crypto/rsa/rsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License 2.0 (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 /*
  11  * RSA low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
  12  * internal use.
  13  */
  14 #include "internal/deprecated.h"
  15
  16 #include "internal/cryptlib.h"
  17 #include "crypto/bn.h"
  18 #include "rsa_local.h"
  19 #include "internal/constant_time.h"
  20
  21 static int rsa_ossl_public_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
  22                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  23 static int rsa_ossl_private_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
  24                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  25 static int rsa_ossl_public_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
  26                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  27 static int rsa_ossl_private_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
  28                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  29 static int rsa_ossl_mod_exp(BIGNUM *r0, const BIGNUM *i, RSA *rsa,
  30                            BN_CTX *ctx);
  31 static int rsa_ossl_init(RSA *rsa);
  32 static int rsa_ossl_finish(RSA *rsa);
  33 static RSA_METHOD rsa_pkcs1_ossl_meth = {
  34     "OpenSSL PKCS#1 RSA",
  35     rsa_ossl_public_encrypt,
  36     rsa_ossl_public_decrypt,     /* signature verification */
  37     rsa_ossl_private_encrypt,    /* signing */
  38     rsa_ossl_private_decrypt,
  39     rsa_ossl_mod_exp,
  40     BN_mod_exp_mont,            /* XXX probably we should not use Montgomery
  41                                  * if e == 3 */
  42     rsa_ossl_init,
  43     rsa_ossl_finish,
  44     RSA_FLAG_FIPS_METHOD,       /* flags */
  45     NULL,
  46     0,                          /* rsa_sign */
  47     0,                          /* rsa_verify */
  48     NULL,                       /* rsa_keygen */
  49     NULL                        /* rsa_multi_prime_keygen */
  50 };
  51
  52 static const RSA_METHOD *default_RSA_meth = &rsa_pkcs1_ossl_meth;
  53
  54 void RSA_set_default_method(const RSA_METHOD *meth)
  55 {
  56     default_RSA_meth = meth;
  57 }
  58
  59 const RSA_METHOD *RSA_get_default_method(void)
  60 {
  61     return default_RSA_meth;
  62 }
  63
  64 const RSA_METHOD *RSA_PKCS1_OpenSSL(void)
  65 {
  66     return &rsa_pkcs1_ossl_meth;
  67 }
  68
  69 const RSA_METHOD *RSA_null_method(void)
  70 {
  71     return NULL;
  72 }
  73
  74 static int rsa_ossl_public_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
  75                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
  76 {
  77     BIGNUM *f, *ret;
  78     int i, num = 0, r = -1;
  79     unsigned char *buf = NULL;
  80     BN_CTX *ctx = NULL;
  81
  82     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_MAX_MODULUS_BITS) {
  83         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
  84         return -1;
  85     }
  86
  87     if (BN_ucmp(rsa->n, rsa->e) <= 0) {
  88         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
  89         return -1;
  90     }
  91
  92     /* for large moduli, enforce exponent limit */
  93     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_SMALL_MODULUS_BITS) {
  94         if (BN_num_bits(rsa->e) > OPENSSL_RSA_MAX_PUBEXP_BITS) {
  95             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
  96             return -1;
  97         }
  98     }
  99
 100     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 101         goto err;
 102     BN_CTX_start(ctx);
 103     f = BN_CTX_get(ctx);
 104     ret = BN_CTX_get(ctx);
 105     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 106     buf = OPENSSL_malloc(num);
 107     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 108         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 109         goto err;
 110     }
 111
 112     switch (padding) {
 113     case RSA_PKCS1_PADDING:
 114         i = RSA_padding_add_PKCS1_type_2(buf, num, from, flen);
 115         break;
 116     case RSA_PKCS1_OAEP_PADDING:
 117         i = RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(buf, num, from, flen, NULL, 0);
 118         break;
 119 #ifndef FIPS_MODE
 120     case RSA_SSLV23_PADDING:
 121         i = RSA_padding_add_SSLv23(buf, num, from, flen);
 122         break;
 123 #endif
 124     case RSA_NO_PADDING:
 125         i = RSA_padding_add_none(buf, num, from, flen);
 126         break;
 127     default:
 128         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 129         goto err;
 130     }
 131     if (i <= 0)
 132         goto err;
 133
 134     if (BN_bin2bn(buf, num, f) == NULL)
 135         goto err;
 136
 137     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 138         /* usually the padding functions would catch this */
 139         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT,
 140                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 141         goto err;
 142     }
 143
 144     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 145         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 146                                     rsa->n, ctx))
 147             goto err;
 148
 149     if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, rsa->e, rsa->n, ctx,
 150                                rsa->_method_mod_n))
 151         goto err;
 152
 153     /*
 154      * BN_bn2binpad puts in leading 0 bytes if the number is less than
 155      * the length of the modulus.
