Set SM2 error codes
[openssl.git] / crypto / sm2 / sm2_crypt.c
1 /*
2  * Copyright 2017-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  * Copyright 2017 Ribose Inc. All Rights Reserved.
4  * Ported from Ribose contributions from Botan.
5  *
6  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
7  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
8  * in the file LICENSE in the source distribution or at
9  * https://www.openssl.org/source/license.html
10  */
11
12 #include "internal/sm2.h"
13 #include "internal/sm2err.h"
14 #include <openssl/err.h>
15 #include <openssl/evp.h>
16 #include <openssl/bn.h>
17 #include <openssl/asn1.h>
18 #include <openssl/asn1t.h>
19 #include <string.h>
20
21 typedef struct SM2_Ciphertext_st SM2_Ciphertext;
22 DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(SM2_Ciphertext)
23
24 struct SM2_Ciphertext_st {
25     BIGNUM *C1x;
26     BIGNUM *C1y;
27     ASN1_OCTET_STRING *C3;
28     ASN1_OCTET_STRING *C2;
29 };
30
31 ASN1_SEQUENCE(SM2_Ciphertext) = {
32     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C1x, BIGNUM),
33     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C1y, BIGNUM),
34     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C3, ASN1_OCTET_STRING),
35     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C2, ASN1_OCTET_STRING),
36 } ASN1_SEQUENCE_END(SM2_Ciphertext)
37
38 IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(SM2_Ciphertext)
39
40 static size_t EC_field_size(const EC_GROUP *group)
41 {
42     /* Is there some simpler way to do this? */
43     BIGNUM *p = BN_new();
44     BIGNUM *a = BN_new();
45     BIGNUM *b = BN_new();
46     size_t field_size = 0;
47
48     if (p == NULL || a == NULL || b == NULL)
49        goto done;
50
51     EC_GROUP_get_curve_GFp(group, p, a, b, NULL);
52     field_size = (BN_num_bits(p) + 7) / 8;
53
54  done:
55     BN_free(p);
56     BN_free(a);
57     BN_free(b);
58
59     return field_size;
60 }
61
62 size_t SM2_plaintext_size(const EC_KEY *key, const EVP_MD *digest, size_t msg_len)
63 {
64     const size_t field_size = EC_field_size(EC_KEY_get0_group(key));
65     const size_t md_size = EVP_MD_size(digest);
66
67     const size_t overhead = 10 + 2 * field_size + md_size;
68     if(msg_len <= overhead)
69        return 0;
70
71     return msg_len - overhead;
72 }
73
74 size_t SM2_ciphertext_size(const EC_KEY *key, const EVP_MD *digest, size_t msg_len)
75 {
76     const size_t field_size = EC_field_size(EC_KEY_get0_group(key));
77     const size_t md_size = EVP_MD_size(digest);
78     return 10 + 2 * field_size + md_size + msg_len;
79 }
80
81 int SM2_encrypt(const EC_KEY *key,
82                 const EVP_MD *digest,
83                 const uint8_t *msg,
84                 size_t msg_len, uint8_t *ciphertext_buf, size_t *ciphertext_len)
85 {
86     int rc = 0;
87     size_t i;
88     BN_CTX *ctx = NULL;
89     BIGNUM *k = NULL;
90     BIGNUM *x1 = NULL;
91     BIGNUM *y1 = NULL;
92     BIGNUM *x2 = NULL;
93     BIGNUM *y2 = NULL;
94
95     EVP_MD_CTX *hash = EVP_MD_CTX_new();
96
97     struct SM2_Ciphertext_st ctext_struct;
98     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(key);
99     const BIGNUM *order = EC_GROUP_get0_order(group);
100     const EC_POINT *P = EC_KEY_get0_public_key(key);
101     EC_POINT *kG = NULL;
102     EC_POINT *kP = NULL;
103     uint8_t *msg_mask = NULL;
104
105     uint8_t *x2y2 = NULL;
106     uint8_t *C3 = NULL;
107
108     const size_t field_size = EC_field_size(group);
109     const size_t C3_size = EVP_MD_size(digest);
110
111     if (field_size == 0 || C3_size == 0)
112        goto done;
113
114     kG = EC_POINT_new(group);
115     kP = EC_POINT_new(group);
116     if (kG == NULL || kP == NULL)
117        {
118        SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
119        goto done;
120        }
121
122     ctx = BN_CTX_new();
123     if (ctx == NULL)
124        {
125        SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
126        goto done;
127        }
128
129     BN_CTX_start(ctx);
130     k = BN_CTX_get(ctx);
131     x1 = BN_CTX_get(ctx);
132     x2 = BN_CTX_get(ctx);
133     y1 = BN_CTX_get(ctx);
134     y2 = BN_CTX_get(ctx);
135
136     if (y2 == NULL)
137         {
138         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_BN_LIB);
