crypto/ec/ecdsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project
   3  */
   4 /* ====================================================================
   5  * Copyright (c) 1998-2004 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  *
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  16  *    the documentation and/or other materials provided with the
  17  *    distribution.
  18  *
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  20  *    software must display the following acknowledgment:
  21  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  22  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
  23  *
  24  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  25  *    endorse or promote products derived from this software without
  26  *    prior written permission. For written permission, please contact
  27  *    openssl-core@OpenSSL.org.
  28  *
  29  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  30  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  31  *    permission of the OpenSSL Project.
  32  *
  33  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  34  *    acknowledgment:
  35  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  36  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
  37  *
  38  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  39  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  40  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  41  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  42  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  43  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  44  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  45  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  46  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  47  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  48  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
  49  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  50  * ====================================================================
  51  *
  52  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
  53  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
  54  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  55  *
  56  */
  57
  58 #include <string.h>
  59 #include <openssl/err.h>
  60 #include <openssl/obj_mac.h>
  61 #include <openssl/bn.h>
  62 #include <openssl/rand.h>
  63 #include <openssl/ec.h>
  64 #include "ec_lcl.h"
  65
  66 int ossl_ecdsa_sign(int type, const unsigned char *dgst, int dlen,
  67                     unsigned char *sig, unsigned int *siglen,
  68                     const BIGNUM *kinv, const BIGNUM *r, EC_KEY *eckey)
  69 {
  70     ECDSA_SIG *s;
  71     RAND_seed(dgst, dlen);
  72     s = ECDSA_do_sign_ex(dgst, dlen, kinv, r, eckey);
  73     if (s == NULL) {
  74         *siglen = 0;
  75         return 0;
  76     }
  77     *siglen = i2d_ECDSA_SIG(s, &sig);
  78     ECDSA_SIG_free(s);
  79     return 1;
  80 }
  81
  82 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
  83                             BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  84                             const unsigned char *dgst, int dlen)
  85 {
  86     BN_CTX *ctx = NULL;
  87     BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *X = NULL;
  88     const BIGNUM *order;
  89     EC_POINT *tmp_point = NULL;
  90     const EC_GROUP *group;
  91     int ret = 0;
  92
  93     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
  94         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  95         return 0;
  96     }
  97
  98     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
  99         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 100         return 0;
 101     }
 102
 103     if (ctx_in == NULL) {
 104         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
 105             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 106             return 0;
 107         }
 108     } else
 109         ctx = ctx_in;
 110
 111     k = BN_new();               /* this value is later returned in *kinvp */
 112     r = BN_new();               /* this value is later returned in *rp */
 113     X = BN_new();
 114     if (k == NULL || r == NULL || X == NULL) {
 115         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 116         goto err;
 117     }
 118     if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 119         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 120         goto err;
 121     }
 122     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 123     if (order == NULL) {
 124         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 125         goto err;
 126     }
 127
 128     do {
 129         /* get random k */
 130         do
 131             if (dgst != NULL) {
 132                 if (!BN_generate_dsa_nonce
 133                     (k, order, EC_KEY_get0_private_key(eckey), dgst, dlen,
 134                      ctx)) {
 135                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 136                              EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 137                     goto err;
 138                 }
 139             } else {
 140                 if (!BN_rand_range(k, order)) {
 141                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 142                              EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 143                     goto err;
 144                 }
 145             }
 146         while (BN_is_zero(k));
 147
 148         /*
 149          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 150          * compute G*k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
 151          */
 152
 153         if (!BN_add(k, k, order))
 154             goto err;
 155         if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
 156             if (!BN_add(k, k, order))
 157                 goto err;
 158
 159         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 160         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 161             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 162             goto err;
 163         }
 164         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 165             NID_X9_62_prime_field) {
 166             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp
 167                 (group, tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 168                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 169                 goto err;
 170             }
 171         }
 172 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 173         else {                  /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 174
 175             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 176                                                       tmp_point, X, NULL,
 177                                                       ctx)) {
 178                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 179                 goto err;
 180             }
 181         }
 182 #endif
 183         if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 184             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 185             goto err;
 186         }
 187     }
 188     while (BN_is_zero(r));
 189
 190     /* compute the inverse of k */
 191     if (EC_GROUP_get_mont_data(group) != NULL) {
 192         /*
 193          * We want inverse in constant time, therefore we utilize the fact
 194          * order must be prime and use Fermats Little Theorem instead.
