c459b91ed233c611904bd7d9b5fe954984da5052
[openssl.git] / crypto / rsa / rsa_oaep.c
1 /*
2  * Copyright 1999-2016 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 /* EME-OAEP as defined in RFC 2437 (PKCS #1 v2.0) */
11
12 /*
13  * See Victor Shoup, "OAEP reconsidered," Nov. 2000, <URL:
14  * http://www.shoup.net/papers/oaep.ps.Z> for problems with the security
15  * proof for the original OAEP scheme, which EME-OAEP is based on. A new
16  * proof can be found in E. Fujisaki, T. Okamoto, D. Pointcheval, J. Stern,
17  * "RSA-OEAP is Still Alive!", Dec. 2000, <URL:
18  * http://eprint.iacr.org/2000/061/>. The new proof has stronger requirements
19  * for the underlying permutation: "partial-one-wayness" instead of
20  * one-wayness.  For the RSA function, this is an equivalent notion.
21  */
22
23 #include "internal/constant_time_locl.h"
24
25 #include <stdio.h>
26 #include "internal/cryptlib.h"
27 #include <openssl/bn.h>
28 #include <openssl/evp.h>
29 #include <openssl/rand.h>
30 #include <openssl/sha.h>
31 #include "rsa_locl.h"
32
33 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
34                                const unsigned char *from, int flen,
35                                const unsigned char *param, int plen)
36 {
37     return RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen,
38                                            param, plen, NULL, NULL);
39 }
40
41 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
42                                     const unsigned char *from, int flen,
43                                     const unsigned char *param, int plen,
44                                     const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
45 {
46     int i, emlen = tlen - 1;
47     unsigned char *db, *seed;
48     unsigned char *dbmask, seedmask[EVP_MAX_MD_SIZE];
49     int mdlen;
50
51     if (md == NULL)
52         md = EVP_sha1();
53     if (mgf1md == NULL)
54         mgf1md = md;
55
56     mdlen = EVP_MD_size(md);
57
58     if (flen > emlen - 2 * mdlen - 1) {
59         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
60                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
61         return 0;
62     }
63
64     if (emlen < 2 * mdlen + 1) {
65         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
66                RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
67         return 0;
68     }
69
70     to[0] = 0;
71     seed = to + 1;
72     db = to + mdlen + 1;
73
74     if (!EVP_Digest((void *)param, plen, db, NULL, md, NULL))
75         return 0;
76     memset(db + mdlen, 0, emlen - flen - 2 * mdlen - 1);
77     db[emlen - flen - mdlen - 1] = 0x01;
78     memcpy(db + emlen - flen - mdlen, from, (unsigned int)flen);
79     if (RAND_bytes(seed, mdlen) <= 0)
80         return 0;
81 #ifdef PKCS_TESTVECT
82     memcpy(seed,
83            "\xaa\xfd\x12\xf6\x59\xca\xe6\x34\x89\xb4\x79\xe5\x07\x6d\xde\xc2\xf0\x6c\xb5\x8f",
84            20);
85 #endif
86
87     dbmask = OPENSSL_malloc(emlen - mdlen);
88     if (dbmask == NULL) {
89         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
90         return 0;
91     }
92
93     if (PKCS1_MGF1(dbmask, emlen - mdlen, seed, mdlen, mgf1md) < 0)
94         return 0;
95     for (i = 0; i < emlen - mdlen; i++)
96         db[i] ^= dbmask[i];
97
98     if (PKCS1_MGF1(seedmask, mdlen, db, emlen - mdlen, mgf1md) < 0)
99         return 0;
100     for (i = 0; i < mdlen; i++)
101         seed[i] ^= seedmask[i];
102
103     OPENSSL_free(dbmask);
104     return 1;
105 }
106
107 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
108                                  const unsigned char *from, int flen, int num,
109                                  const unsigned char *param, int plen)
110 {
111     return RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen, num,
112                                              param, plen, NULL, NULL);
113 }
114
115 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
116                                       const unsigned char *from, int flen,
117                                       int num, const unsigned char *param,
118                                       int plen, const EVP_MD *md,
119                                       const EVP_MD *mgf1md)
120 {
121     int i, dblen, mlen = -1, one_index = 0, msg_index;
122     unsigned int good, found_one_byte;
123     const unsigned char *maskedseed, *maskeddb;
124     /*
125      * |em| is the encoded message, zero-padded to exactly |num| bytes: em =
126      * Y || maskedSeed || maskedDB
127      */
128     unsigned char *db = NULL, *em = NULL, seed[EVP_MAX_MD_SIZE],
129         phash[EVP_MAX_MD_SIZE];
130     int mdlen;
131
132     if (md == NULL)
133         md = EVP_sha1();
134     if (mgf1md == NULL)
135         mgf1md = md;
136
137     mdlen = EVP_MD_size(md);
138
139     if (tlen <= 0 || flen <= 0)
140         return -1;
141     /*
142      * |num| is the length of the modulus; |flen| is the length of the
143      * encoded message. Therefore, for any |from| that was obtained by
144      * decrypting a ciphertext, we must have |flen| <= |num|. Similarly,
145      * num < 2 * mdlen + 2 must hold for the modulus irrespective of
146      * the ciphertext, see PKCS #1 v2.2, section 7.1.2.