 156      */
 157     r = BN_bn2binpad(ret, to, num);
 158  err:
 159     BN_CTX_end(ctx);
 160     BN_CTX_free(ctx);
 161     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 162     return r;
 163 }
 164
 165 static BN_BLINDING *rsa_get_blinding(RSA *rsa, int *local, BN_CTX *ctx)
 166 {
 167     BN_BLINDING *ret;
 168
 169     CRYPTO_THREAD_write_lock(rsa->lock);
 170
 171     if (rsa->blinding == NULL) {
 172         rsa->blinding = RSA_setup_blinding(rsa, ctx);
 173     }
 174
 175     ret = rsa->blinding;
 176     if (ret == NULL)
 177         goto err;
 178
 179     if (BN_BLINDING_is_current_thread(ret)) {
 180         /* rsa->blinding is ours! */
 181
 182         *local = 1;
 183     } else {
 184         /* resort to rsa->mt_blinding instead */
 185
 186         /*
 187          * instructs rsa_blinding_convert(), rsa_blinding_invert() that the
 188          * BN_BLINDING is shared, meaning that accesses require locks, and
 189          * that the blinding factor must be stored outside the BN_BLINDING
 190          */
 191         *local = 0;
 192
 193         if (rsa->mt_blinding == NULL) {
 194             rsa->mt_blinding = RSA_setup_blinding(rsa, ctx);
 195         }
 196         ret = rsa->mt_blinding;
 197     }
 198
 199  err:
 200     CRYPTO_THREAD_unlock(rsa->lock);
 201     return ret;
 202 }
 203
 204 static int rsa_blinding_convert(BN_BLINDING *b, BIGNUM *f, BIGNUM *unblind,
 205                                 BN_CTX *ctx)
 206 {
 207     if (unblind == NULL) {
 208         /*
 209          * Local blinding: store the unblinding factor in BN_BLINDING.
 210          */
 211         return BN_BLINDING_convert_ex(f, NULL, b, ctx);
 212     } else {
 213         /*
 214          * Shared blinding: store the unblinding factor outside BN_BLINDING.
 215          */
 216         int ret;
 217
 218         BN_BLINDING_lock(b);
 219         ret = BN_BLINDING_convert_ex(f, unblind, b, ctx);
 220         BN_BLINDING_unlock(b);
 221
 222         return ret;
 223     }
 224 }
 225
 226 static int rsa_blinding_invert(BN_BLINDING *b, BIGNUM *f, BIGNUM *unblind,
 227                                BN_CTX *ctx)
 228 {
 229     /*
 230      * For local blinding, unblind is set to NULL, and BN_BLINDING_invert_ex
 231      * will use the unblinding factor stored in BN_BLINDING. If BN_BLINDING
 232      * is shared between threads, unblind must be non-null:
 233      * BN_BLINDING_invert_ex will then use the local unblinding factor, and
 234      * will only read the modulus from BN_BLINDING. In both cases it's safe
 235      * to access the blinding without a lock.
 236      */
 237     return BN_BLINDING_invert_ex(f, unblind, b, ctx);
 238 }
 239
 240 /* signing */
 241 static int rsa_ossl_private_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
 242                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
 243 {
 244     BIGNUM *f, *ret, *res;
 245     int i, num = 0, r = -1;
 246     unsigned char *buf = NULL;
 247     BN_CTX *ctx = NULL;
 248     int local_blinding = 0;
 249     /*
 250      * Used only if the blinding structure is shared. A non-NULL unblind
 251      * instructs rsa_blinding_convert() and rsa_blinding_invert() to store
 252      * the unblinding factor outside the blinding structure.
