crypto/dsa/dsa_gen.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2018 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         if (qsize == SHA_DIGEST_LENGTH)
  69             evpmd = EVP_sha1();
  70         else if (qsize == SHA224_DIGEST_LENGTH)
  71             evpmd = EVP_sha224();
  72         else
  73             evpmd = EVP_sha256();
  74     } else {
  75         qsize = EVP_MD_size(evpmd);
  76     }
  77
  78     if (bits < 512)
  79         bits = 512;
  80
  81     bits = (bits + 63) / 64 * 64;
  82
  83     if (seed_in != NULL) {
  84         if (seed_len < (size_t)qsize) {
  85             DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN, DSA_R_SEED_LEN_SMALL);
  86             return 0;
  87         }
  88         if (seed_len > (size_t)qsize) {
  89             /* Only consume as much seed as is expected. */
  90             seed_len = qsize;
  91         }
  92         memcpy(seed, seed_in, seed_len);
  93     }
  94
  95     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
  96         goto err;
  97
  98     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
  99         goto err;
 100
 101     BN_CTX_start(ctx);
 102
 103     r0 = BN_CTX_get(ctx);
 104     g = BN_CTX_get(ctx);
 105     W = BN_CTX_get(ctx);
 106     q = BN_CTX_get(ctx);
 107     X = BN_CTX_get(ctx);
 108     c = BN_CTX_get(ctx);
 109     p = BN_CTX_get(ctx);
 110     test = BN_CTX_get(ctx);
 111
 112     if (test == NULL)
 113         goto err;
 114
 115     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), bits - 1))
 116         goto err;
 117
 118     for (;;) {
 119         for (;;) {              /* find q */
 120             int use_random_seed = (seed_in == NULL);
 121
 122             /* step 1 */
 123             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
 124                 goto err;
 125
 126             if (use_random_seed) {
 127                 if (RAND_bytes(seed, qsize) <= 0)
 128                     goto err;
 129             } else {
 130                 /* If we come back through, use random seed next time. */
 131                 seed_in = NULL;
 132             }
 133             memcpy(buf, seed, qsize);
 134             memcpy(buf2, seed, qsize);
 135             /* precompute "SEED + 1" for step 7: */
 136             for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
 137                 buf[i]++;
 138                 if (buf[i] != 0)
 139                     break;
 140             }
 141
 142             /* step 2 */
 143             if (!EVP_Digest(seed, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
 144                 goto err;
 145             if (!EVP_Digest(buf, qsize, buf2, NULL, evpmd, NULL))
 146                 goto err;
 147             for (i = 0; i < qsize; i++)
 148                 md[i] ^= buf2[i];
 149
 150             /* step 3 */
 151             md[0] |= 0x80;
 152             md[qsize - 1] |= 0x01;
 153             if (!BN_bin2bn(md, qsize, q))
 154                 goto err;
 155
 156             /* step 4 */
 157             r = BN_is_prime_fasttest_ex(q, DSS_prime_checks, ctx,
 158                                         use_random_seed, cb);
 159             if (r > 0)
 160                 break;
 161             if (r != 0)
 162                 goto err;
 163
 164             /* do a callback call */
 165             /* step 5 */
 166         }
 167
 168         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
 169             goto err;
 170         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
 171             goto err;
 172
 173         /* step 6 */
 174         counter = 0;
 175         /* "offset = 2" */
 176
 177         n = (bits - 1) / 160;
 178
 179         for (;;) {
 180             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
 181                 goto err;
 182
 183             /* step 7 */
 184             BN_zero(W);
 185             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
 186             for (k = 0; k <= n; k++) {
 187                 /*
 188                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
 189                  */
 190                 for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
 191                     buf[i]++;
 192                     if (buf[i] != 0)
 193                         break;
 194                 }
 195
 196                 if (!EVP_Digest(buf, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
 197                     goto err;
 198
