crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   2  * All rights reserved.
   3  *
   4  * This package is an SSL implementation written
   5  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   6  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   7  *
   8  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
   9  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  10  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  11  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  12  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  13  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  14  *
  15  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  16  * the code are not to be removed.
  17  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  18  * as the author of the parts of the library used.
  19  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  20  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  21  *
  22  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  23  * modification, are permitted provided that the following conditions
  24  * are met:
  25  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  26  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  27  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  29  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  30  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  31  *    must display the following acknowledgement:
  32  *    "This product includes cryptographic software written by
  33  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  34  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  35  *    being used are not cryptographic related :-).
  36  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  37  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  38  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  39  *
  40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  50  * SUCH DAMAGE.
  51  *
  52  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  53  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  54  * copied and put under another distribution licence
  55  * [including the GNU Public Licence.]
  56  */
  57
  58 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  59
  60 #include <stdio.h>
  61 #include "internal/cryptlib.h"
  62 #include <openssl/bn.h>
  63 #include <openssl/sha.h>
  64 #include "dsa_locl.h"
  65 #include <openssl/rand.h>
  66 #include <openssl/asn1.h>
  67
  68 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  69 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  70                                     BIGNUM **rp);
  71 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  72                           BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
  73 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  74                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  75 static int dsa_init(DSA *dsa);
  76 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  77
  78 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  79     "OpenSSL DSA method",
  80     dsa_do_sign,
  81     dsa_sign_setup_no_digest,
  82     dsa_do_verify,
  83     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  84     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  85     dsa_init,
  86     dsa_finish,
  87     DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  88     NULL,
  89     NULL,
  90     NULL
  91 };
  92
  93 /*-
  94  * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  95  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  96  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  97  *
  98  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  99  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
 100  *
 101  * can be replaced by;
 102  *
 103  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 104  *                 dsa->method_mont_p);
 105  */
 106
 107 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 108         do { \
 109         int _tmp_res53; \
 110         if ((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 111                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 112                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 113         else \
 114                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 115                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 116         if (!_tmp_res53) err_instr; \
 117         } while(0)
 118 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 119         do { \
 120         int _tmp_res53; \
 121         if ((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 122                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 123                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 124         else \
 125                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 126         if (!_tmp_res53) err_instr; \
 127         } while(0)
 128
 129 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 130 {
 131     return &openssl_dsa_meth;
 132 }
 133
 134 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 135 {
 136     BIGNUM *kinv = NULL;
 137     BIGNUM *m;
 138     BIGNUM *xr;
 139     BIGNUM *r, *s;
 140     BN_CTX *ctx = NULL;
 141     int reason = ERR_R_BN_LIB;
 142     DSA_SIG *ret = NULL;
 143     int rv = 0;
 144
 145     m = BN_new();
 146     xr = BN_new();
 147     if (m == NULL || xr == NULL)
 148         goto err;
 149
 150     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 151         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 152         goto err;
 153     }
 154
 155     ret = DSA_SIG_new();
 156     if (ret == NULL)
 157         goto err;
 158
 159     DSA_SIG_get0(&r, &s, ret);
 160
 161     ctx = BN_CTX_new();
 162     if (ctx == NULL)
 163         goto err;
 164  redo:
 165     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r, dgst, dlen))
 166         goto err;
 167
 168     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 169         /*
 170          * if the digest length is greater than the size of q use the
 171          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 172          * 4.2
 173          */
 174         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 175     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
 176         goto err;
 177
 178     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 179     if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, r, dsa->q, ctx))
 180         goto err;               /* s = xr */
 181     if (!BN_add(s, xr, m))
 182         goto err;               /* s = m + xr */
 183     if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
 184         if (!BN_sub(s, s, dsa->q))
 185             goto err;
 186     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
 187         goto err;
 188
 189     /*
 190      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 191      * unlikely.
