crypto/ec/ecdsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2017 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 #include <string.h>
  11 #include <openssl/err.h>
  12 #include <openssl/obj_mac.h>
  13 #include <openssl/bn.h>
  14 #include <openssl/rand.h>
  15 #include <openssl/ec.h>
  16 #include "ec_lcl.h"
  17
  18 int ossl_ecdsa_sign(int type, const unsigned char *dgst, int dlen,
  19                     unsigned char *sig, unsigned int *siglen,
  20                     const BIGNUM *kinv, const BIGNUM *r, EC_KEY *eckey)
  21 {
  22     ECDSA_SIG *s;
  23
  24     s = ECDSA_do_sign_ex(dgst, dlen, kinv, r, eckey);
  25     if (s == NULL) {
  26         *siglen = 0;
  27         return 0;
  28     }
  29     *siglen = i2d_ECDSA_SIG(s, &sig);
  30     ECDSA_SIG_free(s);
  31     return 1;
  32 }
  33
  34 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
  35                             BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
  36                             const unsigned char *dgst, int dlen)
  37 {
  38     BN_CTX *ctx = NULL;
  39     BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *X = NULL;
  40     const BIGNUM *order;
  41     EC_POINT *tmp_point = NULL;
  42     const EC_GROUP *group;
  43     int ret = 0;
  44     int order_bits;
  45
  46     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
  47         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  48         return 0;
  49     }
  50
  51     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
  52         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
  53         return 0;
  54     }
  55
  56     if (ctx_in == NULL) {
  57         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
  58             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  59             return 0;
  60         }
  61     } else
  62         ctx = ctx_in;
  63
  64     k = BN_new();               /* this value is later returned in *kinvp */
  65     r = BN_new();               /* this value is later returned in *rp */
  66     X = BN_new();
  67     if (k == NULL || r == NULL || X == NULL) {
  68         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  69         goto err;
  70     }
  71     if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
  72         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
  73         goto err;
  74     }
  75     order = EC_GROUP_get0_order(group);
  76     if (order == NULL) {
  77         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
  78         goto err;
  79     }
  80
  81     /* Preallocate space */
  82     order_bits = BN_num_bits(order);
  83     if (!BN_set_bit(k, order_bits)
  84         || !BN_set_bit(r, order_bits)
  85         || !BN_set_bit(X, order_bits))
  86         goto err;
  87
  88     do {
  89         /* get random k */
  90         do
  91             if (dgst != NULL) {
  92                 if (!BN_generate_dsa_nonce
  93                     (k, order, EC_KEY_get0_private_key(eckey), dgst, dlen,
  94                      ctx)) {
  95                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
  96                              EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
  97                     goto err;
  98                 }
  99             } else {
 100                 if (!BN_priv_rand_range(k, order)) {
 101                     ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 102                              EC_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 103                     goto err;
 104                 }
 105             }
 106         while (BN_is_zero(k));
 107
 108         /*
 109          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 110          * compute G*k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
 111          *
 112          * We unconditionally perform both of these additions to prevent a
 113          * small timing information leakage.  We then choose the sum that is
 114          * one bit longer than the order.  This guarantees the code
 115          * path used in the constant time implementations elsewhere.
 116          *
 117          * TODO: revisit the BN_copy aiming for a memory access agnostic
 118          * conditional copy.
 119          */
 120         if (!BN_add(r, k, order)
 121             || !BN_add(X, r, order)
 122             || !BN_copy(k, BN_num_bits(r) > order_bits ? r : X))
 123             goto err;
 124
 125         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 126         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 127             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 128             goto err;
 129         }
 130         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 131             NID_X9_62_prime_field) {
 132             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp
 133                 (group, tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 134                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 135                 goto err;
 136             }
 137         }
 138 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 139         else {                  /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 140
 141             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 142                                                       tmp_point, X, NULL,
 143                                                       ctx)) {
 144                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 145                 goto err;
 146             }
 147         }
 148 #endif
 149         if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 150             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 151             goto err;
 152         }
 153     }
 154     while (BN_is_zero(r));
 155
 156     /* compute the inverse of k */
 157     if (EC_GROUP_get_mont_data(group) != NULL) {
 158         /*
 159          * We want inverse in constant time, therefore we utilize the fact
 160          * order must be prime and use Fermat's Little Theorem instead.
