crypto/dsa/dsa_gen.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 /*
  11  * Parameter generation follows the updated Appendix 2.2 for FIPS PUB 186,
  12  * also Appendix 2.2 of FIPS PUB 186-1 (i.e. use SHA as defined in FIPS PUB
  13  * 180-1)
  14  */
  15 #define xxxHASH    EVP_sha1()
  16
  17 #include <openssl/opensslconf.h>
  18 #include <stdio.h>
  19 #include "internal/cryptlib.h"
  20 #include <openssl/evp.h>
  21 #include <openssl/bn.h>
  22 #include <openssl/rand.h>
  23 #include <openssl/sha.h>
  24 #include "dsa_locl.h"
  25
  26 int DSA_generate_parameters_ex(DSA *ret, int bits,
  27                                const unsigned char *seed_in, int seed_len,
  28                                int *counter_ret, unsigned long *h_ret,
  29                                BN_GENCB *cb)
  30 {
  31     if (ret->meth->dsa_paramgen)
  32         return ret->meth->dsa_paramgen(ret, bits, seed_in, seed_len,
  33                                        counter_ret, h_ret, cb);
  34     else {
  35         const EVP_MD *evpmd = bits >= 2048 ? EVP_sha256() : EVP_sha1();
  36         size_t qbits = EVP_MD_size(evpmd) * 8;
  37
  38         return dsa_builtin_paramgen(ret, bits, qbits, evpmd,
  39                                     seed_in, seed_len, NULL, counter_ret,
  40                                     h_ret, cb);
  41     }
  42 }
  43
  44 int dsa_builtin_paramgen(DSA *ret, size_t bits, size_t qbits,
  45                          const EVP_MD *evpmd, const unsigned char *seed_in,
  46                          size_t seed_len, unsigned char *seed_out,
  47                          int *counter_ret, unsigned long *h_ret, BN_GENCB *cb)
  48 {
  49     int ok = 0;
  50     unsigned char seed[SHA256_DIGEST_LENGTH];
  51     unsigned char md[SHA256_DIGEST_LENGTH];
  52     unsigned char buf[SHA256_DIGEST_LENGTH], buf2[SHA256_DIGEST_LENGTH];
  53     BIGNUM *r0, *W, *X, *c, *test;
  54     BIGNUM *g = NULL, *q = NULL, *p = NULL;
  55     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
  56     int i, k, n = 0, m = 0, qsize = qbits >> 3;
  57     int counter = 0;
  58     int r = 0;
  59     BN_CTX *ctx = NULL;
  60     unsigned int h = 2;
  61
  62     if (qsize != SHA_DIGEST_LENGTH && qsize != SHA224_DIGEST_LENGTH &&
  63         qsize != SHA256_DIGEST_LENGTH)
  64         /* invalid q size */
  65         return 0;
  66
  67     if (evpmd == NULL)
  68         /* use SHA1 as default */
  69         evpmd = EVP_sha1();
  70
  71     if (bits < 512)
  72         bits = 512;
  73
  74     bits = (bits + 63) / 64 * 64;
  75
  76     if (seed_in != NULL) {
  77         if (seed_len < (size_t)qsize) {
  78             DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN, DSA_R_SEED_LEN_SMALL);
  79             return 0;
  80         }
  81         if (seed_len > (size_t)qsize) {
  82             /* Only consume as much seed as is expected. */
  83             seed_len = qsize;
  84         }
  85         memcpy(seed, seed_in, seed_len);
  86     }
  87
  88     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
  89         goto err;
  90
  91     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
  92         goto err;
  93
  94     BN_CTX_start(ctx);
  95
  96     r0 = BN_CTX_get(ctx);
  97     g = BN_CTX_get(ctx);
  98     W = BN_CTX_get(ctx);
  99     q = BN_CTX_get(ctx);
 100     X = BN_CTX_get(ctx);
 101     c = BN_CTX_get(ctx);
 102     p = BN_CTX_get(ctx);
 103     test = BN_CTX_get(ctx);
 104
 105     if (test == NULL)
 106         goto err;
 107
 108     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), bits - 1))
 109         goto err;
 110
 111     for (;;) {
 112         for (;;) {              /* find q */
 113             int use_random_seed = (seed_in == NULL);
 114
 115             /* step 1 */
 116             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
 117                 goto err;
 118
 119             if (use_random_seed) {
 120                 if (RAND_bytes(seed, qsize) <= 0)
 121                     goto err;
 122             } else {
 123                 /* If we come back through, use random seed next time. */
 124                 seed_in = NULL;
 125             }
 126             memcpy(buf, seed, qsize);
 127             memcpy(buf2, seed, qsize);
 128             /* precompute "SEED + 1" for step 7: */
 129             for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
 130                 buf[i]++;
 131                 if (buf[i] != 0)
 132                     break;
 133             }
 134
 135             /* step 2 */
 136             if (!EVP_Digest(seed, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
 137                 goto err;
 138             if (!EVP_Digest(buf, qsize, buf2, NULL, evpmd, NULL))
 139                 goto err;
 140             for (i = 0; i < qsize; i++)
 141                 md[i] ^= buf2[i];
 142
 143             /* step 3 */
 144             md[0] |= 0x80;
