remove ecdh.h header
[openssl.git] / test / ecdsatest.c
1 /* crypto/ecdsa/ecdsatest.c */
2 /*
3  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project.
4  */
5 /* ====================================================================
6  * Copyright (c) 2000-2005 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  *
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  *
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
17  *    the documentation and/or other materials provided with the
18  *    distribution.
19  *
20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
21  *    software must display the following acknowledgment:
22  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
23  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
24  *
25  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
26  *    endorse or promote products derived from this software without
27  *    prior written permission. For written permission, please contact
28  *    licensing@OpenSSL.org.
29  *
30  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
31  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
32  *    permission of the OpenSSL Project.
33  *
34  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
35  *    acknowledgment:
36  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
37  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
38  *
39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
40  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
42  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
43  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
44  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
45  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
46  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
48  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
49  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
50  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
51  * ====================================================================
52  *
53  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
54  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
55  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
56  *
57  */
58 /* ====================================================================
59  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
60  *
61  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
62  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
63  *
64  * The Contribution is licensed pursuant to the OpenSSL open source
65  * license provided above.
66  *
67  * The elliptic curve binary polynomial software is originally written by
68  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
69  *
70  */
71
72 #include <stdio.h>
73 #include <stdlib.h>
74 #include <string.h>
75
76 #include <openssl/opensslconf.h> /* To see if OPENSSL_NO_EC is defined */
77
78 #ifdef OPENSSL_NO_EC
79 int main(int argc, char *argv[])
80 {
81     puts("Elliptic curves are disabled.");
82     return 0;
83 }
84 #else
85
86 # include <openssl/crypto.h>
87 # include <openssl/bio.h>
88 # include <openssl/evp.h>
89 # include <openssl/bn.h>
90 # include <openssl/ecdsa.h>
91 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
92 #  include <openssl/engine.h>
93 # endif
94 # include <openssl/err.h>
95 # include <openssl/rand.h>
96
97 static const char rnd_seed[] = "string to make the random number generator "
98     "think it has entropy";
99
100 /* declaration of the test functions */
101 int x9_62_tests(BIO *);
102 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r, const char *s);
103 int test_builtin(BIO *);
104
105 /* functions to change the RAND_METHOD */
106 int change_rand(void);
107 int restore_rand(void);
108 int fbytes(unsigned char *buf, int num);
109
110 static RAND_METHOD fake_rand;
111 static const RAND_METHOD *old_rand;
112
113 int change_rand(void)
114 {
115     /* save old rand method */
116     if ((old_rand = RAND_get_rand_method()) == NULL)
117         return 0;
118
119     fake_rand.seed = old_rand->seed;
120     fake_rand.cleanup = old_rand->cleanup;
121     fake_rand.add = old_rand->add;
122     fake_rand.status = old_rand->status;
123     /* use own random function */
124     fake_rand.bytes = fbytes;
125     fake_rand.pseudorand = old_rand->bytes;
126     /* set new RAND_METHOD */
127     if (!RAND_set_rand_method(&fake_rand))
128         return 0;
129     return 1;
130 }
131
132 int restore_rand(void)
133 {
134     if (!RAND_set_rand_method(old_rand))
135         return 0;
136     else
137         return 1;
138 }
139
140 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
141 static const char *numbers[8] = {
142     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
143     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
144     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
145         "71676178726717",
146     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
147         "55657156756655",
148     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
149     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
150     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
