crypto/rsa/rsa_sign.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 <stdio.h>
  11 #include "internal/cryptlib.h"
  12 #include <openssl/bn.h>
  13 #include <openssl/rsa.h>
  14 #include <openssl/objects.h>
  15 #include <openssl/x509.h>
  16 #include "crypto/x509.h"
  17 #ifndef OPENSSL_NO_MD2
  18 # include <openssl/md2.h> /* uses MD2_DIGEST_LENGTH */
  19 #endif
  20 #ifndef OPENSSL_NO_MD5
  21 # include <openssl/md5.h> /* uses MD5_DIGEST_LENGTH */
  22 #endif
  23 #ifndef OPENSSL_NO_MDC2
  24 # include <openssl/mdc2.h> /* uses MDC2_DIGEST_LENGTH */
  25 #endif
  26 #include <openssl/sha.h> /* uses SHA???_DIGEST_LENGTH */
  27 #include "rsa_local.h"
  28
  29 /*
  30  * The general purpose ASN1 code is not available inside the FIPS provider.
  31  * To remove the dependency RSASSA-PKCS1-v1_5 DigestInfo encodings can be
  32  * treated as a special case by pregenerating the required ASN1 encoding.
  33  * This encoding will also be shared by the default provider.
  34  *
  35  * The EMSA-PKCS1-v1_5 encoding method includes an ASN.1 value of type
  36  * DigestInfo, where the type DigestInfo has the syntax
  37  *
  38  *     DigestInfo ::= SEQUENCE {
  39  *         digestAlgorithm DigestAlgorithm,
  40  *         digest OCTET STRING
  41  *     }
  42  *
  43  *     DigestAlgorithm ::= AlgorithmIdentifier {
  44  *         {PKCS1-v1-5DigestAlgorithms}
  45  *     }
  46  *
  47  * The AlgorithmIdentifier is a sequence containing the digest OID and
  48  * parameters (a value of type NULL).
  49  *
  50  * The ENCODE_DIGESTINFO_SHA() and ENCODE_DIGESTINFO_MD() macros define an
  51  * initialized array containing the DER encoded DigestInfo for the specified
  52  * SHA or MD digest. The content of the OCTET STRING is not included.
  53  * |name| is the digest name.
  54  * |n| is last byte in the encoded OID for the digest.
  55  * |sz| is the digest length in bytes. It must not be greater than 110.
  56  */
  57
  58 #define ASN1_SEQUENCE 0x30
  59 #define ASN1_OCTET_STRING 0x04
  60 #define ASN1_NULL 0x05
  61 #define ASN1_OID 0x06
  62
  63 /* SHA OIDs are of the form: (2 16 840 1 101 3 4 2 |n|) */
  64 #define ENCODE_DIGESTINFO_SHA(name, n, sz)                                     \
  65 static const unsigned char digestinfo_##name##_der[] = {                       \
  66     ASN1_SEQUENCE, 0x11 + sz,                                                  \
  67       ASN1_SEQUENCE, 0x0d,                                                     \
  68         ASN1_OID, 0x09, 2 * 40 + 16, 0x86, 0x48, 1, 101, 3, 4, 2, n,           \
  69         ASN1_NULL, 0x00,                                                       \
  70       ASN1_OCTET_STRING, sz                                                    \
  71 };
  72
  73 /* MD2 and MD5 OIDs are of the form: (1 2 840 113549 2 |n|) */
  74 #define ENCODE_DIGESTINFO_MD(name, n, sz)                                      \
  75 static const unsigned char digestinfo_##name##_der[] = {                       \
  76     ASN1_SEQUENCE, 0x10 + sz,                                                  \
  77       ASN1_SEQUENCE, 0x0c,                                                     \
  78         ASN1_OID, 0x08, 1 * 40 + 2, 0x86, 0x48, 0x86, 0xf7, 0x0d, 2, n,        \
  79         ASN1_NULL, 0x00,                                                       \
  80       ASN1_OCTET_STRING, sz                                                    \