 145             md[qsize - 1] |= 0x01;
 146             if (!BN_bin2bn(md, qsize, q))
 147                 goto err;
 148
 149             /* step 4 */
 150             r = BN_is_prime_fasttest_ex(q, DSS_prime_checks, ctx,
 151                                         use_random_seed, cb);
 152             if (r > 0)
 153                 break;
 154             if (r != 0)
 155                 goto err;
 156
 157             /* do a callback call */
 158             /* step 5 */
 159         }
 160
 161         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
 162             goto err;
 163         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
 164             goto err;
 165
 166         /* step 6 */
 167         counter = 0;
 168         /* "offset = 2" */
 169
 170         n = (bits - 1) / 160;
 171
 172         for (;;) {
 173             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
 174                 goto err;
 175
 176             /* step 7 */
 177             BN_zero(W);
 178             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
 179             for (k = 0; k <= n; k++) {
 180                 /*
 181                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
 182                  */
 183                 for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
 184                     buf[i]++;
 185                     if (buf[i] != 0)
 186                         break;
 187                 }
 188
 189                 if (!EVP_Digest(buf, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
 190                     goto err;
 191
 192                 /* step 8 */
 193                 if (!BN_bin2bn(md, qsize, r0))
 194                     goto err;
 195                 if (!BN_lshift(r0, r0, (qsize << 3) * k))
 196                     goto err;
 197                 if (!BN_add(W, W, r0))
 198                     goto err;
 199             }
 200
 201             /* more of step 8 */
 202             if (!BN_mask_bits(W, bits - 1))
 203                 goto err;
 204             if (!BN_copy(X, W))
 205                 goto err;
 206             if (!BN_add(X, X, test))
 207                 goto err;
 208
 209             /* step 9 */
 210             if (!BN_lshift1(r0, q))
 211                 goto err;
 212             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
 213                 goto err;
 214             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
 215                 goto err;
 216             if (!BN_sub(p, X, r0))
 217                 goto err;
 218
 219             /* step 10 */
 220             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
 221                 /* step 11 */
 222                 r = BN_is_prime_fasttest_ex(p, DSS_prime_checks, ctx, 1, cb);
 223                 if (r > 0)
 224                     goto end;   /* found it */
 225                 if (r != 0)
 226                     goto err;
 227             }
 228
 229             /* step 13 */
 230             counter++;
 231             /* "offset = offset + n + 1" */
 232
 233             /* step 14 */
 234             if (counter >= 4096)
 235                 break;
 236         }
 237     }
 238  end:
 239     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
 240         goto err;
 241
 242     /* We now need to generate g */
 243     /* Set r0=(p-1)/q */
 244     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
 245         goto err;
 246     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
 247         goto err;
 248
 249     if (!BN_set_word(test, h))
 250         goto err;
 251     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
 252         goto err;
 253
 254     for (;;) {
 255         /* g=test^r0%p */
 256         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
 257             goto err;
 258         if (!BN_is_one(g))
 259             break;
 260         if (!BN_add(test, test, BN_value_one()))
 261             goto err;
 262         h++;
 263     }
 264
 265     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
 266         goto err;
 267
 268     ok = 1;
 269  err:
 270     if (ok) {
 271         BN_free(ret->p);
 272         BN_free(ret->q);
 273         BN_free(ret->g);
 274         ret->p = BN_dup(p);
 275         ret->q = BN_dup(q);
 276         ret->g = BN_dup(g);
 277         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
 278             ok = 0;
 279             goto err;
 280         }
 281         if (counter_ret != NULL)
 282             *counter_ret = counter;
 283         if (h_ret != NULL)
 284             *h_ret = h;
 285         if (seed_out)
 286             memcpy(seed_out, seed, qsize);
 287     }
 288     if (ctx)
 289         BN_CTX_end(ctx);
 290     BN_CTX_free(ctx);
 291     BN_MONT_CTX_free(mont);
 292     return ok;
 293 }
 294
 295 /*
 296  * This is a parameter generation algorithm for the DSA2 algorithm as
 297  * described in FIPS 186-3.