151         "64667494947990",
152     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
153         "40041670216363"
154 };
155
156 int fbytes(unsigned char *buf, int num)
157 {
158     int ret;
159     BIGNUM *tmp = NULL;
160
161     if (use_fake == 0)
162         return old_rand->bytes(buf, num);
163
164     use_fake = 0;
165
166     if (fbytes_counter >= 8)
167         return 0;
168     tmp = BN_new();
169     if (!tmp)
170         return 0;
171     if (!BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter])) {
172         BN_free(tmp);
173         return 0;
174     }
175     fbytes_counter++;
176     if (num != BN_num_bytes(tmp) || !BN_bn2bin(tmp, buf))
177         ret = 0;
178     else
179         ret = 1;
180     BN_free(tmp);
181     return ret;
182 }
183
184 /* some tests from the X9.62 draft */
185 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r_in, const char *s_in)
186 {
187     int ret = 0;
188     const char message[] = "abc";
189     unsigned char digest[20];
190     unsigned int dgst_len = 0;
191     EVP_MD_CTX *md_ctx = EVP_MD_CTX_new();
192     EC_KEY *key = NULL;
193     ECDSA_SIG *signature = NULL;
194     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
195     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
196
197     if (md_ctx == NULL)
198         goto x962_int_err;
199
200     /* get the message digest */
201     if (!EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1())
202         || !EVP_DigestUpdate(md_ctx, (const void *)message, 3)
203         || !EVP_DigestFinal(md_ctx, digest, &dgst_len))
204         goto x962_int_err;
205
206     BIO_printf(out, "testing %s: ", OBJ_nid2sn(nid));
207     /* create the key */
208     if ((key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)) == NULL)
209         goto x962_int_err;
210     use_fake = 1;
211     if (!EC_KEY_generate_key(key))
212         goto x962_int_err;
213     BIO_printf(out, ".");
214     (void)BIO_flush(out);
215     /* create the signature */
216     use_fake = 1;
217     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
218     if (!ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp))
219         goto x962_int_err;
220     signature = ECDSA_do_sign_ex(digest, 20, kinv, rp, key);
221     if (signature == NULL)
222         goto x962_int_err;
223     BIO_printf(out, ".");
224     (void)BIO_flush(out);
225     /* compare the created signature with the expected signature */
226     if ((r = BN_new()) == NULL || (s = BN_new()) == NULL)
227         goto x962_int_err;
228     if (!BN_dec2bn(&r, r_in) || !BN_dec2bn(&s, s_in))
229         goto x962_int_err;
230     if (BN_cmp(signature->r, r) || BN_cmp(signature->s, s))
231         goto x962_int_err;
232     BIO_printf(out, ".");
233     (void)BIO_flush(out);
234     /* verify the signature */
235     if (ECDSA_do_verify(digest, 20, signature, key) != 1)
236         goto x962_int_err;
237     BIO_printf(out, ".");
238     (void)BIO_flush(out);
239
240     BIO_printf(out, " ok\n");
241     ret = 1;
242  x962_int_err:
243     if (!ret)
244         BIO_printf(out, " failed\n");
245     EC_KEY_free(key);
246     ECDSA_SIG_free(signature);
247     BN_free(r);
248     BN_free(s);
249     EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
250     BN_clear_free(kinv);
251     BN_clear_free(rp);
252     return ret;
253 }
254
255 int x9_62_tests(BIO *out)
256 {
257     int ret = 0;
258
259     BIO_printf(out, "some tests from X9.62:\n");
260
261     /* set own rand method */
262     if (!change_rand())
263         goto x962_err;
264
265     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime192v1,
266                              "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
267                              "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342"))
268         goto x962_err;
269     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime239v1,
270                              "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
271                              "62058306432176",
272                              "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
273                              "78505179448783"))
274         goto x962_err;
275 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
276     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb191v1,
277                              "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
278                              "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598"))
279         goto x962_err;
280     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb239v1,
281                              "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
282                              "5876922391552",
283                              "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
284                              "49413465737174"))
285         goto x962_err;
286 # endif
287     ret = 1;
288  x962_err:
289     if (!restore_rand())
290         ret = 0;
291     return ret;
292 }
293
294 int test_builtin(BIO *out)
295 {
296     EC_builtin_curve *curves = NULL;
297     size_t crv_len = 0, n = 0;
