engines/ccgost/gost2001.c

   1 /**********************************************************************
   2  *                          gost2001.c                                *
   3  *             Copyright (c) 2005-2006 Cryptocom LTD                  *
   4  *         This file is distributed under the same license as OpenSSL *
   5  *                                                                    *
   6  *          Implementation of GOST R 34.10-2001                                   *
   7  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
   8  **********************************************************************/
   9 #include "gost_lcl.h"
  10 #include <string.h>
  11 #include <openssl/rand.h>
  12 #include <openssl/ecdsa.h>
  13 #include <openssl/err.h>
  14 #include "e_gost_err.h"
  15 #ifdef DEBUG_SIGN
  16 extern
  17 void dump_signature(const char *message, const unsigned char *buffer,
  18                     size_t len);
  19 void dump_dsa_sig(const char *message, DSA_SIG *sig);
  20 #else
  21
  22 # define dump_signature(a,b,c)
  23 # define dump_dsa_sig(a,b)
  24 #endif
  25
  26 /*
  27  * Fills EC_KEY structure hidden in the app_data field of DSA structure
  28  * with parameter information, extracted from parameter array in
  29  * params.c file.
  30  *
  31  * Also fils DSA->q field with copy of EC_GROUP order field to make
  32  * DSA_size function work
  33  */
  34 int fill_GOST2001_params(EC_KEY *eckey, int nid)
  35 {
  36     R3410_2001_params *params = R3410_2001_paramset;
  37     EC_GROUP *grp = NULL;
  38     BIGNUM *p = NULL, *q = NULL, *a = NULL, *b = NULL, *x = NULL, *y = NULL;
  39     EC_POINT *P = NULL;
  40     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
  41     int ok = 0;
  42
  43     if (!ctx) {
  44         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  45         goto err;
  46     }
  47
  48     BN_CTX_start(ctx);
  49     p = BN_CTX_get(ctx);
  50     a = BN_CTX_get(ctx);
  51     b = BN_CTX_get(ctx);
  52     x = BN_CTX_get(ctx);
  53     y = BN_CTX_get(ctx);
  54     q = BN_CTX_get(ctx);
  55     if (!p || !a || !b || !x || !y || !q) {
  56         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  57         goto err;
  58     }
  59     while (params->nid != NID_undef && params->nid != nid)
  60         params++;
  61     if (params->nid == NID_undef) {
  62         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS,
  63                 GOST_R_UNSUPPORTED_PARAMETER_SET);
  64         goto err;
  65     }
  66     if (!BN_hex2bn(&p, params->p)
  67         || !BN_hex2bn(&a, params->a)
  68         || !BN_hex2bn(&b, params->b)) {
  69         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS,
  70                 ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  71         goto err;
  72     }
  73
  74     grp = EC_GROUP_new_curve_GFp(p, a, b, ctx);
  75     if (!grp)  {
  76         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  77         goto err;
  78     }
  79
  80     P = EC_POINT_new(grp);
  81     if (!P)  {
  82         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  83         goto err;
  84     }
  85
  86     if (!BN_hex2bn(&x, params->x)
  87         || !BN_hex2bn(&y, params->y)
  88         || !EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp(grp, P, x, y, ctx)
  89         || !BN_hex2bn(&q, params->q))  {
  90         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  91         goto err;
  92     }
  93 #ifdef DEBUG_KEYS
  94     fprintf(stderr, "Set params index %d oid %s\nq=",
  95             (params - R3410_2001_paramset), OBJ_nid2sn(params->nid));
  96     BN_print_fp(stderr, q);
  97     fprintf(stderr, "\n");
  98 #endif
  99
 100     if (!EC_GROUP_set_generator(grp, P, q, NULL)) {
 101         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 102         goto err;
 103     }
 104     EC_GROUP_set_curve_name(grp, params->nid);
 105     if (!EC_KEY_set_group(eckey, grp)) {
 106         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 107         goto err;
 108     }
 109     ok = 1;
 110  err:
 111     EC_POINT_free(P);
 112     EC_GROUP_free(grp);
 113     if (ctx)
 114         BN_CTX_end(ctx);
 115     BN_CTX_free(ctx);
 116     return ok;
 117 }
 118
 119 /*
 120  * Computes gost2001 signature as DSA_SIG structure
 121  *
 122  *
 123  */
 124 DSA_SIG *gost2001_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, EC_KEY *eckey)
 125 {
 126     DSA_SIG *newsig = NULL, *ret = NULL;
 127     BIGNUM *md = hashsum2bn(dgst);
 128     BIGNUM *order = NULL;
 129     const EC_GROUP *group;
 130     const BIGNUM *priv_key;
 131     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL, *X = NULL, *tmp = NULL, *tmp2 = NULL, *k =
 132         NULL, *e = NULL;
 133     EC_POINT *C = NULL;
 134     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
 135     if (!ctx || !md) {
 136         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 137         goto err;
 138     }
 139     BN_CTX_start(ctx);
 140     OPENSSL_assert(dlen == 32);
 141     newsig = DSA_SIG_new();
 142     if (!newsig) {
 143         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 144         goto err;
 145     }