 298  */
 299
 300 int dsa_builtin_paramgen2(DSA *ret, size_t L, size_t N,
 301                           const EVP_MD *evpmd, const unsigned char *seed_in,
 302                           size_t seed_len, int idx, unsigned char *seed_out,
 303                           int *counter_ret, unsigned long *h_ret,
 304                           BN_GENCB *cb)
 305 {
 306     int ok = -1;
 307     unsigned char *seed = NULL, *seed_tmp = NULL;
 308     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 309     int mdsize;
 310     BIGNUM *r0, *W, *X, *c, *test;
 311     BIGNUM *g = NULL, *q = NULL, *p = NULL;
 312     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 313     int i, k, n = 0, m = 0, qsize = N >> 3;
 314     int counter = 0;
 315     int r = 0;
 316     BN_CTX *ctx = NULL;
 317     EVP_MD_CTX *mctx = EVP_MD_CTX_new();
 318     unsigned int h = 2;
 319
 320     if (mctx == NULL)
 321         goto err;
 322
 323     if (evpmd == NULL) {
 324         if (N == 160)
 325             evpmd = EVP_sha1();
 326         else if (N == 224)
 327             evpmd = EVP_sha224();
 328         else
 329             evpmd = EVP_sha256();
 330     }
 331
 332     mdsize = EVP_MD_size(evpmd);
 333     /* If unverifiable g generation only don't need seed */
 334     if (!ret->p || !ret->q || idx >= 0) {
 335         if (seed_len == 0)
 336             seed_len = mdsize;
 337
 338         seed = OPENSSL_malloc(seed_len);
 339
 340         if (seed_out)
 341             seed_tmp = seed_out;
 342         else
 343             seed_tmp = OPENSSL_malloc(seed_len);
 344
 345         if (seed == NULL || seed_tmp == NULL)
 346             goto err;
 347
 348         if (seed_in)
 349             memcpy(seed, seed_in, seed_len);
 350
 351     }
 352
 353     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 354         goto err;
 355
 356     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 357         goto err;
 358
 359     BN_CTX_start(ctx);
 360     r0 = BN_CTX_get(ctx);
 361     g = BN_CTX_get(ctx);
 362     W = BN_CTX_get(ctx);
 363     X = BN_CTX_get(ctx);
 364     c = BN_CTX_get(ctx);
 365     test = BN_CTX_get(ctx);
 366     if (test == NULL)
 367         goto err;
 368
 369     /* if p, q already supplied generate g only */
 370     if (ret->p && ret->q) {
 371         p = ret->p;
 372         q = ret->q;
 373         if (idx >= 0)
 374             memcpy(seed_tmp, seed, seed_len);
 375         goto g_only;
 376     } else {
 377         p = BN_CTX_get(ctx);
 378         q = BN_CTX_get(ctx);
 379     }
 380
 381     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), L - 1))
 382         goto err;
 383     for (;;) {
 384         for (;;) {              /* find q */
 385             unsigned char *pmd;
 386             /* step 1 */
 387             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
 388                 goto err;
 389
 390             if (!seed_in) {
 391                 if (RAND_bytes(seed, seed_len) <= 0)
 392                     goto err;
 393             }
 394             /* step 2 */
 395             if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
 396                 goto err;
 397             /* Take least significant bits of md */
 398             if (mdsize > qsize)
 399                 pmd = md + mdsize - qsize;
 400             else
 401                 pmd = md;
 402
 403             if (mdsize < qsize)
 404                 memset(md + mdsize, 0, qsize - mdsize);
 405
 406             /* step 3 */
 407             pmd[0] |= 0x80;
 408             pmd[qsize - 1] |= 0x01;
 409             if (!BN_bin2bn(pmd, qsize, q))
 410                 goto err;
 411
 412             /* step 4 */
 413             r = BN_is_prime_fasttest_ex(q, DSS_prime_checks, ctx,
 414                                         seed_in ? 1 : 0, cb);
 415             if (r > 0)
 416                 break;
 417             if (r != 0)
 418                 goto err;
 419             /* Provided seed didn't produce a prime: error */
 420             if (seed_in) {
 421                 ok = 0;
 422                 DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_Q_NOT_PRIME);
 423                 goto err;
 424             }
 425
 426             /* do a callback call */
 427             /* step 5 */
 428         }
 429         /* Copy seed to seed_out before we mess with it */
 430         if (seed_out)
 431             memcpy(seed_out, seed, seed_len);
 432
 433         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
 434             goto err;
 435         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
 436             goto err;
 437
 438         /* step 6 */
 439         counter = 0;
 440         /* "offset = 1" */
 441
 442         n = (L - 1) / (mdsize << 3);
 443
 444         for (;;) {
 445             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
 446                 goto err;
 447
 448             /* step 7 */
 449             BN_zero(W);
 450             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
 451             for (k = 0; k <= n; k++) {
