test/ecdsatest.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 /* ====================================================================
  11  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
  12  *
  13  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
  14  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
  15  *
  16  * The Contribution is licensed pursuant to the OpenSSL open source
  17  * license provided above.
  18  *
  19  * The elliptic curve binary polynomial software is originally written by
  20  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
  21  *
  22  */
  23
  24 #include <stdio.h>
  25 #include <stdlib.h>
  26 #include <string.h>
  27
  28 #include <openssl/opensslconf.h> /* To see if OPENSSL_NO_EC is defined */
  29
  30 #ifdef OPENSSL_NO_EC
  31 int main(int argc, char *argv[])
  32 {
  33     puts("Elliptic curves are disabled.");
  34     return 0;
  35 }
  36 #else
  37
  38 # include <openssl/crypto.h>
  39 # include <openssl/bio.h>
  40 # include <openssl/evp.h>
  41 # include <openssl/bn.h>
  42 # include <openssl/ec.h>
  43 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
  44 #  include <openssl/engine.h>
  45 # endif
  46 # include <openssl/err.h>
  47 # include <openssl/rand.h>
  48
  49 static const char rnd_seed[] = "string to make the random number generator "
  50     "think it has entropy";
  51
  52 /* declaration of the test functions */
  53 int x9_62_tests(BIO *);
  54 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r, const char *s);
  55 int test_builtin(BIO *);
  56
  57 /* functions to change the RAND_METHOD */
  58 int change_rand(void);
  59 int restore_rand(void);
  60 int fbytes(unsigned char *buf, int num);
  61
  62 static RAND_METHOD fake_rand;
  63 static const RAND_METHOD *old_rand;
  64
  65 int change_rand(void)
  66 {
  67     /* save old rand method */
  68     if ((old_rand = RAND_get_rand_method()) == NULL)
  69         return 0;
  70
  71     fake_rand.seed = old_rand->seed;
  72     fake_rand.cleanup = old_rand->cleanup;
  73     fake_rand.add = old_rand->add;
  74     fake_rand.status = old_rand->status;
  75     /* use own random function */
  76     fake_rand.bytes = fbytes;
  77     fake_rand.pseudorand = old_rand->bytes;
  78     /* set new RAND_METHOD */
  79     if (!RAND_set_rand_method(&fake_rand))
  80         return 0;
  81     return 1;
  82 }
  83
  84 int restore_rand(void)
  85 {
  86     if (!RAND_set_rand_method(old_rand))
  87         return 0;
  88     else
  89         return 1;
  90 }
  91
  92 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
  93 static const char *numbers[8] = {
  94     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
  95     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
  96     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
  97         "71676178726717",
  98     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
  99         "55657156756655",
 100     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
 101     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
 102     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
 103         "64667494947990",
 104     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
 105         "40041670216363"
 106 };
 107
 108 int fbytes(unsigned char *buf, int num)
 109 {
 110     int ret;
 111     BIGNUM *tmp = NULL;
 112
 113     if (use_fake == 0)
 114         return old_rand->bytes(buf, num);
 115
 116     use_fake = 0;
 117
 118     if (fbytes_counter >= 8)
 119         return 0;
 120     tmp = BN_new();
 121     if (!tmp)
 122         return 0;
 123     if (!BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter])) {
 124         BN_free(tmp);
 125         return 0;
 126     }
 127     fbytes_counter++;
 128     if (num != BN_num_bytes(tmp) || !BN_bn2bin(tmp, buf))
 129         ret = 0;
 130     else
 131         ret = 1;
 132     BN_free(tmp);
 133     return ret;
 134 }
 135
 136 /* some tests from the X9.62 draft */
 137 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r_in, const char *s_in)
 138 {
 139     int ret = 0;
 140     const char message[] = "abc";
 141     unsigned char digest[20];
 142     unsigned int dgst_len = 0;
 143     EVP_MD_CTX *md_ctx = EVP_MD_CTX_new();
 144     EC_KEY *key = NULL;
 145     ECDSA_SIG *signature = NULL;
 146     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
 147     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
 148     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 149
 150     if (md_ctx == NULL)
 151         goto x962_int_err;
 152
 153     /* get the message digest */
 154     if (!EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1())