 199                 /* step 8 */
 200                 if (!BN_bin2bn(md, qsize, r0))
 201                     goto err;
 202                 if (!BN_lshift(r0, r0, (qsize << 3) * k))
 203                     goto err;
 204                 if (!BN_add(W, W, r0))
 205                     goto err;
 206             }
 207
 208             /* more of step 8 */
 209             if (!BN_mask_bits(W, bits - 1))
 210                 goto err;
 211             if (!BN_copy(X, W))
 212                 goto err;
 213             if (!BN_add(X, X, test))
 214                 goto err;
 215
 216             /* step 9 */
 217             if (!BN_lshift1(r0, q))
 218                 goto err;
 219             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
 220                 goto err;
 221             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
 222                 goto err;
 223             if (!BN_sub(p, X, r0))
 224                 goto err;
 225
 226             /* step 10 */
 227             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
 228                 /* step 11 */
 229                 r = BN_is_prime_fasttest_ex(p, DSS_prime_checks, ctx, 1, cb);
 230                 if (r > 0)
 231                     goto end;   /* found it */
 232                 if (r != 0)
 233                     goto err;
 234             }
 235
 236             /* step 13 */
 237             counter++;
 238             /* "offset = offset + n + 1" */
 239
 240             /* step 14 */
 241             if (counter >= 4096)
 242                 break;
 243         }
 244     }
 245  end:
 246     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
 247         goto err;
 248
 249     /* We now need to generate g */
 250     /* Set r0=(p-1)/q */
 251     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
 252         goto err;
 253     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
 254         goto err;
 255
 256     if (!BN_set_word(test, h))
 257         goto err;
 258     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
 259         goto err;
 260
 261     for (;;) {
 262         /* g=test^r0%p */
 263         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
 264             goto err;
 265         if (!BN_is_one(g))
 266             break;
 267         if (!BN_add(test, test, BN_value_one()))
 268             goto err;
 269         h++;
 270     }
 271
 272     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
 273         goto err;
 274
 275     ok = 1;
 276  err:
 277     if (ok) {
 278         BN_free(ret->p);
 279         BN_free(ret->q);
 280         BN_free(ret->g);
 281         ret->p = BN_dup(p);
 282         ret->q = BN_dup(q);
 283         ret->g = BN_dup(g);
 284         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
 285             ok = 0;
 286             goto err;
 287         }
 288         if (counter_ret != NULL)
 289             *counter_ret = counter;
 290         if (h_ret != NULL)
 291             *h_ret = h;
 292         if (seed_out)
 293             memcpy(seed_out, seed, qsize);
 294     }
 295     if (ctx)
 296         BN_CTX_end(ctx);
 297     BN_CTX_free(ctx);
 298     BN_MONT_CTX_free(mont);
 299     return ok;
 300 }
 301
 302 /*
 303  * This is a parameter generation algorithm for the DSA2 algorithm as
 304  * described in FIPS 186-3.
 305  */
 306
 307 int dsa_builtin_paramgen2(DSA *ret, size_t L, size_t N,
 308                           const EVP_MD *evpmd, const unsigned char *seed_in,
 309                           size_t seed_len, int idx, unsigned char *seed_out,
 310                           int *counter_ret, unsigned long *h_ret,
 311                           BN_GENCB *cb)
 312 {
 313     int ok = -1;
 314     unsigned char *seed = NULL, *seed_tmp = NULL;
 315     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 316     int mdsize;
 317     BIGNUM *r0, *W, *X, *c, *test;
 318     BIGNUM *g = NULL, *q = NULL, *p = NULL;
 319     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 320     int i, k, n = 0, m = 0, qsize = N >> 3;
 321     int counter = 0;
 322     int r = 0;
 323     BN_CTX *ctx = NULL;
 324     EVP_MD_CTX *mctx = EVP_MD_CTX_new();
 325     unsigned int h = 2;
 326
 327     if (mctx == NULL)
 328         goto err;
 329
 330     if (evpmd == NULL) {
 331         if (N == 160)
 332             evpmd = EVP_sha1();
 333         else if (N == 224)
 334             evpmd = EVP_sha224();
 335         else
 336             evpmd = EVP_sha256();
 337     }
