d58490f21fdf977d57c1606201240ed1a8bb97cd
[openssl.git] / crypto / ecdsa / ecdsatest.c
1 /* crypto/ecdsa/ecdsatest.c */
2 /*
3  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project.
4  */
5 /* ====================================================================
6  * Copyright (c) 2000-2005 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  *
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  *
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
17  *    the documentation and/or other materials provided with the
18  *    distribution.
19  *
20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
21  *    software must display the following acknowledgment:
22  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
23  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
24  *
25  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
26  *    endorse or promote products derived from this software without
27  *    prior written permission. For written permission, please contact
28  *    licensing@OpenSSL.org.
29  *
30  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
31  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
32  *    permission of the OpenSSL Project.
33  *
34  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
35  *    acknowledgment:
36  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
37  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
38  *
39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
40  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
42  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
43  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
44  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
45  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
46  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
48  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
49  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
50  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
51  * ====================================================================
52  *
53  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
54  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
55  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
56  *
57  */
58 /* ====================================================================
59  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
60  *
61  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
62  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
63  *
64  * The Contribution is licensed pursuant to the OpenSSL open source
65  * license provided above.
66  *
67  * The elliptic curve binary polynomial software is originally written by
68  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
69  *
70  */
71
72 #include <stdio.h>
73 #include <stdlib.h>
74 #include <string.h>
75
76 #include <openssl/opensslconf.h> /* To see if OPENSSL_NO_ECDSA is defined */
77
78 #ifdef OPENSSL_NO_ECDSA
79 int main(int argc, char *argv[])
80 {
81     puts("Elliptic curves are disabled.");
82     return 0;
83 }
84 #else
85
86 # include <openssl/crypto.h>
87 # include <openssl/bio.h>
88 # include <openssl/evp.h>
89 # include <openssl/bn.h>
90 # include <openssl/ecdsa.h>
91 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
92 #  include <openssl/engine.h>
93 # endif
94 # include <openssl/err.h>
95 # include <openssl/rand.h>
96
97 static const char rnd_seed[] = "string to make the random number generator "
98     "think it has entropy";
99
100 /* declaration of the test functions */
101 int x9_62_tests(BIO *);
102 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r, const char *s);
103 int test_builtin(BIO *);
104
105 /* functions to change the RAND_METHOD */
106 int change_rand(void);
107 int restore_rand(void);
108 int fbytes(unsigned char *buf, int num);
109
110 RAND_METHOD fake_rand;
111 const RAND_METHOD *old_rand;
112
113 int change_rand(void)
114 {
115     /* save old rand method */
116     if ((old_rand = RAND_get_rand_method()) == NULL)
117         return 0;
118
119     fake_rand.seed = old_rand->seed;
120     fake_rand.cleanup = old_rand->cleanup;
121     fake_rand.add = old_rand->add;
122     fake_rand.status = old_rand->status;
123     /* use own random function */
124     fake_rand.bytes = fbytes;
125     fake_rand.pseudorand = old_rand->bytes;
126     /* set new RAND_METHOD */
127     if (!RAND_set_rand_method(&fake_rand))
128         return 0;
129     return 1;
130 }
131
132 int restore_rand(void)
133 {
134     if (!RAND_set_rand_method(old_rand))
135         return 0;
136     else
137         return 1;
138 }
139
140 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
141 static const char *numbers[8] = {
142     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
143     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
144     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
145         "71676178726717",
146     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
147         "55657156756655",
148     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
149     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
150     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
