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 "ecs_locl.h"
  60 #include <openssl/err.h>
  61 #include <openssl/obj_mac.h>
  62 #include <openssl/bn.h>
  63 #include <openssl/rand.h>
  64
  65 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  66                                 const BIGNUM *, const BIGNUM *,
  67                                 EC_KEY *eckey);
  68 static int ecdsa_sign_setup_no_digest(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
  69                                       BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  70 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  71                             BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
  72 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  73                            const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  74
  75 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  76     "OpenSSL ECDSA method",
  77     ecdsa_do_sign,
  78     ecdsa_sign_setup_no_digest,
  79     ecdsa_do_verify,
  80 #if 0
  81     NULL,                       /* init */
  82     NULL,                       /* finish */
  83 #endif
  84     ECDSA_FLAG_FIPS_METHOD,     /* flags */
  85     NULL                        /* app_data */
  86 };
  87
  88 const ECDSA_METHOD *ECDSA_OpenSSL(void)
  89 {
  90     return &openssl_ecdsa_meth;
  91 }
  92
  93 static int ecdsa_sign_setup_no_digest(EC_KEY *eckey,
  94                                       BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  95                                       BIGNUM **rp)
  96 {
  97     return ecdsa_sign_setup(eckey, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
  98 }
  99
 100 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
 101                             BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 102                             const unsigned char *dgst, int dlen)
 103 {
 104     BN_CTX *ctx = NULL;
 105     BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
 106     EC_POINT *tmp_point = NULL;
 107     const EC_GROUP *group;
 108     int ret = 0;
 109
 110     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
 111         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 112         return 0;
 113     }
 114
 115     if (ctx_in == NULL) {
 116         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
 117             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 118             return 0;
 119         }
 120     } else
 121         ctx = ctx_in;
 122
 123     k = BN_new();               /* this value is later returned in *kinvp */
 124     r = BN_new();               /* this value is later returned in *rp */
 125     order = BN_new();
 126     X = BN_new();
 127     if (!k || !r || !order || !X) {
 128         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 129         goto err;
 130     }
 131     if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 132         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 133         goto err;
 134     }
 135     if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 136         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 137         goto err;
 138     }
 139
 140     do {
 141         /* get random k */
 142         do
 143 #ifndef OPENSSL_NO_SHA512
 144             if (dgst != NULL) {
 145                 if (!BN_generate_dsa_nonce
 146                     (k, order, EC_KEY_get0_private_key(eckey), dgst, dlen,
 147                      ctx)) {
 148                     ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 149                              ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 150                     goto err;
 151                 }
 152             } else
 153 #endif
 154             {
 155                 if (!BN_rand_range(k, order)) {
 156                     ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 157                              ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 158                     goto err;
 159                 }
 160             }
 161         while (BN_is_zero(k));
 162
 163         /*
 164          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 165          * compute G*k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
 166          */
 167
 168         if (!BN_add(k, k, order))
 169             goto err;
 170         if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
 171             if (!BN_add(k, k, order))
 172                 goto err;
 173
 174         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 175         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 176             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 177             goto err;
 178         }
 179         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 180             NID_X9_62_prime_field) {
 181             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp
 182                 (group, tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 183                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 184                 goto err;
 185             }
 186         }
 187 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 188         else {                  /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 189
 190             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 191                                                       tmp_point, X, NULL,
 192                                                       ctx)) {
 193                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 194                 goto err;
 195             }
 196         }
 197 #endif
 198         if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 199             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 200             goto err;
 201         }
 202     }
 203     while (BN_is_zero(r));
 204
 205     /* compute the inverse of k */
 206     if (EC_GROUP_get_mont_data(group) != NULL) {
 207         /*
 208          * We want inverse in constant time, therefore we utilize the fact
 209          * order must be prime and use Fermats Little Theorem instead.