  81 };
  82
  83 #ifndef FIPS_MODE
  84 # ifndef OPENSSL_NO_MD2
  85 ENCODE_DIGESTINFO_MD(md2, 0x02, MD2_DIGEST_LENGTH)
  86 # endif
  87 # ifndef OPENSSL_NO_MD5
  88 ENCODE_DIGESTINFO_MD(md5, 0x05, MD5_DIGEST_LENGTH)
  89 # endif
  90 # ifndef OPENSSL_NO_MDC2
  91 /* MDC-2 (2 5 8 3 101) */
  92 static const unsigned char digestinfo_mdc2_der[] = {
  93     ASN1_SEQUENCE, 0x0c + MDC2_DIGEST_LENGTH,
  94       ASN1_SEQUENCE, 0x08,
  95         ASN1_OID, 0x04, 2 * 40 + 5, 8, 3, 101,
  96         ASN1_NULL, 0x00,
  97       ASN1_OCTET_STRING, MDC2_DIGEST_LENGTH
  98 };
  99 # endif
 100 /* SHA-1 (1 3 14 3 2 26) */
 101 static const unsigned char digestinfo_sha1_der[] = {
 102     ASN1_SEQUENCE, 0x0d + SHA_DIGEST_LENGTH,
 103       ASN1_SEQUENCE, 0x09,
 104         ASN1_OID, 0x05, 1 * 40 + 3, 14, 3, 2, 26,
 105         ASN1_NULL, 0x00,
 106       ASN1_OCTET_STRING, SHA_DIGEST_LENGTH
 107 };
 108
 109 #endif /* FIPS_MODE */
 110
 111 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha256, 0x01, SHA256_DIGEST_LENGTH)
 112 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha384, 0x02, SHA384_DIGEST_LENGTH)
 113 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha512, 0x03, SHA512_DIGEST_LENGTH)
 114 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha224, 0x04, SHA224_DIGEST_LENGTH)
 115 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha512_224, 0x05, SHA224_DIGEST_LENGTH)
 116 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha512_256, 0x06, SHA256_DIGEST_LENGTH)
 117 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_224, 0x07, SHA224_DIGEST_LENGTH)
 118 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_256, 0x08, SHA256_DIGEST_LENGTH)
 119 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_384, 0x09, SHA384_DIGEST_LENGTH)
 120 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_512, 0x0a, SHA512_DIGEST_LENGTH)
 121
 122 #define MD_CASE(name)                                                          \
 123     case NID_##name:                                                           \
 124         *len = sizeof(digestinfo_##name##_der);                                \
 125         return digestinfo_##name##_der;
 126
 127 static const unsigned char *digestinfo_encoding(int nid, size_t *len)
 128 {
 129     switch (nid) {
 130 #ifndef FIPS_MODE
 131 # ifndef OPENSSL_NO_MDC2
 132     MD_CASE(mdc2)
 133 # endif
 134 # ifndef OPENSSL_NO_MD2
 135     MD_CASE(md2)
 136 # endif
 137 # ifndef OPENSSL_NO_MD5
 138     MD_CASE(md5)
 139 # endif
 140     MD_CASE(sha1)
 141 #endif /* FIPS_MODE */
 142     MD_CASE(sha224)
 143     MD_CASE(sha256)
 144     MD_CASE(sha384)
 145     MD_CASE(sha512)
 146     MD_CASE(sha512_224)
 147     MD_CASE(sha512_256)
 148     MD_CASE(sha3_224)
 149     MD_CASE(sha3_256)
 150     MD_CASE(sha3_384)
 151     MD_CASE(sha3_512)
 152     default:
 153         return NULL;
 154     }
 155 }
 156
 157 /* Size of an SSL signature: MD5+SHA1 */
 158 #define SSL_SIG_LENGTH  36
 159
 160 /*
 161  * Encodes a DigestInfo prefix of hash |type| and digest |m|, as
 162  * described in EMSA-PKCS1-v1_5-ENCODE, RFC 3447 section 9.2 step 2. This
 163  * encodes the DigestInfo (T and tLen) but does not add the padding.
 164  *
 165  * On success, it returns one and sets |*out| to a newly allocated buffer
 166  * containing the result and |*out_len| to its length. The caller must free
 167  * |*out| with OPENSSL_free(). Otherwise, it returns zero.
