Fix a memory leak in RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1
[openssl.git] / crypto / rsa / rsa_oaep.c
index 64b59ee1211ee20ebca9624ac6bbb5003f2a131e..868104f1bfdcfd19f7513ed8d840e66149c957bd 100644 (file)
-/* crypto/rsa/rsa_oaep.c */
-/* Written by Ulf Moeller. This software is distributed on an "AS IS"
-   basis, WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, either express or implied. */
+/*
+ * Copyright 1999-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
+ *
+ * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
+ * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
+ * in the file LICENSE in the source distribution or at
+ * https://www.openssl.org/source/license.html
+ */
 
 /* EME-OAEP as defined in RFC 2437 (PKCS #1 v2.0) */
 
-/* See Victor Shoup, "OAEP reconsidered," Nov. 2000,
- * <URL: http://www.shoup.net/papers/oaep.ps.Z>
- * for problems with the security proof for the
- * original OAEP scheme, which EME-OAEP is based on.
- * 
- * A new proof can be found in E. Fujisaki, T. Okamoto,
- * D. Pointcheval, J. Stern, "RSA-OEAP is Still Alive!",
- * Dec. 2000, <URL: http://eprint.iacr.org/2000/061/>.
- * The new proof has stronger requirements for the
- * underlying permutation: "partial-one-wayness" instead
- * of one-wayness.  For the RSA function, this is
- * an equivalent notion.
+/*
+ * See Victor Shoup, "OAEP reconsidered," Nov. 2000, <URL:
+ * http://www.shoup.net/papers/oaep.ps.Z> for problems with the security
+ * proof for the original OAEP scheme, which EME-OAEP is based on. A new
+ * proof can be found in E. Fujisaki, T. Okamoto, D. Pointcheval, J. Stern,
+ * "RSA-OEAP is Still Alive!", Dec. 2000, <URL:
+ * http://eprint.iacr.org/2000/061/>. The new proof has stronger requirements
+ * for the underlying permutation: "partial-one-wayness" instead of
+ * one-wayness.  For the RSA function, this is an equivalent notion.
  */
 
+#include "internal/constant_time_locl.h"
 
-#if !defined(OPENSSL_NO_SHA) && !defined(OPENSSL_NO_SHA1)
 #include <stdio.h>
-#include "cryptlib.h"
+#include "internal/cryptlib.h"
 #include <openssl/bn.h>
-#include <openssl/rsa.h>
-#include <openssl/sha.h>
+#include <openssl/evp.h>
 #include <openssl/rand.h>
-
-int MGF1(unsigned char *mask, long len,
-       const unsigned char *seed, long seedlen);
+#include <openssl/sha.h>
+#include "rsa_locl.h"
 
 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
-       const unsigned char *from, int flen,
-       const unsigned char *param, int plen)
-    {
+                               const unsigned char *from, int flen,
+                               const unsigned char *param, int plen)
+{
+    return RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen,
+                                           param, plen, NULL, NULL);
+}
+
+int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
+                                    const unsigned char *from, int flen,
+                                    const unsigned char *param, int plen,
+                                    const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
+{
     int i, emlen = tlen - 1;
     unsigned char *db, *seed;
-    unsigned char *dbmask, seedmask[SHA_DIGEST_LENGTH];
-
-    if (flen > emlen - 2 * SHA_DIGEST_LENGTH - 1)
-       {
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP,
-              RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
-       return (0);
-       }
-
-    if (emlen < 2 * SHA_DIGEST_LENGTH + 1)
-       {
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP, RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
-       return (0);
-       }
-    
-    dbmask = OPENSSL_malloc(emlen - SHA_DIGEST_LENGTH);
-    if (dbmask == NULL)
-       {
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
-       return (0);
-       }
+    unsigned char *dbmask, seedmask[EVP_MAX_MD_SIZE];
+    int mdlen;
+
+    if (md == NULL)
+        md = EVP_sha1();
+    if (mgf1md == NULL)
+        mgf1md = md;
+
+    mdlen = EVP_MD_size(md);
+
+    if (flen > emlen - 2 * mdlen - 1) {
+        RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
+               RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
+        return 0;
+    }
+
+    if (emlen < 2 * mdlen + 1) {
+        RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
+               RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
+        return 0;
+    }
 
