test/ecdsatest.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  * Copyright (c) 2002, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved
   4  *
   5  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   6  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   7  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   8  * https://www.openssl.org/source/license.html
   9  */
  10
  11 #include <stdio.h>
  12 #include <stdlib.h>
  13 #include <string.h>
  14
  15 #include <openssl/opensslconf.h> /* To see if OPENSSL_NO_EC is defined */
  16 #include "testutil.h"
  17
  18 #ifndef OPENSSL_NO_EC
  19
  20 # include <openssl/crypto.h>
  21 # include <openssl/bio.h>
  22 # include <openssl/evp.h>
  23 # include <openssl/bn.h>
  24 # include <openssl/ec.h>
  25 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
  26 #  include <openssl/engine.h>
  27 # endif
  28 # include <openssl/err.h>
  29 # include <openssl/rand.h>
  30
  31 /* functions to change the RAND_METHOD */
  32 static int fbytes(unsigned char *buf, int num);
  33
  34 static RAND_METHOD fake_rand;
  35 static const RAND_METHOD *old_rand;
  36
  37 static int change_rand(void)
  38 {
  39     /* save old rand method */
  40     if (!TEST_ptr(old_rand = RAND_get_rand_method()))
  41         return 0;
  42
  43     fake_rand = *old_rand;
  44     /* use own random function */
  45     fake_rand.bytes = fbytes;
  46     /* set new RAND_METHOD */
  47     if (!TEST_true(RAND_set_rand_method(&fake_rand)))
  48         return 0;
  49     return 1;
  50 }
  51
  52 static int restore_rand(void)
  53 {
  54     if (!TEST_true(RAND_set_rand_method(old_rand)))
  55         return 0;
  56     return 1;
  57 }
  58
  59 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
  60 static const char *numbers[8] = {
  61     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
  62     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
  63     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
  64         "71676178726717",
  65     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
  66         "55657156756655",
  67     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
  68     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
  69     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
  70         "64667494947990",
  71     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
  72         "40041670216363"
  73 };
  74
  75 static int fbytes(unsigned char *buf, int num)
  76 {
  77     int ret = 0;
  78     BIGNUM *tmp = NULL;
  79
  80     if (use_fake == 0)
  81         return old_rand->bytes(buf, num);
  82
  83     use_fake = 0;
  84
  85     if (fbytes_counter >= 8)
  86         return 0;
  87     if (!TEST_ptr(tmp = BN_new()))
  88         return 0;
  89     if (!TEST_true(BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter]))) {
  90         BN_free(tmp);
  91         return 0;
  92     }
  93     fbytes_counter++;
  94     if (TEST_int_eq(BN_num_bytes(tmp), num)
  95             && TEST_true(BN_bn2bin(tmp, buf)))
  96         ret = 1;
  97     BN_free(tmp);
  98     return ret;
  99 }
 100
 101 /* some tests from the X9.62 draft */
 102 static int x9_62_test_internal(int nid, const char *r_in, const char *s_in)
 103 {
 104     int ret = 0;
 105     const char message[] = "abc";
 106     unsigned char digest[SHA_DIGEST_LENGTH];
 107     unsigned int dgst_len = 0;
 108     EVP_MD_CTX *md_ctx;
 109     EC_KEY *key = NULL;
 110     ECDSA_SIG *signature = NULL;
 111     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
 112     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
 113     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 114
 115     if (!TEST_ptr(md_ctx = EVP_MD_CTX_new()))
 116         goto x962_int_err;
 117
 118     /* get the message digest */
 119     if (!TEST_true(EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1()))
 120         || !TEST_true(EVP_DigestUpdate(md_ctx, (const void *)message, 3))
 121         || !TEST_true(EVP_DigestFinal(md_ctx, digest, &dgst_len)))
 122         goto x962_int_err;
 123
 124     TEST_info("testing %s", OBJ_nid2sn(nid));
 125
 126     /* create the key */
 127     if (!TEST_ptr(key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)))
 128         goto x962_int_err;
 129     use_fake = 1;
 130     if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(key)))
 131         goto x962_int_err;
 132
 133     /* create the signature */
 134     use_fake = 1;
 135     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
 136     if (!TEST_true(ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp)))
 137         goto x962_int_err;
 138     if (!TEST_ptr(signature =
 139                   ECDSA_do_sign_ex(digest, SHA_DIGEST_LENGTH, kinv, rp, key)))
 140         goto x962_int_err;
 141
 142     /* compare the created signature with the expected signature */
 143     if (!TEST_ptr(r = BN_new()) || !TEST_ptr(s = BN_new()))
 144         goto x962_int_err;
 145     if (!TEST_true(BN_dec2bn(&r, r_in)) || !TEST_true(BN_dec2bn(&s, s_in)))
 146         goto x962_int_err;
 147     ECDSA_SIG_get0(signature, &sig_r, &sig_s);
 148     if (!TEST_BN_eq(sig_r, r)
 149             || !TEST_BN_eq(sig_s, s))
 150         goto x962_int_err;
 151
 152     /* verify the signature */
 153     if (!TEST_int_eq(ECDSA_do_verify(digest, SHA_DIGEST_LENGTH,
 154                                      signature, key), 1))
 155         goto x962_int_err;
 156
 157     ret = 1;
 158
 159  x962_int_err:
 160     EC_KEY_free(key);
 161     ECDSA_SIG_free(signature);
 162     BN_free(r);
 163     BN_free(s);
 164     EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
 165     BN_clear_free(kinv);
 166     BN_clear_free(rp);
 167     return ret;
 168 }
 169
 170 static int x9_62_tests(void)
 171 {
 172     int ret = 0;
 173
 174     /* set own rand method */
 175     if (!change_rand())
 176         goto x962_err;
 177
 178     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_prime192v1,