 253      */
 254     BIGNUM *unblind = NULL;
 255     BN_BLINDING *blinding = NULL;
 256
 257     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 258         goto err;
 259     BN_CTX_start(ctx);
 260     f = BN_CTX_get(ctx);
 261     ret = BN_CTX_get(ctx);
 262     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 263     buf = OPENSSL_malloc(num);
 264     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 265         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 266         goto err;
 267     }
 268
 269     switch (padding) {
 270     case RSA_PKCS1_PADDING:
 271         i = RSA_padding_add_PKCS1_type_1(buf, num, from, flen);
 272         break;
 273     case RSA_X931_PADDING:
 274         i = RSA_padding_add_X931(buf, num, from, flen);
 275         break;
 276     case RSA_NO_PADDING:
 277         i = RSA_padding_add_none(buf, num, from, flen);
 278         break;
 279     case RSA_SSLV23_PADDING:
 280     default:
 281         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 282         goto err;
 283     }
 284     if (i <= 0)
 285         goto err;
 286
 287     if (BN_bin2bn(buf, num, f) == NULL)
 288         goto err;
 289
 290     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 291         /* usually the padding functions would catch this */
 292         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT,
 293                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 294         goto err;
 295     }
 296
 297     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 298         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 299                                     rsa->n, ctx))
 300             goto err;
 301
 302     if (!(rsa->flags & RSA_FLAG_NO_BLINDING)) {
 303         blinding = rsa_get_blinding(rsa, &local_blinding, ctx);
 304         if (blinding == NULL) {
 305             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 306             goto err;
 307         }
 308     }
 309
 310     if (blinding != NULL) {
 311         if (!local_blinding && ((unblind = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)) {
 312             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 313             goto err;
 314         }
 315         if (!rsa_blinding_convert(blinding, f, unblind, ctx))
 316             goto err;
 317     }
 318
 319     if ((rsa->flags & RSA_FLAG_EXT_PKEY) ||
 320         (rsa->version == RSA_ASN1_VERSION_MULTI) ||
 321         ((rsa->p != NULL) &&
 322          (rsa->q != NULL) &&
 323          (rsa->dmp1 != NULL) && (rsa->dmq1 != NULL) && (rsa->iqmp != NULL))) {
 324         if (!rsa->meth->rsa_mod_exp(ret, f, rsa, ctx))
 325             goto err;
 326     } else {
 327         BIGNUM *d = BN_new();
 328         if (d == NULL) {
 329             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 330             goto err;
 331         }
 332         if (rsa->d == NULL) {
 333             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, RSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
 334             BN_free(d);
 335             goto err;
 336         }
 337         BN_with_flags(d, rsa->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 338
 339         if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, d, rsa->n, ctx,
 340                                    rsa->_method_mod_n)) {
 341             BN_free(d);
 342             goto err;
 343         }
 344         /* We MUST free d before any further use of rsa->d */
 345         BN_free(d);
 346     }
 347
 348     if (blinding)
 349         if (!rsa_blinding_invert(blinding, ret, unblind, ctx))
 350             goto err;
 351
 352     if (padding == RSA_X931_PADDING) {
 353         if (!BN_sub(f, rsa->n, ret))
 354             goto err;
 355         if (BN_cmp(ret, f) > 0)
 356             res = f;
 357         else
 358             res = ret;
 359     } else {
 360         res = ret;
 361     }
 362
 363     /*
 364      * BN_bn2binpad puts in leading 0 bytes if the number is less than
 365      * the length of the modulus.
 366      */
 367     r = BN_bn2binpad(res, to, num);
 368  err:
 369     BN_CTX_end(ctx);
 370     BN_CTX_free(ctx);
 371     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 372     return r;
 373 }
 374
 375 static int rsa_ossl_private_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
 376                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
 377 {
 378     BIGNUM *f, *ret;
 379     int j, num = 0, r = -1;
 380     unsigned char *buf = NULL;
 381     BN_CTX *ctx = NULL;
 382     int local_blinding = 0;
 383     /*
 384      * Used only if the blinding structure is shared. A non-NULL unblind
 385      * instructs rsa_blinding_convert() and rsa_blinding_invert() to store
 386      * the unblinding factor outside the blinding structure.
