crypto/ecdsa/ecs_ossl.c

   1 /* crypto/ecdsa/ecs_ossl.c */
   2 /*
   3  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project
   4  */
   5 /* ====================================================================
   6  * Copyright (c) 1998-2004 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  *
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  *
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  17  *    the documentation and/or other materials provided with the
  18  *    distribution.
  19  *
  20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  21  *    software must display the following acknowledgment:
  22  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  23  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
  24  *
  25  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  26  *    endorse or promote products derived from this software without
  27  *    prior written permission. For written permission, please contact
  28  *    openssl-core@OpenSSL.org.
  29  *
  30  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  31  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  32  *    permission of the OpenSSL Project.
  33  *
  34  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  35  *    acknowledgment:
  36  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  37  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
  38  *
  39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  40  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  42  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  43  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  44  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  45  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  46  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  48  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  49  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
  50  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  51  * ====================================================================
  52  *
  53  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
  54  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
  55  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  56  *
  57  */
  58
  59 #include "ecdsa.h"
  60 #include <openssl/err.h>
  61 #include <openssl/obj_mac.h>
  62 #include <openssl/bn.h>
  63
  64 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  65                 EC_KEY *eckey);
  66 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  67                 BIGNUM **rp);
  68 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  69                 ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  70
  71 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  72         "OpenSSL ECDSA method",
  73         ecdsa_do_sign,
  74         ecdsa_sign_setup,
  75         ecdsa_do_verify,
  76 #if 0
  77         NULL, /* init     */
  78         NULL, /* finish   */
  79 #endif
  80         0,    /* flags    */
  81         NULL  /* app_data */
  82 };
  83
  84 const ECDSA_METHOD *ECDSA_OpenSSL(void)
  85 {
  86         return &openssl_ecdsa_meth;
  87 }
  88
  89 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  90                 BIGNUM **rp)
  91 {
  92         BN_CTX   *ctx = NULL;
  93         BIGNUM   *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
  94         EC_POINT *tmp_point=NULL;
  95         EC_GROUP *group;
  96         int      ret = 0;
  97         if (!eckey  || !eckey->group || !eckey->pub_key || !eckey->priv_key)
  98         {
  99                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 100                 return 0;
 101         }
 102         group = eckey->group;
 103
 104         if (ctx_in == NULL)
 105         {
 106                 if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 107                 {
 108                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 109                         return 0;
 110                 }
 111         }
 112         else
 113                 ctx = ctx_in;
 114
 115         k     = BN_new();       /* this value is later returned in *kinvp */
 116         r     = BN_new();       /* this value is later returned in *rp    */
 117         order = BN_new();
 118         X     = BN_new();
 119         if (!k || !r || !order || !X)
 120         {
 121                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 122                 goto err;
 123         }
 124         if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 125         {
 126                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 127                 goto err;
 128         }
 129         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 130         {
 131                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 132                 goto err;
 133         }
 134
 135         do
 136         {
 137                 /* get random k */
 138                 do
 139                         if (!BN_rand_range(k, order))
 140                         {
 141                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 142                                  ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 143                                 goto err;
 144                         }
 145                 while (BN_is_zero(k));
 146
 147                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 148                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx))
 149                 {
 150                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 151                         goto err;
 152                 }
 153                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 154                 {
 155                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 156                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 157                         {
 158                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 159                                 goto err;
 160                         }
 161                 }
 162                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 163                 {
 164                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 165                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 166                         {
 167                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 168                                 goto err;
 169                         }
 170                 }
 171                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx))
 172                 {
 173                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 174                         goto err;
 175                 }
 176         }
 177         while (BN_is_zero(r));
 178
 179         /* compute the inverse of k */
 180         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx))
 181         {
 182                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 183                 goto err;
 184         }
 185         /* clear old values if necessary */
 186         if (*rp != NULL)
 187                 BN_clear_free(*rp);
 188         if (*kinvp != NULL)
 189                 BN_clear_free(*kinvp);
 190         /* save the pre-computed values  */
 191         *rp    = r;
 192         *kinvp = k;
 193         ret = 1;
 194 err:
 195         if (!ret)
 196         {
 197                 if (k != NULL) BN_clear_free(k);
 198                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 199         }
 200         if (ctx_in == NULL)
 201                 BN_CTX_free(ctx);
 202         if (order != NULL)
 203                 BN_free(order);
 204         if (tmp_point != NULL)
 205                 EC_POINT_free(tmp_point);
 206         if (X)
 207                 BN_clear_free(X);
 208         return(ret);
 209 }
 210
 211
 212 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 213                 EC_KEY *eckey)
 214 {
 215         int     ok = 0;
 216         BIGNUM *kinv=NULL, *r, *s, *m=NULL,*tmp=NULL,*order=NULL;
 217         BN_CTX     *ctx = NULL;
 218         EC_GROUP   *group;