 179                  "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
 180                  "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342")))
 181         goto x962_err;
 182     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_prime239v1,
 183                  "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
 184                              "62058306432176",
 185                  "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
 186                              "78505179448783")))
 187         goto x962_err;
 188
 189 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 190     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_c2tnb191v1,
 191                  "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
 192                  "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598")))
 193         goto x962_err;
 194     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_c2tnb239v1,
 195                  "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
 196                              "5876922391552",
 197                  "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
 198                              "49413465737174")))
 199         goto x962_err;
 200 # endif
 201     ret = 1;
 202
 203  x962_err:
 204     if (!TEST_true(restore_rand()))
 205         ret = 0;
 206     return ret;
 207 }
 208
 209 static int test_builtin(void)
 210 {
 211     EC_builtin_curve *curves = NULL;
 212     size_t crv_len = 0, n = 0;
 213     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
 214     EC_GROUP *group;
 215     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL, *modified_sig = NULL;
 216     unsigned char digest[SHA512_DIGEST_LENGTH];
 217     unsigned char wrong_digest[SHA512_DIGEST_LENGTH];
 218     unsigned char *signature = NULL;
 219     const unsigned char *sig_ptr;
 220     unsigned char *sig_ptr2;
 221     unsigned char *raw_buf = NULL;
 222     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 223     BIGNUM *modified_r = NULL, *modified_s = NULL;
 224     BIGNUM *unmodified_r = NULL, *unmodified_s = NULL;
 225     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
 226     int nid, ret = 0;
 227
 228     /* fill digest values with some random data */
 229     if (!TEST_true(RAND_bytes(digest, SHA512_DIGEST_LENGTH))
 230             || !TEST_true(RAND_bytes(wrong_digest, SHA512_DIGEST_LENGTH)))
 231         goto builtin_err;
 232
 233     /* create and verify a ecdsa signature with every available curve */
 234     /* get a list of all internal curves */
 235     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
 236     if (!TEST_ptr(curves = OPENSSL_malloc(sizeof(*curves) * crv_len))
 237             || !TEST_true(EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)))
 238         goto builtin_err;
 239
 240     /* now create and verify a signature for every curve */
 241     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
 242         unsigned char dirt, offset;
 243
 244         nid = curves[n].nid;
 245         if (nid == NID_ipsec4 || nid == NID_ipsec3)
 246             continue;
 247         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
 248         if (!TEST_ptr(eckey = EC_KEY_new())
 249                 || !TEST_ptr(group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid))
 250                 || !TEST_true(EC_KEY_set_group(eckey, group)))
 251             goto builtin_err;
 252         EC_GROUP_free(group);
 253         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
 254
 255         TEST_info("testing %s", OBJ_nid2sn(nid));
 256
 257         /* create key */
 258         if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(eckey)))
 259             goto builtin_err;
 260         /* create second key */
 261         if (!TEST_ptr(wrong_eckey = EC_KEY_new())
 262                 || !TEST_ptr(group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid))
 263                 || !TEST_true(EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group)))
 264             goto builtin_err;
 265         EC_GROUP_free(group);
 266         if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)))
 267             goto builtin_err;
 268
 269         /* check key */
 270         if (!TEST_true(EC_KEY_check_key(eckey)))
 271             goto builtin_err;
 272
 273         /* create signature */
 274         sig_len = ECDSA_size(eckey);
 275         if (!TEST_ptr(signature = OPENSSL_malloc(sig_len))
 276                 || !TEST_true(ECDSA_sign(0, digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 277                                          signature, &sig_len, eckey)))
 278             goto builtin_err;
 279
 280         /* verify signature */
 281         if (!TEST_int_eq(ECDSA_verify(0, digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 282                                       signature, sig_len, eckey),
 283                          1))
 284             goto builtin_err;
 285
 286         /* verify signature with the wrong key */
 287         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 288                                       signature, sig_len, wrong_eckey),
 289                          1))
 290             goto builtin_err;
 291
 292         /* wrong digest */
 293         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, wrong_digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 294                                       signature, sig_len, eckey),
 295                          1))
 296             goto builtin_err;
 297
 298         /* wrong length */
 299         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 300                                       signature, sig_len - 1, eckey),
 301                          1))
 302             goto builtin_err;
 303
 304         /*
 305          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
 306          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
 307          * one of the bignums directly.
