Replumbing: pre-populate the EVP namemap with commonly known names
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_gen.c
1 /*
2  * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the Apache License 2.0 (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_local.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_check_prime(q, ctx, cb);
158             if (r > 0)
159                 break;
160             if (r != 0)
161                 goto err;
162
163             /* do a callback call */
164             /* step 5 */
165         }
166
167         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
168             goto err;
169         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
170             goto err;
171
172         /* step 6 */
173         counter = 0;
174         /* "offset = 2" */
175
176         n = (bits - 1) / 160;
177
178         for (;;) {
179             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
180                 goto err;
181
182             /* step 7 */
183             BN_zero(W);
184             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
185             for (k = 0; k <= n; k++) {
186                 /*
187                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
188                  */
189                 for (i = qsize - 1; i >= 0; i--) {
190                     buf[i]++;
191                     if (buf[i] != 0)
192                         break;
193                 }
194
195                 if (!EVP_Digest(buf, qsize, md, NULL, evpmd, NULL))
196                     goto err;
197
198                 /* step 8 */
199                 if (!BN_bin2bn(md, qsize, r0))
200                     goto err;
201                 if (!BN_lshift(r0, r0, (qsize << 3) * k))
202                     goto err;
203                 if (!BN_add(W, W, r0))
204                     goto err;
205             }
206
207             /* more of step 8 */
208             if (!BN_mask_bits(W, bits - 1))
209                 goto err;
210             if (!BN_copy(X, W))
211                 goto err;
212             if (!BN_add(X, X, test))
213                 goto err;
214
215             /* step 9 */
216             if (!BN_lshift1(r0, q))
217                 goto err;
218             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
219                 goto err;
220             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
221                 goto err;
222             if (!BN_sub(p, X, r0))
223                 goto err;
224
225             /* step 10 */
226             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
227                 /* step 11 */
228                 r = BN_check_prime(p, ctx, cb);
229                 if (r > 0)
230                     goto end;   /* found it */
231                 if (r != 0)
232                     goto err;
233             }
234
235             /* step 13 */
236             counter++;
237             /* "offset = offset + n + 1" */
238
239             /* step 14 */
240             if (counter >= 4096)
241                 break;
242         }
243     }
244  end:
245     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
246         goto err;
247
248     /* We now need to generate g */
249     /* Set r0=(p-1)/q */
250     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
251         goto err;
252     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
253         goto err;
254
255     if (!BN_set_word(test, h))
256         goto err;
257     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
258         goto err;
259
260     for (;;) {
261         /* g=test^r0%p */
262         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
263             goto err;
264         if (!BN_is_one(g))
265             break;
266         if (!BN_add(test, test, BN_value_one()))
267             goto err;
268         h++;
269     }
270
271     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
272         goto err;
273
274     ok = 1;
275  err:
276     if (ok) {
277         BN_free(ret->p);
278         BN_free(ret->q);
279         BN_free(ret->g);
280         ret->p = BN_dup(p);
281         ret->q = BN_dup(q);
282         ret->g = BN_dup(g);
283         ret->dirty_cnt++;
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     BN_CTX_end(ctx);
296     BN_CTX_free(ctx);
297     BN_MONT_CTX_free(mont);
298     return ok;
299 }
300
301 /*
302  * This is a parameter generation algorithm for the DSA2 algorithm as
303  * described in FIPS 186-3.