 387      */
 388     BIGNUM *unblind = NULL;
 389     BN_BLINDING *blinding = NULL;
 390
 391     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 392         goto err;
 393     BN_CTX_start(ctx);
 394     f = BN_CTX_get(ctx);
 395     ret = BN_CTX_get(ctx);
 396     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 397     buf = OPENSSL_malloc(num);
 398     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 399         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 400         goto err;
 401     }
 402
 403     /*
 404      * This check was for equality but PGP does evil things and chops off the
 405      * top '0' bytes
 406      */
 407     if (flen > num) {
 408         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT,
 409                RSA_R_DATA_GREATER_THAN_MOD_LEN);
 410         goto err;
 411     }
 412
 413     /* make data into a big number */
 414     if (BN_bin2bn(from, (int)flen, f) == NULL)
 415         goto err;
 416
 417     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 418         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT,
 419                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 420         goto err;
 421     }
 422
 423     if (!(rsa->flags & RSA_FLAG_NO_BLINDING)) {
 424         blinding = rsa_get_blinding(rsa, &local_blinding, ctx);
 425         if (blinding == NULL) {
 426             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 427             goto err;
 428         }
 429     }
 430
 431     if (blinding != NULL) {
 432         if (!local_blinding && ((unblind = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)) {
 433             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 434             goto err;
 435         }
 436         if (!rsa_blinding_convert(blinding, f, unblind, ctx))
 437             goto err;
 438     }
 439
 440     /* do the decrypt */
 441     if ((rsa->flags & RSA_FLAG_EXT_PKEY) ||
 442         (rsa->version == RSA_ASN1_VERSION_MULTI) ||
 443         ((rsa->p != NULL) &&
 444          (rsa->q != NULL) &&
 445          (rsa->dmp1 != NULL) && (rsa->dmq1 != NULL) && (rsa->iqmp != NULL))) {
 446         if (!rsa->meth->rsa_mod_exp(ret, f, rsa, ctx))
 447             goto err;
 448     } else {
 449         BIGNUM *d = BN_new();
 450         if (d == NULL) {
 451             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 452             goto err;
 453         }
 454         if (rsa->d == NULL) {
 455             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, RSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
 456             BN_free(d);
 457             goto err;
 458         }
 459         BN_with_flags(d, rsa->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 460
 461         if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 462             if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 463                                         rsa->n, ctx)) {
 464                 BN_free(d);
 465                 goto err;
 466             }
 467         if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, d, rsa->n, ctx,
 468                                    rsa->_method_mod_n)) {
 469             BN_free(d);
 470             goto err;
 471         }
 472         /* We MUST free d before any further use of rsa->d */
 473         BN_free(d);
 474     }
 475
 476     if (blinding)
 477         if (!rsa_blinding_invert(blinding, ret, unblind, ctx))
 478             goto err;
 479
 480     j = BN_bn2binpad(ret, buf, num);
 481     if (j < 0)
 482         goto err;
 483
 484     switch (padding) {
 485     case RSA_PKCS1_PADDING:
 486         r = RSA_padding_check_PKCS1_type_2(to, num, buf, j, num);
 487         break;
 488     case RSA_PKCS1_OAEP_PADDING:
 489         r = RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(to, num, buf, j, num, NULL, 0);
 490         break;
 491 #ifndef FIPS_MODE
 492     case RSA_SSLV23_PADDING:
 493         r = RSA_padding_check_SSLv23(to, num, buf, j, num);
 494         break;
 495 #endif
 496     case RSA_NO_PADDING:
 497         memcpy(to, buf, (r = j));
 498         break;
 499     default:
 500         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 501         goto err;
 502     }
 503 #ifndef FIPS_MODE
 504     /*
 505      * This trick doesn't work in the FIPS provider because libcrypto manages
 506      * the error stack. Instead we opt not to put an error on the stack at all
 507      * in case of padding failure in the FIPS provider.