 308          */
 309         sig_ptr = signature;
 310         if (!TEST_ptr(ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)))
 311             goto builtin_err;
 312
 313         ECDSA_SIG_get0(ecdsa_sig, &sig_r, &sig_s);
 314
 315         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
 316         r_len = BN_num_bytes(sig_r);
 317         s_len = BN_num_bytes(sig_s);
 318         bn_len = (degree + 7) / 8;
 319         if (!TEST_false(r_len > bn_len)
 320                 || !TEST_false(s_len > bn_len))
 321             goto builtin_err;
 322         buf_len = 2 * bn_len;
 323         if (!TEST_ptr(raw_buf = OPENSSL_zalloc(buf_len)))
 324             goto builtin_err;
 325         BN_bn2bin(sig_r, raw_buf + bn_len - r_len);
 326         BN_bn2bin(sig_s, raw_buf + buf_len - s_len);
 327
 328         /* Modify a single byte in the buffer. */
 329         offset = raw_buf[10] % buf_len;
 330         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
 331         raw_buf[offset] ^= dirt;
 332
 333         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
 334         if (!TEST_ptr(modified_sig = ECDSA_SIG_new()))
 335             goto builtin_err;
 336         if (!TEST_ptr(modified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL))
 337                 || !TEST_ptr(modified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len,
 338                                                     bn_len, NULL))
 339                 || !TEST_true(ECDSA_SIG_set0(modified_sig,
 340                                              modified_r, modified_s))) {
 341             BN_free(modified_r);
 342             BN_free(modified_s);
 343             goto builtin_err;
 344         }
 345         sig_ptr2 = signature;
 346         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 347         if (!TEST_false(ECDSA_verify(0, digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 348                                      signature, sig_len, eckey)))
 349             goto builtin_err;
 350
 351         /* Sanity check: undo the modification and verify signature. */
 352         raw_buf[offset] ^= dirt;
 353         if (!TEST_ptr(unmodified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL))
 354                 || !TEST_ptr(unmodified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len,
 355                                                       bn_len, NULL))
 356                 || !TEST_true(ECDSA_SIG_set0(modified_sig, unmodified_r,
 357                                              unmodified_s))) {
 358             BN_free(unmodified_r);
 359             BN_free(unmodified_s);
 360             goto builtin_err;
 361         }
 362
 363         sig_ptr2 = signature;
 364         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 365         if (!TEST_true(ECDSA_verify(0, digest, SHA512_DIGEST_LENGTH,
 366                                     signature, sig_len, eckey)))
 367             goto builtin_err;
 368
 369         /* cleanup */
 370         ERR_clear_error();
 371         OPENSSL_free(signature);
 372         signature = NULL;
 373         EC_KEY_free(eckey);
 374         eckey = NULL;
 375         EC_KEY_free(wrong_eckey);
 376         wrong_eckey = NULL;
 377         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 378         ecdsa_sig = NULL;
 379         ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 380         modified_sig = NULL;
 381         OPENSSL_free(raw_buf);
 382         raw_buf = NULL;
 383     }
 384
 385     ret = 1;
 386  builtin_err:
 387     EC_KEY_free(eckey);
 388     EC_KEY_free(wrong_eckey);
 389     ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 390     ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 391     OPENSSL_free(signature);
 392     OPENSSL_free(raw_buf);
 393     OPENSSL_free(curves);
 394
 395     return ret;
 396 }
 397 #endif
 398
 399 int setup_tests(void)
 400 {
 401 #ifdef OPENSSL_NO_EC
 402     TEST_note("Elliptic curves are disabled.");
 403 #else
 404     ADD_TEST(x9_62_tests);
 405     ADD_TEST(test_builtin);
 406 #endif
 407     return 1;
 408 }