304  */
305
306 int dsa_builtin_paramgen2(DSA *ret, size_t L, size_t N,
307                           const EVP_MD *evpmd, const unsigned char *seed_in,
308                           size_t seed_len, int idx, unsigned char *seed_out,
309                           int *counter_ret, unsigned long *h_ret,
310                           BN_GENCB *cb)
311 {
312     int ok = -1;
313     unsigned char *seed = NULL, *seed_tmp = NULL;
314     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
315     int mdsize;
316     BIGNUM *r0, *W, *X, *c, *test;
317     BIGNUM *g = NULL, *q = NULL, *p = NULL;
318     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
319     int i, k, n = 0, m = 0, qsize = N >> 3;
320     int counter = 0;
321     int r = 0;
322     BN_CTX *ctx = NULL;
323     EVP_MD_CTX *mctx = EVP_MD_CTX_new();
324     unsigned int h = 2;
325
326     if (mctx == NULL)
327         goto err;
328
329     /* make sure L > N, otherwise we'll get trapped in an infinite loop */
330     if (L <= N) {
331         DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
332         goto err;
333     }
334
335     if (evpmd == NULL) {
336         if (N == 160)
337             evpmd = EVP_sha1();
338         else if (N == 224)
339             evpmd = EVP_sha224();
340         else
341             evpmd = EVP_sha256();
342     }
343
344     mdsize = EVP_MD_size(evpmd);
345     /* If unverifiable g generation only don't need seed */
346     if (!ret->p || !ret->q || idx >= 0) {
347         if (seed_len == 0)
348             seed_len = mdsize;
349
350         seed = OPENSSL_malloc(seed_len);
351
352         if (seed_out)
353             seed_tmp = seed_out;
354         else
355             seed_tmp = OPENSSL_malloc(seed_len);
356
357         if (seed == NULL || seed_tmp == NULL)
358             goto err;
359
360         if (seed_in)
361             memcpy(seed, seed_in, seed_len);
362
363     }
364
365     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
366         goto err;
367
368     if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
369         goto err;
370
371     BN_CTX_start(ctx);
372     r0 = BN_CTX_get(ctx);
373     g = BN_CTX_get(ctx);
374     W = BN_CTX_get(ctx);
375     X = BN_CTX_get(ctx);
376     c = BN_CTX_get(ctx);
377     test = BN_CTX_get(ctx);
378     if (test == NULL)
379         goto err;
380
381     /* if p, q already supplied generate g only */
382     if (ret->p && ret->q) {
383         p = ret->p;
384         q = ret->q;
385         if (idx >= 0)
386             memcpy(seed_tmp, seed, seed_len);
387         goto g_only;
388     } else {
389         p = BN_CTX_get(ctx);
390         q = BN_CTX_get(ctx);
391         if (q == NULL)
392             goto err;
393     }
394
395     if (!BN_lshift(test, BN_value_one(), L - 1))
396         goto err;
397     for (;;) {
398         for (;;) {              /* find q */
399             unsigned char *pmd;
400             /* step 1 */
401             if (!BN_GENCB_call(cb, 0, m++))
402                 goto err;
403
404             if (!seed_in) {
405                 if (RAND_bytes(seed, seed_len) <= 0)
406                     goto err;
407             }
408             /* step 2 */
409             if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
410                 goto err;
411             /* Take least significant bits of md */
412             if (mdsize > qsize)
413                 pmd = md + mdsize - qsize;
414             else
415                 pmd = md;
416
417             if (mdsize < qsize)
418                 memset(md + mdsize, 0, qsize - mdsize);
419
420             /* step 3 */
421             pmd[0] |= 0x80;
422             pmd[qsize - 1] |= 0x01;
423             if (!BN_bin2bn(pmd, qsize, q))
424                 goto err;
425
426             /* step 4 */
427             r = BN_check_prime(q, ctx, cb);
428             if (r > 0)
429                 break;
430             if (r != 0)
431                 goto err;
432             /* Provided seed didn't produce a prime: error */
433             if (seed_in) {
434                 ok = 0;
435                 DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_Q_NOT_PRIME);
436                 goto err;
437             }
438
439             /* do a callback call */
440             /* step 5 */
441         }
442         /* Copy seed to seed_out before we mess with it */
443         if (seed_out)
444             memcpy(seed_out, seed, seed_len);
445
446         if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 0))
447             goto err;
448         if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 0))
449             goto err;
450
451         /* step 6 */
452         counter = 0;
453         /* "offset = 1" */
454
455         n = (L - 1) / (mdsize << 3);
456
457         for (;;) {
458             if ((counter != 0) && !BN_GENCB_call(cb, 0, counter))