 508      */
 509     RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, RSA_R_PADDING_CHECK_FAILED);
 510     err_clear_last_constant_time(1 & ~constant_time_msb(r));
 511 #endif
 512
 513  err:
 514     BN_CTX_end(ctx);
 515     BN_CTX_free(ctx);
 516     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 517     return r;
 518 }
 519
 520 /* signature verification */
 521 static int rsa_ossl_public_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
 522                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
 523 {
 524     BIGNUM *f, *ret;
 525     int i, num = 0, r = -1;
 526     unsigned char *buf = NULL;
 527     BN_CTX *ctx = NULL;
 528
 529     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 530         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 531         return -1;
 532     }
 533
 534     if (BN_ucmp(rsa->n, rsa->e) <= 0) {
 535         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
 536         return -1;
 537     }
 538
 539     /* for large moduli, enforce exponent limit */
 540     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_SMALL_MODULUS_BITS) {
 541         if (BN_num_bits(rsa->e) > OPENSSL_RSA_MAX_PUBEXP_BITS) {
 542             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
 543             return -1;
 544         }
 545     }
 546
 547     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 548         goto err;
 549     BN_CTX_start(ctx);
 550     f = BN_CTX_get(ctx);
 551     ret = BN_CTX_get(ctx);
 552     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 553     buf = OPENSSL_malloc(num);
 554     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 555         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 556         goto err;
 557     }
 558
 559     /*
 560      * This check was for equality but PGP does evil things and chops off the
 561      * top '0' bytes
 562      */
 563     if (flen > num) {
 564         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_DATA_GREATER_THAN_MOD_LEN);
 565         goto err;
 566     }
 567
 568     if (BN_bin2bn(from, flen, f) == NULL)
 569         goto err;
 570
 571     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 572         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT,
 573                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 574         goto err;
 575     }
 576
 577     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 578         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 579                                     rsa->n, ctx))
 580             goto err;
 581
 582     if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, rsa->e, rsa->n, ctx,
 583                                rsa->_method_mod_n))
 584         goto err;
 585
 586     if ((padding == RSA_X931_PADDING) && ((bn_get_words(ret)[0] & 0xf) != 12))
 587         if (!BN_sub(ret, rsa->n, ret))
 588             goto err;
 589
 590     i = BN_bn2binpad(ret, buf, num);
 591     if (i < 0)
 592         goto err;
 593
 594     switch (padding) {
 595     case RSA_PKCS1_PADDING:
 596         r = RSA_padding_check_PKCS1_type_1(to, num, buf, i, num);
 597         break;
 598     case RSA_X931_PADDING:
 599         r = RSA_padding_check_X931(to, num, buf, i, num);
 600         break;
 601     case RSA_NO_PADDING:
 602         memcpy(to, buf, (r = i));
 603         break;
 604     default:
 605         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 606         goto err;
 607     }
 608     if (r < 0)
 609         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_PADDING_CHECK_FAILED);
 610
 611  err:
 612     BN_CTX_end(ctx);
 613     BN_CTX_free(ctx);
 614     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 615     return r;
 616 }
 617
 618 static int rsa_ossl_mod_exp(BIGNUM *r0, const BIGNUM *I, RSA *rsa, BN_CTX *ctx)
 619 {
 620     BIGNUM *r1, *m1, *vrfy;
 621     int ret = 0, smooth = 0;
 622 #ifndef FIPS_MODE
 623     BIGNUM *r2, *m[RSA_MAX_PRIME_NUM - 2];
 624     int i, ex_primes = 0;
 625     RSA_PRIME_INFO *pinfo;
 626 #endif
 627
 628     BN_CTX_start(ctx);
 629
 630     r1 = BN_CTX_get(ctx);
 631 #ifndef FIPS_MODE
 632     r2 = BN_CTX_get(ctx);
 633 #endif
 634     m1 = BN_CTX_get(ctx);
 635     vrfy = BN_CTX_get(ctx);
 636     if (vrfy == NULL)
 637         goto err;
 638
 639 #ifndef FIPS_MODE
 640     if (rsa->version == RSA_ASN1_VERSION_MULTI
 641         && ((ex_primes = sk_RSA_PRIME_INFO_num(rsa->prime_infos)) <= 0
 642              || ex_primes > RSA_MAX_PRIME_NUM - 2))
 643         goto err;
 644 #endif
 645
 646     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PRIVATE) {
 647         BIGNUM *factor = BN_new();
 648
 649         if (factor == NULL)
 650             goto err;
 651
 652         /*
 653          * Make sure BN_mod_inverse in Montgomery initialization uses the
 654          * BN_FLG_CONSTTIME flag
 655          */
 656         if (!(BN_with_flags(factor, rsa->p, BN_FLG_CONSTTIME),
 657               BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_p, rsa->lock,
 658                                      factor, ctx))
 659             || !(BN_with_flags(factor, rsa->q, BN_FLG_CONSTTIME),
 660                  BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_q, rsa->lock,
 661                                         factor, ctx))) {
 662             BN_free(factor);
 663             goto err;
 664         }
 665 #ifndef FIPS_MODE
 666         for (i = 0; i < ex_primes; i++) {
 667             pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
 668             BN_with_flags(factor, pinfo->r, BN_FLG_CONSTTIME);
 669             if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&pinfo->m, rsa->lock, factor, ctx)) {
 670                 BN_free(factor);
 671                 goto err;
 672             }
 673         }
 674 #endif
 675         /*
 676          * We MUST free |factor| before any further use of the prime factors
 677          */
 678         BN_free(factor);
 679
 680         smooth = (rsa->meth->bn_mod_exp == BN_mod_exp_mont)
 681 #ifndef FIPS_MODE
 682                  && (ex_primes == 0)
 683 #endif
 684                  && (BN_num_bits(rsa->q) == BN_num_bits(rsa->p));
 685     }
 686
 687     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 688         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 689                                     rsa->n, ctx))
 690             goto err;
 691
 692     if (smooth) {
 693         /*
 694          * Conversion from Montgomery domain, a.k.a. Montgomery reduction,
 695          * accepts values in [0-m*2^w) range. w is m's bit width rounded up
 696          * to limb width. So that at the very least if |I| is fully reduced,
 697          * i.e. less than p*q, we can count on from-to round to perform
 698          * below modulo operations on |I|. Unlike BN_mod it's constant time.