139         goto done;
140         }
141
142     x2y2 = OPENSSL_zalloc(2 * field_size);
143     C3 = OPENSSL_zalloc(C3_size);
144
145     if (x2y2 == NULL || C3 == NULL)
146         {
147         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
148         goto done;
149         }
150
151     memset(ciphertext_buf, 0, *ciphertext_len);
152
153     BN_priv_rand_range(k, order);
154
155     if (EC_POINT_mul(group, kG, k, NULL, NULL, ctx) == 0)
156         {
157         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EC_LIB);
158         goto done;
159         }
160
161     if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, kG, x1, y1, ctx) == 0)
162         {
163         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EC_LIB);
164         goto done;
165         }
166
167     if (EC_POINT_mul(group, kP, NULL, P, k, ctx) == 0)
168         {
169         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EC_LIB);
170         goto done;
171         }
172
173     if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, kP, x2, y2, ctx) == 0)
174         {
175         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EC_LIB);
176         goto done;
177         }
178
179     BN_bn2binpad(x2, x2y2, field_size);
180     BN_bn2binpad(y2, x2y2 + field_size, field_size);
181
182     msg_mask = OPENSSL_zalloc(msg_len);
183     if (msg_mask == NULL)
184        {
185        SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
186        goto done;
187        }
188
189     /* X9.63 with no salt happens to match the KDF used in SM2 */
190     if (ECDH_KDF_X9_62(msg_mask, msg_len, x2y2, 2 * field_size, NULL, 0, digest)
191         == 0)
192         goto done;
193
194     for (i = 0; i != msg_len; ++i)
195         msg_mask[i] ^= msg[i];
196
197     if (EVP_DigestInit(hash, digest) == 0)
198         {
199         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
200         goto done;
201         }
202
203     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2, field_size) == 0)
204         {
205         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
206         goto done;
207         }
208
209     if (EVP_DigestUpdate(hash, msg, msg_len) == 0)
210         {
211         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
212         goto done;
213         }
214
215     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2 + field_size, field_size) == 0)
216         {
217         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
218         goto done;
219         }
220
221     if (EVP_DigestFinal(hash, C3, NULL) == 0)
222         {
223         SM2err(SM2_F_SM2_ENCRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
224         goto done;
225         }
226
227     ctext_struct.C1x = x1;
228     ctext_struct.C1y = y1;
229     ctext_struct.C3 = ASN1_OCTET_STRING_new();
230     ASN1_OCTET_STRING_set(ctext_struct.C3, C3, C3_size);
231     ctext_struct.C2 = ASN1_OCTET_STRING_new();
232     ASN1_OCTET_STRING_set(ctext_struct.C2, msg_mask, msg_len);
233
234     *ciphertext_len = i2d_SM2_Ciphertext(&ctext_struct, &ciphertext_buf);
235
236     ASN1_OCTET_STRING_free(ctext_struct.C2);
237     ASN1_OCTET_STRING_free(ctext_struct.C3);
238
239     rc = 1;
240
241  done:
242     OPENSSL_free(msg_mask);
243     OPENSSL_free(x2y2);
244     OPENSSL_free(C3);
245     EVP_MD_CTX_free(hash);
246     BN_CTX_free(ctx);
247     EC_POINT_free(kG);
248     EC_POINT_free(kP);
249     return rc;
250 }
251
252 int SM2_decrypt(const EC_KEY *key,
253                 const EVP_MD *digest,
254                 const uint8_t *ciphertext,
255                 size_t ciphertext_len, uint8_t *ptext_buf, size_t *ptext_len)
256 {
257     int rc = 0;
258     int i;
259
260     BN_CTX *ctx = NULL;
261     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(key);
262     EC_POINT *C1 = NULL;
263     struct SM2_Ciphertext_st *sm2_ctext = NULL;
264     BIGNUM *x2 = NULL;
265     BIGNUM *y2 = NULL;
266
267     uint8_t *x2y2 = NULL;
268     uint8_t *computed_C3 = NULL;
269
270     const size_t field_size = EC_field_size(group);
271     const int hash_size = EVP_MD_size(digest);
272
273     uint8_t *msg_mask = NULL;
274     const uint8_t *C2 = NULL;
275     const uint8_t *C3 = NULL;
