crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2016 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 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  11
  12 #include <stdio.h>
  13 #include "internal/cryptlib.h"
  14 #include <openssl/bn.h>
  15 #include <openssl/sha.h>
  16 #include "dsa_locl.h"
  17 #include <openssl/asn1.h>
  18
  19 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  20 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  21                                     BIGNUM **rp);
  22 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  23                           BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
  24 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  25                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  26 static int dsa_init(DSA *dsa);
  27 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  28
  29 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  30     "OpenSSL DSA method",
  31     dsa_do_sign,
  32     dsa_sign_setup_no_digest,
  33     dsa_do_verify,
  34     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  35     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  36     dsa_init,
  37     dsa_finish,
  38     DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  39     NULL,
  40     NULL,
  41     NULL
  42 };
  43
  44 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
  45 {
  46     return &openssl_dsa_meth;
  47 }
  48
  49 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  50 {
  51     BIGNUM *kinv = NULL;
  52     BIGNUM *m;
  53     BIGNUM *xr;
  54     BIGNUM *r, *s;
  55     BN_CTX *ctx = NULL;
  56     int reason = ERR_R_BN_LIB;
  57     DSA_SIG *ret = NULL;
  58     int rv = 0;
  59
  60     m = BN_new();
  61     xr = BN_new();
  62     if (m == NULL || xr == NULL)
  63         goto err;
  64
  65     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
  66         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
  67         goto err;
  68     }
  69
  70     ret = DSA_SIG_new();
  71     if (ret == NULL)
  72         goto err;
  73
  74     DSA_SIG_get0(&r, &s, ret);
  75
  76     ctx = BN_CTX_new();
  77     if (ctx == NULL)
  78         goto err;
  79  redo:
  80     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r, dgst, dlen))
  81         goto err;
  82
  83     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
  84         /*
  85          * if the digest length is greater than the size of q use the
  86          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
  87          * 4.2
  88          */
  89         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
  90     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
  91         goto err;
  92
  93     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
  94     if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, r, dsa->q, ctx))
  95         goto err;               /* s = xr */
  96     if (!BN_add(s, xr, m))
  97         goto err;               /* s = m + xr */
  98     if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
  99         if (!BN_sub(s, s, dsa->q))
 100             goto err;
 101     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
 102         goto err;
 103
 104     /*
 105      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 106      * unlikely.
 107      */
 108     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 109         goto redo;
 110
 111     rv = 1;
 112
 113  err:
 114     if (rv == 0) {
 115         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 116         DSA_SIG_free(ret);
 117         ret = NULL;
 118     }
 119     BN_CTX_free(ctx);
 120     BN_clear_free(m);
 121     BN_clear_free(xr);
 122     BN_clear_free(kinv);
 123     return ret;
 124 }
 125
 126 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 127                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 128 {
 129     return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 130 }
 131
 132 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 133                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 134                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 135 {
 136     BN_CTX *ctx = NULL;
 137     BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
 138     int ret = 0;
 139
 140     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 141         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 142         return 0;
 143     }
 144
 145     k = BN_new();
 146     if (k == NULL)
 147         goto err;
 148
 149     if (ctx_in == NULL) {
 150         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 151             goto err;
 152     } else
 153         ctx = ctx_in;
 154
 155     /* Get random k */
 156     do {
 157         if (dgst != NULL) {
 158             /*
 159              * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
 160              * This protects the private key from a weak PRNG.
 161              */
 162             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 163                                        dlen, ctx))
 164                 goto err;
 165         } else if (!BN_rand_range(k, dsa->q))
 166             goto err;
 167     } while (BN_is_zero(k));
 168
 169     BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 170
 171     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 172         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 173                                     dsa->lock, dsa->p, ctx))
 174             goto err;
 175     }
 176
 177     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 178
 179     /*
 180      * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 181      * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 182      * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 183      * let us specify the desired timing behaviour.)
 184      */
 185
 186     if (!BN_add(k, k, dsa->q))
 187         goto err;
 188     if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 189         if (!BN_add(k, k, dsa->q))
 190             goto err;
 191     }
 192
 193     if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
 194             if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, k, dsa->p, ctx,
 195                                        dsa->method_mont_p))
 196                 goto err;
 197     } else {
 198             if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->g, k, dsa->p, ctx, dsa->method_mont_p))
 199                 goto err;
 200     }
 201
 202     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 203         goto err;
 204
 205     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 206     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 207         goto err;
 208
 209     BN_clear_free(*kinvp);
 210     *kinvp = kinv;
 211     kinv = NULL;
 212     ret = 1;
 213  err:
 214     if (!ret)
 215         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 216     if (ctx != ctx_in)
 217         BN_CTX_free(ctx);
 218     BN_clear_free(k);
 219     return ret;
 220 }
 221
 222 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 223                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 224 {
 225     BN_CTX *ctx;
 226     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
 227     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 228     BIGNUM *r, *s;
 229     int ret = -1, i;
 230     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 231         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 232         return -1;
 233     }
 234
 235     i = BN_num_bits(dsa->q);
 236     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 237     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 238         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 239         return -1;
 240     }
 241
 242     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 243         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 244         return -1;
 245     }
 246     u1 = BN_new();
 247     u2 = BN_new();
 248     t1 = BN_new();
 249     ctx = BN_CTX_new();
 250     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
 251         goto err;
 252
 253     DSA_SIG_get0(&r, &s, sig);
 254
 255     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
 256         BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
 257         ret = 0;
 258         goto err;
 259     }
 260     if (BN_is_zero(s) || BN_is_negative(s) ||
 261         BN_ucmp(s, dsa->q) >= 0) {
 262         ret = 0;
 263         goto err;
 264     }
 265
 266     /*
 267      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 268      */
 269     if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 270         goto err;
 271
 272     /* save M in u1 */
 273     if (dgst_len > (i >> 3))
 274         /*
 275          * if the digest length is greater than the size of q use the
 276          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 277          * 4.2
 278          */
 279         dgst_len = (i >> 3);
 280     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, u1) == NULL)
 281         goto err;
 282
 283     /* u1 = M * w mod q */
 284     if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
 285         goto err;
 286
 287     /* u2 = r * w mod q */
 288     if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->q, ctx))
 289         goto err;
 290
 291     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 292         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 293                                       dsa->lock, dsa->p, ctx);
 294         if (!mont)
 295             goto err;
 296     }
 297
 298     if (dsa->meth->dsa_mod_exp != NULL) {
 299         if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2,
 300                                     dsa->p, ctx, mont))
 301             goto err;
 302     } else {
 303         if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
 304                               mont))
 305             goto err;
 306     }
 307
 308     /* let u1 = u1 mod q */
 309     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
 310         goto err;
 311
 312     /*
 313      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 314      */
 315     ret = (BN_ucmp(u1, r) == 0);
 316
 317  err:
 318     if (ret < 0)
 319         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 320     BN_CTX_free(ctx);
 321     BN_free(u1);
 322     BN_free(u2);
 323     BN_free(t1);
 324     return (ret);
 325 }
 326
 327 static int dsa_init(DSA *dsa)
 328 {
 329     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 330     return (1);
 331 }
 332
 333 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 334 {
 335     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 336     return (1);
 337 }