test/ecdsatest.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2016 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
  17 #ifdef OPENSSL_NO_EC
  18 int main(int argc, char *argv[])
  19 {
  20     puts("Elliptic curves are disabled.");
  21     return 0;
  22 }
  23 #else
  24
  25 # include <openssl/crypto.h>
  26 # include <openssl/bio.h>
  27 # include <openssl/evp.h>
  28 # include <openssl/bn.h>
  29 # include <openssl/ec.h>
  30 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
  31 #  include <openssl/engine.h>
  32 # endif
  33 # include <openssl/err.h>
  34 # include <openssl/rand.h>
  35 # include "testutil.h"
  36
  37 static const char rnd_seed[] = "string to make the random number generator "
  38     "think it has entropy";
  39
  40
  41 /* functions to change the RAND_METHOD */
  42 static int fbytes(unsigned char *buf, int num);
  43
  44 static RAND_METHOD fake_rand;
  45 static const RAND_METHOD *old_rand;
  46
  47 static int change_rand(void)
  48 {
  49     /* save old rand method */
  50     if (!TEST_ptr(old_rand = RAND_get_rand_method()))
  51         return 0;
  52
  53     fake_rand = *old_rand;
  54     /* use own random function */
  55     fake_rand.bytes = fbytes;
  56     /* set new RAND_METHOD */
  57     if (!TEST_true(RAND_set_rand_method(&fake_rand)))
  58         return 0;
  59     return 1;
  60 }
  61
  62 static int restore_rand(void)
  63 {
  64     if (!TEST_true(RAND_set_rand_method(old_rand)))
  65         return 0;
  66     return 1;
  67 }
  68
  69 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
  70 static const char *numbers[8] = {
  71     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
  72     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
  73     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
  74         "71676178726717",
  75     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
  76         "55657156756655",
  77     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
  78     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
  79     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
  80         "64667494947990",
  81     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
  82         "40041670216363"
  83 };
  84
  85 static int fbytes(unsigned char *buf, int num)
  86 {
  87     int ret = 0;
  88     BIGNUM *tmp = NULL;
  89
  90     if (use_fake == 0)
  91         return old_rand->bytes(buf, num);
  92
  93     use_fake = 0;
  94
  95     if (fbytes_counter >= 8)
  96         return 0;
  97     if (!TEST_ptr(tmp = BN_new()))
  98         return 0;
  99     if (!TEST_true(BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter]))) {
 100         BN_free(tmp);
 101         return 0;
 102     }
 103     fbytes_counter++;
 104     if (TEST_int_eq(BN_num_bytes(tmp), num)
 105             && TEST_true(BN_bn2bin(tmp, buf)))
 106         ret = 1;
 107     BN_free(tmp);
 108     return ret;
 109 }
 110
 111 /* some tests from the X9.62 draft */
 112 static int x9_62_test_internal(int nid, const char *r_in, const char *s_in)
 113 {
 114     int ret = 0;
 115     const char message[] = "abc";
 116     unsigned char digest[20];
 117     unsigned int dgst_len = 0;
 118     EVP_MD_CTX *md_ctx;
 119     EC_KEY *key = NULL;
 120     ECDSA_SIG *signature = NULL;
 121     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
 122     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
 123     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 124
 125     if (!TEST_ptr(md_ctx = EVP_MD_CTX_new()))
 126         goto x962_int_err;
 127
 128     /* get the message digest */
 129     if (!TEST_true(EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1()))
 130         || !TEST_true(EVP_DigestUpdate(md_ctx, (const void *)message, 3))
 131         || !TEST_true(EVP_DigestFinal(md_ctx, digest, &dgst_len)))
 132         goto x962_int_err;
 133
 134     TEST_info("testing %s", OBJ_nid2sn(nid));
 135
 136     /* create the key */
 137     if (!TEST_ptr(key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)))
 138         goto x962_int_err;
 139     use_fake = 1;
 140     if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(key)))
 141         goto x962_int_err;
 142
 143     /* create the signature */
 144     use_fake = 1;
 145     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
 146     if (!TEST_true(ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp)))
 147         goto x962_int_err;
 148     if (!TEST_ptr(signature = ECDSA_do_sign_ex(digest, 20, kinv, rp, key)))
 149         goto x962_int_err;
 150
 151     /* compare the created signature with the expected signature */
 152     if (!TEST_ptr(r = BN_new()) || !TEST_ptr(s = BN_new()))
 153         goto x962_int_err;
 154     if (!TEST_true(BN_dec2bn(&r, r_in)) || !TEST_true(BN_dec2bn(&s, s_in)))
 155         goto x962_int_err;
 156     ECDSA_SIG_get0(signature, &sig_r, &sig_s);
 157     if (!TEST_BN_eq(sig_r, r)
 158             || !TEST_BN_eq(sig_s, s))
 159         goto x962_int_err;
 160
 161     /* verify the signature */
 162     if (!TEST_int_eq(ECDSA_do_verify(digest, 20, signature, key), 1))
 163         goto x962_int_err;
 164
 165     ret = 1;
 166
 167  x962_int_err:
 168     EC_KEY_free(key);
 169     ECDSA_SIG_free(signature);
 170     BN_free(r);
 171     BN_free(s);
 172     EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
 173     BN_clear_free(kinv);
 174     BN_clear_free(rp);
 175     return ret;
 176 }
 177
 178 static int x9_62_tests()
 179 {
 180     int ret = 0;
 181
 182     /* set own rand method */
 183     if (!change_rand())
 184         goto x962_err;
 185
 186     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_prime192v1,
 187                  "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