     to[0] = 0;
     seed = to + 1;
-    db = to + SHA_DIGEST_LENGTH + 1;
-
-    SHA1(param, plen, db);
-    memset(db + SHA_DIGEST_LENGTH, 0,
-          emlen - flen - 2 * SHA_DIGEST_LENGTH - 1);
-    db[emlen - flen - SHA_DIGEST_LENGTH - 1] = 0x01;
-    memcpy(db + emlen - flen - SHA_DIGEST_LENGTH, from, (unsigned int) flen);
-    if (RAND_bytes(seed, SHA_DIGEST_LENGTH) <= 0)
-       return (0);
+    db = to + mdlen + 1;
+
+    if (!EVP_Digest((void *)param, plen, db, NULL, md, NULL))
+        return 0;
+    memset(db + mdlen, 0, emlen - flen - 2 * mdlen - 1);
+    db[emlen - flen - mdlen - 1] = 0x01;
+    memcpy(db + emlen - flen - mdlen, from, (unsigned int)flen);
+    if (RAND_bytes(seed, mdlen) <= 0)
+        return 0;
 #ifdef PKCS_TESTVECT
     memcpy(seed,
-          "\xaa\xfd\x12\xf6\x59\xca\xe6\x34\x89\xb4\x79\xe5\x07\x6d\xde\xc2\xf0\x6c\xb5\x8f",
-          20);
+           "\xaa\xfd\x12\xf6\x59\xca\xe6\x34\x89\xb4\x79\xe5\x07\x6d\xde\xc2\xf0\x6c\xb5\x8f",
+           20);
 #endif
 
-    MGF1(dbmask, emlen - SHA_DIGEST_LENGTH, seed, SHA_DIGEST_LENGTH);
-    for (i = 0; i < emlen - SHA_DIGEST_LENGTH; i++)
-       db[i] ^= dbmask[i];
+    dbmask = OPENSSL_malloc(emlen - mdlen);
+    if (dbmask == NULL) {
+        RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
+        return 0;
+    }
+
+    if (PKCS1_MGF1(dbmask, emlen - mdlen, seed, mdlen, mgf1md) < 0)
+        goto err;
+    for (i = 0; i < emlen - mdlen; i++)
+        db[i] ^= dbmask[i];
 
-    MGF1(seedmask, SHA_DIGEST_LENGTH, db, emlen - SHA_DIGEST_LENGTH);
-    for (i = 0; i < SHA_DIGEST_LENGTH; i++)
-       seed[i] ^= seedmask[i];
+    if (PKCS1_MGF1(seedmask, mdlen, db, emlen - mdlen, mgf1md) < 0)
+        goto err;
+    for (i = 0; i < mdlen; i++)
+        seed[i] ^= seedmask[i];
 
     OPENSSL_free(dbmask);
-    return (1);
-    }
+    return 1;
+
+ err:
+    OPENSSL_free(dbmask);
+    return 0;
+}
 