 192      */
 193     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 194         goto redo;
 195
 196     rv = 1;
 197
 198  err:
 199     if (rv == 0) {
 200         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 201         DSA_SIG_free(ret);
 202         ret = NULL;
 203     }
 204     BN_CTX_free(ctx);
 205     BN_clear_free(m);
 206     BN_clear_free(xr);
 207     BN_clear_free(kinv);
 208     return ret;
 209 }
 210
 211 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 212                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 213 {
 214     return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 215 }
 216
 217 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 218                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 219                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 220 {
 221     BN_CTX *ctx = NULL;
 222     BIGNUM *k, *kq, *K, *kinv = NULL, *r = *rp;
 223     int ret = 0;
 224
 225     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 226         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 227         return 0;
 228     }
 229
 230     k = BN_new();
 231     kq = BN_new();
 232     if (k == NULL || kq == NULL)
 233         goto err;
 234
 235     if (ctx_in == NULL) {
 236         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 237             goto err;
 238     } else
 239         ctx = ctx_in;
 240
 241     /* Get random k */
 242     do {
 243         if (dgst != NULL) {
 244             /*
 245              * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
 246              * This protects the private key from a weak PRNG.
 247              */
 248             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 249                                        dlen, ctx))
 250                 goto err;
 251         } else if (!BN_rand_range(k, dsa->q))
 252             goto err;
 253     } while (BN_is_zero(k));
 254
 255     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 256         BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 257     }
 258
 259     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 260         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 261                                     dsa->lock, dsa->p, ctx))
 262             goto err;
 263     }
 264
 265     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 266
 267     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 268         if (!BN_copy(kq, k))
 269             goto err;
 270
 271         /*
 272          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 273          * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 274          * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 275          * let us specify the desired timing behaviour.)
 276          */
 277
 278         if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
 279             goto err;
 280         if (BN_num_bits(kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 281             if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
 282                 goto err;
 283         }
 284
 285         K = kq;
 286     } else {
 287         K = k;
 288     }
 289     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 290                    dsa->method_mont_p);
 291     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 292         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)
 296         goto err;
 297
 298     BN_clear_free(*kinvp);
 299     *kinvp = kinv;
 300     kinv = NULL;
 301     ret = 1;
 302  err:
 303     if (!ret)
 304         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 305     if (ctx != ctx_in)
 306         BN_CTX_free(ctx);
 307     BN_clear_free(k);
 308     BN_clear_free(kq);
 309     return ret;
 310 }
 311
 312 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 313                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 314 {
 315     BN_CTX *ctx;
 316     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
 317     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 318     BIGNUM *r, *s;
 319     int ret = -1, i;
 320     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 321         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 322         return -1;
 323     }
 324
 325     i = BN_num_bits(dsa->q);
 326     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 327     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 328         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 329         return -1;
 330     }
 331
 332     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 333         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 334         return -1;
 335     }
 336     u1 = BN_new();
 337     u2 = BN_new();
 338     t1 = BN_new();
 339     ctx = BN_CTX_new();
 340     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
 341         goto err;
 342
 343     DSA_SIG_get0(&r, &s, sig);
 344
 345     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
 346         BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
 347         ret = 0;
 348         goto err;
 349     }
 350     if (BN_is_zero(s) || BN_is_negative(s) ||
 351         BN_ucmp(s, dsa->q) >= 0) {
 352         ret = 0;
 353         goto err;
 354     }
 355
 356     /*
 357      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 358      */
 359     if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 360         goto err;
 361
 362     /* save M in u1 */
 363     if (dgst_len > (i >> 3))
 364         /*
 365          * if the digest length is greater than the size of q use the
 366          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 367          * 4.2
 368          */
 369         dgst_len = (i >> 3);
 370     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, u1) == NULL)
 371         goto err;
 372
 373     /* u1 = M * w mod q */
 374     if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
 375         goto err;
 376
 377     /* u2 = r * w mod q */
 378     if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->q, ctx))
 379         goto err;
 380
 381     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 382         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 383                                       dsa->lock, dsa->p, ctx);
 384         if (!mont)
 385             goto err;
 386     }
 387
 388     DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
 389                 mont);
 390     /* BN_copy(&u1,&t1); */
 391     /* let u1 = u1 mod q */
 392     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
 393         goto err;
 394
 395     /*
 396      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 397      */
 398     ret = (BN_ucmp(u1, r) == 0);
 399
 400  err:
 401     if (ret < 0)
 402         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 403     BN_CTX_free(ctx);
 404     BN_free(u1);
 405     BN_free(u2);
 406     BN_free(t1);
 407     return (ret);
 408 }
 409
 410 static int dsa_init(DSA *dsa)
 411 {
 412     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 413     return (1);
 414 }
 415
 416 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 417 {
 418     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 419     return (1);
 420 }