 161          */
 162         if (!BN_set_word(X, 2)) {
 163             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 164             goto err;
 165         }
 166         if (!BN_mod_sub(X, order, X, order, ctx)) {
 167             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 168             goto err;
 169         }
 170         BN_set_flags(X, BN_FLG_CONSTTIME);
 171         if (!BN_mod_exp_mont_consttime
 172             (k, k, X, order, ctx, EC_GROUP_get_mont_data(group))) {
 173             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 174             goto err;
 175         }
 176     } else {
 177         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx)) {
 178             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 179             goto err;
 180         }
 181     }
 182
 183     /* clear old values if necessary */
 184     BN_clear_free(*rp);
 185     BN_clear_free(*kinvp);
 186     /* save the pre-computed values  */
 187     *rp = r;
 188     *kinvp = k;
 189     ret = 1;
 190  err:
 191     if (!ret) {
 192         BN_clear_free(k);
 193         BN_clear_free(r);
 194     }
 195     if (ctx != ctx_in)
 196         BN_CTX_free(ctx);
 197     EC_POINT_free(tmp_point);
 198     BN_clear_free(X);
 199     return ret;
 200 }
 201
 202 int ossl_ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 203                           BIGNUM **rp)
 204 {
 205     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 206 }
 207
 208 ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 209                                const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 210                                EC_KEY *eckey)
 211 {
 212     int ok = 0, i;
 213     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL;
 214     const BIGNUM *order, *ckinv;
 215     BN_CTX *ctx = NULL;
 216     const EC_GROUP *group;
 217     ECDSA_SIG *ret;
 218     const BIGNUM *priv_key;
 219
 220     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 221     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 222
 223     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
 224         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 225         return NULL;
 226     }
 227
 228     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 229         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 230         return NULL;
 231     }
 232
 233     ret = ECDSA_SIG_new();
 234     if (ret == NULL) {
 235         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 236         return NULL;
 237     }
 238     ret->r = BN_new();
 239     ret->s = BN_new();
 240     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
 241         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 242         goto err;
 243     }
 244     s = ret->s;
 245
 246     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL ||
 247         (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
 248         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 249         goto err;
 250     }
 251
 252     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 253     if (order == NULL) {
 254         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 255         goto err;
 256     }
 257     i = BN_num_bits(order);
 258     /*
 259      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 260      */
 261     if (8 * dgst_len > i)
 262         dgst_len = (i + 7) / 8;
 263     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 264         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 265         goto err;
 266     }
 267     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 268     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 269         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 270         goto err;
 271     }
 272     do {
 273         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 274             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 275                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
 276                 goto err;
 277             }
 278             ckinv = kinv;
 279         } else {
 280             ckinv = in_kinv;
 281             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 282                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 283                 goto err;
 284             }
 285         }
 286
 287         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
 288             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 289             goto err;
 290         }
 291         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
 292             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 293             goto err;
 294         }
 295         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 296             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 297             goto err;
 298         }
 299         if (BN_is_zero(s)) {
 300             /*
 301              * if kinv and r have been supplied by the caller, don't
 302              * generate new kinv and r values
 303              */
 304             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 305                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 306                 goto err;
 307             }
 308         } else
 309             /* s != 0 => we have a valid signature */
 310             break;
 311     }
 312     while (1);
 313
 314     ok = 1;
 315  err:
 316     if (!ok) {
 317         ECDSA_SIG_free(ret);
 318         ret = NULL;
 319     }
 320     BN_CTX_free(ctx);
 321     BN_clear_free(m);
 322     BN_clear_free(tmp);
 323     BN_clear_free(kinv);
 324     return ret;
 325 }
 326
 327 /*-
 328  * returns
 329  *      1: correct signature
 330  *      0: incorrect signature
 331  *     -1: error
 332  */
 333 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 334                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
 335 {
 336     ECDSA_SIG *s;
 337     const unsigned char *p = sigbuf;
 338     unsigned char *der = NULL;
 339     int derlen = -1;
 340     int ret = -1;
 341
 342     s = ECDSA_SIG_new();
 343     if (s == NULL)
 344         return ret;
 345     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
 346         goto err;
 347     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
 348     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
 349     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
 350         goto err;
 351     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
 352  err:
 353     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
 354     ECDSA_SIG_free(s);
 355     return ret;
 356 }
 357
 358 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 359                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 360 {
 361     int ret = -1, i;
 362     BN_CTX *ctx;
 363     const BIGNUM *order;
 364     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
 365     EC_POINT *point = NULL;
 366     const EC_GROUP *group;
 367     const EC_POINT *pub_key;
 368
 369     /* check input values */
 370     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 371         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 372         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
 373         return -1;
 374     }
 375
 376     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 377         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 378         return -1;
 379     }
 380
 381     ctx = BN_CTX_new();
 382     if (ctx == NULL) {
 383         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 384         return -1;
 385     }
 386     BN_CTX_start(ctx);
 387     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 388     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 389     m = BN_CTX_get(ctx);
 390     X = BN_CTX_get(ctx);
 391     if (X == NULL) {
 392         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 393         goto err;
 394     }
 395
 396     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 397     if (order == NULL) {
 398         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 399         goto err;
 400     }
 401
 402     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 403         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 404         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 405         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
 406         ret = 0;                /* signature is invalid */
 407         goto err;
 408     }
 409     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 410     if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
 411         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 412         goto err;
 413     }
 414     /* digest -> m */
 415     i = BN_num_bits(order);
 416     /*
 417      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 418      */
 419     if (8 * dgst_len > i)
 420         dgst_len = (i + 7) / 8;
 421     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 422         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 423         goto err;
 424     }
 425     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 426     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 427         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 428         goto err;
 429     }
 430     /* u1 = m * tmp mod order */
 431     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 432         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 433         goto err;
 434     }
 435     /* u2 = r * w mod q */
 436     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 437         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 438         goto err;
 439     }
 440
 441     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 442         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 443         goto err;
 444     }
 445     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 446         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 447         goto err;
 448     }
 449     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 450         NID_X9_62_prime_field) {
 451         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 452             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 453             goto err;
 454         }
 455     }
 456 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 457     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 458
 459         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 460             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 461             goto err;
 462         }
 463     }
 464 #endif
 465     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 466         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 467         goto err;
 468     }
 469     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 470     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 471  err:
 472     BN_CTX_end(ctx);
 473     BN_CTX_free(ctx);
 474     EC_POINT_free(point);
 475     return ret;
 476 }