ECDSA: remove nonce padding (delegated to EC_POINT_mul)
[openssl.git] / 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 }