 168  */
 169 static int encode_pkcs1(unsigned char **out, size_t *out_len, int type,
 170                         const unsigned char *m, size_t m_len)
 171 {
 172     size_t di_prefix_len, dig_info_len;
 173     const unsigned char *di_prefix;
 174     unsigned char *dig_info;
 175
 176     if (type == NID_undef) {
 177         RSAerr(RSA_F_ENCODE_PKCS1, RSA_R_UNKNOWN_ALGORITHM_TYPE);
 178         return 0;
 179     }
 180     di_prefix = digestinfo_encoding(type, &di_prefix_len);
 181     if (di_prefix == NULL) {
 182         RSAerr(RSA_F_ENCODE_PKCS1,
 183                RSA_R_THE_ASN1_OBJECT_IDENTIFIER_IS_NOT_KNOWN_FOR_THIS_MD);
 184         return 0;
 185     }
 186     dig_info_len = di_prefix_len + m_len;
 187     dig_info = OPENSSL_malloc(dig_info_len);
 188     if (dig_info == NULL) {
 189         RSAerr(RSA_F_ENCODE_PKCS1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 190         return 0;
 191     }
 192     memcpy(dig_info, di_prefix, di_prefix_len);
 193     memcpy(dig_info + di_prefix_len, m, m_len);
 194
 195     *out = dig_info;
 196     *out_len = dig_info_len;
 197     return 1;
 198 }
 199
 200 int RSA_sign(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_len,
 201              unsigned char *sigret, unsigned int *siglen, RSA *rsa)
 202 {
 203     int encrypt_len, ret = 0;
 204     size_t encoded_len = 0;
 205     unsigned char *tmps = NULL;
 206     const unsigned char *encoded = NULL;
 207
 208     if (rsa->meth->rsa_sign != NULL)
 209         return rsa->meth->rsa_sign(type, m, m_len, sigret, siglen, rsa);
 210
 211     /* Compute the encoded digest. */
 212     if (type == NID_md5_sha1) {
 213         /*
 214          * NID_md5_sha1 corresponds to the MD5/SHA1 combination in TLS 1.1 and
 215          * earlier. It has no DigestInfo wrapper but otherwise is
 216          * RSASSA-PKCS1-v1_5.
 217          */
 218         if (m_len != SSL_SIG_LENGTH) {
 219             RSAerr(RSA_F_RSA_SIGN, RSA_R_INVALID_MESSAGE_LENGTH);
 220             return 0;
 221         }
 222         encoded_len = SSL_SIG_LENGTH;
 223         encoded = m;
 224     } else {
 225         if (!encode_pkcs1(&tmps, &encoded_len, type, m, m_len))
 226             goto err;
 227         encoded = tmps;
 228     }
 229
 230     if (encoded_len + RSA_PKCS1_PADDING_SIZE > (size_t)RSA_size(rsa)) {
 231         RSAerr(RSA_F_RSA_SIGN, RSA_R_DIGEST_TOO_BIG_FOR_RSA_KEY);
 232         goto err;
 233     }
 234     encrypt_len = RSA_private_encrypt((int)encoded_len, encoded, sigret, rsa,
 235                                       RSA_PKCS1_PADDING);
 236     if (encrypt_len <= 0)
 237         goto err;
 238
 239     *siglen = encrypt_len;
 240     ret = 1;
 241
 242 err:
 243     OPENSSL_clear_free(tmps, encoded_len);
 244     return ret;
 245 }
 246
 247 /*
 248  * Verify an RSA signature in |sigbuf| using |rsa|.
 249  * |type| is the NID of the digest algorithm to use.
 250  * If |rm| is NULL, it verifies the signature for digest |m|, otherwise
 251  * it recovers the digest from the signature, writing the digest to |rm| and
 252  * the length to |*prm_len|.
 253  *
 254  * It returns one on successful verification or zero otherwise.