 699          */
 700         if (/* m1 = I moq q */
 701             !bn_from_mont_fixed_top(m1, I, rsa->_method_mod_q, ctx)
 702             || !bn_to_mont_fixed_top(m1, m1, rsa->_method_mod_q, ctx)
 703             /* m1 = m1^dmq1 mod q */
 704             || !BN_mod_exp_mont_consttime(m1, m1, rsa->dmq1, rsa->q, ctx,
 705                                           rsa->_method_mod_q)
 706             /* r1 = I mod p */
 707             || !bn_from_mont_fixed_top(r1, I, rsa->_method_mod_p, ctx)
 708             || !bn_to_mont_fixed_top(r1, r1, rsa->_method_mod_p, ctx)
 709             /* r1 = r1^dmp1 mod p */
 710             || !BN_mod_exp_mont_consttime(r1, r1, rsa->dmp1, rsa->p, ctx,
 711                                           rsa->_method_mod_p)
 712             /* r1 = (r1 - m1) mod p */
 713             /*
 714              * bn_mod_sub_fixed_top is not regular modular subtraction,
 715              * it can tolerate subtrahend to be larger than modulus, but
 716              * not bit-wise wider. This makes up for uncommon q>p case,
 717              * when |m1| can be larger than |rsa->p|.
 718              */
 719             || !bn_mod_sub_fixed_top(r1, r1, m1, rsa->p)
 720
 721             /* r1 = r1 * iqmp mod p */
 722             || !bn_to_mont_fixed_top(r1, r1, rsa->_method_mod_p, ctx)
 723             || !bn_mul_mont_fixed_top(r1, r1, rsa->iqmp, rsa->_method_mod_p,
 724                                       ctx)
 725             /* r0 = r1 * q + m1 */
 726             || !bn_mul_fixed_top(r0, r1, rsa->q, ctx)
 727             || !bn_mod_add_fixed_top(r0, r0, m1, rsa->n))
 728             goto err;
 729
 730         goto tail;
 731     }
 732
 733     /* compute I mod q */
 734     {
 735         BIGNUM *c = BN_new();
 736         if (c == NULL)
 737             goto err;
 738         BN_with_flags(c, I, BN_FLG_CONSTTIME);
 739
 740         if (!BN_mod(r1, c, rsa->q, ctx)) {
 741             BN_free(c);
 742             goto err;
 743         }
 744
 745         {
 746             BIGNUM *dmq1 = BN_new();
 747             if (dmq1 == NULL) {
 748                 BN_free(c);
 749                 goto err;
 750             }
 751             BN_with_flags(dmq1, rsa->dmq1, BN_FLG_CONSTTIME);
 752
 753             /* compute r1^dmq1 mod q */
 754             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(m1, r1, dmq1, rsa->q, ctx,
 755                                        rsa->_method_mod_q)) {
 756                 BN_free(c);
 757                 BN_free(dmq1);
 758                 goto err;
 759             }
 760             /* We MUST free dmq1 before any further use of rsa->dmq1 */
 761             BN_free(dmq1);
 762         }
 763
 764         /* compute I mod p */
 765         if (!BN_mod(r1, c, rsa->p, ctx)) {
 766             BN_free(c);
 767             goto err;
 768         }
 769         /* We MUST free c before any further use of I */
 770         BN_free(c);
 771     }
 772
 773     {
 774         BIGNUM *dmp1 = BN_new();
 775         if (dmp1 == NULL)
 776             goto err;
 777         BN_with_flags(dmp1, rsa->dmp1, BN_FLG_CONSTTIME);
 778
 779         /* compute r1^dmp1 mod p */
 780         if (!rsa->meth->bn_mod_exp(r0, r1, dmp1, rsa->p, ctx,
 781                                    rsa->_method_mod_p)) {
 782             BN_free(dmp1);
 783             goto err;
 784         }
 785         /* We MUST free dmp1 before any further use of rsa->dmp1 */
 786         BN_free(dmp1);
 787     }
 788
 789 #ifndef FIPS_MODE
 790     /*
 791      * calculate m_i in multi-prime case
 792      *
 793      * TODO:
 794      * 1. squash the following two loops and calculate |m_i| there.
