34b4a4ea4a267b62b21916a85ab79350cd276065
[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 "internal/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_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
71                                     BIGNUM **rp);
72 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
73                           BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
74 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
75                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
76 static int dsa_init(DSA *dsa);
77 static int dsa_finish(DSA *dsa);
78
79 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
80     "OpenSSL DSA method",
81     dsa_do_sign,
82     dsa_sign_setup_no_digest,
83     dsa_do_verify,
84     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
85     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
86     dsa_init,
87     dsa_finish,
88     DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
89     NULL,
90     NULL,
91     NULL
92 };
93
94 /*-
95  * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
96  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
97  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
98  *
99  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
100  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
101  *
102  * can be replaced by;
103  *
104  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
105  *                 dsa->method_mont_p);
106  */
107
108 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
109         do { \
110         int _tmp_res53; \
111         if ((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
112                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
113                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
114         else \
115                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
116                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
117         if (!_tmp_res53) err_instr; \
118         } while(0)
119 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
120         do { \
121         int _tmp_res53; \
122         if ((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
123                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
124                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
125         else \
126                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
127         if (!_tmp_res53) err_instr; \
128         } while(0)
129
130 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
131 {
132     return &openssl_dsa_meth;
133 }
134
135 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
136 {
137     BIGNUM *kinv = NULL, *r = NULL, *s = NULL;
138     BIGNUM *m;
139     BIGNUM *xr;
140     BN_CTX *ctx = NULL;
141     int reason = ERR_R_BN_LIB;
142     DSA_SIG *ret = NULL;
143     int noredo = 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     s = BN_new();
156     if (s == NULL)
157         goto err;
158     ctx = BN_CTX_new();
159     if (ctx == NULL)
160         goto err;
161  redo:
162     if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL)) {
163         if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r, dgst, dlen))
164             goto err;
165     } else {
166         kinv = dsa->kinv;
167         dsa->kinv = NULL;
168         r = dsa->r;
169         dsa->r = NULL;
170         noredo = 1;
171     }
172
173     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
174         /*
175          * if the digest length is greater than the size of q use the
176          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
177          * 4.2
178          */
179         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
180     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
181         goto err;
182
183     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
184     if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, r, dsa->q, ctx))
185         goto err;               /* s = xr */
186     if (!BN_add(s, xr, m))
187         goto err;               /* s = m + xr */
188     if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
189         if (!BN_sub(s, s, dsa->q))
190             goto err;
191     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
192         goto err;
193
194     ret = DSA_SIG_new();
195     if (ret == NULL)
196         goto err;
197     /*
198      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
199      * unlikely.
200      */
201     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s)) {
202         if (noredo) {
203             reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
204             goto err;
205         }
206         goto redo;
207     }
208     ret->r = r;
209     ret->s = s;
210
211  err:
212     if (!ret) {
213         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
214         BN_free(r);
215         BN_free(s);
216     }
217     BN_CTX_free(ctx);
218     BN_clear_free(m);
219     BN_clear_free(xr);
220     BN_clear_free(kinv);
221     return (ret);
222 }
223
224 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
225                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
226 {
227     return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
228 }
229
230 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
231                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
232                           const unsigned char *dgst, int dlen)
233 {
234     BN_CTX *ctx = NULL;
235     BIGNUM *k, *kq, *K, *kinv = NULL, *r = NULL;
236     int ret = 0;
237
238     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
239         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
240         return 0;
241     }
242
243     k = BN_new();
244     kq = BN_new();
245     if (k == NULL || kq == NULL)
246         goto err;
247
248     if (ctx_in == NULL) {
249         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
250             goto err;
251     } else
252         ctx = ctx_in;
253
254     if ((r = BN_new()) == NULL)
255         goto err;
256
257     /* Get random k */
258     do {
259         if (dgst != NULL) {
260             /*
261              * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
262              * This protects the private key from a weak PRNG.
263              */
264             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
265                                        dlen, ctx))
266                 goto err;
267         } else if (!BN_rand_range(k, dsa->q))
268             goto err;
269     } while (BN_is_zero(k));
270
271     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
272         BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
273     }
274
275     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
276         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
277                                     CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx))
278             goto err;
279     }
280
281     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
282
283     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
284         if (!BN_copy(kq, k))
285             goto err;
286
287         /*
288          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
289          * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
290          * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
291          * let us specify the desired timing behaviour.)
292          */
293
294         if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
295             goto err;
296         if (BN_num_bits(kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
297             if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
298                 goto err;
299         }
300
301         K = kq;
302     } else {
303         K = k;
304     }
305     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
306                    dsa->method_mont_p);
307     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
308         goto err;
309
310     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
311     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
312         goto err;
313
314     BN_clear_free(*kinvp);
315     *kinvp = kinv;
316     kinv = NULL;
317     BN_clear_free(*rp);
318     *rp = r;
319     ret = 1;
320  err:
321     if (!ret) {
322         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
323         BN_clear_free(r);
324     }
325     if (ctx != ctx_in)
326         BN_CTX_free(ctx);
327     BN_clear_free(k);
328     BN_clear_free(kq);
329     return (ret);
330 }
331
332 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
333                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
334 {
335     BN_CTX *ctx;
336     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
337     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
338     int ret = -1, i;
339     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
340         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
341         return -1;
342     }
343
344     i = BN_num_bits(dsa->q);
345     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
346     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
347         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
348         return -1;
349     }
350
351     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
352         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
353         return -1;
354     }
355     u1 = BN_new();
356     u2 = BN_new();
357     t1 = BN_new();
358     ctx = BN_CTX_new();
359     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
360         goto err;
361
362     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
363         BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0) {
364         ret = 0;
365         goto err;
366     }
367     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
368         BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0) {
369         ret = 0;
370         goto err;
371     }
372
373     /*
374      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
375      */
376     if ((BN_mod_inverse(u2, sig->s, dsa->q, ctx)) == NULL)
377         goto err;
378
379     /* save M in u1 */
380     if (dgst_len > (i >> 3))
381         /*
382          * if the digest length is greater than the size of q use the
383          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
384          * 4.2
385          */
386         dgst_len = (i >> 3);
387     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, u1) == NULL)
388         goto err;
389
390     /* u1 = M * w mod q */
391     if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
392         goto err;
393
394     /* u2 = r * w mod q */
395     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, dsa->q, ctx))
396         goto err;
397
398     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
399         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
400                                       CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
401         if (!mont)
402             goto err;
403     }
404
405     DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
406                 mont);
407     /* BN_copy(&u1,&t1); */
408     /* let u1 = u1 mod q */
409     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
410         goto err;
411
412     /*
413      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
414      */
415     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
416
417  err:
418     if (ret < 0)
419         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
420     BN_CTX_free(ctx);
421     BN_free(u1);
422     BN_free(u2);
423     BN_free(t1);
424     return (ret);
425 }
426
427 static int dsa_init(DSA *dsa)
428 {
429     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
430     return (1);
431 }
432
433 static int dsa_finish(DSA *dsa)
434 {
435     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
436     return (1);
437 }