 210          */
 211         if (!BN_set_word(X, 2)) {
 212             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 213             goto err;
 214         }
 215         if (!BN_mod_sub(X, order, X, order, ctx)) {
 216             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 217             goto err;
 218         }
 219         BN_set_flags(X, BN_FLG_CONSTTIME);
 220         if (!BN_mod_exp_mont_consttime
 221             (k, k, X, order, ctx, EC_GROUP_get_mont_data(group))) {
 222             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 223             goto err;
 224         }
 225     } else {
 226         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx)) {
 227             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 228             goto err;
 229         }
 230     }
 231
 232     /* clear old values if necessary */
 233     if (*rp != NULL)
 234         BN_clear_free(*rp);
 235     if (*kinvp != NULL)
 236         BN_clear_free(*kinvp);
 237     /* save the pre-computed values  */
 238     *rp = r;
 239     *kinvp = k;
 240     ret = 1;
 241  err:
 242     if (!ret) {
 243         if (k != NULL)
 244             BN_clear_free(k);
 245         if (r != NULL)
 246             BN_clear_free(r);
 247     }
 248     if (ctx_in == NULL)
 249         BN_CTX_free(ctx);
 250     if (order != NULL)
 251         BN_free(order);
 252     if (tmp_point != NULL)
 253         EC_POINT_free(tmp_point);
 254     if (X)
 255         BN_clear_free(X);
 256     return (ret);
 257 }
 258
 259 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 260                                 const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r,
 261                                 EC_KEY *eckey)
 262 {
 263     int ok = 0, i;
 264     BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL, *order = NULL;
 265     const BIGNUM *ckinv;
 266     BN_CTX *ctx = NULL;
 267     const EC_GROUP *group;
 268     ECDSA_SIG *ret;
 269     ECDSA_DATA *ecdsa;
 270     const BIGNUM *priv_key;
 271
 272     ecdsa = ecdsa_check(eckey);
 273     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 274     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 275
 276     if (group == NULL || priv_key == NULL || ecdsa == NULL) {
 277         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 278         return NULL;
 279     }
 280
 281     ret = ECDSA_SIG_new();
 282     if (!ret) {
 283         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 284         return NULL;
 285     }
 286     s = ret->s;
 287
 288     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 289         (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
 290         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 291         goto err;
 292     }
 293
 294     if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 295         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 296         goto err;
 297     }
 298     i = BN_num_bits(order);
 299     /*
 300      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 301      */
 302     if (8 * dgst_len > i)
 303         dgst_len = (i + 7) / 8;
 304     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 305         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 306         goto err;
 307     }
 308     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 309     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 310         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 311         goto err;
 312     }
 313     do {
 314         if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 315             if (!ecdsa_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dgst_len)) {
 316                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_ECDSA_LIB);
 317                 goto err;
 318             }
 319             ckinv = kinv;
 320         } else {
 321             ckinv = in_kinv;
 322             if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 323                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 324                 goto err;
 325             }
 326         }
 327
 328         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
 329             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 330             goto err;
 331         }
 332         if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
 333             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 334             goto err;
 335         }
 336         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 337             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 338             goto err;
 339         }
 340         if (BN_is_zero(s)) {
 341             /*
 342              * if kinv and r have been supplied by the caller don't to
 343              * generate new kinv and r values
 344              */
 345             if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 346                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,
 347                          ECDSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 348                 goto err;
 349             }
 350         } else
 351             /* s != 0 => we have a valid signature */
 352             break;
 353     }
 354     while (1);
 355
 356     ok = 1;
 357  err:
 358     if (!ok) {
 359         ECDSA_SIG_free(ret);
 360         ret = NULL;
 361     }
 362     if (ctx)
 363         BN_CTX_free(ctx);
 364     if (m)
 365         BN_clear_free(m);
 366     if (tmp)
 367         BN_clear_free(tmp);
 368     if (order)
 369         BN_free(order);
 370     if (kinv)
 371         BN_clear_free(kinv);
 372     return ret;
 373 }
 374
 375 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 376                            const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 377 {
 378     int ret = -1, i;
 379     BN_CTX *ctx;
 380     BIGNUM *order, *u1, *u2, *m, *X;
 381     EC_POINT *point = NULL;
 382     const EC_GROUP *group;
 383     const EC_POINT *pub_key;
 384
 385     /* check input values */
 386     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 387         (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 388         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 389         return -1;
 390     }
 391
 392     ctx = BN_CTX_new();
 393     if (!ctx) {
 394         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 395         return -1;
 396     }
 397     BN_CTX_start(ctx);
 398     order = BN_CTX_get(ctx);
 399     u1 = BN_CTX_get(ctx);
 400     u2 = BN_CTX_get(ctx);
 401     m = BN_CTX_get(ctx);
 402     X = BN_CTX_get(ctx);
 403     if (!X) {
 404         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 405         goto err;
 406     }
 407
 408     if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 409         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 410         goto err;
 411     }
 412
 413     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 414         BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s) ||
 415         BN_is_negative(sig->s) || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 416         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 417         ret = 0;                /* signature is invalid */
 418         goto err;
 419     }
 420     /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 421     if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
 422         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 423         goto err;
 424     }
 425     /* digest -> m */
 426     i = BN_num_bits(order);
 427     /*
 428      * Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole bytes.
 429      */
 430     if (8 * dgst_len > i)
 431         dgst_len = (i + 7) / 8;
 432     if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 433         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 434         goto err;
 435     }
 436     /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 437     if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 438         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 439         goto err;
 440     }
 441     /* u1 = m * tmp mod order */
 442     if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 443         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 444         goto err;
 445     }
 446     /* u2 = r * w mod q */
 447     if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 448         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 449         goto err;
 450     }
 451
 452     if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 453         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 454         goto err;
 455     }
 456     if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 457         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 458         goto err;
 459     }
 460     if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 461         NID_X9_62_prime_field) {
 462         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point, X, NULL, ctx)) {
 463             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 464             goto err;
 465         }
 466     }
 467 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 468     else {                      /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 469
 470         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group, point, X, NULL, ctx)) {
 471             ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 472             goto err;
 473         }
 474     }
 475 #endif
 476     if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 477         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 478         goto err;
 479     }
 480     /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 481     ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 482  err:
 483     BN_CTX_end(ctx);
 484     BN_CTX_free(ctx);
 485     if (point)
 486         EC_POINT_free(point);
 487     return ret;
 488 }