PR: 2295
[openssl.git] / 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
140         BN_init(&m);
141         BN_init(&xr);
142
143         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
144                 {
145                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
146                 goto err;
147                 }
148
149         s=BN_new();
150         if (s == NULL) goto err;
151
152         /* reject a excessive digest length (currently at most
153          * dsa-with-SHA256 is supported) */
154         if (dlen > SHA256_DIGEST_LENGTH)
155                 {
156                 reason=DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE;
157                 goto err;
158                 }
159
160         ctx=BN_CTX_new();
161         if (ctx == NULL) goto err;
162
163         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
164                 {
165                 if (!DSA_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
166                 }
167         else
168                 {
169                 kinv=dsa->kinv;
170                 dsa->kinv=NULL;
171                 r=dsa->r;
172                 dsa->r=NULL;
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         ret->r = r;
194         ret->s = s;
195         
196 err:
197         if (!ret)
198                 {
199                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
200                 BN_free(r);
201                 BN_free(s);
202                 }
203         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
204         BN_clear_free(&m);
205         BN_clear_free(&xr);
206         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
207             BN_clear_free(kinv);
208         return(ret);
209         }
210
211 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
212         {
213         BN_CTX *ctx;
214         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
215         int ret=0;
216
217         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
218                 {
219                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
220                 return 0;
221                 }
222
223         BN_init(&k);
224         BN_init(&kq);
225
226         if (ctx_in == NULL)
227                 {
228                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
229                 }
230         else
231                 ctx=ctx_in;
232
233         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
234
235         /* Get random k */
236         do
237                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
238         while (BN_is_zero(&k));
239         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
240                 {
241                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
242                 }
243
244         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
245                 {
246                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
247                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
248                                                 dsa->p, ctx))
249                         goto err;
250                 }
251
252         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
253
254         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
255                 {
256                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
257
258                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
259                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
260                  *
261                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
262                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
263
264                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
265                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
266                         {
267                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
268                         }
269
270                 K = &kq;
271                 }
272         else
273                 {
274                 K = &k;
275                 }
276         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
277                         dsa->method_mont_p);
278         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
279
280         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
281         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
282
283         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
284         *kinvp=kinv;
285         kinv=NULL;
286         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
287         *rp=r;
288         ret=1;
289 err:
290         if (!ret)
291                 {
292                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
293                 if (r != NULL)
294                         BN_clear_free(r);
295                 }
296         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
297         BN_clear_free(&k);
298         BN_clear_free(&kq);
299         return(ret);
300         }
301
302 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
303                          DSA *dsa)
304         {
305         BN_CTX *ctx;
306         BIGNUM u1,u2,t1;
307         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
308         int ret = -1, i;
309         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
310                 {
311                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
312                 return -1;
313                 }
314
315         i = BN_num_bits(dsa->q);
316         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
317         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
318                 {
319                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
320                 return -1;
321                 }
322
323         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
324                 {
325                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
326                 return -1;
327                 }
328
329         /* reject a excessive digest length (currently at most
330          * dsa-with-SHA256 is supported) */
331         if (dgst_len > SHA256_DIGEST_LENGTH)
332                 {
333                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
334                 return -1;
335                 }
336
337         BN_init(&u1);
338         BN_init(&u2);
339         BN_init(&t1);
340
341         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
342
343         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
344             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
345                 {
346                 ret = 0;
347                 goto err;
348                 }
349         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
350             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
351                 {
352                 ret = 0;
353                 goto err;
354                 }
355
356         /* Calculate W = inv(S) mod Q
357          * save W in u2 */
358         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
359
360         /* save M in u1 */
361         if (dgst_len > (i >> 3))
362                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
363                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
364                  * fips 186-3, 4.2 */
365                 dgst_len = (i >> 3);
366         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
367
368         /* u1 = M * w mod q */
369         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
370
371         /* u2 = r * w mod q */
372         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
373
374
375         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
376                 {
377                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
378                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
379                 if (!mont)
380                         goto err;
381                 }
382
383
384         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
385         /* BN_copy(&u1,&t1); */
386         /* let u1 = u1 mod q */
387         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
388
389         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
390          * equal to R. */
391         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
392
393         err:
394         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
395            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
396         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
397         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
398         BN_free(&u1);
399         BN_free(&u2);
400         BN_free(&t1);
401         return(ret);
402         }
403
404 static int dsa_init(DSA *dsa)
405 {
406         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
407         return(1);
408 }
409
410 static int dsa_finish(DSA *dsa)
411 {
412         if(dsa->method_mont_p)
413                 BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
414         return(1);
415 }
416