 795      * 2. remove cc and reuse |c|.
 796      * 3. remove |dmq1| and |dmp1| in previous block and use |di|.
 797      *
 798      * If these things are done, the code will be more readable.
 799      */
 800     if (ex_primes > 0) {
 801         BIGNUM *di = BN_new(), *cc = BN_new();
 802
 803         if (cc == NULL || di == NULL) {
 804             BN_free(cc);
 805             BN_free(di);
 806             goto err;
 807         }
 808
 809         for (i = 0; i < ex_primes; i++) {
 810             /* prepare m_i */
 811             if ((m[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) {
 812                 BN_free(cc);
 813                 BN_free(di);
 814                 goto err;
 815             }
 816
 817             pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
 818
 819             /* prepare c and d_i */
 820             BN_with_flags(cc, I, BN_FLG_CONSTTIME);
 821             BN_with_flags(di, pinfo->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 822
 823             if (!BN_mod(r1, cc, pinfo->r, ctx)) {
 824                 BN_free(cc);
 825                 BN_free(di);
 826                 goto err;
 827             }
 828             /* compute r1 ^ d_i mod r_i */
 829             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(m[i], r1, di, pinfo->r, ctx, pinfo->m)) {
 830                 BN_free(cc);
 831                 BN_free(di);
 832                 goto err;
 833             }
 834         }
 835
 836         BN_free(cc);
 837         BN_free(di);
 838     }
 839 #endif
 840
 841     if (!BN_sub(r0, r0, m1))
 842         goto err;
 843     /*
 844      * This will help stop the size of r0 increasing, which does affect the
 845      * multiply if it optimised for a power of 2 size
 846      */
 847     if (BN_is_negative(r0))
 848         if (!BN_add(r0, r0, rsa->p))
 849             goto err;
 850
 851     if (!BN_mul(r1, r0, rsa->iqmp, ctx))
 852         goto err;
 853
 854     {
 855         BIGNUM *pr1 = BN_new();
 856         if (pr1 == NULL)
 857             goto err;
 858         BN_with_flags(pr1, r1, BN_FLG_CONSTTIME);
 859
 860         if (!BN_mod(r0, pr1, rsa->p, ctx)) {
 861             BN_free(pr1);
 862             goto err;
 863         }
 864         /* We MUST free pr1 before any further use of r1 */
 865         BN_free(pr1);
 866     }
 867
 868     /*
 869      * If p < q it is occasionally possible for the correction of adding 'p'
 870      * if r0 is negative above to leave the result still negative. This can
 871      * break the private key operations: the following second correction
 872      * should *always* correct this rare occurrence. This will *never* happen
 873      * with OpenSSL generated keys because they ensure p > q [steve]
 874      */
 875     if (BN_is_negative(r0))
 876         if (!BN_add(r0, r0, rsa->p))
 877             goto err;
 878     if (!BN_mul(r1, r0, rsa->q, ctx))
 879         goto err;
 880     if (!BN_add(r0, r1, m1))
 881         goto err;
 882
 883 #ifndef FIPS_MODE
 884     /* add m_i to m in multi-prime case */
 885     if (ex_primes > 0) {
 886         BIGNUM *pr2 = BN_new();
 887
 888         if (pr2 == NULL)
 889             goto err;
 890
 891         for (i = 0; i < ex_primes; i++) {
 892             pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
 893             if (!BN_sub(r1, m[i], r0)) {
 894                 BN_free(pr2);
 895                 goto err;
 896             }
 897
 898             if (!BN_mul(r2, r1, pinfo->t, ctx)) {
 899                 BN_free(pr2);
 900                 goto err;
 901             }
 902
 903             BN_with_flags(pr2, r2, BN_FLG_CONSTTIME);
 904
 905             if (!BN_mod(r1, pr2, pinfo->r, ctx)) {
 906                 BN_free(pr2);
 907                 goto err;
 908             }
 909
 910             if (BN_is_negative(r1))
 911                 if (!BN_add(r1, r1, pinfo->r)) {
