cdd0cf0228c50a4ceece59d4361f1bf32306e6cd
[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, *blind = NULL;
200     BIGNUM *blindm = NULL;
201     const BIGNUM *order, *ckinv;
202     BN_CTX *ctx = NULL;
203     const EC_GROUP *group;
204     ECDSA_SIG *ret;
205     const BIGNUM *priv_key;
206
207     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
208     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
209
210     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
211         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
212         return NULL;
213     }
214
215     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
216         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
217         return NULL;
218     }
219
220     ret = ECDSA_SIG_new();
221     if (ret == NULL) {
222         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
223         return NULL;
224     }
225     ret->r = BN_new();
226     ret->s = BN_new();
227     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
228         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
229         goto err;
230     }
231     s = ret->s;
232
233     ctx = BN_CTX_secure_new();
234     if (ctx == NULL) {
235         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
236         goto err;
237     }
238
239     BN_CTX_start(ctx);
240     tmp = BN_CTX_get(ctx);
241     m = BN_CTX_get(ctx);
242     blind = BN_CTX_get(ctx);
243     blindm = BN_CTX_get(ctx);
244     if (blindm == NULL) {
245         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
246         goto err;
247     }
248
249     order = EC_GROUP_get0_order(group);
250     if (order == NULL) {
251         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
252         goto err;
253     }
254     i = BN_num_bits(order);
255     /*
256      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
257      */
258     if (8 * dgst_len > i)
259         dgst_len = (i + 7) / 8;
260     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
261         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
262         goto err;
263     }
264     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
265     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
266         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
267         goto err;
268     }
269     do {
270         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
271             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
272                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
273                 goto err;
274             }
275             ckinv = kinv;
276         } else {
277             ckinv = in_kinv;
278             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
279                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
280                 goto err;
281             }
282         }
283
284         /*
285          * The normal signature calculation is:
286          *
287          *   s := k^-1 * (m + r * priv_key) mod order
288          *
289          * We will blind this to protect against side channel attacks
290          *
291          *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod order
292          */
293
294         /* Generate a blinding value */
295         do {
296             if (!BN_priv_rand(blind, BN_num_bits(order) - 1,
297                               BN_RAND_TOP_ANY, BN_RAND_BOTTOM_ANY))
298                 goto err;
299         } while (BN_is_zero(blind));
300         BN_set_flags(blind, BN_FLG_CONSTTIME);
301         BN_set_flags(blindm, BN_FLG_CONSTTIME);
302         BN_set_flags(tmp, BN_FLG_CONSTTIME);
303
304         /* tmp := blind * priv_key * r mod order */
305         if (!BN_mod_mul(tmp, blind, priv_key, order, ctx)) {
306             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
307             goto err;
308         }
309         if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, ret->r, order, ctx)) {
310             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
311             goto err;
312         }
313
314         /* blindm := blind * m mod order */
315         if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, order, ctx)) {
316             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
317             goto err;
318         }
319
320         /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod order */
321         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, blindm, order)) {
322             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
323             goto err;
324         }
325
326         /* s := s * k^-1 mod order */
327         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
328             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
329             goto err;
330         }
331
332         /* s:= s * blind^-1 mod order */
333         if (BN_mod_inverse(blind, blind, order, ctx) == NULL) {
334             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
335             goto err;
336         }
337         if (!BN_mod_mul(s, s, blind, order, ctx)) {
338             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
339             goto err;
340         }
341
342         if (BN_is_zero(s)) {
343             /*
344              * if kinv and r have been supplied by the caller, don't
345              * generate new kinv and r values
346              */
347             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
348                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
349                 goto err;
350             }
351         } else
352             /* s != 0 => we have a valid signature */
353             break;
354     }
355     while (1);
356
357     ok = 1;
358  err:
359     if (!ok) {
360         ECDSA_SIG_free(ret);
361         ret = NULL;
362     }
363     BN_CTX_end(ctx);
364     BN_CTX_free(ctx);
365     BN_clear_free(kinv);
366     return ret;
367 }
368
369 /*-
370  * returns
371  *      1: correct signature
372  *      0: incorrect signature
373  *     -1: error
374  */
375 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
376                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
377 {
378     ECDSA_SIG *s;
379     const unsigned char *p = sigbuf;
380     unsigned char *der = NULL;
381     int derlen = -1;
382     int ret = -1;
383
384     s = ECDSA_SIG_new();
385     if (s == NULL)
386         return ret;
387     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
388         goto err;
389     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
390     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
391     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
392         goto err;
393     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
394  err:
395     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
396     ECDSA_SIG_free(s);
397     return ret;
398 }
399
400 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
401                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
402 {
403     int ret = -1, i;
404     BN_CTX *ctx;
405     const BIGNUM *order;
406     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
407     EC_POINT *point = NULL;
408     const EC_GROUP *group;
409     const EC_POINT *pub_key;
410
411     /* check input values */
412     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
413         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
414         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
415         return -1;
416     }
417
418     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
419         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
420         return -1;
421     }
422
423     ctx = BN_CTX_new();
424     if (ctx == NULL) {
425         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
426         return -1;
427     }
428     BN_CTX_start(ctx);
429     u1 = BN_CTX_get(ctx);
430     u2 = BN_CTX_get(ctx);
431     m = BN_CTX_get(ctx);
432     X = BN_CTX_get(ctx);
433     if (X == NULL) {
434         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
435         goto err;
436     }
437
438     order = EC_GROUP_get0_order(group);
439     if (order == NULL) {
440         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
441         goto err;
442     }
443
444     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
445         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
446         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
447         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
448         ret = 0;                /* signature is invalid */
449         goto err;
450     }
451     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
452     /* Check if optimized inverse is implemented */
453     if (EC_GROUP_do_inverse_ord(group, u2, sig->s, ctx) == 0) {
454         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
455             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
456             goto err;
457         }
458     }
459     /* digest -> m */
460     i = BN_num_bits(order);
461     /*
462      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
463      */
464     if (8 * dgst_len > i)
465         dgst_len = (i + 7) / 8;
466     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
467         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
468         goto err;
469     }
470     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
471     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
472         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
473         goto err;
474     }
475     /* u1 = m * tmp mod order */
476     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
477         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
478         goto err;
479     }
480     /* u2 = r * w mod q */
481     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
482         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
483         goto err;
484     }
485
486     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
487         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
488         goto err;
489     }
490     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
491         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
492         goto err;
493     }
494     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
495         NID_X9_62_prime_field) {
496         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
497             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
498             goto err;
499         }
500     }
501 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
502     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
503
504         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
505             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
506             goto err;
507         }
508     }
509 #endif
510     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
511         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
512         goto err;
513     }
514     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
515     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
516  err:
517     BN_CTX_end(ctx);
518     BN_CTX_free(ctx);
519     EC_POINT_free(point);
520     return ret;
521 }