 255  */
 256 int int_rsa_verify(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_len,
 257                    unsigned char *rm, size_t *prm_len,
 258                    const unsigned char *sigbuf, size_t siglen, RSA *rsa)
 259 {
 260     int len, ret = 0;
 261     size_t decrypt_len, encoded_len = 0;
 262     unsigned char *decrypt_buf = NULL, *encoded = NULL;
 263
 264     if (siglen != (size_t)RSA_size(rsa)) {
 265         RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_WRONG_SIGNATURE_LENGTH);
 266         return 0;
 267     }
 268
 269     /* Recover the encoded digest. */
 270     decrypt_buf = OPENSSL_malloc(siglen);
 271     if (decrypt_buf == NULL) {
 272         RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 273         goto err;
 274     }
 275
 276     len = RSA_public_decrypt((int)siglen, sigbuf, decrypt_buf, rsa,
 277                              RSA_PKCS1_PADDING);
 278     if (len <= 0)
 279         goto err;
 280     decrypt_len = len;
 281
 282     if (type == NID_md5_sha1) {
 283         /*
 284          * NID_md5_sha1 corresponds to the MD5/SHA1 combination in TLS 1.1 and
 285          * earlier. It has no DigestInfo wrapper but otherwise is
 286          * RSASSA-PKCS1-v1_5.
 287          */
 288         if (decrypt_len != SSL_SIG_LENGTH) {
 289             RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 290             goto err;
 291         }
 292
 293         if (rm != NULL) {
 294             memcpy(rm, decrypt_buf, SSL_SIG_LENGTH);
 295             *prm_len = SSL_SIG_LENGTH;
 296         } else {
 297             if (m_len != SSL_SIG_LENGTH) {
 298                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_INVALID_MESSAGE_LENGTH);
 299                 goto err;
 300             }
 301
 302             if (memcmp(decrypt_buf, m, SSL_SIG_LENGTH) != 0) {
 303                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 304                 goto err;
 305             }
 306         }
 307     } else if (type == NID_mdc2 && decrypt_len == 2 + 16
 308                && decrypt_buf[0] == 0x04 && decrypt_buf[1] == 0x10) {
 309         /*
 310          * Oddball MDC2 case: signature can be OCTET STRING. check for correct
 311          * tag and length octets.
 312          */
 313         if (rm != NULL) {
 314             memcpy(rm, decrypt_buf + 2, 16);
 315             *prm_len = 16;
 316         } else {
 317             if (m_len != 16) {
 318                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_INVALID_MESSAGE_LENGTH);
 319                 goto err;
 320             }
 321
 322             if (memcmp(m, decrypt_buf + 2, 16) != 0) {
 323                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 324                 goto err;
 325             }
 326         }
 327     } else {
 328         /*
 329          * If recovering the digest, extract a digest-sized output from the end
 330          * of |decrypt_buf| for |encode_pkcs1|, then compare the decryption
 331          * output as in a standard verification.
 332          */
 333         if (rm != NULL) {
 334             const EVP_MD *md = EVP_get_digestbynid(type);
 335             if (md == NULL) {
 336                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_UNKNOWN_ALGORITHM_TYPE);
 337                 goto err;
 338             }
 339
 340             len = EVP_MD_size(md);
 341             if (len <= 0)
 342                 goto err;
 343             m_len = (unsigned int)len;
 344             if (m_len > decrypt_len) {
 345                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_INVALID_DIGEST_LENGTH);
 346                 goto err;
 347             }
 348             m = decrypt_buf + decrypt_len - m_len;
 349         }
 350
 351         /* Construct the encoded digest and ensure it matches. */
 352         if (!encode_pkcs1(&encoded, &encoded_len, type, m, m_len))
 353             goto err;
 354
 355         if (encoded_len != decrypt_len
 356                 || memcmp(encoded, decrypt_buf, encoded_len) != 0) {
 357             RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 358             goto err;
 359         }
 360
 361         /* Output the recovered digest. */
 362         if (rm != NULL) {
 363             memcpy(rm, m, m_len);
 364             *prm_len = m_len;
 365         }
 366     }
 367
 368     ret = 1;
 369
 370 err:
 371     OPENSSL_clear_free(encoded, encoded_len);
 372     OPENSSL_clear_free(decrypt_buf, siglen);
 373     return ret;
 374 }
 375
 376 int RSA_verify(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_len,
 377                const unsigned char *sigbuf, unsigned int siglen, RSA *rsa)
 378 {
 379
 380     if (rsa->meth->rsa_verify != NULL)
 381         return rsa->meth->rsa_verify(type, m, m_len, sigbuf, siglen, rsa);
 382
 383     return int_rsa_verify(type, m, m_len, NULL, NULL, sigbuf, siglen, rsa);
 384 }