crypto/rsa/rsa_pk1.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2019 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 #include "internal/constant_time.h"
  11
  12 #include <stdio.h>
  13 #include <openssl/bn.h>
  14 #include <openssl/rsa.h>
  15 #include <openssl/rand.h>
  16 /* Just for the SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH value */
  17 #include <openssl/ssl.h>
  18 #include "internal/cryptlib.h"
  19 #include "crypto/rsa.h"
  20
  21 int RSA_padding_add_PKCS1_type_1(unsigned char *to, int tlen,
  22                                  const unsigned char *from, int flen)
  23 {
  24     int j;
  25     unsigned char *p;
  26
  27     if (flen > (tlen - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE)) {
  28         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_TYPE_1,
  29                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
  30         return 0;
  31     }
  32
  33     p = (unsigned char *)to;
  34
  35     *(p++) = 0;
  36     *(p++) = 1;                 /* Private Key BT (Block Type) */
  37
  38     /* pad out with 0xff data */
  39     j = tlen - 3 - flen;
  40     memset(p, 0xff, j);
  41     p += j;
  42     *(p++) = '\0';
  43     memcpy(p, from, (unsigned int)flen);
  44     return 1;
  45 }
  46
  47 int RSA_padding_check_PKCS1_type_1(unsigned char *to, int tlen,
  48                                    const unsigned char *from, int flen,
  49                                    int num)
  50 {
  51     int i, j;
  52     const unsigned char *p;
  53
  54     p = from;
  55
  56     /*
  57      * The format is
  58      * 00 || 01 || PS || 00 || D
  59      * PS - padding string, at least 8 bytes of FF
  60      * D  - data.
  61      */
  62
  63     if (num < RSA_PKCS1_PADDING_SIZE)
  64         return -1;
  65
  66     /* Accept inputs with and without the leading 0-byte. */
  67     if (num == flen) {
  68         if ((*p++) != 0x00) {
  69             RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_1,
  70                    RSA_R_INVALID_PADDING);
  71             return -1;
  72         }
  73         flen--;
  74     }
  75
  76     if ((num != (flen + 1)) || (*(p++) != 0x01)) {
  77         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_1,
  78                RSA_R_BLOCK_TYPE_IS_NOT_01);
  79         return -1;
  80     }
  81
  82     /* scan over padding data */
  83     j = flen - 1;               /* one for type. */
  84     for (i = 0; i < j; i++) {
  85         if (*p != 0xff) {       /* should decrypt to 0xff */
  86             if (*p == 0) {
  87                 p++;
  88                 break;
  89             } else {
  90                 RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_1,
  91                        RSA_R_BAD_FIXED_HEADER_DECRYPT);
  92                 return -1;
  93             }
  94         }
  95         p++;
  96     }
  97
  98     if (i == j) {
  99         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_1,
 100                RSA_R_NULL_BEFORE_BLOCK_MISSING);
 101         return -1;
 102     }
 103
 104     if (i < 8) {
 105         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_1,
 106                RSA_R_BAD_PAD_BYTE_COUNT);
 107         return -1;
 108     }
 109     i++;                        /* Skip over the '\0' */
 110     j -= i;
 111     if (j > tlen) {
 112         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_1, RSA_R_DATA_TOO_LARGE);
 113         return -1;
 114     }
 115     memcpy(to, p, (unsigned int)j);
 116
 117     return j;
 118 }
 119
 120 int RSA_padding_add_PKCS1_type_2(unsigned char *to, int tlen,
 121                                  const unsigned char *from, int flen)
 122 {
 123     int i, j;
 124     unsigned char *p;
 125
 126     if (flen > (tlen - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE)) {
 127         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_TYPE_2,
 128                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
 129         return 0;
 130     }
 131
 132     p = (unsigned char *)to;
 133
 134     *(p++) = 0;
 135     *(p++) = 2;                 /* Public Key BT (Block Type) */
 136
 137     /* pad out with non-zero random data */
 138     j = tlen - 3 - flen;
 139
 140     if (RAND_bytes(p, j) <= 0)
 141         return 0;
 142     for (i = 0; i < j; i++) {
 143         if (*p == '\0')
 144             do {
 145                 if (RAND_bytes(p, 1) <= 0)
 146                     return 0;
 147             } while (*p == '\0');
 148         p++;
 149     }
 150
 151     *(p++) = '\0';
 152
 153     memcpy(p, from, (unsigned int)flen);
 154     return 1;
 155 }
 156
 157 int RSA_padding_check_PKCS1_type_2(unsigned char *to, int tlen,
 158                                    const unsigned char *from, int flen,
 159                                    int num)
 160 {
 161     int i;
 162     /* |em| is the encoded message, zero-padded to exactly |num| bytes */
 163     unsigned char *em = NULL;
 164     unsigned int good, found_zero_byte, mask;
 165     int zero_index = 0, msg_index, mlen = -1;
 166
 167     if (tlen <= 0 || flen <= 0)
 168         return -1;
 169
 170     /*
 171      * PKCS#1 v1.5 decryption. See "PKCS #1 v2.2: RSA Cryptography Standard",
 172      * section 7.2.2.