 188                  "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342")))
 189         goto x962_err;
 190     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_prime239v1,
 191                  "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
 192                              "62058306432176",
 193                  "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
 194                              "78505179448783")))
 195         goto x962_err;
 196
 197 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 198     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_c2tnb191v1,
 199                  "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
 200                  "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598")))
 201         goto x962_err;
 202     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_c2tnb239v1,
 203                  "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
 204                              "5876922391552",
 205                  "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
 206                              "49413465737174")))
 207         goto x962_err;
 208 # endif
 209     ret = 1;
 210
 211  x962_err:
 212     if (!TEST_true(restore_rand()))
 213         ret = 0;
 214     return ret;
 215 }
 216
 217 static int test_builtin(void)
 218 {
 219     EC_builtin_curve *curves = NULL;
 220     size_t crv_len = 0, n = 0;
 221     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
 222     EC_GROUP *group;
 223     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL, *modified_sig = NULL;
 224     unsigned char digest[20], wrong_digest[20];
 225     unsigned char *signature = NULL;
 226     const unsigned char *sig_ptr;
 227     unsigned char *sig_ptr2;
 228     unsigned char *raw_buf = NULL;
 229     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 230     BIGNUM *modified_r = NULL, *modified_s = NULL;
 231     BIGNUM *unmodified_r = NULL, *unmodified_s = NULL;
 232     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
 233     int nid, ret = 0;
 234
 235     /* fill digest values with some random data */
 236     if (!TEST_true(RAND_bytes(digest, 20))
 237             || !TEST_true(RAND_bytes(wrong_digest, 20)))
 238         goto builtin_err;
 239
 240     /* create and verify a ecdsa signature with every available curve */
 241     /* get a list of all internal curves */
 242     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
 243     if (!TEST_ptr(curves = OPENSSL_malloc(sizeof(*curves) * crv_len))
 244             || !TEST_true(EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)))
 245         goto builtin_err;
 246
 247     /* now create and verify a signature for every curve */
 248     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
 249         unsigned char dirt, offset;
 250
 251         nid = curves[n].nid;
 252         if (nid == NID_ipsec4 || nid == NID_X25519)
 253             continue;
 254         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
 255         if (!TEST_ptr(eckey = EC_KEY_new())
 256                 || !TEST_ptr(group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid))
 257                 || !TEST_true(EC_KEY_set_group(eckey, group)))
 258             goto builtin_err;
 259         EC_GROUP_free(group);
 260         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
 261         if (degree < 160) {
 262             /* drop the curve */
 263             EC_KEY_free(eckey);
 264             eckey = NULL;
 265             continue;
 266         }
 267         TEST_info("testing %s", OBJ_nid2sn(nid));
 268
 269         /* create key */
 270         if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(eckey)))
 271             goto builtin_err;
 272         /* create second key */
 273         if (!TEST_ptr(wrong_eckey = EC_KEY_new())
 274                 || !TEST_ptr(group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid))
 275                 || !TEST_true(EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group)))
 276             goto builtin_err;
 277         EC_GROUP_free(group);
 278         if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)))
 279             goto builtin_err;
 280
 281         /* check key */
 282         if (!TEST_true(EC_KEY_check_key(eckey)))
 283             goto builtin_err;
 284
 285         /* create signature */
 286         sig_len = ECDSA_size(eckey);
 287         if (!TEST_ptr(signature = OPENSSL_malloc(sig_len))
 288                 || !TEST_true(ECDSA_sign(0, digest, 20, signature, &sig_len,
 289                                          eckey)))
 290             goto builtin_err;
 291
 292         /* verify signature */
 293         if (!TEST_int_eq(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len,
 294                                       eckey), 1))
 295             goto builtin_err;
 296
 297         /* verify signature with the wrong key */
 298         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len,
 299                                       wrong_eckey), 1))
 300             goto builtin_err;
 301
 302         /* wrong digest */
 303         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, wrong_digest, 20, signature,
 304                                       sig_len, eckey), 1))
 305             goto builtin_err;
 306
 307         /* wrong length */
 308         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature,
 309                                       sig_len - 1, eckey), 1))
 310             goto builtin_err;
 311
 312         /*
 313          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
 314          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
 315          * one of the bignums directly.