 219         ECDSA_SIG  *ret;
 220         ECDSA_DATA *ecdsa;
 221
 222         ecdsa = ecdsa_check(eckey);
 223
 224         if (!eckey->group || !eckey->pub_key || !eckey->priv_key || !ecdsa)
 225         {
 226                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 227                 return NULL;
 228         }
 229
 230         group = eckey->group;
 231         ret = ECDSA_SIG_new();
 232         if (!ret)
 233         {
 234                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 235                 return NULL;
 236         }
 237         s = ret->s;
 238
 239         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 240                 (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL)
 241         {
 242                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 243                 goto err;
 244         }
 245
 246         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 247         {
 248                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 249                 goto err;
 250         }
 251         if (dgst_len > BN_num_bytes(order))
 252         {
 253                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,
 254                         ECDSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
 255                 goto err;
 256         }
 257
 258         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 259         {
 260                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 261                 goto err;
 262         }
 263         do
 264         {
 265                 if (ecdsa->kinv == NULL || ecdsa->r == NULL)
 266                 {
 267                         if (!ECDSA_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r))
 268                         {
 269                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,ERR_R_ECDSA_LIB);
 270                                 goto err;
 271                         }
 272                         r = ret->r;
 273                 }
 274                 else
 275                 {
 276                         BN_free(ret->r);
 277                         kinv   = ecdsa->kinv;
 278                         r      = ecdsa->r;
 279                         ret->r = r;
 280                         ecdsa->kinv = NULL;
 281                         ecdsa->r    = NULL;
 282                 }
 283
 284                 if (!BN_mod_mul(tmp, eckey->priv_key, r, order, ctx))
 285                 {
 286                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 287                         goto err;
 288                 }
 289                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order))
 290                 {
 291                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 292                         goto err;
 293                 }
 294                 if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, order, ctx))
 295                 {
 296                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 297                         goto err;
 298                 }
 299         }
 300         while (BN_is_zero(s));
 301
 302         ok = 1;
 303 err:
 304         if (!ok)
 305         {
 306                 ECDSA_SIG_free(ret);
 307                 ret = NULL;
 308         }
 309         if (ctx)
 310                 BN_CTX_free(ctx);
 311         if (m)
 312                 BN_clear_free(m);
 313         if (tmp)
 314                 BN_clear_free(tmp);
 315         if (order)
 316                 BN_free(order);
 317         if (kinv)
 318                 BN_clear_free(kinv);
 319         return ret;
 320 }
 321
 322 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 323                 ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 324 {
 325         int ret = -1;
 326         BN_CTX   *ctx;
 327         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 328         EC_POINT *point = NULL;
 329         EC_GROUP *group;
 330         /* check input values */
 331         if (!eckey || !eckey->group || !eckey->pub_key || !sig)
 332         {
 333                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 334                 return -1;
 335         }
 336
 337         group = eckey->group;
 338
 339         ctx = BN_CTX_new();
 340         if (!ctx)
 341         {
 342                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 343                 return -1;
 344         }
 345         BN_CTX_start(ctx);
 346         order = BN_CTX_get(ctx);
 347         u1    = BN_CTX_get(ctx);
 348         u2    = BN_CTX_get(ctx);
 349         m     = BN_CTX_get(ctx);
 350         X     = BN_CTX_get(ctx);
 351         if (!X)
 352         {
 353                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 354                 goto err;
 355         }
 356
 357         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 358         {
 359                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 360                 goto err;
 361         }
 362
 363         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_get_sign(sig->r) ||
 364             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 365             BN_get_sign(sig->s)         || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0)
 366         {
 367                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 368                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 369                 goto err;
 370         }
 371         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 372         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx))
 373         {
 374                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 375                 goto err;
 376         }
 377         /* digest -> m */
 378         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 379         {
 380                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 381                 goto err;
 382         }
 383         /* u1 = m * tmp mod order */
 384         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx))
 385         {
 386                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 387                 goto err;
 388         }
 389         /* u2 = r * w mod q */
 390         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx))
 391         {
 392                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 393                 goto err;
 394         }
 395
 396         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 397         {
 398                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 399                 goto err;
 400         }
 401         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, eckey->pub_key, u2, ctx))
 402         {
 403                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 404                 goto err;
 405         }
 406         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 407         {
 408                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 409                         point, X, NULL, ctx))
 410                 {
 411                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 412                         goto err;
 413                 }
 414         }
 415         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 416         {
 417                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 418                         point, X, NULL, ctx))
 419                 {
 420                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 421                         goto err;
 422                 }
 423         }
 424
 425         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx))
 426         {
 427                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 428                 goto err;
 429         }
 430         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 431         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 432 err:
 433         BN_CTX_end(ctx);
 434         BN_CTX_free(ctx);
 435         if (point)
 436                 EC_POINT_free(point);
 437         return ret;
 438 }