 338
 339     mdsize = EVP_MD_size(evpmd);
 340     /* If unverifiable g generation only don't need seed */
 341     if (!ret->p || !ret->q || idx >= 0) {
 342         if (seed_len == 0)
 343             seed_len = mdsize;
 344
 345         seed = OPENSSL_malloc(seed_len);
 346
 347         if (seed_out)
 348             seed_tmp = seed_out;
 349         else
 350             seed_tmp = OPENSSL_malloc(seed_len);
 351
 352         if (seed == NULL || seed_tmp == NULL)
 353             goto err;
 354
 355         if (seed_in)
 356             memcpy(seed, seed_in, seed_len);
 357
 358     }
 359
 360     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 361         goto err;
 362
 363     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 364         goto err;
 365
 366     BN_CTX_start(ctx);
 367     r0 = BN_CTX_get(ctx);
 368     g = BN_CTX_get(ctx);
 369     W = BN_CTX_get(ctx);
 370     X = BN_CTX_get(ctx);
 371     c = BN_CTX_get(ctx);
 372     test = BN_CTX_get(ctx);
 373     if (test == NULL)
 374         goto err;
 375
 376     /* if p, q already supplied generate g only */
 377     if (ret->p && ret->q) {
 378         p = ret->p;
 379         q = ret->q;
 380         if (idx >= 0)
 381             memcpy(seed_tmp, seed, seed_len);
 382         goto g_only;
 383     } else {
 384         p = BN_CTX_get(ctx);
 385         q = BN_CTX_get(ctx);
 386         if (q == NULL)
 387             goto err;
 388     }
 389
 390     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), L - 1))
 391         goto err;
 392     for (;;) {
 393         for (;;) {              /* find q */
 394             unsigned char *pmd;
 395             /* step 1 */
 396             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
 397                 goto err;
 398
 399             if (!seed_in) {
 400                 if (RAND_bytes(seed, seed_len) <= 0)
 401                     goto err;
 402             }
 403             /* step 2 */
 404             if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
 405                 goto err;
 406             /* Take least significant bits of md */
 407             if (mdsize > qsize)
 408                 pmd = md + mdsize - qsize;
 409             else
 410                 pmd = md;
 411
 412             if (mdsize < qsize)
 413                 memset(md + mdsize, 0, qsize - mdsize);
 414
 415             /* step 3 */
 416             pmd[0] |= 0x80;
 417             pmd[qsize - 1] |= 0x01;
 418             if (!BN_bin2bn(pmd, qsize, q))
 419                 goto err;
 420
 421             /* step 4 */
 422             r = BN_is_prime_fasttest_ex(q, DSS_prime_checks, ctx,
 423                                         seed_in ? 1 : 0, cb);
 424             if (r > 0)
 425                 break;
 426             if (r != 0)
 427                 goto err;
 428             /* Provided seed didn't produce a prime: error */
 429             if (seed_in) {
 430                 ok = 0;
 431                 DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_Q_NOT_PRIME);
 432                 goto err;
 433             }
 434
 435             /* do a callback call */
 436             /* step 5 */
 437         }
 438         /* Copy seed to seed_out before we mess with it */
 439         if (seed_out)
 440             memcpy(seed_out, seed, seed_len);
 441
 442         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
 443             goto err;
 444         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
 445             goto err;
 446
 447         /* step 6 */
 448         counter = 0;
 449         /* "offset = 1" */
 450
 451         n = (L - 1) / (mdsize << 3);
 452
 453         for (;;) {
 454             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
 455                 goto err;
 456
 457             /* step 7 */
 458             BN_zero(W);
 459             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
 460             for (k = 0; k <= n; k++) {
 461                 /*
 462                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
 463                  */
 464                 for (i = seed_len - 1; i >= 0; i--) {
 465                     seed[i]++;
 466                     if (seed[i] != 0)
 467                         break;
 468                 }
 469
 470                 if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
 471                     goto err;
 472
 473                 /* step 8 */
 474                 if (!BN_bin2bn(md, mdsize, r0))