 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
-       const unsigned char *from, int flen, int num,
-       const unsigned char *param, int plen)
-    {
-    int i, dblen, mlen = -1;
-    const unsigned char *maskeddb;
-    int lzero;
-    unsigned char *db, seed[SHA_DIGEST_LENGTH], phash[SHA_DIGEST_LENGTH];
-
-    if (--num < 2 * SHA_DIGEST_LENGTH + 1)
-       {
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP, RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
-       return (-1);
-       }
-
-    lzero = num - flen;
-    if (lzero < 0)
-       {
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP, RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
-       return (-1);
-       }
-    maskeddb = from - lzero + SHA_DIGEST_LENGTH;
-    
-    dblen = num - SHA_DIGEST_LENGTH;
+                                 const unsigned char *from, int flen, int num,
+                                 const unsigned char *param, int plen)
+{
+    return RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen, num,
+                                             param, plen, NULL, NULL);
+}
+
+int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
+                                      const unsigned char *from, int flen,
+                                      int num, const unsigned char *param,
+                                      int plen, const EVP_MD *md,
+                                      const EVP_MD *mgf1md)
+{
+    int i, dblen, mlen = -1, one_index = 0, msg_index;
+    unsigned int good, found_one_byte;
+    const unsigned char *maskedseed, *maskeddb;
+    /*
+     * |em| is the encoded message, zero-padded to exactly |num| bytes: em =
+     * Y || maskedSeed || maskedDB
+     */
+    unsigned char *db = NULL, *em = NULL, seed[EVP_MAX_MD_SIZE],
+        phash[EVP_MAX_MD_SIZE];
+    int mdlen;
+
+    if (md == NULL)
+        md = EVP_sha1();
+    if (mgf1md == NULL)
+        mgf1md = md;
+
+    mdlen = EVP_MD_size(md);
+
+    if (tlen <= 0 || flen <= 0)
+        return -1;
+    /*
+     * |num| is the length of the modulus; |flen| is the length of the
+     * encoded message. Therefore, for any |from| that was obtained by
+     * decrypting a ciphertext, we must have |flen| <= |num|. Similarly,
+     * num < 2 * mdlen + 2 must hold for the modulus irrespective of
+     * the ciphertext, see PKCS #1 v2.2, section 7.1.2.
+     * This does not leak any side-channel information.
+     */
+    if (num < flen || num < 2 * mdlen + 2)
+        goto decoding_err;
+
+    dblen = num - mdlen - 1;
     db = OPENSSL_malloc(dblen);
-    if (db == NULL)
-       {
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
-       return (-1);
-       }
-
-    MGF1(seed, SHA_DIGEST_LENGTH, maskeddb, dblen);
-    for (i = lzero; i < SHA_DIGEST_LENGTH; i++)
-       seed[i] ^= from[i - lzero];
-  
-    MGF1(db, dblen, seed, SHA_DIGEST_LENGTH);
+    em = OPENSSL_malloc(num);
+    if (db == NULL || em == NULL) {
+        RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
+        goto cleanup;
+    }
+
+    /*
+     * Always do this zero-padding copy (even when num == flen) to avoid
+     * leaking that information. The copy still leaks some side-channel
+     * information, but it's impossible to have a fixed  memory access
+     * pattern since we can't read out of the bounds of |from|.
+     *
+     * TODO(emilia): Consider porting BN_bn2bin_padded from BoringSSL.
+     */
+    memset(em, 0, num);
+    memcpy(em + num - flen, from, flen);
+
+    /*
+     * The first byte must be zero, however we must not leak if this is
+     * true. See James H. Manger, "A Chosen Ciphertext  Attack on RSA
+     * Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) [...]", CRYPTO 2001).
+     */
+    good = constant_time_is_zero(em[0]);
+
+    maskedseed = em + 1;
+    maskeddb = em + 1 + mdlen;
+
+    if (PKCS1_MGF1(seed, mdlen, maskeddb, dblen, mgf1md))
+        goto cleanup;
+    for (i = 0; i < mdlen; i++)
+        seed[i] ^= maskedseed[i];
+
+    if (PKCS1_MGF1(db, dblen, seed, mdlen, mgf1md))
+        goto cleanup;
     for (i = 0; i < dblen; i++)
-       db[i] ^= maskeddb[i];
-
-    SHA1(param, plen, phash);
-
-    if (memcmp(db, phash, SHA_DIGEST_LENGTH) != 0)
-       RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP, RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
-    else
-       {
-       for (i = SHA_DIGEST_LENGTH; i < dblen; i++)
-           if (db[i] != 0x00)
-               break;
-       if (db[i] != 0x01 || i++ >= dblen)
-           RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP,
-                  RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
-       else
-           {
-           mlen = dblen - i;
-           if (tlen < mlen)
-               {
-               RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP, RSA_R_DATA_TOO_LARGE);
-               mlen = -1;
-               }
-           else
-               memcpy(to, db + i, mlen);
-           }
-       }
-    OPENSSL_free(db);
-    return (mlen);
+        db[i] ^= maskeddb[i];
+
+    if (!EVP_Digest((void *)param, plen, phash, NULL, md, NULL))
+        goto cleanup;
+
+    good &= constant_time_is_zero(CRYPTO_memcmp(db, phash, mdlen));
+
+    found_one_byte = 0;
+    for (i = mdlen; i < dblen; i++) {
+        /*
+         * Padding consists of a number of 0-bytes, followed by a 1.
+         */
+        unsigned int equals1 = constant_time_eq(db[i], 1);
+        unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(db[i]);
+        one_index = constant_time_select_int(~found_one_byte & equals1,
+                                             i, one_index);
+        found_one_byte |= equals1;
+        good &= (found_one_byte | equals0);
+    }
+
+    good &= found_one_byte;
+
+    /*
+     * At this point |good| is zero unless the plaintext was valid,
+     * so plaintext-awareness ensures timing side-channels are no longer a
+     * concern.
+     */
+    if (!good)
+        goto decoding_err;
+
+    msg_index = one_index + 1;
+    mlen = dblen - msg_index;
+
+    if (tlen < mlen) {
+        RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, RSA_R_DATA_TOO_LARGE);
+        mlen = -1;
+    } else {
+        memcpy(to, db + msg_index, mlen);
+        goto cleanup;
     }
 
