engines/ccgost/gost_sign.c

   1 /**********************************************************************
   2  *                          gost_sign.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 34.10-94 signature algorithm        *
   7  *       for OpenSSL                                                  *
   8  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
   9  **********************************************************************/
  10 #include <string.h>
  11 #include <openssl/rand.h>
  12 #include <openssl/bn.h>
  13 #include <openssl/dsa.h>
  14 #include <openssl/err.h>
  15 #include <openssl/evp.h>
  16 #include <openssl/err.h>
  17
  18 #include "gost_params.h"
  19 #include "gost_lcl.h"
  20 #include "e_gost_err.h"
  21
  22 #ifdef DEBUG_SIGN
  23 void dump_signature(const char *message, const unsigned char *buffer,
  24                     size_t len)
  25 {
  26     size_t i;
  27     fprintf(stderr, "signature %s Length=%d", message, len);
  28     for (i = 0; i < len; i++) {
  29         if (i % 16 == 0)
  30             fputc('\n', stderr);
  31         fprintf(stderr, " %02x", buffer[i]);
  32     }
  33     fprintf(stderr, "\nEnd of signature\n");
  34 }
  35
  36 void dump_dsa_sig(const char *message, DSA_SIG *sig)
  37 {
  38     fprintf(stderr, "%s\nR=", message);
  39     BN_print_fp(stderr, sig->r);
  40     fprintf(stderr, "\nS=");
  41     BN_print_fp(stderr, sig->s);
  42     fprintf(stderr, "\n");
  43 }
  44
  45 #else
  46
  47 # define dump_signature(a,b,c)
  48 # define dump_dsa_sig(a,b)
  49 #endif
  50
  51 /*
  52  * Computes signature and returns it as DSA_SIG structure
  53  */
  54 DSA_SIG *gost_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  55 {
  56     BIGNUM *k = NULL, *tmp = NULL, *tmp2 = NULL;
  57     DSA_SIG *newsig, *ret = NULL;
  58     BIGNUM *md = hashsum2bn(dgst);
  59     /* check if H(M) mod q is zero */
  60     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
  61     if(!ctx) {
  62         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  63         goto err;
  64     }
  65     BN_CTX_start(ctx);
  66     newsig = DSA_SIG_new();
  67     if (!newsig) {
  68         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  69         goto err;
  70     }
  71     tmp = BN_CTX_get(ctx);
  72     k = BN_CTX_get(ctx);
  73     tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
  74     if(!tmp || !k || !tmp2) {
  75         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  76         goto err;
  77     }
  78     BN_mod(tmp, md, dsa->q, ctx);
  79     if (BN_is_zero(tmp)) {
  80         BN_one(md);
  81     }
  82     do {
  83         do {
  84             /*
  85              * Generate random number k less than q
  86              */
  87             BN_rand_range(k, dsa->q);
  88             /* generate r = (a^x mod p) mod q */
  89             BN_mod_exp(tmp, dsa->g, k, dsa->p, ctx);
  90             if (!(newsig->r)) {
  91                 newsig->r = BN_new();
  92                 if(!newsig->r) {
  93                     GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  94                     goto err;
  95                 }
  96             }
  97             BN_mod(newsig->r, tmp, dsa->q, ctx);
  98         }
  99         while (BN_is_zero(newsig->r));
 100         /* generate s = (xr + k(Hm)) mod q */
 101         BN_mod_mul(tmp, dsa->priv_key, newsig->r, dsa->q, ctx);
 102         BN_mod_mul(tmp2, k, md, dsa->q, ctx);
 103         if (!newsig->s) {
 104             newsig->s = BN_new();
 105             if(!newsig->s) {
 106                 GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 107                 goto err;
 108             }
 109         }
 110         BN_mod_add(newsig->s, tmp, tmp2, dsa->q, ctx);
 111     }
 112     while (BN_is_zero(newsig->s));
 113
 114     ret = newsig;
 115  err:
 116     BN_free(md);
