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_mode() && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 154                 {
 155                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 156                 return NULL;
 157                 }
 158 #endif
 159
 160         BN_init(&m);
 161         BN_init(&xr);
 162
 163         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 164                 {
 165                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 166                 goto err;
 167                 }
 168
 169         s=BN_new();
 170         if (s == NULL) goto err;
 171         ctx=BN_CTX_new();
 172         if (ctx == NULL) goto err;
 173 redo:
 174         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 175                 {
 176                 if (!dsa->meth->dsa_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
 177                 }
 178         else
 179                 {
 180                 kinv=dsa->kinv;
 181                 dsa->kinv=NULL;
 182                 r=dsa->r;
 183                 dsa->r=NULL;
 184                 noredo = 1;
 185                 }
 186
 187
 188         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 189                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 190                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 191                  * fips 186-3, 4.2 */
 192                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 193         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
 194                 goto err;
 195
 196         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 197         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 198         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 199         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 200                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 201         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 202         ret=DSA_SIG_new();
 203         if (ret == NULL) goto err;
 204         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 205          * very unlikely.
 206          */
 207         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 208                 {
 209                 if (noredo)
 210                         {
 211                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 212                         goto err;
 213                         }
 214                 goto redo;
 215                 }
 216         ret->r = r;
 217         ret->s = s;
 218
 219 err:
 220         if (!ret)
 221                 {
 222                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 223                 BN_free(r);
 224                 BN_free(s);
 225                 }
 226         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 227         BN_clear_free(&m);
 228         BN_clear_free(&xr);
 229         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 230             BN_clear_free(kinv);
 231         return(ret);
 232         }
 233
 234 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 235         {
 236         BN_CTX *ctx;
 237         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 238         int ret=0;
 239
 240         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 241                 {
 242                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 243                 return 0;
 244                 }
 245
 246         BN_init(&k);
 247         BN_init(&kq);
 248
 249         if (ctx_in == NULL)
 250                 {
 251                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 252                 }
 253         else
 254                 ctx=ctx_in;
 255
 256         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 257
 258         /* Get random k */
 259         do
 260                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 261         while (BN_is_zero(&k));
 262         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 263                 {
 264                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 265                 }
 266
 267         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 268                 {
 269                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 270                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 271                                                 dsa->p, ctx))
 272                         goto err;
 273                 }
 274
 275         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 276
 277         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 278                 {
 279                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 280
 281                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 282                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 283                  *
 284                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 285                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 286
 287                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 288                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 289                         {
 290                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 291                         }
 292
 293                 K = &kq;
 294                 }
 295         else
 296                 {
 297                 K = &k;
 298                 }
 299         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 300                         dsa->method_mont_p);
 301         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 302
 303         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 304         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 305
 306         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 307         *kinvp=kinv;
 308         kinv=NULL;
 309         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 310         *rp=r;
 311         ret=1;
 312 err:
 313         if (!ret)
 314                 {
 315                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 316                 if (r != NULL)
 317                         BN_clear_free(r);
 318                 }
 319         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 320         BN_clear_free(&k);
 321         BN_clear_free(&kq);
 322         return(ret);
 323         }
 324
 325 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 326                          DSA *dsa)
 327         {
 328         BN_CTX *ctx;
 329         BIGNUM u1,u2,t1;
 330         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 331         int ret = -1, i;
 332         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 333                 {
 334                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 335                 return -1;
 336                 }
 337
 338         i = BN_num_bits(dsa->q);
 339         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 340         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 341                 {
 342                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 343                 return -1;
 344                 }
 345
 346 #ifdef OPENSSL_FIPS
 347         if(FIPS_selftest_failed())
 348             {
 349             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_VERIFY,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 350             return -1;
 351             }
 352
 353         if (FIPS_mode() && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 354                 {
 355                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 356                 return -1;
 357                 }
 358 #endif
 359
 360         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 361                 {
 362                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 363                 return -1;
 364                 }
 365         BN_init(&u1);
 366         BN_init(&u2);
 367         BN_init(&t1);
 368
 369         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 370
 371         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 372             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 373                 {
 374                 ret = 0;
 375                 goto err;
 376                 }
 377         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 378             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 379                 {
 380                 ret = 0;
 381                 goto err;
 382                 }
 383
 384         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 385          * save W in u2 */
 386         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 387
 388         /* save M in u1 */
 389         if (dgst_len > (i >> 3))
 390                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 391                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 392                  * fips 186-3, 4.2 */
 393                 dgst_len = (i >> 3);
 394         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 395
 396         /* u1 = M * w mod q */
 397         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 398
 399         /* u2 = r * w mod q */
 400         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 401
 402
 403         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 404                 {
 405                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 406                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 407                 if (!mont)
 408                         goto err;
 409                 }
 410
 411
 412         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 413         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 414         /* let u1 = u1 mod q */
 415         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 416
 417         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 418          * equal to R. */
 419         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 420
 421         err:
 422         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 423            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 424         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 425         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 426         BN_free(&u1);
 427         BN_free(&u2);
 428         BN_free(&t1);
 429         return(ret);
 430         }
 431
 432 static int dsa_init(DSA *dsa)
 433 {
 434         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 435         return(1);
 436 }
 437
 438 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 439 {
 440         if(dsa->method_mont_p)
 441                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 442         return(1);
 443 }
 444