 452                 /*
 453                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
 454                  */
 455                 for (i = seed_len - 1; i >= 0; i--) {
 456                     seed[i]++;
 457                     if (seed[i] != 0)
 458                         break;
 459                 }
 460
 461                 if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
 462                     goto err;
 463
 464                 /* step 8 */
 465                 if (!BN_bin2bn(md, mdsize, r0))
 466                     goto err;
 467                 if (!BN_lshift(r0, r0, (mdsize << 3) * k))
 468                     goto err;
 469                 if (!BN_add(W, W, r0))
 470                     goto err;
 471             }
 472
 473             /* more of step 8 */
 474             if (!BN_mask_bits(W, L - 1))
 475                 goto err;
 476             if (!BN_copy(X, W))
 477                 goto err;
 478             if (!BN_add(X, X, test))
 479                 goto err;
 480
 481             /* step 9 */
 482             if (!BN_lshift1(r0, q))
 483                 goto err;
 484             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
 485                 goto err;
 486             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
 487                 goto err;
 488             if (!BN_sub(p, X, r0))
 489                 goto err;
 490
 491             /* step 10 */
 492             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
 493                 /* step 11 */
 494                 r = BN_is_prime_fasttest_ex(p, DSS_prime_checks, ctx, 1, cb);
 495                 if (r > 0)
 496                     goto end;   /* found it */
 497                 if (r != 0)
 498                     goto err;
 499             }
 500
 501             /* step 13 */
 502             counter++;
 503             /* "offset = offset + n + 1" */
 504
 505             /* step 14 */
 506             if (counter >= (int)(4 * L))
 507                 break;
 508         }
 509         if (seed_in) {
 510             ok = 0;
 511             DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
 512             goto err;
 513         }
 514     }
 515  end:
 516     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
 517         goto err;
 518
 519  g_only:
 520
 521     /* We now need to generate g */
 522     /* Set r0=(p-1)/q */
 523     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
 524         goto err;
 525     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
 526         goto err;
 527
 528     if (idx < 0) {
 529         if (!BN_set_word(test, h))
 530             goto err;
 531     } else
 532         h = 1;
 533     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
 534         goto err;
 535
 536     for (;;) {
 537         static const unsigned char ggen[4] = { 0x67, 0x67, 0x65, 0x6e };
 538         if (idx >= 0) {
 539             md[0] = idx & 0xff;
 540             md[1] = (h >> 8) & 0xff;
 541             md[2] = h & 0xff;
 542             if (!EVP_DigestInit_ex(mctx, evpmd, NULL))
 543                 goto err;
 544             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, seed_tmp, seed_len))
 545                 goto err;
 546             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, ggen, sizeof(ggen)))
 547                 goto err;
 548             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, md, 3))
 549                 goto err;
 550             if (!EVP_DigestFinal_ex(mctx, md, NULL))
 551                 goto err;
 552             if (!BN_bin2bn(md, mdsize, test))
 553                 goto err;
 554         }
 555         /* g=test^r0%p */
 556         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
 557             goto err;
 558         if (!BN_is_one(g))
 559             break;
 560         if (idx < 0 && !BN_add(test, test, BN_value_one()))
 561             goto err;
 562         h++;
 563         if (idx >= 0 && h > 0xffff)
 564             goto err;
 565     }
 566
 567     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
 568         goto err;
 569
 570     ok = 1;
 571  err:
 572     if (ok == 1) {
 573         if (p != ret->p) {
 574             BN_free(ret->p);
 575             ret->p = BN_dup(p);
 576         }
 577         if (q != ret->q) {
 578             BN_free(ret->q);
 579             ret->q = BN_dup(q);
 580         }
 581         BN_free(ret->g);
 582         ret->g = BN_dup(g);
 583         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
 584             ok = -1;
 585             goto err;
 586         }
 587         if (counter_ret != NULL)
 588             *counter_ret = counter;
 589         if (h_ret != NULL)
 590             *h_ret = h;
 591     }
 592     OPENSSL_free(seed);
 593     if (seed_out != seed_tmp)
 594         OPENSSL_free(seed_tmp);
 595     if (ctx)
 596         BN_CTX_end(ctx);
 597     BN_CTX_free(ctx);
 598     BN_MONT_CTX_free(mont);
 599     EVP_MD_CTX_free(mctx);
 600     return ok;
 601 }