k));
 101
 102         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 103         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 104             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 105             goto err;
 106         }
 107         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 108             NID_X9_62_prime_field) {
 109             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, tmp_point, X,
 110                                                      NULL, ctx)) {
 111                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 112                 goto err;
 113             }
 114         }
 115 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 116         else {                  /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 117             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, tmp_point, X,
 118                                                       NULL, ctx)) {
 119                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 120                 goto err;
 121             }
 122         }
 123 #endif
 124         if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 125             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 126             goto err;
 127         }
 128     } while (BN_is_zero(r));
 129
 130     /* compute the inverse of k */
 131     if (!ec_group_do_inverse_ord(group, k, k, ctx)) {
 132         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 133         goto err;
 134     }
 135
 136     /* clear old values if necessary */
 137     BN_clear_free(*rp);
 138     BN_clear_free(*kinvp);
 139     /* save the pre-computed values  */
 140     *rp = r;
 141     *kinvp = k;
 142     ret = 1;
 143  err:
 144     if (!ret) {
 145         BN_clear_free(k);
 146         BN_clear_free(r);
 147     }
 148     if (ctx != ctx_in)
 149         BN_CTX_free(ctx);
 150     EC_POINT_free(tmp_point);
 151     BN_clear_free(X);
 152     return ret;
 153 }
 154
 155 int ossl_ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 156                           BIGNUM **rp)
 157 {
 158     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 159 }
 160
 161 ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 162                                const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 163                                EC_KEY *eckey)
 164 {
 165     int ok = 0, i;
 166     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL;
 167     const BIGNUM *order, *ckinv;
 168     BN_CTX *ctx = NULL;
 169     const EC_GROUP *group;
 170     ECDSA_SIG *ret;
 171     const BIGNUM *priv_key;
 172
 173     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 174     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 175
 176     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
 177         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 178         return NULL;
 179     }
 180
 181     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 182         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 183         return NULL;
 184     }
 185
 186     ret = ECDSA_SIG_new();
 187     if (ret == NULL) {
 188         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 189         return NULL;
 190     }
 191     ret->r = BN_new();
 192     ret->s = BN_new();
 193     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
 194         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 195         goto err;
 196     }
 197     s = ret->s;
 198
 199     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL
 200         || (m = BN_new()) == NULL) {
 201         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 202         goto err;
 203     }
 204
 205     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 206     i = BN_num_bits(order);
 207     /*
 208      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 209      */
 210     if (8 * dgst_len > i)
 211         dgst_len = (i + 7) / 8;
 212     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 213         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 214         goto err;
 215     }
 216     /* If still too long, truncate remaining bits with a shift */
 217     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 218         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 219         goto err;
 220     }
 221     do {
 222         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 223             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 224                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
 225                 goto err;
 226             }
 227             ckinv = kinv;
 228         } else {
 229             ckinv = in_kinv;
 230             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 231                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 232                 goto err;
 233             }
 234         }
 235
 236         /*
 237          * With only one multiplicant being in Montgomery domain
 238          * multiplication yields real result without post-conversion.
 239          * Also note that all operations but last are performed with
 240          * zero-padded vectors. Last operation, BN_mod_mul_montgomery
 241          * below, returns user-visible value with removed zero padding.
 242          */
 243         if (!bn_to_mont_fixed_top(s, ret->r, group->mont_data, ctx)
 244             || !bn_mul_mont_fixed_top(s, s, priv_key, group->mont_data, ctx)) {
 245             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 246             goto err;
 247         }
 248         if (!bn_mod_add_fixed_top(s, s, m, order)) {
 249             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 250             goto err;
 251         }
 252         /*
 253          * |s| can still be larger than modulus, because |m| can be. In
 254          * such case we count on Montgomery reduction to tie it up.
 255          */
 256         if (!bn_to_mont_fixed_top(s, s, group->mont_data, ctx)
 257             || !BN_mod_mul_montgomery(s, s, ckinv, group->mont_data, ctx)) {
 258             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 259             goto err;
 260         }
 261
 262         if (BN_is_zero(s)) {
 263             /*
 264              * if kinv and r have been supplied by the caller, don't
 265              * generate new kinv and r values
 266              */
 267             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 268                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 269                 goto err;
 270             }
 271         } else {
 272             /* s != 0 => we have a valid signature */
 273             break;
 274         }
 275     } while (1);
 276
 277     ok = 1;
 278  err:
 279     if (!ok) {
 280         ECDSA_SIG_free(ret);
 281         ret = NULL;
 282     }
 283     BN_CTX_free(ctx);
 284     BN_clear_free(m);
 285     BN_clear_free(kinv);
 286     return ret;
 287 }
 288
 289 /*-
 290  * returns
 291  *      1: correct signature
 292  *      0: incorrect signature
 293  *     -1: error
 294  */
 295 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 296                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
 297 {
 298     ECDSA_SIG *s;
 299     const unsigned char *p = sigbuf;
 300     unsigned char *der = NULL;
 301     int derlen = -1;
 302     int ret = -1;
 303
 304     s = ECDSA_SIG_new();
 305     if (s == NULL)
 306         return ret;
 307     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
 308         goto err;
 309     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
 310     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
 311     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
 312         goto err;
 313     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
 314  err:
 315     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
 316     ECDSA_SIG_free(s);
 317     return ret;
 318 }
 319
 320 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 321                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 322 {
 323     int ret = -1, i;
 324     BN_CTX *ctx;
 325     const BIGNUM *order;
 326     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
 327     EC_POINT *point = NULL;
 328     const EC_GROUP *group;
 329     const EC_POINT *pub_key;
 330
 331     /* check input values */
 332     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 333         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 334         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
 335         return -1;
 336     }
 337
 338     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 339         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 340         return -1;
 341     }
 342
 343     ctx = BN_CTX_new();
 344     if (ctx == NULL) {
 345         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 346         return -1;
 347     }
 348     BN_CTX_start(ctx);
 349     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 350     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 351     m = BN_CTX_get(ctx);
 352     X = BN_CTX_get(ctx);
 353     if (X == NULL) {
 354         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 355         goto err;
 356     }
 357
 358     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 359     if (order == NULL) {
 360         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 361         goto err;
 362     }
 363
 364     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 365         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 366         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 367         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
 368         ret = 0;                /* signature is invalid */
 369         goto err;
 370     }
 371     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 372     if (!ec_group_do_inverse_ord(group, u2, sig->s, ctx)) {
 373         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 374         goto err;
 375     }
 376     /* digest -> m */
 377     i = BN_num_bits(order);
 378     /*
 379      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 380      */
 381     if (8 * dgst_len > i)
 382         dgst_len = (i + 7) / 8;
 383     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 384         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 385         goto err;
 386     }
 387     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 388     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 389         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 390         goto err;
 391     }
 392     /* u1 = m * tmp mod order */
 393     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 394         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 395         goto err;
 396     }
 397     /* u2 = r * w mod q */
 398     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 399         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 400         goto err;
 401     }
 402
 403     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 404         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 405         goto err;
 406     }
 407     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 408         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 409         goto err;
 410     }
 411     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 412         NID_X9_62_prime_field) {
 413         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 414             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 415             goto err;
 416         }
 417     }
 418 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 419     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 420
 421         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 422             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 423             goto err;
 424         }
 425     }
 426 #endif
 427     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 428         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 429         goto err;
 430     }
 431     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 432     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 433  err:
 434     BN_CTX_end(ctx);
 435     BN_CTX_free(ctx);
 436     EC_POINT_free(point);
 437     return ret;
 438 }