crypto/bn/bn_rand.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2016 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 #include <stdio.h>
  11 #include <time.h>
  12 #include "internal/cryptlib.h"
  13 #include "bn_lcl.h"
  14 #include <openssl/rand.h>
  15 #include <openssl/sha.h>
  16
  17 static int bnrand(int pseudorand, BIGNUM *rnd, int bits, int top, int bottom)
  18 {
  19     unsigned char *buf = NULL;
  20     int ret = 0, bit, bytes, mask;
  21     time_t tim;
  22
  23     if (bits < 0 || (bits == 1 && top > 0)) {
  24         BNerr(BN_F_BNRAND, BN_R_BITS_TOO_SMALL);
  25         return 0;
  26     }
  27
  28     if (bits == 0) {
  29         BN_zero(rnd);
  30         return 1;
  31     }
  32
  33     bytes = (bits + 7) / 8;
  34     bit = (bits - 1) % 8;
  35     mask = 0xff << (bit + 1);
  36
  37     buf = OPENSSL_malloc(bytes);
  38     if (buf == NULL) {
  39         BNerr(BN_F_BNRAND, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  40         goto err;
  41     }
  42
  43     /* make a random number and set the top and bottom bits */
  44     time(&tim);
  45     RAND_add(&tim, sizeof(tim), 0.0);
  46
  47     if (RAND_bytes(buf, bytes) <= 0)
  48         goto err;
  49
  50     if (pseudorand == 2) {
  51         /*
  52          * generate patterns that are more likely to trigger BN library bugs
  53          */
  54         int i;
  55         unsigned char c;
  56
  57         for (i = 0; i < bytes; i++) {
  58             if (RAND_bytes(&c, 1) <= 0)
  59                 goto err;
  60             if (c >= 128 && i > 0)
  61                 buf[i] = buf[i - 1];
  62             else if (c < 42)
  63                 buf[i] = 0;
  64             else if (c < 84)
  65                 buf[i] = 255;
  66         }
  67     }
  68
  69     if (top >= 0) {
  70         if (top) {
  71             if (bit == 0) {
  72                 buf[0] = 1;
  73                 buf[1] |= 0x80;
  74             } else {
  75                 buf[0] |= (3 << (bit - 1));
  76             }
  77         } else {
  78             buf[0] |= (1 << bit);
  79         }
  80     }
  81     buf[0] &= ~mask;
  82     if (bottom)                 /* set bottom bit if requested */
  83         buf[bytes - 1] |= 1;
  84     if (!BN_bin2bn(buf, bytes, rnd))
  85         goto err;
  86     ret = 1;
  87  err:
  88     OPENSSL_clear_free(buf, bytes);
  89     bn_check_top(rnd);
  90     return (ret);
  91 }
  92
  93 int BN_rand(BIGNUM *rnd, int bits, int top, int bottom)
  94 {
  95     return bnrand(0, rnd, bits, top, bottom);
  96 }
  97
  98 int BN_pseudo_rand(BIGNUM *rnd, int bits, int top, int bottom)
  99 {
 100     return bnrand(1, rnd, bits, top, bottom);
 101 }
 102
 103 int BN_bntest_rand(BIGNUM *rnd, int bits, int top, int bottom)
 104 {
 105     return bnrand(2, rnd, bits, top, bottom);
 106 }
 107
 108 /* random number r:  0 <= r < range */
 109 static int bn_rand_range(int pseudo, BIGNUM *r, const BIGNUM *range)
 110 {
 111     int (*bn_rand) (BIGNUM *, int, int, int) =
 112         pseudo ? BN_pseudo_rand : BN_rand;
 113     int n;
 114     int count = 100;
 115
 116     if (range->neg || BN_is_zero(range)) {
 117         BNerr(BN_F_BN_RAND_RANGE, BN_R_INVALID_RANGE);
 118         return 0;
 119     }
 120
 121     n = BN_num_bits(range);     /* n > 0 */
 122
 123     /* BN_is_bit_set(range, n - 1) always holds */
 124
 125     if (n == 1)
 126         BN_zero(r);
 127     else if (!BN_is_bit_set(range, n - 2) && !BN_is_bit_set(range, n - 3)) {
 128         /*
 129          * range = 100..._2, so 3*range (= 11..._2) is exactly one bit longer
 130          * than range
 131          */
 132         do {
 133             if (!bn_rand(r, n + 1, -1, 0))
 134                 return 0;
 135             /*
 136              * If r < 3*range, use r := r MOD range (which is either r, r -
 137              * range, or r - 2*range). Otherwise, iterate once more. Since
 138              * 3*range = 11..._2, each iteration succeeds with probability >=
 139              * .75.
