crypto/rsa/rsa_oaep.c

   1 /*
   2  * Copyright 1999-2019 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License 2.0 (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 /* EME-OAEP as defined in RFC 2437 (PKCS #1 v2.0) */
  11
  12 /*
  13  * See Victor Shoup, "OAEP reconsidered," Nov. 2000, <URL:
  14  * http://www.shoup.net/papers/oaep.ps.Z> for problems with the security
  15  * proof for the original OAEP scheme, which EME-OAEP is based on. A new
  16  * proof can be found in E. Fujisaki, T. Okamoto, D. Pointcheval, J. Stern,
  17  * "RSA-OEAP is Still Alive!", Dec. 2000, <URL:
  18  * http://eprint.iacr.org/2000/061/>. The new proof has stronger requirements
  19  * for the underlying permutation: "partial-one-wayness" instead of
  20  * one-wayness.  For the RSA function, this is an equivalent notion.
  21  */
  22
  23 /*
  24  * RSA low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
  25  * internal use.
  26  */
  27 #include "internal/deprecated.h"
  28
  29 #include "internal/constant_time.h"
  30
  31 #include <stdio.h>
  32 #include "internal/cryptlib.h"
  33 #include <openssl/bn.h>
  34 #include <openssl/evp.h>
  35 #include <openssl/rand.h>
  36 #include <openssl/sha.h>
  37 #include "rsa_local.h"
  38
  39 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
  40                                const unsigned char *from, int flen,
  41                                const unsigned char *param, int plen)
  42 {
  43     return RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen,
  44                                            param, plen, NULL, NULL);
  45 }
  46
  47 /*
  48  * Perform ihe padding as per NIST 800-56B 7.2.2.3
  49  *      from (K) is the key material.
  50  *      param (A) is the additional input.
  51  * Step numbers are included here but not in the constant time inverse below
  52  * to avoid complicating an already difficult enough function.
  53  */
  54 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
  55                                     const unsigned char *from, int flen,
  56                                     const unsigned char *param, int plen,
  57                                     const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
  58 {
  59     int rv = 0;
  60     int i, emlen = tlen - 1;
  61     unsigned char *db, *seed;
  62     unsigned char *dbmask = NULL;
  63     unsigned char seedmask[EVP_MAX_MD_SIZE];
  64     int mdlen, dbmask_len = 0;
  65
  66 #ifndef FIPS_MODE
  67     if (md == NULL)
  68         md = EVP_sha1();
  69 #else
  70         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
  71                ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  72         return 0;
  73 #endif
  74     if (mgf1md == NULL)
  75         mgf1md = md;
  76
  77     mdlen = EVP_MD_size(md);
  78
  79     /* step 2b: check KLen > nLen - 2 HLen - 2 */
  80     if (flen > emlen - 2 * mdlen - 1) {
  81         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
  82                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
  83         return 0;
  84     }
  85
  86     if (emlen < 2 * mdlen + 1) {
  87         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
  88                RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
  89         return 0;
  90     }
  91
  92     /* step 3i: EM = 00000000 || maskedMGF || maskedDB */
  93     to[0] = 0;
  94     seed = to + 1;
  95     db = to + mdlen + 1;
  96
  97     /* step 3a: hash the additional input */
  98     if (!EVP_Digest((void *)param, plen, db, NULL, md, NULL))
  99         goto err;
 100     /* step 3b: zero bytes array of length nLen - KLen - 2 HLen -2 */
 101     memset(db + mdlen, 0, emlen - flen - 2 * mdlen - 1);
 102     /* step 3c: DB = HA || PS || 00000001 || K */
 103     db[emlen - flen - mdlen - 1] = 0x01;
 104     memcpy(db + emlen - flen - mdlen, from, (unsigned int)flen);
 105     /* step 3d: generate random byte string */
 106     if (RAND_bytes(seed, mdlen) <= 0)
 107         goto err;
 108
 109     dbmask_len = emlen - mdlen;
 110     dbmask = OPENSSL_malloc(dbmask_len);
 111     if (dbmask == NULL) {
 112         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 113         goto err;
 114     }
 115
 116     /* step 3e: dbMask = MGF(mgfSeed, nLen - HLen - 1) */
 117     if (PKCS1_MGF1(dbmask, dbmask_len, seed, mdlen, mgf1md) < 0)
 118         goto err;
 119     /* step 3f: maskedDB = DB XOR dbMask */
 120     for (i = 0; i < dbmask_len; i++)
 121         db[i] ^= dbmask[i];
 122
 123     /* step 3g: mgfSeed = MGF(maskedDB, HLen) */
 124     if (PKCS1_MGF1(seedmask, mdlen, db, dbmask_len, mgf1md) < 0)
 125         goto err;
 126     /* stepo 3h: maskedMGFSeed = mgfSeed XOR mgfSeedMask */
 127     for (i = 0; i < mdlen; i++)
 128         seed[i] ^= seedmask[i];
 129     rv = 1;
 130
 131  err:
 132     OPENSSL_cleanse(seedmask, sizeof(seedmask));
 133     OPENSSL_clear_free(dbmask, dbmask_len);
 134     return rv;
 135 }
 136
 137 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
 138                                  const unsigned char *from, int flen, int num,
 139                                  const unsigned char *param, int plen)
 140 {
 141     return RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen, num,
 142                                              param, plen, NULL, NULL);
 143 }
 144
 145 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
 146                                       const unsigned char *from, int flen,
 147                                       int num, const unsigned char *param,
 148                                       int plen, const EVP_MD *md,
 149                                       const EVP_MD *mgf1md)
 150 {
 151     int i, dblen = 0, mlen = -1, one_index = 0, msg_index;
 152     unsigned int good = 0, found_one_byte, mask;
 153     const unsigned char *maskedseed, *maskeddb;
 154     /*
 155      * |em| is the encoded message, zero-padded to exactly |num| bytes: em =
 156      * Y || maskedSeed || maskedDB
 157      */
 158     unsigned char *db = NULL, *em = NULL, seed[EVP_MAX_MD_SIZE],
 159         phash[EVP_MAX_MD_SIZE];
 160     int mdlen;
 161
 162     if (md == NULL) {
 163 #ifndef FIPS_MODE
 164         md = EVP_sha1();
 165 #else
 166         RSAerr(0, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 167         return -1;
 168 #endif
 169     }
 170
 171     if (mgf1md == NULL)
 172         mgf1md = md;
 173
 174     mdlen = EVP_MD_size(md);
 175
 176     if (tlen <= 0 || flen <= 0)
 177         return -1;
 178     /*
 179      * |num| is the length of the modulus; |flen| is the length of the
 180      * encoded message. Therefore, for any |from| that was obtained by
 181      * decrypting a ciphertext, we must have |flen| <= |num|. Similarly,
 182      * |num| >= 2 * |mdlen| + 2 must hold for the modulus irrespective of
 183      * the ciphertext, see PKCS #1 v2.2, section 7.1.2.