 155         || !EVP_DigestUpdate(md_ctx, (const void *)message, 3)
 156         || !EVP_DigestFinal(md_ctx, digest, &dgst_len))
 157         goto x962_int_err;
 158
 159     BIO_printf(out, "testing %s: ", OBJ_nid2sn(nid));
 160     /* create the key */
 161     if ((key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)) == NULL)
 162         goto x962_int_err;
 163     use_fake = 1;
 164     if (!EC_KEY_generate_key(key))
 165         goto x962_int_err;
 166     BIO_printf(out, ".");
 167     (void)BIO_flush(out);
 168     /* create the signature */
 169     use_fake = 1;
 170     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
 171     if (!ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp))
 172         goto x962_int_err;
 173     signature = ECDSA_do_sign_ex(digest, 20, kinv, rp, key);
 174     if (signature == NULL)
 175         goto x962_int_err;
 176     BIO_printf(out, ".");
 177     (void)BIO_flush(out);
 178     /* compare the created signature with the expected signature */
 179     if ((r = BN_new()) == NULL || (s = BN_new()) == NULL)
 180         goto x962_int_err;
 181     if (!BN_dec2bn(&r, r_in) || !BN_dec2bn(&s, s_in))
 182         goto x962_int_err;
 183     ECDSA_SIG_get0(signature, &sig_r, &sig_s);
 184     if (BN_cmp(sig_r, r) || BN_cmp(sig_s, s))
 185         goto x962_int_err;
 186     BIO_printf(out, ".");
 187     (void)BIO_flush(out);
 188     /* verify the signature */
 189     if (ECDSA_do_verify(digest, 20, signature, key) != 1)
 190         goto x962_int_err;
 191     BIO_printf(out, ".");
 192     (void)BIO_flush(out);
 193
 194     BIO_printf(out, " ok\n");
 195     ret = 1;
 196  x962_int_err:
 197     if (!ret)
 198         BIO_printf(out, " failed\n");
 199     EC_KEY_free(key);
 200     ECDSA_SIG_free(signature);
 201     BN_free(r);
 202     BN_free(s);
 203     EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
 204     BN_clear_free(kinv);
 205     BN_clear_free(rp);
 206     return ret;
 207 }
 208
 209 int x9_62_tests(BIO *out)
 210 {
 211     int ret = 0;
 212
 213     BIO_printf(out, "some tests from X9.62:\n");
 214
 215     /* set own rand method */
 216     if (!change_rand())
 217         goto x962_err;
 218
 219     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime192v1,
 220                              "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
 221                              "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342"))
 222         goto x962_err;
 223     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime239v1,
 224                              "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
 225                              "62058306432176",
 226                              "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
 227                              "78505179448783"))
 228         goto x962_err;
 229 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 230     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb191v1,
 231                              "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
 232                              "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598"))
 233         goto x962_err;
 234     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb239v1,
 235                              "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
 236                              "5876922391552",
 237                              "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
 238                              "49413465737174"))
 239         goto x962_err;
 240 # endif
 241     ret = 1;
 242  x962_err:
 243     if (!restore_rand())
 244         ret = 0;
 245     return ret;
 246 }
 247
 248 int test_builtin(BIO *out)
 249 {
 250     EC_builtin_curve *curves = NULL;
 251     size_t crv_len = 0, n = 0;
 252     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
 253     EC_GROUP *group;
 254     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL, *modified_sig = NULL;
 255     unsigned char digest[20], wrong_digest[20];
 256     unsigned char *signature = NULL;
 257     const unsigned char *sig_ptr;
 258     unsigned char *sig_ptr2;
 259     unsigned char *raw_buf = NULL;
 260     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 261     BIGNUM *modified_r = NULL, *modified_s = NULL;
 262     BIGNUM *unmodified_r = NULL, *unmodified_s = NULL;
 263     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
 264     int nid, ret = 0;
 265
 266     /* fill digest values with some random data */
 267     if (RAND_bytes(digest, 20) <= 0 || RAND_bytes(wrong_digest, 20) <= 0) {
 268         BIO_printf(out, "ERROR: unable to get random data\n");