-int MGF1(unsigned char *mask, long len,
-       const unsigned char *seed, long seedlen)
-    {
+ decoding_err:
+    /*
+     * To avoid chosen ciphertext attacks, the error message should not
+     * reveal which kind of decoding error happened.
+     */
+    RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1,
+           RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
+ cleanup:
+    OPENSSL_free(db);
+    OPENSSL_free(em);
+    return mlen;
+}
+
+int PKCS1_MGF1(unsigned char *mask, long len,
+               const unsigned char *seed, long seedlen, const EVP_MD *dgst)
+{
     long i, outlen = 0;
     unsigned char cnt[4];
-    SHA_CTX c;
-    unsigned char md[SHA_DIGEST_LENGTH];
-
-    for (i = 0; outlen < len; i++)
-       {
-       cnt[0] = (i >> 24) & 255, cnt[1] = (i >> 16) & 255,
-         cnt[2] = (i >> 8) & 255, cnt[3] = i & 255;
-       SHA1_Init(&c);
-       SHA1_Update(&c, seed, seedlen);
-       SHA1_Update(&c, cnt, 4);
-       if (outlen + SHA_DIGEST_LENGTH <= len)
-           {
-           SHA1_Final(mask + outlen, &c);
-           outlen += SHA_DIGEST_LENGTH;
-           }
-       else
-           {
-           SHA1_Final(md, &c);
-           memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
-           outlen = len;
-           }
-       }
-    return (0);
+    EVP_MD_CTX *c = EVP_MD_CTX_new();
+    unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
+    int mdlen;
+    int rv = -1;
+
+    if (c == NULL)
+        goto err;
+    mdlen = EVP_MD_size(dgst);
+    if (mdlen < 0)
+        goto err;
+    for (i = 0; outlen < len; i++) {
+        cnt[0] = (unsigned char)((i >> 24) & 255);
+        cnt[1] = (unsigned char)((i >> 16) & 255);
+        cnt[2] = (unsigned char)((i >> 8)) & 255;
+        cnt[3] = (unsigned char)(i & 255);
+        if (!EVP_DigestInit_ex(c, dgst, NULL)
+            || !EVP_DigestUpdate(c, seed, seedlen)
+            || !EVP_DigestUpdate(c, cnt, 4))
+            goto err;
+        if (outlen + mdlen <= len) {
+            if (!EVP_DigestFinal_ex(c, mask + outlen, NULL))
+                goto err;
+            outlen += mdlen;
+        } else {
+            if (!EVP_DigestFinal_ex(c, md, NULL))
+                goto err;
+            memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
+            outlen = len;
+        }
     }
-#endif
+    rv = 0;
+ err:
+    EVP_MD_CTX_free(c);
+    return rv;
+}