 117     if(ctx) {
 118         BN_CTX_end(ctx);
 119         BN_CTX_free(ctx);
 120     }
 121     if(!ret && newsig) {
 122         DSA_SIG_free(newsig);
 123     }
 124     return ret;
 125 }
 126
 127 /*
 128  * Packs signature according to Cryptocom rules
 129  * and frees up DSA_SIG structure
 130  */
 131 /*-
 132 int pack_sign_cc(DSA_SIG *s,int order,unsigned char *sig, size_t *siglen)
 133         {
 134         *siglen = 2*order;
 135         memset(sig,0,*siglen);
 136         store_bignum(s->r, sig,order);
 137         store_bignum(s->s, sig + order,order);
 138         dump_signature("serialized",sig,*siglen);
 139         DSA_SIG_free(s);
 140         return 1;
 141         }
 142 */
 143 /*
 144  * Packs signature according to Cryptopro rules
 145  * and frees up DSA_SIG structure
 146  */
 147 int pack_sign_cp(DSA_SIG *s, int order, unsigned char *sig, size_t *siglen)
 148 {
 149     *siglen = 2 * order;
 150     memset(sig, 0, *siglen);
 151     store_bignum(s->s, sig, order);
 152     store_bignum(s->r, sig + order, order);
 153     dump_signature("serialized", sig, *siglen);
 154     DSA_SIG_free(s);
 155     return 1;
 156 }
 157
 158 /*
 159  * Verifies signature passed as DSA_SIG structure
 160  *
 161  */
 162
 163 int gost_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 164                    DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 165 {
 166     BIGNUM *md = NULL, *tmp = NULL;
 167     BIGNUM *q2 = NULL;
 168     BIGNUM *u = NULL, *v = NULL, *z1 = NULL, *z2 = NULL;
 169     BIGNUM *tmp2 = NULL, *tmp3 = NULL;
 170     int ok;
 171     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
 172     if(!ctx) {
 173         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 174         goto err;
 175     }
 176
 177     BN_CTX_start(ctx);
 178     if (BN_cmp(sig->s, dsa->q) >= 1 || BN_cmp(sig->r, dsa->q) >= 1) {
 179         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_PARTS_GREATER_THAN_Q);
 180         goto err;
 181     }
 182     md = hashsum2bn(dgst);
 183
 184     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 185     v = BN_CTX_get(ctx);
 186     q2 = BN_CTX_get(ctx);
 187     z1 = BN_CTX_get(ctx);
 188     z2 = BN_CTX_get(ctx);
 189     tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
 190     tmp3 = BN_CTX_get(ctx);
 191     u = BN_CTX_get(ctx);
 192     if(!tmp || !v || !q2 || !z1 || !z2 || !tmp2 || !tmp3 || !u) {
 193         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 194         goto err;
 195     }
 196
 197     BN_mod(tmp, md, dsa->q, ctx);
 198     if (BN_is_zero(tmp)) {
 199         BN_one(md);
 200     }
 201     BN_copy(q2, dsa->q);
 202     BN_sub_word(q2, 2);
 203     BN_mod_exp(v, md, q2, dsa->q, ctx);
 204     BN_mod_mul(z1, sig->s, v, dsa->q, ctx);
 205     BN_sub(tmp, dsa->q, sig->r);
 206     BN_mod_mul(z2, tmp, v, dsa->p, ctx);
 207     BN_mod_exp(tmp, dsa->g, z1, dsa->p, ctx);
 208     BN_mod_exp(tmp2, dsa->pub_key, z2, dsa->p, ctx);
 209     BN_mod_mul(tmp3, tmp, tmp2, dsa->p, ctx);
 210     BN_mod(u, tmp3, dsa->q, ctx);
 211     ok = BN_cmp(u, sig->r);
 212
 213     if (ok != 0) {
 214         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_MISMATCH);
 215     }
 216 err:
 217     if(md) BN_free(md);
 218     if(ctx) {
 219         BN_CTX_end(ctx);
 220         BN_CTX_free(ctx);
 221     }
 222     return (ok == 0);
 223 }
 224
 225 /*
 226  * Computes public keys for GOST R 34.10-94 algorithm
 227  *
 228  */
 229 int gost94_compute_public(DSA *dsa)
 230 {
 231     /* Now fill algorithm parameters with correct values */
 232     BN_CTX *ctx;
 233     if (!dsa->g) {
 234         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, GOST_R_KEY_IS_NOT_INITALIZED);
 235         return 0;
 236     }
 237     ctx = BN_CTX_new();
 238     if(!ctx) {
 239         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 240         return 0;
 241     }