298     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
299     EC_GROUP *group;
300     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL;
301     unsigned char digest[20], wrong_digest[20];
302     unsigned char *signature = NULL;
303     const unsigned char *sig_ptr;
304     unsigned char *sig_ptr2;
305     unsigned char *raw_buf = NULL;
306     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
307     int nid, ret = 0;
308
309     /* fill digest values with some random data */
310     if (RAND_bytes(digest, 20) <= 0 || RAND_bytes(wrong_digest, 20) <= 0) {
311         BIO_printf(out, "ERROR: unable to get random data\n");
312         goto builtin_err;
313     }
314
315     /*
316      * create and verify a ecdsa signature with every availble curve (with )
317      */
318     BIO_printf(out, "\ntesting ECDSA_sign() and ECDSA_verify() "
319                "with some internal curves:\n");
320
321     /* get a list of all internal curves */
322     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
323     curves = OPENSSL_malloc(sizeof(*curves) * crv_len);
324     if (curves == NULL) {
325         BIO_printf(out, "malloc error\n");
326         goto builtin_err;
327     }
328
329     if (!EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)) {
330         BIO_printf(out, "unable to get internal curves\n");
331         goto builtin_err;
332     }
333
334     /* now create and verify a signature for every curve */
335     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
336         unsigned char dirt, offset;
337
338         nid = curves[n].nid;
339         if (nid == NID_ipsec4)
340             continue;
341         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
342         if ((eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
343             goto builtin_err;
344         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
345         if (group == NULL)
346             goto builtin_err;
347         if (EC_KEY_set_group(eckey, group) == 0)
348             goto builtin_err;
349         EC_GROUP_free(group);
350         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
351         if (degree < 160) {
352             /* drop the curve */
353             EC_KEY_free(eckey);
354             eckey = NULL;
355             continue;
356         }
357         BIO_printf(out, "%s: ", OBJ_nid2sn(nid));
358         /* create key */
359         if (!EC_KEY_generate_key(eckey)) {
360             BIO_printf(out, " failed\n");
361             goto builtin_err;
362         }
363         /* create second key */
364         if ((wrong_eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
365             goto builtin_err;
366         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
367         if (group == NULL)
368             goto builtin_err;
369         if (EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group) == 0)
370             goto builtin_err;
371         EC_GROUP_free(group);
372         if (!EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)) {
373             BIO_printf(out, " failed\n");
374             goto builtin_err;
375         }
376
377         BIO_printf(out, ".");
378         (void)BIO_flush(out);
379         /* check key */
380         if (!EC_KEY_check_key(eckey)) {
381             BIO_printf(out, " failed\n");
382             goto builtin_err;
383         }
384         BIO_printf(out, ".");
385         (void)BIO_flush(out);
386         /* create signature */
387         sig_len = ECDSA_size(eckey);
388         if ((signature = OPENSSL_malloc(sig_len)) == NULL)
389             goto builtin_err;
390         if (!ECDSA_sign(0, digest, 20, signature, &sig_len, eckey)) {
391             BIO_printf(out, " failed\n");
392             goto builtin_err;
393         }
394         BIO_printf(out, ".");
395         (void)BIO_flush(out);
396         /* verify signature */
397         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
398             BIO_printf(out, " failed\n");
399             goto builtin_err;
400         }
401         BIO_printf(out, ".");
402         (void)BIO_flush(out);
403         /* verify signature with the wrong key */
404         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, wrong_eckey) == 1) {
405             BIO_printf(out, " failed\n");
406             goto builtin_err;
407         }
408         BIO_printf(out, ".");
409         (void)BIO_flush(out);
410         /* wrong digest */
411         if (ECDSA_verify(0, wrong_digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
412             BIO_printf(out, " failed\n");
413             goto builtin_err;
414         }
415         BIO_printf(out, ".");
416         (void)BIO_flush(out);
417         /* wrong length */
418         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len - 1, eckey) == 1) {
419             BIO_printf(out, " failed\n");
420             goto builtin_err;
421         }
422         BIO_printf(out, ".");
423         (void)BIO_flush(out);
424
425         /*
426          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
427          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
428          * one of the bignums directly.