 195          */
 196         if (!BN_set_word(X, 2)) {
 197             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 198             goto err;
 199         }
 200         if (!BN_mod_sub(X, order, X, order, ctx)) {
 201             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 202             goto err;
 203         }
 204         BN_set_flags(X, BN_FLG_CONSTTIME);
 205         if (!BN_mod_exp_mont_consttime
 206             (k, k, X, order, ctx, EC_GROUP_get_mont_data(group))) {
 207             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 208             goto err;
 209         }
 210     } else {
 211         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx)) {
 212             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 213             goto err;
 214         }
 215     }
 216
 217     /* clear old values if necessary */
 218     BN_clear_free(*rp);
 219     BN_clear_free(*kinvp);
 220     /* save the pre-computed values  */
 221     *rp = r;
 222     *kinvp = k;
 223     ret = 1;
 224  err:
 225     if (!ret) {
 226         BN_clear_free(k);
 227         BN_clear_free(r);
 228     }
 229     if (ctx != ctx_in)
 230         BN_CTX_free(ctx);
 231     EC_POINT_free(tmp_point);
 232     BN_clear_free(X);
 233     return (ret);
 234 }
 235
 236 int ossl_ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 237                           BIGNUM **rp)
 238 {
 239     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 240 }
 241
 242 ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 243                                const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 244                                EC_KEY *eckey)
 245 {
 246     int ok = 0, i;
 247     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL;
 248     const BIGNUM *order, *ckinv;
 249     BN_CTX *ctx = NULL;
 250     const EC_GROUP *group;
 251     ECDSA_SIG *ret;
 252     const BIGNUM *priv_key;
 253
 254     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 255     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 256
 257     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
 258         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 259         return NULL;
 260     }
 261
 262     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 263         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 264         return NULL;
 265     }
 266
 267     ret = ECDSA_SIG_new();
 268     if (ret == NULL) {
 269         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 270         return NULL;
 271     }
 272     s = ret->s;
 273
 274     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL ||
 275         (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
 276         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 277         goto err;
 278     }
 279
 280     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 281     if (order == NULL) {
 282         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 283         goto err;
 284     }
 285     i = BN_num_bits(order);
 286     /*
 287      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 288      */
 289     if (8 * dgst_len > i)
 290         dgst_len = (i + 7) / 8;
 291     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 292         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 293         goto err;
 294     }
 295     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 296     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 297         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 298         goto err;
 299     }
 300     do {
 301         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 302             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 303                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
 304                 goto err;
 305             }
 306             ckinv = kinv;
 307         } else {
 308             ckinv = in_kinv;
 309             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 310                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 311                 goto err;
 312             }
 313         }
 314
 315         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
 316             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 317             goto err;
 318         }
 319         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
 320             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 321             goto err;
 322         }
 323         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 324             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 325             goto err;
 326         }
 327         if (BN_is_zero(s)) {
 328             /*
 329              * if kinv and r have been supplied by the caller don't to
 330              * generate new kinv and r values
 331              */
 332             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 333                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 334                 goto err;
 335             }
 336         } else
 337             /* s != 0 => we have a valid signature */
 338             break;
 339     }
 340     while (1);
 341
 342     ok = 1;
 343  err:
 344     if (!ok) {
 345         ECDSA_SIG_free(ret);
 346         ret = NULL;
 347     }
 348     BN_CTX_free(ctx);
 349     BN_clear_free(m);
 350     BN_clear_free(tmp);
 351     BN_clear_free(kinv);
 352     return ret;
 353 }
 354
 355 /*-
 356  * returns
 357  *      1: correct signature
 358  *      0: incorrect signature
 359  *     -1: error
 360  */
 361 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 362                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
 363 {
 364     ECDSA_SIG *s;
 365     const unsigned char *p = sigbuf;
 366     unsigned char *der = NULL;
 367     int derlen = -1;
 368     int ret = -1;
 369
 370     s = ECDSA_SIG_new();
 371     if (s == NULL)
 372         return (ret);
 373     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
 374         goto err;
 375     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
 376     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
 377     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
 378         goto err;
 379     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
 380  err:
 381     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
 382     ECDSA_SIG_free(s);
 383     return (ret);
 384 }
 385
 386 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 387                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 388 {
 389     int ret = -1, i;
 390     BN_CTX *ctx;
 391     const BIGNUM *order;
 392     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
 393     EC_POINT *point = NULL;
 394     const EC_GROUP *group;
 395     const EC_POINT *pub_key;
 396
 397     /* check input values */
 398     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 399         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 400         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
 401         return -1;
 402     }
 403
 404     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 405         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 406         return -1;
 407     }
 408
 409     ctx = BN_CTX_new();
 410     if (ctx == NULL) {
 411         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 412         return -1;
 413     }
 414     BN_CTX_start(ctx);
 415     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 416     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 417     m = BN_CTX_get(ctx);
 418     X = BN_CTX_get(ctx);
 419     if (X == NULL) {
 420         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 421         goto err;
 422     }
 423
 424     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 425     if (order == NULL) {
 426         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 427         goto err;
 428     }
 429
 430     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 431         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 432         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 433         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
 434         ret = 0;                /* signature is invalid */
 435         goto err;
 436     }
 437     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 438     if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
 439         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 440         goto err;
 441     }
 442     /* digest -> m */
 443     i = BN_num_bits(order);
 444     /*
 445      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 446      */
 447     if (8 * dgst_len > i)
 448         dgst_len = (i + 7) / 8;
 449     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 450         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 451         goto err;
 452     }
 453     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 454     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 455         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 456         goto err;
 457     }
 458     /* u1 = m * tmp mod order */
 459     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 460         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 461         goto err;
 462     }
 463     /* u2 = r * w mod q */
 464     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 465         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 466         goto err;
 467     }
 468
 469     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 470         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 471         goto err;
 472     }
 473     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 474         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 475         goto err;
 476     }
 477     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 478         NID_X9_62_prime_field) {
 479         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 480             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 481             goto err;
 482         }
 483     }
 484 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 485     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 486
 487         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 488             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 489             goto err;
 490         }
 491     }
 492 #endif
 493     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 494         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 495         goto err;
 496     }
 497     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 498     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 499  err:
 500     BN_CTX_end(ctx);
 501     BN_CTX_free(ctx);
 502     EC_POINT_free(point);
 503     return ret;
 504 }