crypto/rsa/rsa_oaep.c

   1 /* crypto/rsa/rsa_oaep.c */
   2 /* Written by Ulf Moeller. This software is distributed on an "AS IS"
   3    basis, WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, either express or implied. */
   4
   5 /* EME-OAEP as defined in RFC 2437 (PKCS #1 v2.0) */
   6
   7 /* See Victor Shoup, "OAEP reconsidered," Nov. 2000,
   8  * <URL: http://www.shoup.net/papers/oaep.ps.Z>
   9  * for problems with the security proof for the
  10  * original OAEP scheme, which EME-OAEP is based on.
  11  *
  12  * A new proof can be found in E. Fujisaki, T. Okamoto,
  13  * D. Pointcheval, J. Stern, "RSA-OEAP is Still Alive!",
  14  * Dec. 2000, <URL: http://eprint.iacr.org/2000/061/>.
  15  * The new proof has stronger requirements for the
  16  * underlying permutation: "partial-one-wayness" instead
  17  * of one-wayness.  For the RSA function, this is
  18  * an equivalent notion.
  19  */
  20
  21 #define OPENSSL_FIPSAPI
  22
  23 #include "constant_time_locl.h"
  24
  25 #if !defined(OPENSSL_NO_SHA) && !defined(OPENSSL_NO_SHA1)
  26 #include <stdio.h>
  27 #include "cryptlib.h"
  28 #include <openssl/bn.h>
  29 #include <openssl/rsa.h>
  30 #include <openssl/evp.h>
  31 #include <openssl/rand.h>
  32 #include <openssl/sha.h>
  33
  34 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
  35         const unsigned char *from, int flen,
  36         const unsigned char *param, int plen)
  37         {
  38         return RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen,
  39                                                 param, plen, NULL, NULL);
  40         }
  41
  42 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
  43         const unsigned char *from, int flen,
  44         const unsigned char *param, int plen,
  45         const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
  46         {
  47         int i, emlen = tlen - 1;
  48         unsigned char *db, *seed;
  49         unsigned char *dbmask, seedmask[EVP_MAX_MD_SIZE];
  50         int mdlen;
  51
  52         if (md == NULL)
  53                 md = EVP_sha1();
  54         if (mgf1md == NULL)
  55                 mgf1md = md;
  56
  57         mdlen = EVP_MD_size(md);
  58
  59         if (flen > emlen - 2 * mdlen - 1)
  60                 {
  61                 RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
  62                    RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
  63                 return 0;
  64                 }
  65
  66         if (emlen < 2 * mdlen + 1)
  67                 {
  68                 RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1, RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
  69                 return 0;
  70                 }
  71
  72         to[0] = 0;
  73         seed = to + 1;
  74         db = to + mdlen + 1;
  75
  76         if (!EVP_Digest((void *)param, plen, db, NULL, md, NULL))
  77                 return 0;
  78         memset(db + mdlen, 0,
  79                 emlen - flen - 2 * mdlen - 1);
  80         db[emlen - flen - mdlen - 1] = 0x01;
  81         memcpy(db + emlen - flen - mdlen, from, (unsigned int) flen);
  82         if (RAND_bytes(seed, mdlen) <= 0)
  83                 return 0;
  84 #ifdef PKCS_TESTVECT
  85         memcpy(seed,
  86            "\xaa\xfd\x12\xf6\x59\xca\xe6\x34\x89\xb4\x79\xe5\x07\x6d\xde\xc2\xf0\x6c\xb5\x8f",
  87            20);
  88 #endif
  89
  90         dbmask = OPENSSL_malloc(emlen - mdlen);
  91         if (dbmask == NULL)
  92                 {
  93                 RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  94                 return 0;
  95                 }
  96
  97         if (PKCS1_MGF1(dbmask, emlen - mdlen, seed, mdlen, mgf1md) < 0)
  98                 return 0;
  99         for (i = 0; i < emlen - mdlen; i++)
 100                 db[i] ^= dbmask[i];
 101
 102         if (PKCS1_MGF1(seedmask, mdlen, db, emlen - mdlen, mgf1md) < 0)
 103                 return 0;
 104         for (i = 0; i < mdlen; i++)
 105                 seed[i] ^= seedmask[i];
 106
 107         OPENSSL_free(dbmask);
 108         return 1;
 109         }
 110
 111 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
 112         const unsigned char *from, int flen, int num,
 113         const unsigned char *param, int plen)
 114         {
 115         return RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from , flen, num,
 116                                                         param, plen,
 117                                                         NULL, NULL);
 118         }
 119
 120 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
 121         const unsigned char *from, int flen, int num,
 122         const unsigned char *param, int plen,
 123         const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
 124         {
 125         int i, dblen, mlen = -1, one_index = 0, msg_index;
 126         unsigned int good, found_one_byte;
 127         const unsigned char *maskedseed, *maskeddb;
 128         /* |em| is the encoded message, zero-padded to exactly |num| bytes:
 129          * em = Y || maskedSeed || maskedDB */
 130         unsigned char *db = NULL, *em = NULL, seed[EVP_MAX_MD_SIZE],
 131                 phash[EVP_MAX_MD_SIZE];
 132         int mdlen;
 133
 134         if (md == NULL)
 135                 md = EVP_sha1();
 136         if (mgf1md == NULL)
 137                 mgf1md = md;
 138
 139         mdlen = EVP_MD_size(md);
 140
 141         if (tlen <= 0 || flen <= 0)
 142                 return -1;
 143         /*
 144          * |num| is the length of the modulus; |flen| is the length of the
 145          * encoded message. Therefore, for any |from| that was obtained by
 146          * decrypting a ciphertext, we must have |flen| <= |num|. Similarly,
 147          * num < 2 * mdlen + 2 must hold for the modulus irrespective of
 148          * the ciphertext, see PKCS #1 v2.2, section 7.1.2.