 173      */
 174
 175     if (flen > num || num < RSA_PKCS1_PADDING_SIZE) {
 176         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_2,
 177                RSA_R_PKCS_DECODING_ERROR);
 178         return -1;
 179     }
 180
 181     em = OPENSSL_malloc(num);
 182     if (em == NULL) {
 183         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_2, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 184         return -1;
 185     }
 186     /*
 187      * Caller is encouraged to pass zero-padded message created with
 188      * BN_bn2binpad. Trouble is that since we can't read out of |from|'s
 189      * bounds, it's impossible to have an invariant memory access pattern
 190      * in case |from| was not zero-padded in advance.
 191      */
 192     for (from += flen, em += num, i = 0; i < num; i++) {
 193         mask = ~constant_time_is_zero(flen);
 194         flen -= 1 & mask;
 195         from -= 1 & mask;
 196         *--em = *from & mask;
 197     }
 198
 199     good = constant_time_is_zero(em[0]);
 200     good &= constant_time_eq(em[1], 2);
 201
 202     /* scan over padding data */
 203     found_zero_byte = 0;
 204     for (i = 2; i < num; i++) {
 205         unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(em[i]);
 206
 207         zero_index = constant_time_select_int(~found_zero_byte & equals0,
 208                                               i, zero_index);
 209         found_zero_byte |= equals0;
 210     }
 211
 212     /*
 213      * PS must be at least 8 bytes long, and it starts two bytes into |em|.
 214      * If we never found a 0-byte, then |zero_index| is 0 and the check
 215      * also fails.
 216      */
 217     good &= constant_time_ge(zero_index, 2 + 8);
 218
 219     /*
 220      * Skip the zero byte. This is incorrect if we never found a zero-byte
 221      * but in this case we also do not copy the message out.
 222      */
 223     msg_index = zero_index + 1;
 224     mlen = num - msg_index;
 225
 226     /*
 227      * For good measure, do this check in constant time as well.
 228      */
 229     good &= constant_time_ge(tlen, mlen);
 230
 231     /*
 232      * Move the result in-place by |num|-RSA_PKCS1_PADDING_SIZE-|mlen| bytes to the left.
 233      * Then if |good| move |mlen| bytes from |em|+RSA_PKCS1_PADDING_SIZE to |to|.
 234      * Otherwise leave |to| unchanged.
 235      * Copy the memory back in a way that does not reveal the size of
 236      * the data being copied via a timing side channel. This requires copying
 237      * parts of the buffer multiple times based on the bits set in the real
 238      * length. Clear bits do a non-copy with identical access pattern.
 239      * The loop below has overall complexity of O(N*log(N)).
 240      */
 241     tlen = constant_time_select_int(constant_time_lt(num - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE, tlen),
 242                                     num - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE, tlen);
 243     for (msg_index = 1; msg_index < num - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE; msg_index <<= 1) {
 244         mask = ~constant_time_eq(msg_index & (num - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE - mlen), 0);
 245         for (i = RSA_PKCS1_PADDING_SIZE; i < num - msg_index; i++)
 246             em[i] = constant_time_select_8(mask, em[i + msg_index], em[i]);
 247     }
 248     for (i = 0; i < tlen; i++) {
 249         mask = good & constant_time_lt(i, mlen);
 250         to[i] = constant_time_select_8(mask, em[i + RSA_PKCS1_PADDING_SIZE], to[i]);
 251     }
 252
 253     OPENSSL_clear_free(em, num);
 254     RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_TYPE_2, RSA_R_PKCS_DECODING_ERROR);
 255     err_clear_last_constant_time(1 & good);
 256
 257     return constant_time_select_int(good, mlen, -1);
 258 }
 259
 260 /*
 261  * rsa_padding_check_PKCS1_type_2_TLS() checks and removes the PKCS1 type 2
 262  * padding from a decrypted RSA message in a TLS signature. The result is stored
 263  * in the buffer pointed to by |to| which should be |tlen| bytes long. |tlen|
 264  * must be at least SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH. The original decrypted message
 265  * should be stored in |from| which must be |flen| bytes in length and padded
 266  * such that |flen == RSA_size()|. The TLS protocol version that the client
 267  * originally requested should be passed in |client_version|. Some buggy clients
 268  * can exist which use the negotiated version instead of the originally
 269  * requested protocol version. If it is necessary to work around this bug then
 270  * the negotiated protocol version can be passed in |alt_version|, otherwise 0
 271  * should be passed.