147      * This does not leak any side-channel information.
148      */
149     if (num < flen || num < 2 * mdlen + 2)
150         goto decoding_err;
151
152     dblen = num - mdlen - 1;
153     db = OPENSSL_malloc(dblen);
154     em = OPENSSL_malloc(num);
155     if (db == NULL || em == NULL) {
156         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
157         goto cleanup;
158     }
159
160     /*
161      * Always do this zero-padding copy (even when num == flen) to avoid
162      * leaking that information. The copy still leaks some side-channel
163      * information, but it's impossible to have a fixed  memory access
164      * pattern since we can't read out of the bounds of |from|.
165      *
166      * TODO(emilia): Consider porting BN_bn2bin_padded from BoringSSL.
167      */
168     memset(em, 0, num);
169     memcpy(em + num - flen, from, flen);
170
171     /*
172      * The first byte must be zero, however we must not leak if this is
173      * true. See James H. Manger, "A Chosen Ciphertext  Attack on RSA
174      * Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) [...]", CRYPTO 2001).
175      */
176     good = constant_time_is_zero(em[0]);
177
178     maskedseed = em + 1;
179     maskeddb = em + 1 + mdlen;
180
181     if (PKCS1_MGF1(seed, mdlen, maskeddb, dblen, mgf1md))
182         goto cleanup;
183     for (i = 0; i < mdlen; i++)
184         seed[i] ^= maskedseed[i];
185
186     if (PKCS1_MGF1(db, dblen, seed, mdlen, mgf1md))
187         goto cleanup;
188     for (i = 0; i < dblen; i++)
189         db[i] ^= maskeddb[i];
190
191     if (!EVP_Digest((void *)param, plen, phash, NULL, md, NULL))
192         goto cleanup;
193
194     good &= constant_time_is_zero(CRYPTO_memcmp(db, phash, mdlen));
195
196     found_one_byte = 0;
197     for (i = mdlen; i < dblen; i++) {
198         /*
199          * Padding consists of a number of 0-bytes, followed by a 1.
200          */
201         unsigned int equals1 = constant_time_eq(db[i], 1);
202         unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(db[i]);
203         one_index = constant_time_select_int(~found_one_byte & equals1,
204                                              i, one_index);
205         found_one_byte |= equals1;
206         good &= (found_one_byte | equals0);
207     }
208
209     good &= found_one_byte;
210
211     /*
212      * At this point |good| is zero unless the plaintext was valid,
213      * so plaintext-awareness ensures timing side-channels are no longer a
214      * concern.
215      */
216     if (!good)
217         goto decoding_err;
218
219     msg_index = one_index + 1;
220     mlen = dblen - msg_index;
221
222     if (tlen < mlen) {
223         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, RSA_R_DATA_TOO_LARGE);
224         mlen = -1;
225     } else {
226         memcpy(to, db + msg_index, mlen);
227         goto cleanup;
228     }
229
230  decoding_err:
231     /*
232      * To avoid chosen ciphertext attacks, the error message should not
233      * reveal which kind of decoding error happened.
234      */
235     RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1,
236            RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
237  cleanup:
238     OPENSSL_free(db);
239     OPENSSL_free(em);
240     return mlen;
241 }
242
243 int PKCS1_MGF1(unsigned char *mask, long len,
244                const unsigned char *seed, long seedlen, const EVP_MD *dgst)
245 {
246     long i, outlen = 0;
247     unsigned char cnt[4];
248     EVP_MD_CTX *c = EVP_MD_CTX_new();
249     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
250     int mdlen;
251     int rv = -1;
252
253     if (c == NULL)
254         goto err;
255     mdlen = EVP_MD_size(dgst);
256     if (mdlen < 0)
257         goto err;
258     for (i = 0; outlen < len; i++) {
259         cnt[0] = (unsigned char)((i >> 24) & 255);
260         cnt[1] = (unsigned char)((i >> 16) & 255);
261         cnt[2] = (unsigned char)((i >> 8)) & 255;
262         cnt[3] = (unsigned char)(i & 255);
263         if (!EVP_DigestInit_ex(c, dgst, NULL)
264             || !EVP_DigestUpdate(c, seed, seedlen)
265             || !EVP_DigestUpdate(c, cnt, 4))
266             goto err;
267         if (outlen + mdlen <= len) {
268             if (!EVP_DigestFinal_ex(c, mask + outlen, NULL))
269                 goto err;
270             outlen += mdlen;
271         } else {
272             if (!EVP_DigestFinal_ex(c, md, NULL))
273                 goto err;
274             memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
275             outlen = len;
276         }
277     }
278     rv = 0;
279  err:
280     EVP_MD_CTX_free(c);
281     return rv;
282 }