 146     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 147     if (!group) {
 148         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 149         goto err;
 150     }
 151     order = BN_CTX_get(ctx);
 152     if (!order || !EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 153         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 154         goto err;
 155     }
 156     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 157     if (!priv_key) {
 158         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 159         goto err;
 160     }
 161     e = BN_CTX_get(ctx);
 162     if (!e || !BN_mod(e, md, order, ctx)) {
 163         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 164         goto err;
 165     }
 166 #ifdef DEBUG_SIGN
 167     fprintf(stderr, "digest as bignum=");
 168     BN_print_fp(stderr, md);
 169     fprintf(stderr, "\ndigest mod q=");
 170     BN_print_fp(stderr, e);
 171     fprintf(stderr, "\n");
 172 #endif
 173     if (BN_is_zero(e)) {
 174         BN_one(e);
 175     }
 176     k = BN_CTX_get(ctx);
 177     C = EC_POINT_new(group);
 178     if (!k || !C) {
 179         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 180         goto err;
 181     }
 182     do {
 183         do {
 184             if (!BN_rand_range(k, order)) {
 185                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN,
 186                         GOST_R_RANDOM_NUMBER_GENERATOR_FAILED);
 187                 goto err;
 188             }
 189             if (!EC_POINT_mul(group, C, k, NULL, NULL, ctx)) {
 190                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 191                 goto err;
 192             }
 193             if (!X)
 194                 X = BN_CTX_get(ctx);
 195             if (!r)
 196                 r = BN_CTX_get(ctx);
 197             if (!X || !r) {
 198                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 199                 goto err;
 200             }
 201             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, C, X, NULL, ctx)) {
 202                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 203                 goto err;
 204             }
 205
 206             if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 207                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 208                 goto err;
 209             }
 210         }
 211         while (BN_is_zero(r));
 212         /* s =  (r*priv_key+k*e) mod order */
 213         if (!tmp)
 214             tmp = BN_CTX_get(ctx);
 215         if (!tmp2)
 216             tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
 217         if (!s)
 218             s = BN_CTX_get(ctx);
 219         if (!tmp || !tmp2 || !s) {
 220             GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 221             goto err;
 222         }
 223
 224         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, r, order, ctx)
 225             || !BN_mod_mul(tmp2, k, e, order, ctx)
 226             || !BN_mod_add(s, tmp, tmp2, order, ctx)) {
 227             GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 228             goto err;
 229         }
 230     }
 231     while (BN_is_zero(s));
 232
 233     newsig->s = BN_dup(s);
 234     newsig->r = BN_dup(r);
 235     if (!newsig->s || !newsig->r) {
 236         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 237         goto err;
 238     }
 239
 240     ret = newsig;
 241  err:
 242     if (ctx)
 243         BN_CTX_end(ctx);
 244     BN_CTX_free(ctx);
 245     EC_POINT_free(C);
 246     BN_free(md);
 247     if (!ret)
 248         DSA_SIG_free(newsig);
 249     return ret;
 250 }
 251
 252 /*
 253  * Verifies gost 2001 signature
 254  *
 255  */
 256 int gost2001_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 257                        DSA_SIG *sig, EC_KEY *ec)
 258 {
 259     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
 260     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 261     BIGNUM *order;
 262     BIGNUM *md = NULL, *e = NULL, *R = NULL, *v = NULL, *z1 = NULL, *z2 =
 263         NULL;
 264     BIGNUM *X = NULL, *tmp = NULL;
 265     EC_POINT *C = NULL;
 266     const EC_POINT *pub_key = NULL;
 267     int ok = 0;
 268
 269     if (!ctx || !group) {
 270         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 271         goto err;
 272     }
 273
 274     BN_CTX_start(ctx);
 275     order = BN_CTX_get(ctx);
 276     e = BN_CTX_get(ctx);
 277     z1 = BN_CTX_get(ctx);
 278     z2 = BN_CTX_get(ctx);
 279     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 280     X = BN_CTX_get(ctx);
 281     R = BN_CTX_get(ctx);
 282     v = BN_CTX_get(ctx);
 283     if (!order || !e || !z1 || !z2 || !tmp || !X || !R || !v) {
 284         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 285         goto err;
 286     }
 287
 288     pub_key = EC_KEY_get0_public_key(ec);
 289     if (!pub_key || !EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 290         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 291         goto err;
 292     }
 293
 294     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_zero(sig->r) ||
 295         (BN_cmp(sig->s, order) >= 1) || (BN_cmp(sig->r, order) >= 1)) {