459                 goto err;
460
461             /* step 7 */
462             BN_zero(W);
463             /* now 'buf' contains "SEED + offset - 1" */
464             for (k = 0; k <= n; k++) {
465                 /*
466                  * obtain "SEED + offset + k" by incrementing:
467                  */
468                 for (i = seed_len - 1; i >= 0; i--) {
469                     seed[i]++;
470                     if (seed[i] != 0)
471                         break;
472                 }
473
474                 if (!EVP_Digest(seed, seed_len, md, NULL, evpmd, NULL))
475                     goto err;
476
477                 /* step 8 */
478                 if (!BN_bin2bn(md, mdsize, r0))
479                     goto err;
480                 if (!BN_lshift(r0, r0, (mdsize << 3) * k))
481                     goto err;
482                 if (!BN_add(W, W, r0))
483                     goto err;
484             }
485
486             /* more of step 8 */
487             if (!BN_mask_bits(W, L - 1))
488                 goto err;
489             if (!BN_copy(X, W))
490                 goto err;
491             if (!BN_add(X, X, test))
492                 goto err;
493
494             /* step 9 */
495             if (!BN_lshift1(r0, q))
496                 goto err;
497             if (!BN_mod(c, X, r0, ctx))
498                 goto err;
499             if (!BN_sub(r0, c, BN_value_one()))
500                 goto err;
501             if (!BN_sub(p, X, r0))
502                 goto err;
503
504             /* step 10 */
505             if (BN_cmp(p, test) >= 0) {
506                 /* step 11 */
507                 r = BN_check_prime(p, ctx, cb);
508                 if (r > 0)
509                     goto end;   /* found it */
510                 if (r != 0)
511                     goto err;
512             }
513
514             /* step 13 */
515             counter++;
516             /* "offset = offset + n + 1" */
517
518             /* step 14 */
519             if (counter >= (int)(4 * L))
520                 break;
521         }
522         if (seed_in) {
523             ok = 0;
524             DSAerr(DSA_F_DSA_BUILTIN_PARAMGEN2, DSA_R_INVALID_PARAMETERS);
525             goto err;
526         }
527     }
528  end:
529     if (!BN_GENCB_call(cb, 2, 1))
530         goto err;
531
532  g_only:
533
534     /* We now need to generate g */
535     /* Set r0=(p-1)/q */
536     if (!BN_sub(test, p, BN_value_one()))
537         goto err;
538     if (!BN_div(r0, NULL, test, q, ctx))
539         goto err;
540
541     if (idx < 0) {
542         if (!BN_set_word(test, h))
543             goto err;
544     } else
545         h = 1;
546     if (!BN_MONT_CTX_set(mont, p, ctx))
547         goto err;
548
549     for (;;) {
550         static const unsigned char ggen[4] = { 0x67, 0x67, 0x65, 0x6e };
551         if (idx >= 0) {
552             md[0] = idx & 0xff;
553             md[1] = (h >> 8) & 0xff;
554             md[2] = h & 0xff;
555             if (!EVP_DigestInit_ex(mctx, evpmd, NULL))
556                 goto err;
557             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, seed_tmp, seed_len))
558                 goto err;
559             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, ggen, sizeof(ggen)))
560                 goto err;
561             if (!EVP_DigestUpdate(mctx, md, 3))
562                 goto err;
563             if (!EVP_DigestFinal_ex(mctx, md, NULL))
564                 goto err;
565             if (!BN_bin2bn(md, mdsize, test))
566                 goto err;
567         }
568         /* g=test^r0%p */
569         if (!BN_mod_exp_mont(g, test, r0, p, ctx, mont))
570             goto err;
571         if (!BN_is_one(g))
572             break;
573         if (idx < 0 && !BN_add(test, test, BN_value_one()))
574             goto err;
575         h++;
576         if (idx >= 0 && h > 0xffff)
577             goto err;
578     }
579
580     if (!BN_GENCB_call(cb, 3, 1))
581         goto err;
582
583     ok = 1;
584  err:
585     if (ok == 1) {
586         if (p != ret->p) {
587             BN_free(ret->p);
588             ret->p = BN_dup(p);
589         }
590         if (q != ret->q) {
591             BN_free(ret->q);
592             ret->q = BN_dup(q);
593         }
594         BN_free(ret->g);
595         ret->g = BN_dup(g);
596         if (ret->p == NULL || ret->q == NULL || ret->g == NULL) {
597             ok = -1;
598             goto err;
599         }
600         ret->dirty_cnt++;
601         if (counter_ret != NULL)
602             *counter_ret = counter;
603         if (h_ret != NULL)
604             *h_ret = h;
605     }
606     OPENSSL_free(seed);
607     if (seed_out != seed_tmp)
608         OPENSSL_free(seed_tmp);
609     BN_CTX_end(ctx);
610     BN_CTX_free(ctx);
611     BN_MONT_CTX_free(mont);
612     EVP_MD_CTX_free(mctx);
613     return ok;
614 }