 269         goto builtin_err;
 270     }
 271
 272     /*
 273      * create and verify a ecdsa signature with every available curve (with )
 274      */
 275     BIO_printf(out, "\ntesting ECDSA_sign() and ECDSA_verify() "
 276                "with some internal curves:\n");
 277
 278     /* get a list of all internal curves */
 279     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
 280     curves = OPENSSL_malloc(sizeof(*curves) * crv_len);
 281     if (curves == NULL) {
 282         BIO_printf(out, "malloc error\n");
 283         goto builtin_err;
 284     }
 285
 286     if (!EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)) {
 287         BIO_printf(out, "unable to get internal curves\n");
 288         goto builtin_err;
 289     }
 290
 291     /* now create and verify a signature for every curve */
 292     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
 293         unsigned char dirt, offset;
 294
 295         nid = curves[n].nid;
 296         if (nid == NID_ipsec4 || nid == NID_X25519)
 297             continue;
 298         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
 299         if ((eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
 300             goto builtin_err;
 301         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
 302         if (group == NULL)
 303             goto builtin_err;
 304         if (EC_KEY_set_group(eckey, group) == 0)
 305             goto builtin_err;
 306         EC_GROUP_free(group);
 307         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
 308         if (degree < 160) {
 309             /* drop the curve */
 310             EC_KEY_free(eckey);
 311             eckey = NULL;
 312             continue;
 313         }
 314         BIO_printf(out, "%s: ", OBJ_nid2sn(nid));
 315         /* create key */
 316         if (!EC_KEY_generate_key(eckey)) {
 317             BIO_printf(out, " failed\n");
 318             goto builtin_err;
 319         }
 320         /* create second key */
 321         if ((wrong_eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
 322             goto builtin_err;
 323         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
 324         if (group == NULL)
 325             goto builtin_err;
 326         if (EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group) == 0)
 327             goto builtin_err;
 328         EC_GROUP_free(group);
 329         if (!EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)) {
 330             BIO_printf(out, " failed\n");
 331             goto builtin_err;
 332         }
 333
 334         BIO_printf(out, ".");
 335         (void)BIO_flush(out);
 336         /* check key */
 337         if (!EC_KEY_check_key(eckey)) {
 338             BIO_printf(out, " failed\n");
 339             goto builtin_err;
 340         }
 341         BIO_printf(out, ".");
 342         (void)BIO_flush(out);
 343         /* create signature */
 344         sig_len = ECDSA_size(eckey);
 345         if ((signature = OPENSSL_malloc(sig_len)) == NULL)
 346             goto builtin_err;
 347         if (!ECDSA_sign(0, digest, 20, signature, &sig_len, eckey)) {
 348             BIO_printf(out, " failed\n");
 349             goto builtin_err;
 350         }
 351         BIO_printf(out, ".");
 352         (void)BIO_flush(out);
 353         /* verify signature */
 354         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
 355             BIO_printf(out, " failed\n");
 356             goto builtin_err;
 357         }
 358         BIO_printf(out, ".");
 359         (void)BIO_flush(out);
 360         /* verify signature with the wrong key */
 361         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, wrong_eckey) == 1) {
 362             BIO_printf(out, " failed\n");
 363             goto builtin_err;
 364         }
 365         BIO_printf(out, ".");
 366         (void)BIO_flush(out);
 367         /* wrong digest */
 368         if (ECDSA_verify(0, wrong_digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
 369             BIO_printf(out, " failed\n");
 370             goto builtin_err;
 371         }
 372         BIO_printf(out, ".");
 373         (void)BIO_flush(out);
 374         /* wrong length */
 375         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len - 1, eckey) == 1) {
 376             BIO_printf(out, " failed\n");
 377             goto builtin_err;
 378         }
 379         BIO_printf(out, ".");
 380         (void)BIO_flush(out);
 381
 382         /*
 383          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
 384          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
 385          * one of the bignums directly.