 149          * This does not leak any side-channel information.
 150          */
 151         if (num < flen || num < 2 * mdlen + 2)
 152                 goto decoding_err;
 153
 154         dblen = num - mdlen - 1;
 155         db = OPENSSL_malloc(dblen);
 156         em = OPENSSL_malloc(num);
 157         if (db == NULL || em == NULL)
 158                 {
 159                 RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 160                 goto cleanup;
 161                 }
 162
 163         /*
 164          * Always do this zero-padding copy (even when num == flen) to avoid
 165          * leaking that information. The copy still leaks some side-channel
 166          * information, but it's impossible to have a fixed  memory access
 167          * pattern since we can't read out of the bounds of |from|.
 168          *
 169          * TODO(emilia): Consider porting BN_bn2bin_padded from BoringSSL.
 170          */
 171         memset(em, 0, num);
 172         memcpy(em + num - flen, from, flen);
 173
 174         /*
 175          * The first byte must be zero, however we must not leak if this is
 176          * true. See James H. Manger, "A Chosen Ciphertext  Attack on RSA
 177          * Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) [...]", CRYPTO 2001).
 178          */
 179         good = constant_time_is_zero(em[0]);
 180
 181         maskedseed = em + 1;
 182         maskeddb = em + 1 + mdlen;
 183
 184         if (PKCS1_MGF1(seed, mdlen, maskeddb, dblen, mgf1md))
 185                 goto cleanup;
 186         for (i = 0; i < mdlen; i++)
 187                 seed[i] ^= maskedseed[i];
 188
 189         if (PKCS1_MGF1(db, dblen, seed, mdlen, mgf1md))
 190                 goto cleanup;
 191         for (i = 0; i < dblen; i++)
 192                 db[i] ^= maskeddb[i];
 193
 194         if (!EVP_Digest((void *)param, plen, phash, NULL, md, NULL))
 195                 goto cleanup;
 196
 197         good &= constant_time_is_zero(CRYPTO_memcmp(db, phash, mdlen));
 198
 199         found_one_byte = 0;
 200         for (i = mdlen; i < dblen; i++)
 201                 {
 202                 /* Padding consists of a number of 0-bytes, followed by a 1. */
 203                 unsigned int equals1 = constant_time_eq(db[i], 1);
 204                 unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(db[i]);
 205                 one_index = constant_time_select_int(~found_one_byte & equals1,
 206                         i, one_index);
 207                 found_one_byte |= equals1;
 208                 good &= (found_one_byte | equals0);
 209                 }
 210
 211         good &= found_one_byte;
 212
 213         /*
 214          * At this point |good| is zero unless the plaintext was valid,
 215          * so plaintext-awareness ensures timing side-channels are no longer a
 216          * concern.
 217          */
 218         if (!good)
 219                 goto decoding_err;
 220
 221         msg_index = one_index + 1;
 222         mlen = dblen - msg_index;
 223
 224         if (tlen < mlen)
 225                 {
 226                 RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, RSA_R_DATA_TOO_LARGE);
 227                 mlen = -1;
 228                 }
 229         else
 230                 {
 231                 memcpy(to, db + msg_index, mlen);
 232                 goto cleanup;
 233                 }
 234
 235 decoding_err:
 236         /* To avoid chosen ciphertext attacks, the error message should not reveal
 237          * which kind of decoding error happened. */
 238         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
 239 cleanup:
 240         if (db != NULL) OPENSSL_free(db);
 241         if (em != NULL) OPENSSL_free(em);
 242         return mlen;
 243         }
 244
 245 int PKCS1_MGF1(unsigned char *mask, long len,
 246         const unsigned char *seed, long seedlen, const EVP_MD *dgst)
 247         {
 248         long i, outlen = 0;
 249         unsigned char cnt[4];
 250         EVP_MD_CTX c;
 251         unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 252         int mdlen;
 253         int rv = -1;
 254
 255         EVP_MD_CTX_init(&c);
 256         mdlen = M_EVP_MD_size(dgst);
 257         if (mdlen < 0)
 258                 goto err;
 259         for (i = 0; outlen < len; i++)
 260                 {
 261                 cnt[0] = (unsigned char)((i >> 24) & 255);
 262                 cnt[1] = (unsigned char)((i >> 16) & 255);
 263                 cnt[2] = (unsigned char)((i >> 8)) & 255;
 264                 cnt[3] = (unsigned char)(i & 255);
 265                 if (!EVP_DigestInit_ex(&c,dgst, NULL)
 266                         || !EVP_DigestUpdate(&c, seed, seedlen)
 267                         || !EVP_DigestUpdate(&c, cnt, 4))
 268                         goto err;
 269                 if (outlen + mdlen <= len)
 270                         {
 271                         if (!EVP_DigestFinal_ex(&c, mask + outlen, NULL))
 272                                 goto err;
 273                         outlen += mdlen;
 274                         }
 275                 else
 276                         {
 277                         if (!EVP_DigestFinal_ex(&c, md, NULL))
 278                                 goto err;
 279                         memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
 280                         outlen = len;
 281                         }
 282                 }
 283         rv = 0;
 284         err:
 285         EVP_MD_CTX_cleanup(&c);
 286         return rv;
 287         }
 288
 289 #endif