crypto/ec/ecdsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2018 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         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 109         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 110             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 111             goto err;
 112         }
 113         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 114             NID_X9_62_prime_field) {
 115             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp
 116                 (group, tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 117                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 118                 goto err;
 119             }
 120         }
 121 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 122         else {                  /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 123
 124             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 125                                                       tmp_point, X, NULL,
 126                                                       ctx)) {
 127                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 128                 goto err;
 129             }
 130         }
 131 #endif
 132         if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 133             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 134             goto err;
 135         }
 136     }
 137     while (BN_is_zero(r));
 138
 139     /* Check if optimized inverse is implemented */
 140     if (EC_GROUP_do_inverse_ord(group, k, k, ctx) == 0) {
 141         /* compute the inverse of k */
 142         if (group->mont_data != NULL) {
 143             /*
 144              * We want inverse in constant time, therefore we utilize the fact
 145              * order must be prime and use Fermats Little Theorem instead.
 146              */
 147             if (!BN_set_word(X, 2)) {
 148                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 149                 goto err;
 150             }
 151             if (!BN_mod_sub(X, order, X, order, ctx)) {
 152                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 153                 goto err;
 154             }
 155             BN_set_flags(X, BN_FLG_CONSTTIME);
 156             if (!BN_mod_exp_mont_consttime(k, k, X, order, ctx,
 157                                            group->mont_data)) {
 158                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 159                 goto err;
 160             }
 161         } else {
 162             if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx)) {
 163                 ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 164                 goto err;
 165             }
 166         }
 167     }
 168
 169     /* clear old values if necessary */
 170     BN_clear_free(*rp);
 171     BN_clear_free(*kinvp);
 172     /* save the pre-computed values  */
 173     *rp = r;
 174     *kinvp = k;
 175     ret = 1;
 176  err:
 177     if (!ret) {
 178         BN_clear_free(k);
 179         BN_clear_free(r);
 180     }
 181     if (ctx != ctx_in)
 182         BN_CTX_free(ctx);
 183     EC_POINT_free(tmp_point);
 184     BN_clear_free(X);
 185     return ret;
 186 }
 187
 188 int ossl_ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 189                           BIGNUM **rp)
 190 {
 191     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 192 }
 193
 194 ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 195                                const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 196                                EC_KEY *eckey)
 197 {
 198     int ok = 0, i;
 199     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL;
 200     const BIGNUM *order, *ckinv;
 201     BN_CTX *ctx = NULL;
 202     const EC_GROUP *group;
 203     ECDSA_SIG *ret;
 204     const BIGNUM *priv_key;
 205
 206     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 207     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 208
 209     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
 210         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 211         return NULL;
 212     }
 213
 214     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 215         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 216         return NULL;
 217     }
 218
 219     ret = ECDSA_SIG_new();
 220     if (ret == NULL) {
 221         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 222         return NULL;
 223     }
 224     ret->r = BN_new();
 225     ret->s = BN_new();
 226     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
 227         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 228         goto err;
 229     }
 230     s = ret->s;
 231
 232     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL ||
 233         (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
 234         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 235         goto err;
 236     }
 237
 238     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 239     if (order == NULL) {
 240         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 241         goto err;
 242     }
 243     i = BN_num_bits(order);
 244     /*
 245      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 246      */
 247     if (8 * dgst_len > i)
 248         dgst_len = (i + 7) / 8;
 249     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 250         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 251         goto err;
 252     }
 253     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 254     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 255         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 256         goto err;
 257     }
 258     do {
 259         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 260             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 261                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
 262                 goto err;
 263             }
 264             ckinv = kinv;
 265         } else {
 266             ckinv = in_kinv;
 267             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 268                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 269                 goto err;
 270             }
 271         }
 272
 273         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
 274             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 275             goto err;
 276         }
 277         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
 278             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 279             goto err;
 280         }
 281         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 282             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 283             goto err;
 284         }
 285         if (BN_is_zero(s)) {
 286             /*
 287              * if kinv and r have been supplied by the caller, don't
 288              * generate new kinv and r values
 289              */
 290             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 291                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 292                 goto err;
 293             }
 294         } else
 295             /* s != 0 => we have a valid signature */
 296             break;
 297     }
 298     while (1);
 299
 300     ok = 1;
 301  err:
 302     if (!ok) {
 303         ECDSA_SIG_free(ret);
 304         ret = NULL;
 305     }
 306     BN_CTX_free(ctx);
 307     BN_clear_free(m);
 308     BN_clear_free(tmp);
 309     BN_clear_free(kinv);
 310     return ret;
 311 }
 312
 313 /*-
 314  * returns
 315  *      1: correct signature
 316  *      0: incorrect signature
 317  *     -1: error
 318  */
 319 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 320                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
 321 {
 322     ECDSA_SIG *s;
 323     const unsigned char *p = sigbuf;
 324     unsigned char *der = NULL;
 325     int derlen = -1;
 326     int ret = -1;
 327
 328     s = ECDSA_SIG_new();
 329     if (s == NULL)
 330         return ret;
 331     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
 332         goto err;
 333     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
 334     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
 335     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
 336         goto err;
 337     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
 338  err:
 339     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
 340     ECDSA_SIG_free(s);
 341     return ret;
 342 }
 343
 344 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 345                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 346 {
 347     int ret = -1, i;
 348     BN_CTX *ctx;
 349     const BIGNUM *order;
 350     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
 351     EC_POINT *point = NULL;
 352     const EC_GROUP *group;
 353     const EC_POINT *pub_key;
 354
 355     /* check input values */
 356     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 357         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 358         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
 359         return -1;
 360     }
 361
 362     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 363         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 364         return -1;
 365     }
 366
 367     ctx = BN_CTX_new();
 368     if (ctx == NULL) {
 369         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 370         return -1;
 371     }
 372     BN_CTX_start(ctx);
 373     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 374     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 375     m = BN_CTX_get(ctx);
 376     X = BN_CTX_get(ctx);
 377     if (X == NULL) {
 378         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 379         goto err;
 380     }
 381
 382     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 383     if (order == NULL) {
 384         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 385         goto err;
 386     }
 387
 388     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 389         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 390         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 391         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
 392         ret = 0;                /* signature is invalid */
 393         goto err;
 394     }
 395     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 396     /* Check if optimized inverse is implemented */
 397     if (EC_GROUP_do_inverse_ord(group, u2, sig->s, ctx) == 0) {
 398         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
 399             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 400             goto err;
 401         }
 402     }
 403     /* digest -> m */
 404     i = BN_num_bits(order);
 405     /*
 406      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 407      */
 408     if (8 * dgst_len > i)
 409         dgst_len = (i + 7) / 8;
 410     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 411         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 412         goto err;
 413     }
 414     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 415     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 416         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 417         goto err;
 418     }
 419     /* u1 = m * tmp mod order */
 420     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 421         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 422         goto err;
 423     }
 424     /* u2 = r * w mod q */
 425     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 426         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 427         goto err;
 428     }
 429
 430     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 431         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 432         goto err;
 433     }
 434     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 435         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 436         goto err;
 437     }
 438     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 439         NID_X9_62_prime_field) {
 440         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 441             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 442             goto err;
 443         }
 444     }
 445 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 446     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 447
 448         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 449             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 450             goto err;
 451         }
 452     }
 453 #endif
 454     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 455         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 456         goto err;
 457     }
 458     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 459     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 460  err:
 461     BN_CTX_end(ctx);
 462     BN_CTX_free(ctx);
 463     EC_POINT_free(point);
 464     return ret;
 465 }