429          */
430         sig_ptr = signature;
431         if ((ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)) == NULL) {
432             BIO_printf(out, " failed\n");
433             goto builtin_err;
434         }
435
436         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
437         r_len = BN_num_bytes(ecdsa_sig->r);
438         s_len = BN_num_bytes(ecdsa_sig->s);
439         bn_len = (degree + 7) / 8;
440         if ((r_len > bn_len) || (s_len > bn_len)) {
441             BIO_printf(out, " failed\n");
442             goto builtin_err;
443         }
444         buf_len = 2 * bn_len;
445         if ((raw_buf = OPENSSL_zalloc(buf_len)) == NULL)
446             goto builtin_err;
447         BN_bn2bin(ecdsa_sig->r, raw_buf + bn_len - r_len);
448         BN_bn2bin(ecdsa_sig->s, raw_buf + buf_len - s_len);
449
450         /* Modify a single byte in the buffer. */
451         offset = raw_buf[10] % buf_len;
452         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
453         raw_buf[offset] ^= dirt;
454         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
455         if ((BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, ecdsa_sig->r) == NULL) ||
456             (BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, ecdsa_sig->s) == NULL))
457             goto builtin_err;
458
459         sig_ptr2 = signature;
460         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, &sig_ptr2);
461         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
462             BIO_printf(out, " failed\n");
463             goto builtin_err;
464         }
465         /*
466          * Sanity check: undo the modification and verify signature.
467          */
468         raw_buf[offset] ^= dirt;
469         if ((BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, ecdsa_sig->r) == NULL) ||
470             (BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, ecdsa_sig->s) == NULL))
471             goto builtin_err;
472
473         sig_ptr2 = signature;
474         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, &sig_ptr2);
475         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
476             BIO_printf(out, " failed\n");
477             goto builtin_err;
478         }
479         BIO_printf(out, ".");
480         (void)BIO_flush(out);
481
482         BIO_printf(out, " ok\n");
483         /* cleanup */
484         /* clean bogus errors */
485         ERR_clear_error();
486         OPENSSL_free(signature);
487         signature = NULL;
488         EC_KEY_free(eckey);
489         eckey = NULL;
490         EC_KEY_free(wrong_eckey);
491         wrong_eckey = NULL;
492         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
493         ecdsa_sig = NULL;
494         OPENSSL_free(raw_buf);
495         raw_buf = NULL;
496     }
497
498     ret = 1;
499  builtin_err:
500     EC_KEY_free(eckey);
501     EC_KEY_free(wrong_eckey);
502     ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
503     OPENSSL_free(signature);
504     OPENSSL_free(raw_buf);
505     OPENSSL_free(curves);
506
507     return ret;
508 }
509
510 int main(void)
511 {
512     int ret = 1;
513     BIO *out;
514
515     out = BIO_new_fp(stdout, BIO_NOCLOSE | BIO_FP_TEXT);
516
517     /* enable memory leak checking unless explicitly disabled */
518     if (!((getenv("OPENSSL_DEBUG_MEMORY") != NULL) &&
519           (0 == strcmp(getenv("OPENSSL_DEBUG_MEMORY"), "off")))) {
520         CRYPTO_malloc_debug_init();
521         CRYPTO_set_mem_debug_options(V_CRYPTO_MDEBUG_ALL);
522     } else {
523         /* OPENSSL_DEBUG_MEMORY=off */
524         CRYPTO_set_mem_debug_functions(0, 0, 0, 0, 0);
525     }
526     CRYPTO_mem_ctrl(CRYPTO_MEM_CHECK_ON);
527
528     ERR_load_crypto_strings();
529
530     /* initialize the prng */
531     RAND_seed(rnd_seed, sizeof(rnd_seed));
532
533     /* the tests */
534     if (!x9_62_tests(out))
535         goto err;
536     if (!test_builtin(out))
537         goto err;
538
539     ret = 0;
540  err:
541     if (ret)
542         BIO_printf(out, "\nECDSA test failed\n");
543     else
544         BIO_printf(out, "\nECDSA test passed\n");
545     if (ret)
546         ERR_print_errors(out);
547     CRYPTO_cleanup_all_ex_data();
548     ERR_remove_thread_state(NULL);
549     ERR_free_strings();
550     CRYPTO_mem_leaks(out);
551     BIO_free(out);
552     return ret;
553 }
554 #endif