151         "64667494947990",
152     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
153         "40041670216363"
154 };
155
156 int fbytes(unsigned char *buf, int num)
157 {
158     int ret;
159     BIGNUM *tmp = NULL;
160
161     if (use_fake == 0)
162         return old_rand->bytes(buf, num);
163
164     use_fake = 0;
165
166     if (fbytes_counter >= 8)
167         return 0;
168     tmp = BN_new();
169     if (!tmp)
170         return 0;
171     if (!BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter])) {
172         BN_free(tmp);
173         return 0;
174     }
175     fbytes_counter++;
176     if (num != BN_num_bytes(tmp) || !BN_bn2bin(tmp, buf))
177         ret = 0;
178     else
179         ret = 1;
180     BN_free(tmp);
181     return ret;
182 }
183
184 /* some tests from the X9.62 draft */
185 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r_in, const char *s_in)
186 {
187     int ret = 0;
188     const char message[] = "abc";
189     unsigned char digest[20];
190     unsigned int dgst_len = 0;
191     EVP_MD_CTX md_ctx;
192     EC_KEY *key = NULL;
193     ECDSA_SIG *signature = NULL;
194     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
195     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
196
197     EVP_MD_CTX_init(&md_ctx);
198     /* get the message digest */
199     if (!EVP_DigestInit(&md_ctx, EVP_ecdsa())
200         || !EVP_DigestUpdate(&md_ctx, (const void *)message, 3)
201         || !EVP_DigestFinal(&md_ctx, digest, &dgst_len))
202         goto x962_int_err;
203
204     BIO_printf(out, "testing %s: ", OBJ_nid2sn(nid));
205     /* create the key */
206     if ((key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)) == NULL)
207         goto x962_int_err;
208     use_fake = 1;
209     if (!EC_KEY_generate_key(key))
210         goto x962_int_err;
211     BIO_printf(out, ".");
212     (void)BIO_flush(out);
213     /* create the signature */
214     use_fake = 1;
215     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
216     if (!ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp))
217         goto x962_int_err;
218     signature = ECDSA_do_sign_ex(digest, 20, kinv, rp, key);
219     if (signature == NULL)
220         goto x962_int_err;
221     BIO_printf(out, ".");
222     (void)BIO_flush(out);
223     /* compare the created signature with the expected signature */
224     if ((r = BN_new()) == NULL || (s = BN_new()) == NULL)
225         goto x962_int_err;
226     if (!BN_dec2bn(&r, r_in) || !BN_dec2bn(&s, s_in))
227         goto x962_int_err;
228     if (BN_cmp(signature->r, r) || BN_cmp(signature->s, s))
229         goto x962_int_err;
230     BIO_printf(out, ".");
231     (void)BIO_flush(out);
232     /* verify the signature */
233     if (ECDSA_do_verify(digest, 20, signature, key) != 1)
234         goto x962_int_err;
235     BIO_printf(out, ".");
236     (void)BIO_flush(out);
237
238     BIO_printf(out, " ok\n");
239     ret = 1;
240  x962_int_err:
241     if (!ret)
242         BIO_printf(out, " failed\n");
243     if (key)
244         EC_KEY_free(key);
245     if (signature)
246         ECDSA_SIG_free(signature);
247     if (r)
248         BN_free(r);
249     if (s)
250         BN_free(s);
251     EVP_MD_CTX_cleanup(&md_ctx);
252     if (kinv)
253         BN_clear_free(kinv);
254     if (rp)
255         BN_clear_free(rp);
256     return ret;
257 }
258
259 int x9_62_tests(BIO *out)
260 {
261     int ret = 0;
262
263     BIO_printf(out, "some tests from X9.62:\n");
264
265     /* set own rand method */
266     if (!change_rand())
267         goto x962_err;
268
269     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime192v1,
270                              "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
271                              "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342"))
272         goto x962_err;
273     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime239v1,
274                              "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
275                              "62058306432176",
276                              "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
277                              "78505179448783"))
278         goto x962_err;
279 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
280     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb191v1,
281                              "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
282                              "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598"))
283         goto x962_err;
284     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb239v1,
285                              "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
286                              "5876922391552",
287                              "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
288                              "49413465737174"))
289         goto x962_err;
290 # endif
291     ret = 1;
292  x962_err:
293     if (!restore_rand())
294         ret = 0;
295     return ret;
296 }
297
298 int test_builtin(BIO *out)
299 {
300     EC_builtin_curve *curves = NULL;
301     size_t crv_len = 0, n = 0;