 140              */
 141             if (BN_cmp(r, range) >= 0) {
 142                 if (!BN_sub(r, r, range))
 143                     return 0;
 144                 if (BN_cmp(r, range) >= 0)
 145                     if (!BN_sub(r, r, range))
 146                         return 0;
 147             }
 148
 149             if (!--count) {
 150                 BNerr(BN_F_BN_RAND_RANGE, BN_R_TOO_MANY_ITERATIONS);
 151                 return 0;
 152             }
 153
 154         }
 155         while (BN_cmp(r, range) >= 0);
 156     } else {
 157         do {
 158             /* range = 11..._2  or  range = 101..._2 */
 159             if (!bn_rand(r, n, -1, 0))
 160                 return 0;
 161
 162             if (!--count) {
 163                 BNerr(BN_F_BN_RAND_RANGE, BN_R_TOO_MANY_ITERATIONS);
 164                 return 0;
 165             }
 166         }
 167         while (BN_cmp(r, range) >= 0);
 168     }
 169
 170     bn_check_top(r);
 171     return 1;
 172 }
 173
 174 int BN_rand_range(BIGNUM *r, const BIGNUM *range)
 175 {
 176     return bn_rand_range(0, r, range);
 177 }
 178
 179 int BN_pseudo_rand_range(BIGNUM *r, const BIGNUM *range)
 180 {
 181     return bn_rand_range(1, r, range);
 182 }
 183
 184 /*
 185  * BN_generate_dsa_nonce generates a random number 0 <= out < range. Unlike
 186  * BN_rand_range, it also includes the contents of |priv| and |message| in
 187  * the generation so that an RNG failure isn't fatal as long as |priv|
 188  * remains secret. This is intended for use in DSA and ECDSA where an RNG
 189  * weakness leads directly to private key exposure unless this function is
 190  * used.
 191  */
 192 int BN_generate_dsa_nonce(BIGNUM *out, const BIGNUM *range,
 193                           const BIGNUM *priv, const unsigned char *message,
 194                           size_t message_len, BN_CTX *ctx)
 195 {
 196     SHA512_CTX sha;
 197     /*
 198      * We use 512 bits of random data per iteration to ensure that we have at
 199      * least |range| bits of randomness.
 200      */
 201     unsigned char random_bytes[64];
 202     unsigned char digest[SHA512_DIGEST_LENGTH];
 203     unsigned done, todo;
 204     /* We generate |range|+8 bytes of random output. */
 205     const unsigned num_k_bytes = BN_num_bytes(range) + 8;
 206     unsigned char private_bytes[96];
 207     unsigned char *k_bytes;
 208     int ret = 0;
 209
 210     k_bytes = OPENSSL_malloc(num_k_bytes);
 211     if (k_bytes == NULL)
 212         goto err;
 213
 214     /* We copy |priv| into a local buffer to avoid exposing its length. */
 215     todo = sizeof(priv->d[0]) * priv->top;
 216     if (todo > sizeof(private_bytes)) {
 217         /*
 218          * No reasonable DSA or ECDSA key should have a private key this
 219          * large and we don't handle this case in order to avoid leaking the
 220          * length of the private key.
 221          */
 222         BNerr(BN_F_BN_GENERATE_DSA_NONCE, BN_R_PRIVATE_KEY_TOO_LARGE);
 223         goto err;
 224     }
 225     memcpy(private_bytes, priv->d, todo);
 226     memset(private_bytes + todo, 0, sizeof(private_bytes) - todo);
 227
 228     for (done = 0; done < num_k_bytes;) {
 229         if (RAND_bytes(random_bytes, sizeof(random_bytes)) != 1)
 230             goto err;
 231         SHA512_Init(&sha);
 232         SHA512_Update(&sha, &done, sizeof(done));
 233         SHA512_Update(&sha, private_bytes, sizeof(private_bytes));
 234         SHA512_Update(&sha, message, message_len);
 235         SHA512_Update(&sha, random_bytes, sizeof(random_bytes));
 236         SHA512_Final(digest, &sha);
 237
 238         todo = num_k_bytes - done;
 239         if (todo > SHA512_DIGEST_LENGTH)
 240             todo = SHA512_DIGEST_LENGTH;
 241         memcpy(k_bytes + done, digest, todo);
 242         done += todo;
 243     }
 244
 245     if (!BN_bin2bn(k_bytes, num_k_bytes, out))
 246         goto err;
 247     if (BN_mod(out, out, range, ctx) != 1)
 248         goto err;
 249     ret = 1;
 250
 251  err:
 252     OPENSSL_free(k_bytes);
 253     return ret;
 254 }