 912                     BN_free(pr2);
 913                     goto err;
 914                 }
 915             if (!BN_mul(r1, r1, pinfo->pp, ctx)) {
 916                 BN_free(pr2);
 917                 goto err;
 918             }
 919             if (!BN_add(r0, r0, r1)) {
 920                 BN_free(pr2);
 921                 goto err;
 922             }
 923         }
 924         BN_free(pr2);
 925     }
 926 #endif
 927
 928  tail:
 929     if (rsa->e && rsa->n) {
 930         if (rsa->meth->bn_mod_exp == BN_mod_exp_mont) {
 931             if (!BN_mod_exp_mont(vrfy, r0, rsa->e, rsa->n, ctx,
 932                                  rsa->_method_mod_n))
 933                 goto err;
 934         } else {
 935             bn_correct_top(r0);
 936             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(vrfy, r0, rsa->e, rsa->n, ctx,
 937                                        rsa->_method_mod_n))
 938                 goto err;
 939         }
 940         /*
 941          * If 'I' was greater than (or equal to) rsa->n, the operation will
 942          * be equivalent to using 'I mod n'. However, the result of the
 943          * verify will *always* be less than 'n' so we don't check for
 944          * absolute equality, just congruency.
 945          */
 946         if (!BN_sub(vrfy, vrfy, I))
 947             goto err;
 948         if (BN_is_zero(vrfy)) {
 949             bn_correct_top(r0);
 950             ret = 1;
 951             goto err;   /* not actually error */
 952         }
 953         if (!BN_mod(vrfy, vrfy, rsa->n, ctx))
 954             goto err;
 955         if (BN_is_negative(vrfy))
 956             if (!BN_add(vrfy, vrfy, rsa->n))
 957                 goto err;
 958         if (!BN_is_zero(vrfy)) {
 959             /*
 960              * 'I' and 'vrfy' aren't congruent mod n. Don't leak
 961              * miscalculated CRT output, just do a raw (slower) mod_exp and
 962              * return that instead.
 963              */
 964
 965             BIGNUM *d = BN_new();
 966             if (d == NULL)
 967                 goto err;
 968             BN_with_flags(d, rsa->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 969
 970             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(r0, I, d, rsa->n, ctx,
 971                                        rsa->_method_mod_n)) {
 972                 BN_free(d);
 973                 goto err;
 974             }
 975             /* We MUST free d before any further use of rsa->d */
 976             BN_free(d);
 977         }
 978     }
 979     /*
 980      * It's unfortunate that we have to bn_correct_top(r0). What hopefully
 981      * saves the day is that correction is highly unlike, and private key
 982      * operations are customarily performed on blinded message. Which means
 983      * that attacker won't observe correlation with chosen plaintext.
 984      * Secondly, remaining code would still handle it in same computational
 985      * time and even conceal memory access pattern around corrected top.
 986      */
 987     bn_correct_top(r0);
 988     ret = 1;
 989  err:
 990     BN_CTX_end(ctx);
 991     return ret;
 992 }
 993
 994 static int rsa_ossl_init(RSA *rsa)
 995 {
 996     rsa->flags |= RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC | RSA_FLAG_CACHE_PRIVATE;
 997     return 1;
 998 }
 999
1000 static int rsa_ossl_finish(RSA *rsa)
1001 {
1002 #ifndef FIPS_MODE
1003     int i;
1004     RSA_PRIME_INFO *pinfo;
1005
1006     for (i = 0; i < sk_RSA_PRIME_INFO_num(rsa->prime_infos); i++) {
1007         pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
1008         BN_MONT_CTX_free(pinfo->m);
1009     }
1010 #endif
1011
1012     BN_MONT_CTX_free(rsa->_method_mod_n);
1013     BN_MONT_CTX_free(rsa->_method_mod_p);
1014     BN_MONT_CTX_free(rsa->_method_mod_q);
1015     return 1;
1016 }