1b416901b43f8d6feff6c3748b86ad2e70658b1c
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_ossl.c
1 /* crypto/dsa/dsa_ossl.c */
2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This package is an SSL implementation written
6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
8  * 
9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
15  * 
16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
17  * the code are not to be removed.
18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
19  * as the author of the parts of the library used.
20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
22  * 
23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
24  * modification, are permitted provided that the following conditions
25  * are met:
26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
32  *    must display the following acknowledgement:
33  *    "This product includes cryptographic software written by
34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
36  *    being used are not cryptographic related :-).
37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from 
38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
40  * 
41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
51  * SUCH DAMAGE.
52  * 
53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
55  * copied and put under another distribution licence
56  * [including the GNU Public Licence.]
57  */
58
59 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
60
61 #include <stdio.h>
62 #include "cryptlib.h"
63 #include <openssl/bn.h>
64 #include <openssl/sha.h>
65 #include <openssl/dsa.h>
66 #include <openssl/rand.h>
67 #include <openssl/asn1.h>
68
69 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
70 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
71 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
72                          DSA *dsa);
73 static int dsa_init(DSA *dsa);
74 static int dsa_finish(DSA *dsa);
75
76 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
77 "OpenSSL DSA method",
78 dsa_do_sign,
79 dsa_sign_setup,
80 dsa_do_verify,
81 NULL, /* dsa_mod_exp, */
82 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
83 dsa_init,
84 dsa_finish,
85 0,
86 NULL,
87 NULL,
88 NULL
89 };
90
91 /* These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
92  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
93  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
94  * 
95  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
96  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
97  *
98  * can be replaced by;
99  *
100  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
101  *                 dsa->method_mont_p);
102  */
103
104 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
105         do { \
106         int _tmp_res53; \
107         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
108                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
109                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
110         else \
111                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
112                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
113         if(!_tmp_res53) err_instr; \
114         } while(0)
115 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
116         do { \
117         int _tmp_res53; \
118         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
119                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
120                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
121         else \
122                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
123         if(!_tmp_res53) err_instr; \
124         } while(0)
125
126 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
127 {
128         return &openssl_dsa_meth;
129 }
130
131 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
132         {
133         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
134         BIGNUM m;
135         BIGNUM xr;
136         BN_CTX *ctx=NULL;
137         int reason=ERR_R_BN_LIB;
138         DSA_SIG *ret=NULL;
139         int noredo = 0;
140
141         BN_init(&m);
142         BN_init(&xr);
143
144         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
145                 {
146                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
147                 goto err;
148                 }
149
150         s=BN_new();
151         if (s == NULL) goto err;
152
153         /* reject a excessive digest length (currently at most
154          * dsa-with-SHA256 is supported) */
155         if (dlen > SHA256_DIGEST_LENGTH)
156                 {
157                 reason=DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE;
158                 goto err;
159                 }
160
161         ctx=BN_CTX_new();
162         if (ctx == NULL) goto err;
163 redo:
164         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
165                 {
166                 if (!DSA_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
167                 }
168         else
169                 {
170                 kinv=dsa->kinv;
171                 dsa->kinv=NULL;
172                 r=dsa->r;
173                 dsa->r=NULL;
174                 noredo = 1;
175                 }
176
177         
178         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
179                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
180                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
181                  * fips 186-3, 4.2 */
182                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
183         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
184                 goto err;
185
186         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
187         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
188         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
189         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
190                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
191         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
192
193         ret=DSA_SIG_new();
194         if (ret == NULL) goto err;
195         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
196          * very unlikely.
197          */
198         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
199                 {
200                 if (noredo)
201                         {
202                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
203                         goto err;
204                         }
205                 goto redo;
206                 }
207         ret->r = r;
208         ret->s = s;
209         
210 err:
211         if (!ret)
212                 {
213                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
214                 BN_free(r);
215                 BN_free(s);
216                 }
217         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
218         BN_clear_free(&m);
219         BN_clear_free(&xr);
220         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
221             BN_clear_free(kinv);
222         return(ret);
223         }
224
225 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
226         {
227         BN_CTX *ctx;
228         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
229         int ret=0;
230
231         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
232                 {
233                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
234                 return 0;
235                 }
236
237         BN_init(&k);
238         BN_init(&kq);
239
240         if (ctx_in == NULL)
241                 {
242                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
243                 }
244         else
245                 ctx=ctx_in;
246
247         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
248
249         /* Get random k */
250         do
251                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
252         while (BN_is_zero(&k));
253         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
254                 {
255                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
256                 }
257
258         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
259                 {
260                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
261                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
262                                                 dsa->p, ctx))
263                         goto err;
264                 }
265
266         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
267
268         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
269                 {
270                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
271
272                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
273                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
274                  *
275                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
276                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
277
278                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
279                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
280                         {
281                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
282                         }
283
284                 K = &kq;
285                 }
286         else
287                 {
288                 K = &k;
289                 }
290         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
291                         dsa->method_mont_p);
292         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
293
294         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
295         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
296
297         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
298         *kinvp=kinv;
299         kinv=NULL;
300         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
301         *rp=r;
302         ret=1;
303 err:
304         if (!ret)
305                 {
306                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
307                 if (r != NULL)
308                         BN_clear_free(r);
309                 }
310         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
311         BN_clear_free(&k);
312         BN_clear_free(&kq);
313         return(ret);
314         }
315
316 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
317                          DSA *dsa)
318         {
319         BN_CTX *ctx;
320         BIGNUM u1,u2,t1;
321         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
322         int ret = -1, i;
323         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
324                 {
325                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
326                 return -1;
327                 }
328
329         i = BN_num_bits(dsa->q);
330         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
331         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
332                 {
333                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
334                 return -1;
335                 }
336
337         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
338                 {
339                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
340                 return -1;
341                 }
342
343         /* reject a excessive digest length (currently at most
344          * dsa-with-SHA256 is supported) */
345         if (dgst_len > SHA256_DIGEST_LENGTH)
346                 {
347                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
348                 return -1;
349                 }
350
351         BN_init(&u1);
352         BN_init(&u2);
353         BN_init(&t1);
354
355         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
356
357         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
358             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
359                 {
360                 ret = 0;
361                 goto err;
362                 }
363         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
364             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
365                 {
366                 ret = 0;
367                 goto err;
368                 }
369
370         /* Calculate W = inv(S) mod Q
371          * save W in u2 */
372         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
373
374         /* save M in u1 */
375         if (dgst_len > (i >> 3))
376                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
377                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
378                  * fips 186-3, 4.2 */
379                 dgst_len = (i >> 3);
380         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
381
382         /* u1 = M * w mod q */
383         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
384
385         /* u2 = r * w mod q */
386         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
387
388
389         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
390                 {
391                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
392                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
393                 if (!mont)
394                         goto err;
395                 }
396
397
398         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
399         /* BN_copy(&u1,&t1); */
400         /* let u1 = u1 mod q */
401         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
402
403         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
404          * equal to R. */
405         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
406
407         err:
408         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
409            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
410         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
411         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
412         BN_free(&u1);
413         BN_free(&u2);
414         BN_free(&t1);
415         return(ret);
416         }
417
418 static int dsa_init(DSA *dsa)
419 {
420         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
421         return(1);
422 }
423
424 static int dsa_finish(DSA *dsa)
425 {
426         if(dsa->method_mont_p)
427                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
428         return(1);
429 }
430