276     int msg_len = 0;
277     EVP_MD_CTX *hash = NULL;
278
279     if (field_size == 0 || hash_size == 0)
280        goto done;
281
282     memset(ptext_buf, 0xFF, *ptext_len);
283
284     sm2_ctext = d2i_SM2_Ciphertext(NULL, &ciphertext, ciphertext_len);
285
286     if (sm2_ctext == NULL)
287         {
288         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, SM2_R_ASN1_ERROR);
289         goto done;
290         }
291
292     if (sm2_ctext->C3->length != hash_size)
293         {
294         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, SM2_R_INVALID_ENCODING);
295         goto done;
296         }
297
298     C2 = sm2_ctext->C2->data;
299     C3 = sm2_ctext->C3->data;
300     msg_len = sm2_ctext->C2->length;
301
302     ctx = BN_CTX_new();
303     if (ctx == NULL)
304         {
305         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
306         goto done;
307         }
308
309     BN_CTX_start(ctx);
310     x2 = BN_CTX_get(ctx);
311     y2 = BN_CTX_get(ctx);
312
313     if(y2 == NULL)
314         {
315         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_BN_LIB);
316         goto done;
317         }
318
319     msg_mask = OPENSSL_zalloc(msg_len);
320     x2y2 = OPENSSL_zalloc(2 * field_size);
321     computed_C3 = OPENSSL_zalloc(hash_size);
322
323     if(msg_mask == NULL || x2y2 == NULL || computed_C3 == NULL)
324         {
325         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
326         goto done;
327         }
328
329     C1 = EC_POINT_new(group);
330     if (C1 == NULL)
331         {
332         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
333         goto done;
334         }
335
336     if (EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp
337         (group, C1, sm2_ctext->C1x, sm2_ctext->C1y, ctx) == 0)
338         {
339         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EC_LIB);
340         goto done;
341         }
342
343     if (EC_POINT_mul(group, C1, NULL, C1, EC_KEY_get0_private_key(key), ctx) ==
344         0)
345         {
346         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EC_LIB);
347         goto done;
348         }
349
350     if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, C1, x2, y2, ctx) == 0)
351         {
352         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EC_LIB);
353         goto done;
354         }
355
356     BN_bn2binpad(x2, x2y2, field_size);
357     BN_bn2binpad(y2, x2y2 + field_size, field_size);
358
359     if (ECDH_KDF_X9_62(msg_mask, msg_len, x2y2, 2 * field_size, NULL, 0, digest)
360         == 0)
361         goto done;
362
363     for (i = 0; i != msg_len; ++i)
364         ptext_buf[i] = C2[i] ^ msg_mask[i];
365
366     hash = EVP_MD_CTX_new();
367
368     if (hash == NULL)
369         {
370         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
371         goto done;
372         }
373
374     if (EVP_DigestInit(hash, digest) == 0)
375         {
376         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
377         goto done;
378         }
379
380     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2, field_size) == 0)
381         {
382         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
383         goto done;
384         }
385
386     if (EVP_DigestUpdate(hash, ptext_buf, msg_len) == 0)
387         {
388         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
389         goto done;
390         }
391
392     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2 + field_size, field_size) == 0)
393         {
394         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
395         goto done;
396         }
397
398     if (EVP_DigestFinal(hash, computed_C3, NULL) == 0)
399         {
400         SM2err(SM2_F_SM2_DECRYPT, ERR_R_EVP_LIB);
401         goto done;
402         }
403
404     if (memcmp(computed_C3, C3, hash_size) != 0)
405         goto done;
406
407     rc = 1;
408     *ptext_len = msg_len;
409
410  done:
411
412     if (rc == 0)
413         memset(ptext_buf, 0, *ptext_len);
414
415     OPENSSL_free(msg_mask);
416     OPENSSL_free(x2y2);
417     OPENSSL_free(computed_C3);
418     EC_POINT_free(C1);
419     BN_CTX_free(ctx);
420     SM2_Ciphertext_free(sm2_ctext);
421     EVP_MD_CTX_free(hash);
422
423     return rc;
424 }