 242
 243     dsa->pub_key = BN_new();
 244     if(!dsa->pub_key) {
 245         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 246         BN_CTX_free(ctx);
 247         return 0;
 248     }
 249     /* Compute public key  y = a^x mod p */
 250     BN_mod_exp(dsa->pub_key, dsa->g, dsa->priv_key, dsa->p, ctx);
 251     BN_CTX_free(ctx);
 252     return 1;
 253 }
 254
 255 /*
 256  * Fill GOST 94 params, searching them in R3410_paramset array
 257  * by nid of paramset
 258  *
 259  */
 260 int fill_GOST94_params(DSA *dsa, int nid)
 261 {
 262     R3410_params *params = R3410_paramset;
 263     while (params->nid != NID_undef && params->nid != nid)
 264         params++;
 265     if (params->nid == NID_undef) {
 266         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST94_PARAMS, GOST_R_UNSUPPORTED_PARAMETER_SET);
 267         return 0;
 268     }
 269 #define dump_signature(a,b,c)
 270     if (dsa->p) {
 271         BN_free(dsa->p);
 272     }
 273     dsa->p = NULL;
 274     BN_dec2bn(&(dsa->p), params->p);
 275     if (dsa->q) {
 276         BN_free(dsa->q);
 277     }
 278     dsa->q = NULL;
 279     BN_dec2bn(&(dsa->q), params->q);
 280     if (dsa->g) {
 281         BN_free(dsa->g);
 282     }
 283     dsa->g = NULL;
 284     BN_dec2bn(&(dsa->g), params->a);
 285     return 1;
 286 }
 287
 288 /*
 289  *  Generate GOST R 34.10-94 keypair
 290  *
 291  *
 292  */
 293 int gost_sign_keygen(DSA *dsa)
 294 {
 295     dsa->priv_key = BN_new();
 296     if(!dsa->priv_key) {
 297         GOSTerr(GOST_F_GOST_SIGN_KEYGEN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 298         return 0;
 299     }
 300     BN_rand_range(dsa->priv_key, dsa->q);
 301     return gost94_compute_public(dsa);
 302 }
 303
 304 /* Unpack signature according to cryptocom rules  */
 305 /*-
 306 DSA_SIG *unpack_cc_signature(const unsigned char *sig,size_t siglen)
 307         {
 308         DSA_SIG *s;
 309         s = DSA_SIG_new();
 310         if (s == NULL)
 311                 {
 312                 GOSTerr(GOST_F_UNPACK_CC_SIGNATURE,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 313                 return(NULL);
 314                 }
 315         s->r = getbnfrombuf(sig, siglen/2);
 316         s->s = getbnfrombuf(sig + siglen/2, siglen/2);
 317         return s;
 318         }
 319 */
 320 /* Unpack signature according to cryptopro rules  */
 321 DSA_SIG *unpack_cp_signature(const unsigned char *sig, size_t siglen)
 322 {
 323     DSA_SIG *s;
 324
 325     s = DSA_SIG_new();
 326     if (s == NULL) {
 327         GOSTerr(GOST_F_UNPACK_CP_SIGNATURE, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 328         return NULL;
 329     }
 330     s->s = getbnfrombuf(sig, siglen / 2);
 331     s->r = getbnfrombuf(sig + siglen / 2, siglen / 2);
 332     return s;
 333 }
 334
 335 /* Convert little-endian byte array into bignum */
 336 BIGNUM *hashsum2bn(const unsigned char *dgst)
 337 {
 338     unsigned char buf[32];
 339     int i;
 340     for (i = 0; i < 32; i++) {
 341         buf[31 - i] = dgst[i];
 342     }
 343     return getbnfrombuf(buf, 32);
 344 }
 345
 346 /* Convert byte buffer to bignum, skipping leading zeros*/
 347 BIGNUM *getbnfrombuf(const unsigned char *buf, size_t len)
 348 {
 349     while (*buf == 0 && len > 0) {
 350         buf++;
 351         len--;
 352     }
 353     if (len) {
 354         return BN_bin2bn(buf, len, NULL);
 355     } else {
 356         BIGNUM *b = BN_new();
 357         BN_zero(b);
 358         return b;
 359     }
 360 }
 361
 362 /*
 363  * Pack bignum into byte buffer of given size, filling all leading bytes by
 364  * zeros
 365  */
 366 int store_bignum(BIGNUM *bn, unsigned char *buf, int len)
 367 {
 368     int bytes = BN_num_bytes(bn);
 369     if (bytes > len)
 370         return 0;
 371     memset(buf, 0, len);
 372     BN_bn2bin(bn, buf + len - bytes);
 373     return 1;
 374 }