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 #define OPENSSL_FIPSAPI
  62
  63 #include <stdio.h>
  64 #include "cryptlib.h"
  65 #include <openssl/bn.h>
  66 #include <openssl/sha.h>
  67 #include <openssl/dsa.h>
  68 #include <openssl/rand.h>
  69 #include <openssl/asn1.h>
  70 #ifdef OPENSSL_FIPS
  71 #include <openssl/fips.h>
  72 #endif
  73
  74 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  75 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  76 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
  77                          DSA *dsa);
  78 static int dsa_init(DSA *dsa);
  79 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  80
  81 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  82 "OpenSSL DSA method",
  83 dsa_do_sign,
  84 dsa_sign_setup,
  85 dsa_do_verify,
  86 NULL, /* dsa_mod_exp, */
  87 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
  88 dsa_init,
  89 dsa_finish,
  90 DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  91 NULL,
  92 NULL,
  93 NULL
  94 };
  95
  96 /* These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  97  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  98  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  99  *
 100  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
 101  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
 102  *
 103  * can be replaced by;
 104  *
 105  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 106  *                 dsa->method_mont_p);
 107  */
 108
 109 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 110         do { \
 111         int _tmp_res53; \
 112         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 113                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 114                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 115         else \
 116                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 117                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 118         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 119         } while(0)
 120 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 121         do { \
 122         int _tmp_res53; \
 123         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 124                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 125                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 126         else \
 127                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 128         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 129         } while(0)
 130
 131 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 132 {
 133         return &openssl_dsa_meth;
 134 }
 135
 136 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 137         {
 138         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 139         BIGNUM m;
 140         BIGNUM xr;
 141         BN_CTX *ctx=NULL;
 142         int reason=ERR_R_BN_LIB;
 143         DSA_SIG *ret=NULL;
 144         int noredo = 0;
 145
 146 #ifdef OPENSSL_FIPS
 147         if(FIPS_selftest_failed())
 148             {
 149             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_SIGN,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 150             return NULL;
 151             }
 152
 153         if (FIPS_module_mode() && !(dsa->flags & DSA_FLAG_NON_FIPS_ALLOW)
 154                 && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 155                 {
 156                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 157                 return NULL;
 158                 }
 159         if (!fips_check_dsa_prng(dsa, 0, 0))
 160                 goto err;
 161 #endif
 162
 163         BN_init(&m);
 164         BN_init(&xr);
 165
 166         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 167                 {
 168                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 169                 goto err;
 170                 }
 171
 172         s=BN_new();
 173         if (s == NULL) goto err;
 174         ctx=BN_CTX_new();
 175         if (ctx == NULL) goto err;
 176 redo:
 177         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 178                 {
 179                 if (!dsa->meth->dsa_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
 180                 }
 181         else
 182                 {
 183                 kinv=dsa->kinv;
 184                 dsa->kinv=NULL;
 185                 r=dsa->r;
 186                 dsa->r=NULL;
 187                 noredo = 1;
 188                 }
 189
 190
 191         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 192                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 193                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 194                  * fips 186-3, 4.2 */
 195                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 196         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
 197                 goto err;
 198
 199         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 200         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 201         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 202         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 203                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 204         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 205
 206         ret=DSA_SIG_new();
 207         if (ret == NULL) goto err;
 208         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 209          * very unlikely.
 210          */
 211         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 212                 {
 213                 if (noredo)
 214                         {
 215                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 216                         goto err;
 217                         }
 218                 goto redo;
 219                 }
 220         ret->r = r;
 221         ret->s = s;
 222
 223 err:
 224         if (!ret)
 225                 {
 226                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 227                 BN_free(r);
 228                 BN_free(s);
 229                 }
 230         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 231         BN_clear_free(&m);
 232         BN_clear_free(&xr);
 233         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 234             BN_clear_free(kinv);
 235         return(ret);
 236         }
 237
 238 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 239         {
 240         BN_CTX *ctx;
 241         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 242         int ret=0;
 243
 244         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 245                 {
 246                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 247                 return 0;
 248                 }
 249
 250         BN_init(&k);
 251         BN_init(&kq);
 252
 253         if (ctx_in == NULL)
 254                 {
 255                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 256                 }
 257         else
 258                 ctx=ctx_in;
 259
 260         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 261
 262         /* Get random k */
 263         do
 264                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 265         while (BN_is_zero(&k));
 266         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 267                 {
 268                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 269                 }
 270
 271         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 272                 {
 273                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 274                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 275                                                 dsa->p, ctx))
 276                         goto err;
 277                 }
 278
 279         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 280
 281         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 282                 {
 283                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 284
 285                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 286                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 287                  *
 288                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 289                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 290
 291                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 292                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 293                         {
 294                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 295                         }
 296
 297                 K = &kq;
 298                 }
 299         else
 300                 {
 301                 K = &k;
 302                 }
 303         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 304                         dsa->method_mont_p);
 305         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 306
 307         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 308         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 309
 310         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 311         *kinvp=kinv;
 312         kinv=NULL;
 313         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 314         *rp=r;
 315         ret=1;
 316 err:
 317         if (!ret)
 318                 {
 319                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 320                 if (r != NULL)
 321                         BN_clear_free(r);
 322                 }
 323         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 324         BN_clear_free(&k);
 325         BN_clear_free(&kq);
 326         return(ret);
 327         }
 328
 329 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 330                          DSA *dsa)
 331         {
 332         BN_CTX *ctx;
 333         BIGNUM u1,u2,t1;
 334         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 335         int ret = -1, i;
 336         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 337                 {
 338                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 339                 return -1;
 340                 }
 341
 342         i = BN_num_bits(dsa->q);
 343         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 344         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 345                 {
 346                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 347                 return -1;
 348                 }
 349
 350 #ifdef OPENSSL_FIPS
 351         if(FIPS_selftest_failed())
 352             {
 353             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_VERIFY,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 354             return -1;
 355             }
 356
 357         if (FIPS_module_mode() && !(dsa->flags & DSA_FLAG_NON_FIPS_ALLOW)
 358                 && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 359                 {
 360                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 361                 return -1;
 362                 }
 363 #endif
 364
 365         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 366                 {
 367                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 368                 return -1;
 369                 }
 370         BN_init(&u1);
 371         BN_init(&u2);
 372         BN_init(&t1);
 373
 374         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 375
 376         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 377             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 378                 {
 379                 ret = 0;
 380                 goto err;
 381                 }
 382         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 383             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 384                 {
 385                 ret = 0;
 386                 goto err;
 387                 }
 388
 389         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 390          * save W in u2 */
 391         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 392
 393         /* save M in u1 */
 394         if (dgst_len > (i >> 3))
 395                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 396                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 397                  * fips 186-3, 4.2 */
 398                 dgst_len = (i >> 3);
 399         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 400
 401         /* u1 = M * w mod q */
 402         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 403
 404         /* u2 = r * w mod q */
 405         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 406
 407
 408         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 409                 {
 410                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 411                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 412                 if (!mont)
 413                         goto err;
 414                 }
 415
 416
 417         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 418         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 419         /* let u1 = u1 mod q */
 420         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 421
 422         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 423          * equal to R. */
 424         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 425
 426         err:
 427         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 428            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 429         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 430         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 431         BN_free(&u1);
 432         BN_free(&u2);
 433         BN_free(&t1);
 434         return(ret);
 435         }
 436
 437 static int dsa_init(DSA *dsa)
 438 {
 439         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 440         return(1);
 441 }
 442
 443 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 444 {
 445         if(dsa->method_mont_p)
 446                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 447         return(1);
 448 }
 449