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     /* compute the inverse of k */
 140     if (!EC_GROUP_do_inverse_ord(group, k, k, ctx)) {
 141         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 142         goto err;
 143     }
 144
 145     /* clear old values if necessary */
 146     BN_clear_free(*rp);
 147     BN_clear_free(*kinvp);
 148     /* save the pre-computed values  */
 149     *rp = r;
 150     *kinvp = k;
 151     ret = 1;
 152  err:
 153     if (!ret) {
 154         BN_clear_free(k);
 155         BN_clear_free(r);
 156     }
 157     if (ctx != ctx_in)
 158         BN_CTX_free(ctx);
 159     EC_POINT_free(tmp_point);
 160     BN_clear_free(X);
 161     return ret;
 162 }
 163
 164 int ossl_ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 165                           BIGNUM **rp)
 166 {
 167     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 168 }
 169
 170 ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 171                                const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 172                                EC_KEY *eckey)
 173 {
 174     int ok = 0, i;
 175     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL, *blind = NULL;
 176     BIGNUM *blindm = NULL;
 177     const BIGNUM *order, *ckinv;
 178     BN_CTX *ctx = NULL;
 179     const EC_GROUP *group;
 180     ECDSA_SIG *ret;
 181     const BIGNUM *priv_key;
 182
 183     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 184     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 185
 186     if (group == NULL || priv_key == NULL) {
 187         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 188         return NULL;
 189     }
 190
 191     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 192         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 193         return NULL;
 194     }
 195
 196     ret = ECDSA_SIG_new();
 197     if (ret == NULL) {
 198         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 199         return NULL;
 200     }
 201     ret->r = BN_new();
 202     ret->s = BN_new();
 203     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
 204         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 205         goto err;
 206     }
 207     s = ret->s;
 208
 209     ctx = BN_CTX_secure_new();
 210     if (ctx == NULL) {
 211         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 212         goto err;
 213     }
 214
 215     BN_CTX_start(ctx);
 216     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 217     m = BN_CTX_get(ctx);
 218     blind = BN_CTX_get(ctx);
 219     blindm = BN_CTX_get(ctx);
 220     if (blindm == NULL) {
 221         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 222         goto err;
 223     }
 224
 225     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 226     if (order == NULL) {
 227         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 228         goto err;
 229     }
 230     i = BN_num_bits(order);
 231     /*
 232      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 233      */
 234     if (8 * dgst_len > i)
 235         dgst_len = (i + 7) / 8;
 236     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 237         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 238         goto err;
 239     }
 240     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 241     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 242         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 243         goto err;
 244     }
 245     do {
 246         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 247             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 248                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_ECDSA_LIB);
 249                 goto err;
 250             }
 251             ckinv = kinv;
 252         } else {
 253             ckinv = in_kinv;
 254             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 255                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 256                 goto err;
 257             }
 258         }
 259
 260         /*
 261          * The normal signature calculation is:
 262          *
 263          *   s := k^-1 * (m + r * priv_key) mod order
 264          *
 265          * We will blind this to protect against side channel attacks
 266          *
 267          *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod order
 268          */
 269
 270         /* Generate a blinding value */
 271         do {
 272             if (!BN_priv_rand(blind, BN_num_bits(order) - 1,
 273                               BN_RAND_TOP_ANY, BN_RAND_BOTTOM_ANY))
 274                 goto err;
 275         } while (BN_is_zero(blind));
 276         BN_set_flags(blind, BN_FLG_CONSTTIME);
 277         BN_set_flags(blindm, BN_FLG_CONSTTIME);
 278         BN_set_flags(tmp, BN_FLG_CONSTTIME);
 279
 280         /* tmp := blind * priv_key * r mod order */
 281         if (!BN_mod_mul(tmp, blind, priv_key, order, ctx)) {
 282             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 283             goto err;
 284         }
 285         if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, ret->r, order, ctx)) {
 286             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 287             goto err;
 288         }
 289
 290         /* blindm := blind * m mod order */
 291         if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, order, ctx)) {
 292             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 293             goto err;
 294         }
 295
 296         /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod order */
 297         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, blindm, order)) {
 298             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 299             goto err;
 300         }
 301
 302         /* s := s * k^-1 mod order */
 303         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 304             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 305             goto err;
 306         }
 307
 308         /* s:= s * blind^-1 mod order */
 309         if (BN_mod_inverse(blind, blind, order, ctx) == NULL) {
 310             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 311             goto err;
 312         }
 313         if (!BN_mod_mul(s, s, blind, order, ctx)) {