 475                     goto err;
 476                 if (!BN_lshift(r0, r0, (mdsize << 3) * k))
 477                     goto err;
 478                 if (!BN_add(W, W, r0))
 479                     goto err;
 480             }
 481
 482             /* more of step 8 */
 483             if (!BN_mask_bits(W, L - 1))
 484                 goto err;
 485             if (!BN_copy(X, W))
 486                 goto err;
 487             if (!BN_add(X, X, test))
 488                 goto err;
 489
 490             /* step 9 */
 491             if (!BN_lshift1(r0, q))
 492                 goto err;
 493             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
 494                 goto err;
 495             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
 496                 goto err;
 497             if (!BN_sub(p, X, r0))
 498                 goto err;
 499
 500             /* step 10 */
 501             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
 502                 /* step 11 */
 503                 r = BN_is_prime_fasttest_ex(p, DSS_prime_checks, ctx, 1, cb);
 504                 if (r > 0)
 505                     goto end;   /* found it */
 506                 if (r != 0)
 507                     goto err;
 508             }
 509
 510             /* step 13 */
 511             counter++;
 512             /* "offset = offset + n + 1" */
 513
 514             /* step 14 */
 515             if (counter >= (int)(4 * L))
 516                 break;
 517         }
 518         if (seed_in) {
 519             ok = 0;
 520             DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
 521             goto err;
 522         }
 523     }
 524  end:
 525     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
 526         goto err;
 527
 528  g_only:
 529
 530     /* We now need to generate g */
 531     /* Set r0=(p-1)/q */
 532     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
 533         goto err;
 534     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
 535         goto err;
 536
 537     if (idx < 0) {
 538         if (!BN_set_word(test, h))
 539             goto err;
 540     } else
 541         h = 1;
 542     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
 543         goto err;
 544
 545     for (;;) {
 546         static const unsigned char ggen[4] = { 0x67, 0x67, 0x65, 0x6e };
 547         if (idx >= 0) {
 548             md[0] = idx & 0xff;
 549             md[1] = (h >> 8) & 0xff;
 550             md[2] = h & 0xff;
 551             if (!EVP_DigestInit_ex(mctx, evpmd, NULL))
 552                 goto err;
 553             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, seed_tmp, seed_len))
 554                 goto err;
 555             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, ggen, sizeof(ggen)))
 556                 goto err;
 557             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, md, 3))
 558                 goto err;
 559             if (!EVP_DigestFinal_ex(mctx, md, NULL))
 560                 goto err;
 561             if (!BN_bin2bn(md, mdsize, test))
 562                 goto err;
 563         }
 564         /* g=test^r0%p */
 565         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
 566             goto err;
 567         if (!BN_is_one(g))
 568             break;
 569         if (idx < 0 && !BN_add(test, test, BN_value_one()))
 570             goto err;
 571         h++;
 572         if (idx >= 0 && h > 0xffff)
 573             goto err;
 574     }
 575
 576     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
 577         goto err;
 578
 579     ok = 1;
 580  err:
 581     if (ok == 1) {
 582         if (p != ret->p) {
 583             BN_free(ret->p);
 584             ret->p = BN_dup(p);
 585         }
 586         if (q != ret->q) {
 587             BN_free(ret->q);
 588             ret->q = BN_dup(q);
 589         }
 590         BN_free(ret->g);
 591         ret->g = BN_dup(g);
 592         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
 593             ok = -1;
 594             goto err;
 595         }
 596         if (counter_ret != NULL)
 597             *counter_ret = counter;
 598         if (h_ret != NULL)
 599             *h_ret = h;
 600     }
 601     OPENSSL_free(seed);
 602     if (seed_out != seed_tmp)
 603         OPENSSL_free(seed_tmp);
 604     if (ctx)
 605         BN_CTX_end(ctx);
 606     BN_CTX_free(ctx);
 607     BN_MONT_CTX_free(mont);
 608     EVP_MD_CTX_free(mctx);
 609     return ok;
 610 }