 272  *
 273  * If the passed message is publicly invalid or some other error that can be
 274  * treated in non-constant time occurs then -1 is returned. On success the
 275  * length of the decrypted data is returned. This will always be
 276  * SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH. If an error occurs that should be treated in
 277  * constant time then this function will appear to return successfully, but the
 278  * decrypted data will be randomly generated (as per
 279  * https://tools.ietf.org/html/rfc5246#section-7.4.7.1).
 280  */
 281 int rsa_padding_check_PKCS1_type_2_TLS(unsigned char *to, size_t tlen,
 282                                        const unsigned char *from, size_t flen,
 283                                        int client_version, int alt_version)
 284 {
 285     unsigned int i, good, version_good;
 286     unsigned char rand_premaster_secret[SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH];
 287
 288     /*
 289      * If these checks fail then either the message in publicly invalid, or
 290      * we've been called incorrectly. We can fail immediately.
 291      */
 292     if (flen < RSA_PKCS1_PADDING_SIZE + SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH
 293             || tlen < SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH) {
 294         ERR_raise(ERR_LIB_RSA, RSA_R_PKCS_DECODING_ERROR);
 295         return -1;
 296     }
 297
 298     /*
 299      * Generate a random premaster secret to use in the event that we fail
 300      * to decrypt.
 301      */
 302     if (RAND_priv_bytes(rand_premaster_secret,
 303                       sizeof(rand_premaster_secret)) <= 0) {
 304         ERR_raise(ERR_LIB_RSA, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 305         return -1;
 306     }
 307
 308     good = constant_time_is_zero(from[0]);
 309     good &= constant_time_eq(from[1], 2);
 310
 311     /* Check we have the expected padding data */
 312     for (i = 2; i < flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH - 1; i++)
 313         good &= ~constant_time_is_zero_8(from[i]);
 314     good &= constant_time_is_zero_8(from[flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH - 1]);
 315
 316
 317     /*
 318      * If the version in the decrypted pre-master secret is correct then
 319      * version_good will be 0xff, otherwise it'll be zero. The
 320      * Klima-Pokorny-Rosa extension of Bleichenbacher's attack
 321      * (http://eprint.iacr.org/2003/052/) exploits the version number
 322      * check as a "bad version oracle". Thus version checks are done in
 323      * constant time and are treated like any other decryption error.
 324      */
 325     version_good =
 326         constant_time_eq(from[flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH],
 327                          (client_version >> 8) & 0xff);
 328     version_good &=
 329         constant_time_eq(from[flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH + 1],
 330                          client_version & 0xff);
 331
 332     /*
 333      * The premaster secret must contain the same version number as the
 334      * ClientHello to detect version rollback attacks (strangely, the
 335      * protocol does not offer such protection for DH ciphersuites).
 336      * However, buggy clients exist that send the negotiated protocol
 337      * version instead if the server does not support the requested
 338      * protocol version. If SSL_OP_TLS_ROLLBACK_BUG is set then we tolerate
 339      * such clients. In that case alt_version will be non-zero and set to
 340      * the negotiated version.
 341      */
 342     if (alt_version > 0) {
 343         unsigned int workaround_good;
 344
 345         workaround_good =
 346             constant_time_eq(from[flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH],
 347                              (alt_version >> 8) & 0xff);
 348         workaround_good &=
 349             constant_time_eq(from[flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH + 1],
 350                              alt_version & 0xff);
 351         version_good |= workaround_good;
 352     }
 353
 354     good &= version_good;
 355
 356
 357     /*
 358      * Now copy the result over to the to buffer if good, or random data if
 359      * not good.
 360      */
 361     for (i = 0; i < SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH; i++) {
 362         to[i] =
 363             constant_time_select_8(good,
 364                                    from[flen - SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH + i],
 365                                    rand_premaster_secret[i]);
 366     }
 367
 368     /*
 369      * We must not leak whether a decryption failure occurs because of
 370      * Bleichenbacher's attack on PKCS #1 v1.5 RSA padding (see RFC 2246,
 371      * section 7.4.7.1). The code follows that advice of the TLS RFC and
 372      * generates a random premaster secret for the case that the decrypt
 373      * fails. See https://tools.ietf.org/html/rfc5246#section-7.4.7.1
 374      * So, whether we actually succeeded or not, return success.
 375      */
 376
 377     return SSL_MAX_MASTER_KEY_LENGTH;
 378 }