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_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
 203         ret=DSA_SIG_new();
 204         if (ret == NULL) goto err;
 205         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 206          * very unlikely.
 207          */
 208         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 209                 {
 210                 if (noredo)
 211                         {
 212                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 213                         goto err;
 214                         }
 215                 goto redo;
 216                 }
 217         ret->r = r;
 218         ret->s = s;
 219
 220 err:
 221         if (!ret)
 222                 {
 223                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 224                 BN_free(r);
 225                 BN_free(s);
 226                 }
 227         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 228         BN_clear_free(&m);
 229         BN_clear_free(&xr);
 230         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 231             BN_clear_free(kinv);
 232         return(ret);
 233         }
 234
 235 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 236         {
 237         BN_CTX *ctx;
 238         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 239         int ret=0;
 240
 241         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 242                 {
 243                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 244                 return 0;
 245                 }
 246
 247         BN_init(&k);
 248         BN_init(&kq);
 249
 250         if (ctx_in == NULL)
 251                 {
 252                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 253                 }
 254         else
 255                 ctx=ctx_in;
 256
 257         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 258
 259         /* Get random k */
 260         do
 261                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 262         while (BN_is_zero(&k));
 263         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 264                 {
 265                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 266                 }
 267
 268         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 269                 {
 270                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 271                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 272                                                 dsa->p, ctx))
 273                         goto err;
 274                 }
 275
 276         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 277
 278         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 279                 {
 280                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 281
 282                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 283                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 284                  *
 285                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 286                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 287
 288                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 289                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 290                         {
 291                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 292                         }
 293
 294                 K = &kq;
 295                 }
 296         else
 297                 {
 298                 K = &k;
 299                 }
 300         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 301                         dsa->method_mont_p);
 302         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 303
 304         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 305         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 306
 307         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 308         *kinvp=kinv;
 309         kinv=NULL;
 310         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 311         *rp=r;
 312         ret=1;
 313 err:
 314         if (!ret)
 315                 {
 316                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 317                 if (r != NULL)
 318                         BN_clear_free(r);
 319                 }
 320         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 321         BN_clear_free(&k);
 322         BN_clear_free(&kq);
 323         return(ret);
 324         }
 325
 326 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 327                          DSA *dsa)
 328         {
 329         BN_CTX *ctx;
 330         BIGNUM u1,u2,t1;
 331         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 332         int ret = -1, i;
 333         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 334                 {
 335                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 336                 return -1;
 337                 }
 338
 339         i = BN_num_bits(dsa->q);
 340         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 341         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 342                 {
 343                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 344                 return -1;
 345                 }
 346
 347 #ifdef OPENSSL_FIPS
 348         if(FIPS_selftest_failed())
 349             {
 350             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_VERIFY,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 351             return -1;
 352             }
 353
 354         if (FIPS_mode() && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 355                 {
 356                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 357                 return -1;
 358                 }
 359 #endif
 360
 361         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 362                 {
 363                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 364                 return -1;
 365                 }
 366         BN_init(&u1);
 367         BN_init(&u2);
 368         BN_init(&t1);
 369
 370         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 371
 372         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 373             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 374                 {
 375                 ret = 0;
 376                 goto err;
 377                 }
 378         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 379             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 380                 {
 381                 ret = 0;
 382                 goto err;
 383                 }
 384
 385         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 386          * save W in u2 */
 387         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 388
 389         /* save M in u1 */
 390         if (dgst_len > (i >> 3))
 391                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 392                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 393                  * fips 186-3, 4.2 */
 394                 dgst_len = (i >> 3);
 395         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 396
 397         /* u1 = M * w mod q */
 398         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 399
 400         /* u2 = r * w mod q */
 401         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 402
 403
 404         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 405                 {
 406                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 407                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 408                 if (!mont)
 409                         goto err;
 410                 }
 411
 412
 413         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 414         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 415         /* let u1 = u1 mod q */
 416         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 417
 418         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 419          * equal to R. */
 420         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 421
 422         err:
 423         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 424            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 425         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 426         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 427         BN_free(&u1);
 428         BN_free(&u2);
 429         BN_free(&t1);
 430         return(ret);
 431         }
 432
 433 static int dsa_init(DSA *dsa)
 434 {
 435         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 436         return(1);
 437 }
 438
 439 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 440 {
 441         if(dsa->method_mont_p)
 442                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 443         return(1);
 444 }
 445