302     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
303     EC_GROUP *group;
304     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL;
305     unsigned char digest[20], wrong_digest[20];
306     unsigned char *signature = NULL;
307     const unsigned char *sig_ptr;
308     unsigned char *sig_ptr2;
309     unsigned char *raw_buf = NULL;
310     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
311     int nid, ret = 0;
312
313     /* fill digest values with some random data */
314     if (!RAND_pseudo_bytes(digest, 20) ||
315         !RAND_pseudo_bytes(wrong_digest, 20)) {
316         BIO_printf(out, "ERROR: unable to get random data\n");
317         goto builtin_err;
318     }
319
320     /*
321      * create and verify a ecdsa signature with every availble curve (with )
322      */
323     BIO_printf(out, "\ntesting ECDSA_sign() and ECDSA_verify() "
324                "with some internal curves:\n");
325
326     /* get a list of all internal curves */
327     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
328
329     curves = OPENSSL_malloc(sizeof(EC_builtin_curve) * crv_len);
330
331     if (curves == NULL) {
332         BIO_printf(out, "malloc error\n");
333         goto builtin_err;
334     }
335
336     if (!EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)) {
337         BIO_printf(out, "unable to get internal curves\n");
338         goto builtin_err;
339     }
340
341     /* now create and verify a signature for every curve */
342     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
343         unsigned char dirt, offset;
344
345         nid = curves[n].nid;
346         if (nid == NID_ipsec4)
347             continue;
348         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
349         if ((eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
350             goto builtin_err;
351         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
352         if (group == NULL)
353             goto builtin_err;
354         if (EC_KEY_set_group(eckey, group) == 0)
355             goto builtin_err;
356         EC_GROUP_free(group);
357         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
358         if (degree < 160)
359             /* drop the curve */
360         {
361             EC_KEY_free(eckey);
362             eckey = NULL;
363             continue;
364         }
365         BIO_printf(out, "%s: ", OBJ_nid2sn(nid));
366         /* create key */
367         if (!EC_KEY_generate_key(eckey)) {
368             BIO_printf(out, " failed\n");
369             goto builtin_err;
370         }
371         /* create second key */
372         if ((wrong_eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
373             goto builtin_err;
374         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
375         if (group == NULL)
376             goto builtin_err;
377         if (EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group) == 0)
378             goto builtin_err;
379         EC_GROUP_free(group);
380         if (!EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)) {
381             BIO_printf(out, " failed\n");
382             goto builtin_err;
383         }
384
385         BIO_printf(out, ".");
386         (void)BIO_flush(out);
387         /* check key */
388         if (!EC_KEY_check_key(eckey)) {
389             BIO_printf(out, " failed\n");
390             goto builtin_err;
391         }
392         BIO_printf(out, ".");
393         (void)BIO_flush(out);
394         /* create signature */
395         sig_len = ECDSA_size(eckey);
396         if ((signature = OPENSSL_malloc(sig_len)) == NULL)
397             goto builtin_err;
398         if (!ECDSA_sign(0, digest, 20, signature, &sig_len, eckey)) {
399             BIO_printf(out, " failed\n");
400             goto builtin_err;
401         }
402         BIO_printf(out, ".");
403         (void)BIO_flush(out);
404         /* verify signature */
405         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
406             BIO_printf(out, " failed\n");
407             goto builtin_err;
408         }
409         BIO_printf(out, ".");
410         (void)BIO_flush(out);
411         /* verify signature with the wrong key */
412         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, wrong_eckey) == 1) {
413             BIO_printf(out, " failed\n");
414             goto builtin_err;
415         }
416         BIO_printf(out, ".");
417         (void)BIO_flush(out);
418         /* wrong digest */
419         if (ECDSA_verify(0, wrong_digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
420             BIO_printf(out, " failed\n");
421             goto builtin_err;
422         }
423         BIO_printf(out, ".");
424         (void)BIO_flush(out);
425         /* wrong length */
426         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len - 1, eckey) == 1) {
427             BIO_printf(out, " failed\n");
428             goto builtin_err;
429         }
430         BIO_printf(out, ".");
431         (void)BIO_flush(out);
432
433         /*
434          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
435          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
436          * one of the bignums directly.
