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 #include <stdio.h>
  62 #include "cryptlib.h"
  63 #include <openssl/bn.h>
  64 #include <openssl/sha.h>
  65 #include <openssl/dsa.h>
  66 #include <openssl/rand.h>
  67 #include <openssl/asn1.h>
  68
  69 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  70 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  71 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
  72                          DSA *dsa);
  73 static int dsa_init(DSA *dsa);
  74 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  75
  76 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  77 "OpenSSL DSA method",
  78 dsa_do_sign,
  79 dsa_sign_setup,
  80 dsa_do_verify,
  81 NULL, /* dsa_mod_exp, */
  82 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
  83 dsa_init,
  84 dsa_finish,
  85 0,
  86 NULL,
  87 NULL,
  88 NULL
  89 };
  90
  91 /* These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  92  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  93  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  94  *
  95  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  96  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
  97  *
  98  * can be replaced by;
  99  *
 100  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 101  *                 dsa->method_mont_p);
 102  */
 103
 104 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 105         do { \
 106         int _tmp_res53; \
 107         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 108                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 109                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 110         else \
 111                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 112                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 113         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 114         } while(0)
 115 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 116         do { \
 117         int _tmp_res53; \
 118         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 119                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 120                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 121         else \
 122                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 123         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 124         } while(0)
 125
 126 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 127 {
 128         return &openssl_dsa_meth;
 129 }
 130
 131 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 132         {
 133         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 134         BIGNUM m;
 135         BIGNUM xr;
 136         BN_CTX *ctx=NULL;
 137         int reason=ERR_R_BN_LIB;
 138         DSA_SIG *ret=NULL;
 139         int noredo = 0;
 140
 141         BN_init(&m);
 142         BN_init(&xr);
 143
 144         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 145                 {
 146                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 147                 goto err;
 148                 }
 149
 150         s=BN_new();
 151         if (s == NULL) goto err;
 152
 153         /* reject a excessive digest length (currently at most
 154          * dsa-with-SHA256 is supported) */
 155         if (dlen > SHA256_DIGEST_LENGTH)
 156                 {
 157                 reason=DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE;
 158                 goto err;
 159                 }
 160
 161         ctx=BN_CTX_new();
 162         if (ctx == NULL) goto err;
 163 redo:
 164         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 165                 {
 166                 if (!DSA_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
 167                 }
 168         else
 169                 {
 170                 kinv=dsa->kinv;
 171                 dsa->kinv=NULL;
 172                 r=dsa->r;
 173                 dsa->r=NULL;
 174                 noredo = 1;
 175                 }
 176
 177
 178         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 179                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 180                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 181                  * fips 186-3, 4.2 */
 182                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 183         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
 184                 goto err;
 185
 186         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 187         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 188         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 189         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 190                 if (!BN_sub(s,s,dsa->q)) goto err;
 191         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 192
 193         ret=DSA_SIG_new();
 194         if (ret == NULL) goto err;
 195         /* Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is
 196          * very unlikely.
 197          */
 198         if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
 199                 {
 200                 if (noredo)
 201                         {
 202                         reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 203                         goto err;
 204                         }
 205                 goto redo;
 206                 }
 207         ret->r = r;
 208         ret->s = s;
 209
 210 err:
 211         if (!ret)
 212                 {
 213                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 214                 BN_free(r);
 215                 BN_free(s);
 216                 }
 217         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 218         BN_clear_free(&m);
 219         BN_clear_free(&xr);
 220         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 221             BN_clear_free(kinv);
 222         return(ret);
 223         }
 224
 225 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 226         {
 227         BN_CTX *ctx;
 228         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 229         int ret=0;
 230
 231         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 232                 {
 233                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 234                 return 0;
 235                 }
 236
 237         BN_init(&k);
 238         BN_init(&kq);
 239
 240         if (ctx_in == NULL)
 241                 {
 242                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 243                 }
 244         else
 245                 ctx=ctx_in;
 246
 247         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 248
 249         /* Get random k */
 250         do
 251                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 252         while (BN_is_zero(&k));
 253         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 254                 {
 255                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 256                 }
 257
 258         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 259                 {
 260                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 261                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 262                                                 dsa->p, ctx))
 263                         goto err;
 264                 }
 265
 266         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 267
 268         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 269                 {
 270                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 271
 272                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 273                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 274                  *
 275                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 276                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 277
 278                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 279                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 280                         {
 281                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 282                         }
 283
 284                 K = &kq;
 285                 }
 286         else
 287                 {
 288                 K = &k;
 289                 }
 290         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 291                         dsa->method_mont_p);
 292         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 293
 294         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 295         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 296
 297         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 298         *kinvp=kinv;
 299         kinv=NULL;
 300         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 301         *rp=r;
 302         ret=1;
 303 err:
 304         if (!ret)
 305                 {
 306                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 307                 if (r != NULL)
 308                         BN_clear_free(r);
 309                 }
 310         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 311         BN_clear_free(&k);
 312         BN_clear_free(&kq);
 313         return(ret);
 314         }
 315
 316 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 317                          DSA *dsa)
 318         {
 319         BN_CTX *ctx;
 320         BIGNUM u1,u2,t1;
 321         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 322         int ret = -1, i;
 323         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 324                 {
 325                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 326                 return -1;
 327                 }
 328
 329         i = BN_num_bits(dsa->q);
 330         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 331         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 332                 {
 333                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 334                 return -1;
 335                 }
 336
 337         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 338                 {
 339                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 340                 return -1;
 341                 }
 342
 343         /* reject a excessive digest length (currently at most
 344          * dsa-with-SHA256 is supported) */
 345         if (dgst_len > SHA256_DIGEST_LENGTH)
 346                 {
 347                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
 348                 return -1;
 349                 }
 350
 351         BN_init(&u1);
 352         BN_init(&u2);
 353         BN_init(&t1);
 354
 355         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 356
 357         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 358             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 359                 {
 360                 ret = 0;
 361                 goto err;
 362                 }
 363         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 364             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 365                 {
 366                 ret = 0;
 367                 goto err;
 368                 }
 369
 370         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 371          * save W in u2 */
 372         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 373
 374         /* save M in u1 */
 375         if (dgst_len > (i >> 3))
 376                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 377                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 378                  * fips 186-3, 4.2 */
 379                 dgst_len = (i >> 3);
 380         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 381
 382         /* u1 = M * w mod q */
 383         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 384
 385         /* u2 = r * w mod q */
 386         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 387
 388
 389         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 390                 {
 391                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 392                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 393                 if (!mont)
 394                         goto err;
 395                 }
 396
 397
 398         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 399         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 400         /* let u1 = u1 mod q */
 401         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 402
 403         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 404          * equal to R. */
 405         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 406
 407         err:
 408         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 409            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 410         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 411         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 412         BN_free(&u1);
 413         BN_free(&u2);
 414         BN_free(&t1);
 415         return(ret);
 416         }
 417
 418 static int dsa_init(DSA *dsa)
 419 {
 420         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 421         return(1);
 422 }
 423
 424 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 425 {
 426         if(dsa->method_mont_p)
 427                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 428         return(1);
 429 }
 430