 314             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 315             goto err;
 316         }
 317
 318         if (BN_is_zero(s)) {
 319             /*
 320              * if kinv and r have been supplied by the caller, don't
 321              * generate new kinv and r values
 322              */
 323             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 324                 ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 325                 goto err;
 326             }
 327         } else
 328             /* s != 0 => we have a valid signature */
 329             break;
 330     }
 331     while (1);
 332
 333     ok = 1;
 334  err:
 335     if (!ok) {
 336         ECDSA_SIG_free(ret);
 337         ret = NULL;
 338     }
 339     BN_CTX_end(ctx);
 340     BN_CTX_free(ctx);
 341     BN_clear_free(kinv);
 342     return ret;
 343 }
 344
 345 /*-
 346  * returns
 347  *      1: correct signature
 348  *      0: incorrect signature
 349  *     -1: error
 350  */
 351 int ossl_ecdsa_verify(int type, const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 352                       const unsigned char *sigbuf, int sig_len, EC_KEY *eckey)
 353 {
 354     ECDSA_SIG *s;
 355     const unsigned char *p = sigbuf;
 356     unsigned char *der = NULL;
 357     int derlen = -1;
 358     int ret = -1;
 359
 360     s = ECDSA_SIG_new();
 361     if (s == NULL)
 362         return ret;
 363     if (d2i_ECDSA_SIG(&s, &p, sig_len) == NULL)
 364         goto err;
 365     /* Ensure signature uses DER and doesn't have trailing garbage */
 366     derlen = i2d_ECDSA_SIG(s, &der);
 367     if (derlen != sig_len || memcmp(sigbuf, der, derlen) != 0)
 368         goto err;
 369     ret = ECDSA_do_verify(dgst, dgst_len, s, eckey);
 370  err:
 371     OPENSSL_clear_free(der, derlen);
 372     ECDSA_SIG_free(s);
 373     return ret;
 374 }
 375
 376 int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 377                           const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 378 {
 379     int ret = -1, i;
 380     BN_CTX *ctx;
 381     const BIGNUM *order;
 382     BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
 383     EC_POINT *point = NULL;
 384     const EC_GROUP *group;
 385     const EC_POINT *pub_key;
 386
 387     /* check input values */
 388     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 389         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 390         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_MISSING_PARAMETERS);
 391         return -1;
 392     }
 393
 394     if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
 395         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
 396         return -1;
 397     }
 398
 399     ctx = BN_CTX_new();
 400     if (ctx == NULL) {
 401         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 402         return -1;
 403     }
 404     BN_CTX_start(ctx);
 405     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 406     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 407     m = BN_CTX_get(ctx);
 408     X = BN_CTX_get(ctx);
 409     if (X == NULL) {
 410         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 411         goto err;
 412     }
 413
 414     order = EC_GROUP_get0_order(group);
 415     if (order == NULL) {
 416         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 417         goto err;
 418     }
 419
 420     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 421         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 422         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 423         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_BAD_SIGNATURE);
 424         ret = 0;                /* signature is invalid */
 425         goto err;
 426     }
 427     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 428     if (!EC_GROUP_do_inverse_ord(group, u2, sig->s, ctx)) {
 429         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 430         goto err;
 431     }
 432     /* digest -> m */
 433     i = BN_num_bits(order);
 434     /*
 435      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 436      */
 437     if (8 * dgst_len > i)
 438         dgst_len = (i + 7) / 8;
 439     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 440         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 441         goto err;
 442     }
 443     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 444     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 445         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 446         goto err;
 447     }
 448     /* u1 = m * tmp mod order */
 449     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 450         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 451         goto err;
 452     }
 453     /* u2 = r * w mod q */
 454     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 455         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 456         goto err;
 457     }
 458
 459     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 460         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 461         goto err;
 462     }
 463     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 464         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 465         goto err;
 466     }
 467     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 468         NID_X9_62_prime_field) {
 469         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 470             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 471             goto err;
 472         }
 473     }
 474 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 475     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 476
 477         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 478             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
 479             goto err;
 480         }
 481     }
 482 #endif
 483     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 484         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_BN_LIB);
 485         goto err;
 486     }
 487     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 488     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 489  err:
 490     BN_CTX_end(ctx);
 491     BN_CTX_free(ctx);
 492     EC_POINT_free(point);
 493     return ret;
 494 }