437          */
438         sig_ptr = signature;
439         if ((ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)) == NULL) {
440             BIO_printf(out, " failed\n");
441             goto builtin_err;
442         }
443
444         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
445         r_len = BN_num_bytes(ecdsa_sig->r);
446         s_len = BN_num_bytes(ecdsa_sig->s);
447         bn_len = (degree + 7) / 8;
448         if ((r_len > bn_len) || (s_len > bn_len)) {
449             BIO_printf(out, " failed\n");
450             goto builtin_err;
451         }
452         buf_len = 2 * bn_len;
453         if ((raw_buf = OPENSSL_malloc(buf_len)) == NULL)
454             goto builtin_err;
455         /* Pad the bignums with leading zeroes. */
456         memset(raw_buf, 0, buf_len);
457         BN_bn2bin(ecdsa_sig->r, raw_buf + bn_len - r_len);
458         BN_bn2bin(ecdsa_sig->s, raw_buf + buf_len - s_len);
459
460         /* Modify a single byte in the buffer. */
461         offset = raw_buf[10] % buf_len;
462         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
463         raw_buf[offset] ^= dirt;
464         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
465         if ((BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, ecdsa_sig->r) == NULL) ||
466             (BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, ecdsa_sig->s) == NULL))
467             goto builtin_err;
468
469         sig_ptr2 = signature;
470         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, &sig_ptr2);
471         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
472             BIO_printf(out, " failed\n");
473             goto builtin_err;
474         }
475         /*
476          * Sanity check: undo the modification and verify signature.
477          */
478         raw_buf[offset] ^= dirt;
479         if ((BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, ecdsa_sig->r) == NULL) ||
480             (BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, ecdsa_sig->s) == NULL))
481             goto builtin_err;
482
483         sig_ptr2 = signature;
484         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, &sig_ptr2);
485         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
486             BIO_printf(out, " failed\n");
487             goto builtin_err;
488         }
489         BIO_printf(out, ".");
490         (void)BIO_flush(out);
491
492         BIO_printf(out, " ok\n");
493         /* cleanup */
494         /* clean bogus errors */
495         ERR_clear_error();
496         OPENSSL_free(signature);
497         signature = NULL;
498         EC_KEY_free(eckey);
499         eckey = NULL;
500         EC_KEY_free(wrong_eckey);
501         wrong_eckey = NULL;
502         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
503         ecdsa_sig = NULL;
504         OPENSSL_free(raw_buf);
505         raw_buf = NULL;
506     }
507
508     ret = 1;
509  builtin_err:
510     if (eckey)
511         EC_KEY_free(eckey);
512     if (wrong_eckey)
513         EC_KEY_free(wrong_eckey);
514     if (ecdsa_sig)
515         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
516     if (signature)
517         OPENSSL_free(signature);
518     if (raw_buf)
519         OPENSSL_free(raw_buf);
520     if (curves)
521         OPENSSL_free(curves);
522
523     return ret;
524 }
525
526 int main(void)
527 {
528     int ret = 1;
529     BIO *out;
530
531     out = BIO_new_fp(stdout, BIO_NOCLOSE);
532
533     /* enable memory leak checking unless explicitly disabled */
534     if (!((getenv("OPENSSL_DEBUG_MEMORY") != NULL) &&
535           (0 == strcmp(getenv("OPENSSL_DEBUG_MEMORY"), "off")))) {
536         CRYPTO_malloc_debug_init();
537         CRYPTO_set_mem_debug_options(V_CRYPTO_MDEBUG_ALL);
538     } else {
539         /* OPENSSL_DEBUG_MEMORY=off */
540         CRYPTO_set_mem_debug_functions(0, 0, 0, 0, 0);
541     }
542     CRYPTO_mem_ctrl(CRYPTO_MEM_CHECK_ON);
543
544     ERR_load_crypto_strings();
545
546     /* initialize the prng */
547     RAND_seed(rnd_seed, sizeof(rnd_seed));
548
549     /* the tests */
550     if (!x9_62_tests(out))
551         goto err;
552     if (!test_builtin(out))
553         goto err;
554
555     ret = 0;
556  err:
557     if (ret)
558         BIO_printf(out, "\nECDSA test failed\n");
559     else
560         BIO_printf(out, "\nECDSA test passed\n");
561     if (ret)
562         ERR_print_errors(out);
563     CRYPTO_cleanup_all_ex_data();
564     ERR_remove_thread_state(NULL);
565     ERR_free_strings();
566     CRYPTO_mem_leaks(out);
567     if (out != NULL)
568         BIO_free(out);
569     return ret;
570 }
571 #endif