 296         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY,
 297                 GOST_R_SIGNATURE_PARTS_GREATER_THAN_Q);
 298         goto err;
 299
 300     }
 301     md = hashsum2bn(dgst);
 302
 303     if (!md || !BN_mod(e, md, order, ctx)) {
 304         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 305         goto err;
 306     }
 307 #ifdef DEBUG_SIGN
 308     fprintf(stderr, "digest as bignum: ");
 309     BN_print_fp(stderr, md);
 310     fprintf(stderr, "\ndigest mod q: ");
 311     BN_print_fp(stderr, e);
 312 #endif
 313     if (BN_is_zero(e) && !BN_one(e)) {
 314         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 315         goto err;
 316     }
 317     v = BN_mod_inverse(v, e, order, ctx);
 318     if (!v
 319         || !BN_mod_mul(z1, sig->s, v, order, ctx)
 320         || !BN_sub(tmp, order, sig->r)
 321         || !BN_mod_mul(z2, tmp, v, order, ctx)) {
 322         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 323         goto err;
 324     }
 325 #ifdef DEBUG_SIGN
 326     fprintf(stderr, "\nInverted digest value: ");
 327     BN_print_fp(stderr, v);
 328     fprintf(stderr, "\nz1: ");
 329     BN_print_fp(stderr, z1);
 330     fprintf(stderr, "\nz2: ");
 331     BN_print_fp(stderr, z2);
 332 #endif
 333     C = EC_POINT_new(group);
 334     if (!C) {
 335         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 336         goto err;
 337     }
 338     if (!EC_POINT_mul(group, C, z1, pub_key, z2, ctx)) {
 339         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 340         goto err;
 341     }
 342     if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, C, X, NULL, ctx)) {
 343         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 344         goto err;
 345     }
 346     if (!BN_mod(R, X, order, ctx)) {
 347         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 348         goto err;
 349     }
 350 #ifdef DEBUG_SIGN
 351     fprintf(stderr, "\nX=");
 352     BN_print_fp(stderr, X);
 353     fprintf(stderr, "\nX mod q=");
 354     BN_print_fp(stderr, R);
 355     fprintf(stderr, "\n");
 356 #endif
 357     if (BN_cmp(R, sig->r) != 0) {
 358         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_MISMATCH);
 359     } else {
 360         ok = 1;
 361     }
 362  err:
 363     EC_POINT_free(C);
 364     if (ctx)
 365         BN_CTX_end(ctx);
 366     BN_CTX_free(ctx);
 367     BN_free(md);
 368     return ok;
 369 }
 370
 371 /*
 372  * Computes GOST R 34.10-2001 public key
 373  *
 374  *
 375  */
 376 int gost2001_compute_public(EC_KEY *ec)
 377 {
 378     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 379     EC_POINT *pub_key = NULL;
 380     const BIGNUM *priv_key = NULL;
 381     BN_CTX *ctx = NULL;
 382     int ok = 0;
 383
 384     if (!group) {
 385         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC,
 386                 GOST_R_KEY_IS_NOT_INITIALIZED);
 387         return 0;
 388     }
 389     ctx = BN_CTX_new();
 390     if (!ctx) {
 391         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 392         goto err;
 393     }
 394     BN_CTX_start(ctx);
 395     if ((priv_key = EC_KEY_get0_private_key(ec)) == NULL) {
 396         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_EC_LIB);
 397         goto err;
 398     }
 399
 400     pub_key = EC_POINT_new(group);
 401     if (!pub_key) {
 402         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 403         goto err;
 404     }
 405     if (!EC_POINT_mul(group, pub_key, priv_key, NULL, NULL, ctx)) {
 406         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_EC_LIB);
 407         goto err;
 408     }
 409     if (!EC_KEY_set_public_key(ec, pub_key)) {
 410         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_EC_LIB);
 411         goto err;
 412     }
 413     ok = 256;
 414  err:
 415     EC_POINT_free(pub_key);
 416     if (ctx)
 417         BN_CTX_end(ctx);
 418     BN_CTX_free(ctx);
 419     return ok;
 420 }
 421
 422 /*
 423  *
 424  * Generates GOST R 34.10-2001 keypair
 425  *
 426  *
 427  */
 428 int gost2001_keygen(EC_KEY *ec)
 429 {
 430     BIGNUM *order = BN_new(), *d = BN_new();
 431     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 432
 433     if (!group || !EC_GROUP_get_order(group, order, NULL)) {
 434         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_KEYGEN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 435         BN_free(d);
 436         BN_free(order);
 437         return 0;
 438     }
 439
 440     do {
 441         if (!BN_rand_range(d, order)) {
 442             GOSTerr(GOST_F_GOST2001_KEYGEN,
 443                     GOST_R_RANDOM_NUMBER_GENERATOR_FAILED);
 444             BN_free(d);
 445             BN_free(order);
 446             return 0;
 447         }
 448     }
 449     while (BN_is_zero(d));
 450
 451     if (!EC_KEY_set_private_key(ec, d)) {
 452         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_KEYGEN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 453         BN_free(d);
 454         BN_free(order);
 455         return 0;
 456     }
 457     BN_free(d);
 458     BN_free(order);
 459     return gost2001_compute_public(ec);
 460 }