 386          */
 387         sig_ptr = signature;
 388         if ((ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)) == NULL) {
 389             BIO_printf(out, " failed\n");
 390             goto builtin_err;
 391         }
 392
 393         ECDSA_SIG_get0(ecdsa_sig, &sig_r, &sig_s);
 394
 395         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
 396         r_len = BN_num_bytes(sig_r);
 397         s_len = BN_num_bytes(sig_s);
 398         bn_len = (degree + 7) / 8;
 399         if ((r_len > bn_len) || (s_len > bn_len)) {
 400             BIO_printf(out, " failed\n");
 401             goto builtin_err;
 402         }
 403         buf_len = 2 * bn_len;
 404         if ((raw_buf = OPENSSL_zalloc(buf_len)) == NULL)
 405             goto builtin_err;
 406         BN_bn2bin(sig_r, raw_buf + bn_len - r_len);
 407         BN_bn2bin(sig_s, raw_buf + buf_len - s_len);
 408
 409         /* Modify a single byte in the buffer. */
 410         offset = raw_buf[10] % buf_len;
 411         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
 412         raw_buf[offset] ^= dirt;
 413         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
 414         modified_sig = ECDSA_SIG_new();
 415         if (modified_sig == NULL)
 416             goto builtin_err;
 417         if (((modified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL)) == NULL)
 418             || ((modified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, NULL)) == NULL)
 419             || !ECDSA_SIG_set0(modified_sig, modified_r, modified_s)) {
 420             BN_free(modified_r);
 421             BN_free(modified_s);
 422             goto builtin_err;
 423         }
 424         sig_ptr2 = signature;
 425         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 426         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
 427             BIO_printf(out, " failed\n");
 428             goto builtin_err;
 429         }
 430         /*
 431          * Sanity check: undo the modification and verify signature.
 432          */
 433         raw_buf[offset] ^= dirt;
 434         if (((unmodified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL)) == NULL)
 435             || ((unmodified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, NULL)) == NULL)
 436             || !ECDSA_SIG_set0(modified_sig, unmodified_r, unmodified_s)) {
 437             BN_free(unmodified_r);
 438             BN_free(unmodified_s);
 439             goto builtin_err;
 440         }
 441
 442         sig_ptr2 = signature;
 443         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 444         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
 445             BIO_printf(out, " failed\n");
 446             goto builtin_err;
 447         }
 448         BIO_printf(out, ".");
 449         (void)BIO_flush(out);
 450
 451         BIO_printf(out, " ok\n");
 452         /* cleanup */
 453         /* clean bogus errors */
 454         ERR_clear_error();
 455         OPENSSL_free(signature);
 456         signature = NULL;
 457         EC_KEY_free(eckey);
 458         eckey = NULL;
 459         EC_KEY_free(wrong_eckey);
 460         wrong_eckey = NULL;
 461         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 462         ecdsa_sig = NULL;
 463         ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 464         modified_sig = NULL;
 465         OPENSSL_free(raw_buf);
 466         raw_buf = NULL;
 467     }
 468
 469     ret = 1;
 470  builtin_err:
 471     EC_KEY_free(eckey);
 472     EC_KEY_free(wrong_eckey);
 473     ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 474     ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 475     OPENSSL_free(signature);
 476     OPENSSL_free(raw_buf);
 477     OPENSSL_free(curves);
 478
 479     return ret;
 480 }
 481
 482 int main(void)
 483 {
 484     int ret = 1;
 485     BIO *out;
 486     char *p;
 487
 488     out = BIO_new_fp(stdout, BIO_NOCLOSE | BIO_FP_TEXT);
 489
 490     p = getenv("OPENSSL_DEBUG_MEMORY");
 491     if (p != NULL && strcmp(p, "on") == 0)
 492         CRYPTO_set_mem_debug(1);
 493
 494     /* initialize the prng */
 495     RAND_seed(rnd_seed, sizeof(rnd_seed));
 496
 497     /* the tests */
 498     if (!x9_62_tests(out))
 499         goto err;
 500     if (!test_builtin(out))
 501         goto err;
 502
 503     ret = 0;
 504  err:
 505     if (ret)
 506         BIO_printf(out, "\nECDSA test failed\n");
 507     else
 508         BIO_printf(out, "\nECDSA test passed\n");
 509     if (ret)
 510         ERR_print_errors(out);
 511
 512 #ifndef OPENSSL_NO_CRYPTO_MDEBUG
 513     if (CRYPTO_mem_leaks(out) <= 0)
 514         ret = 1;
 515 #endif
 516     BIO_free(out);
 517     return ret;
 518 }
 519 #endif