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
  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
  71 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  72 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  73 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
  74                                       BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  75                                       const unsigned char *dgst, int dlen);
  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_no_digest,
  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         m = BN_new();
 147         xr = BN_new();
 148         if(!m || !xr) goto err;
 149
 150         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 151                 {
 152                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 153                 goto err;
 154                 }
 155
 156         s=BN_new();
 157         if (s == NULL) goto err;
 158         ctx=BN_CTX_new();
 159         if (ctx == NULL) goto err;
 160 redo:
 161         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 162                 {
 163                 if (!dsa_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r,dgst,dlen))
 164                         goto err;
 165                 }
 166         else
 167                 {
 168                 kinv=dsa->kinv;
 169                 dsa->kinv=NULL;
 170                 r=dsa->r;
 171                 dsa->r=NULL;
 172                 noredo = 1;
 173                 }
 174
 175
 176         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 177                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 178                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 179                  * fips 186-3, 4.2 */
 180                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 181         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,m) == NULL)
 182                 goto err;
 183
 184         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 185         if (!BN_mod_mul(xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 186         if (!BN_add(s, xr, m)) goto err;                /* s = m + xr */
 187         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 188                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 189         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 190
 191         ret=DSA_SIG_new();
 192         if (ret == NULL) goto err;
 193         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 194          * very unlikely.
 195          */
 196         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 197                 {
 198                 if (noredo)
 199                         {
 200                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 201                         goto err;
 202                         }
 203                 goto redo;
 204                 }
 205         ret->r = r;
 206         ret->s = s;
 207
 208 err:
 209         if (!ret)
 210                 {
 211                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 212                 BN_free(r);
 213                 BN_free(s);
 214                 }
 215         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 216         BN_clear_free(m);
 217         BN_clear_free(xr);
 218         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 219             BN_clear_free(kinv);
 220         return(ret);
 221         }
 222
 223 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 224                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp) {
 225         return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 226 }
 227
 228 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 229                                       BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 230                                       const unsigned char *dgst, int dlen)
 231         {
 232         BN_CTX *ctx = NULL;
 233         BIGNUM *k,*kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 234         int ret=0;
 235
 236         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 237                 {
 238                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 239                 return 0;
 240                 }
 241
 242         k = BN_new();
 243         kq = BN_new();
 244         if(!k || !kq) goto err;
 245
 246         if (ctx_in == NULL)
 247                 {
 248                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 249                 }
 250         else
 251                 ctx=ctx_in;
 252
 253         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 254
 255         /* Get random k */
 256         do
 257                 {
 258 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
 259                 if (dgst != NULL)
 260                         {
 261                         /* We calculate k from SHA512(private_key + H(message)
 262                          * + random). This protects the private key from a weak
 263                          * PRNG. */
 264                         if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 265                                                    dlen, ctx))
 266                                 goto err;
 267                         }
 268                 else
 269 #endif
 270                         if (!BN_rand_range(k, dsa->q)) goto err;
 271                 } while (BN_is_zero(k));
 272
 273         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 274                 {
 275                 BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 276                 }
 277
 278         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 279                 {
 280                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 281                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 282                                                 dsa->p, ctx))
 283                         goto err;
 284                 }
 285
 286         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 287
 288         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 289                 {
 290                 if (!BN_copy(kq, k)) goto err;
 291
 292                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 293                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 294                  *
 295                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 296                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 297
 298                 if (!BN_add(kq, kq, dsa->q)) goto err;
 299                 if (BN_num_bits(kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 300                         {
 301                         if (!BN_add(kq, kq, dsa->q)) goto err;
 302                         }
 303
 304                 K = kq;
 305                 }
 306         else
 307                 {
 308                 K = k;
 309                 }
 310         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 311                         dsa->method_mont_p);
 312         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 313
 314         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 315         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 316
 317         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 318         *kinvp=kinv;
 319         kinv=NULL;
 320         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 321         *rp=r;
 322         ret=1;
 323 err:
 324         if (!ret)
 325                 {
 326                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 327                 if (r != NULL)
 328                         BN_clear_free(r);
 329                 }
 330         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 331         BN_clear_free(k);
 332         BN_clear_free(kq);
 333         return(ret);
 334         }
 335
 336 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 337                          DSA *dsa)
 338         {
 339         BN_CTX *ctx;
 340         BIGNUM *u1,*u2,*t1;
 341         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 342         int ret = -1, i;
 343         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 344                 {
 345                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 346                 return -1;
 347                 }
 348
 349         i = BN_num_bits(dsa->q);
 350         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 351         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 352                 {
 353                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 354                 return -1;
 355                 }
 356
 357         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 358                 {
 359                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 360                 return -1;
 361                 }
 362         u1 = BN_new();
 363         u2 = BN_new();
 364         t1 = BN_new();
 365         ctx=BN_CTX_new();
 366         if(!u1 || !u2 || !t1 || !ctx) goto err;
 367
 368         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 369             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 370                 {
 371                 ret = 0;
 372                 goto err;
 373                 }
 374         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 375             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 376                 {
 377                 ret = 0;
 378                 goto err;
 379                 }
 380
 381         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 382          * save W in u2 */
 383         if ((BN_mod_inverse(u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 384
 385         /* save M in u1 */
 386         if (dgst_len > (i >> 3))
 387                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 388                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 389                  * fips 186-3, 4.2 */
 390                 dgst_len = (i >> 3);
 391         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,u1) == NULL) goto err;
 392
 393         /* u1 = M * w mod q */
 394         if (!BN_mod_mul(u1,u1,u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 395
 396         /* u2 = r * w mod q */
 397         if (!BN_mod_mul(u2,sig->r,u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 398
 399
 400         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 401                 {
 402                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 403                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 404                 if (!mont)
 405                         goto err;
 406                 }
 407
 408
 409         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx, mont);
 410         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 411         /* let u1 = u1 mod q */
 412         if (!BN_mod(u1,t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 413
 414         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 415          * equal to R. */
 416         ret=(BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 417
 418         err:
 419         if (ret < 0) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 420         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 421         if(u1) BN_free(u1);
 422         if(u2) BN_free(u2);
 423         if(t1) 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         if(dsa->method_mont_p)
 436                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 437         return(1);
 438 }
 439