 316          */
 317         sig_ptr = signature;
 318         if (!TEST_ptr(ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)))
 319             goto builtin_err;
 320
 321         ECDSA_SIG_get0(ecdsa_sig, &sig_r, &sig_s);
 322
 323         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
 324         r_len = BN_num_bytes(sig_r);
 325         s_len = BN_num_bytes(sig_s);
 326         bn_len = (degree + 7) / 8;
 327         if (!TEST_false(r_len > bn_len)
 328                 || !TEST_false(s_len > bn_len))
 329             goto builtin_err;
 330         buf_len = 2 * bn_len;
 331         if (!TEST_ptr(raw_buf = OPENSSL_zalloc(buf_len)))
 332             goto builtin_err;
 333         BN_bn2bin(sig_r, raw_buf + bn_len - r_len);
 334         BN_bn2bin(sig_s, raw_buf + buf_len - s_len);
 335
 336         /* Modify a single byte in the buffer. */
 337         offset = raw_buf[10] % buf_len;
 338         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
 339         raw_buf[offset] ^= dirt;
 340
 341         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
 342         if (!TEST_ptr(modified_sig = ECDSA_SIG_new()))
 343             goto builtin_err;
 344         if (!TEST_ptr(modified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL))
 345                 || !TEST_ptr(modified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len,
 346                                                     bn_len, NULL))
 347                 || !TEST_true(ECDSA_SIG_set0(modified_sig,
 348                                              modified_r, modified_s))) {
 349             BN_free(modified_r);
 350             BN_free(modified_s);
 351             goto builtin_err;
 352         }
 353         sig_ptr2 = signature;
 354         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 355         if (!TEST_false(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey)))
 356             goto builtin_err;
 357
 358         /* Sanity check: undo the modification and verify signature. */
 359         raw_buf[offset] ^= dirt;
 360         if (!TEST_ptr(unmodified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL))
 361                 || !TEST_ptr(unmodified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len,
 362                                                        bn_len, NULL))
 363                 || !TEST_true(ECDSA_SIG_set0(modified_sig, unmodified_r,
 364                                              unmodified_s))) {
 365             BN_free(unmodified_r);
 366             BN_free(unmodified_s);
 367             goto builtin_err;
 368         }
 369
 370         sig_ptr2 = signature;
 371         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 372         if (!TEST_true(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey)))
 373             goto builtin_err;
 374
 375         /* cleanup */
 376         ERR_clear_error();
 377         OPENSSL_free(signature);
 378         signature = NULL;
 379         EC_KEY_free(eckey);
 380         eckey = NULL;
 381         EC_KEY_free(wrong_eckey);
 382         wrong_eckey = NULL;
 383         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 384         ecdsa_sig = NULL;
 385         ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 386         modified_sig = NULL;
 387         OPENSSL_free(raw_buf);
 388         raw_buf = NULL;
 389     }
 390
 391     ret = 1;
 392  builtin_err:
 393     EC_KEY_free(eckey);
 394     EC_KEY_free(wrong_eckey);
 395     ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 396     ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 397     OPENSSL_free(signature);
 398     OPENSSL_free(raw_buf);
 399     OPENSSL_free(curves);
 400
 401     return ret;
 402 }
 403
 404 void register_tests(void)
 405 {
 406     /* initialize the prng */
 407     RAND_seed(rnd_seed, sizeof(rnd_seed));
 408     ADD_TEST(x9_62_tests);
 409     ADD_TEST(test_builtin);
 410 }
 411 #endif