 184      * This does not leak any side-channel information.
 185      */
 186     if (num < flen || num < 2 * mdlen + 2) {
 187         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1,
 188                RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
 189         return -1;
 190     }
 191
 192     dblen = num - mdlen - 1;
 193     db = OPENSSL_malloc(dblen);
 194     if (db == NULL) {
 195         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 196         goto cleanup;
 197     }
 198
 199     em = OPENSSL_malloc(num);
 200     if (em == NULL) {
 201         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1,
 202                ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 203         goto cleanup;
 204     }
 205
 206     /*
 207      * Caller is encouraged to pass zero-padded message created with
 208      * BN_bn2binpad. Trouble is that since we can't read out of |from|'s
 209      * bounds, it's impossible to have an invariant memory access pattern
 210      * in case |from| was not zero-padded in advance.
 211      */
 212     for (from += flen, em += num, i = 0; i < num; i++) {
 213         mask = ~constant_time_is_zero(flen);
 214         flen -= 1 & mask;
 215         from -= 1 & mask;
 216         *--em = *from & mask;
 217     }
 218
 219     /*
 220      * The first byte must be zero, however we must not leak if this is
 221      * true. See James H. Manger, "A Chosen Ciphertext  Attack on RSA
 222      * Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) [...]", CRYPTO 2001).
 223      */
 224     good = constant_time_is_zero(em[0]);
 225
 226     maskedseed = em + 1;
 227     maskeddb = em + 1 + mdlen;
 228
 229     if (PKCS1_MGF1(seed, mdlen, maskeddb, dblen, mgf1md))
 230         goto cleanup;
 231     for (i = 0; i < mdlen; i++)
 232         seed[i] ^= maskedseed[i];
 233
 234     if (PKCS1_MGF1(db, dblen, seed, mdlen, mgf1md))
 235         goto cleanup;
 236     for (i = 0; i < dblen; i++)
 237         db[i] ^= maskeddb[i];
 238
 239     if (!EVP_Digest((void *)param, plen, phash, NULL, md, NULL))
 240         goto cleanup;
 241
 242     good &= constant_time_is_zero(CRYPTO_memcmp(db, phash, mdlen));
 243
 244     found_one_byte = 0;
 245     for (i = mdlen; i < dblen; i++) {
 246         /*
 247          * Padding consists of a number of 0-bytes, followed by a 1.
 248          */
 249         unsigned int equals1 = constant_time_eq(db[i], 1);
 250         unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(db[i]);
 251         one_index = constant_time_select_int(~found_one_byte & equals1,
 252                                              i, one_index);
 253         found_one_byte |= equals1;
 254         good &= (found_one_byte | equals0);
 255     }
 256
 257     good &= found_one_byte;
 258
 259     /*
 260      * At this point |good| is zero unless the plaintext was valid,
 261      * so plaintext-awareness ensures timing side-channels are no longer a
 262      * concern.
 263      */
 264     msg_index = one_index + 1;
 265     mlen = dblen - msg_index;
 266
 267     /*
 268      * For good measure, do this check in constant time as well.
 269      */
 270     good &= constant_time_ge(tlen, mlen);
 271
 272     /*
 273      * Move the result in-place by |dblen|-|mdlen|-1-|mlen| bytes to the left.
 274      * Then if |good| move |mlen| bytes from |db|+|mdlen|+1 to |to|.
 275      * Otherwise leave |to| unchanged.
 276      * Copy the memory back in a way that does not reveal the size of
 277      * the data being copied via a timing side channel. This requires copying
 278      * parts of the buffer multiple times based on the bits set in the real
 279      * length. Clear bits do a non-copy with identical access pattern.
 280      * The loop below has overall complexity of O(N*log(N)).
 281      */
 282     tlen = constant_time_select_int(constant_time_lt(dblen - mdlen - 1, tlen),
 283                                     dblen - mdlen - 1, tlen);
 284     for (msg_index = 1; msg_index < dblen - mdlen - 1; msg_index <<= 1) {
 285         mask = ~constant_time_eq(msg_index & (dblen - mdlen - 1 - mlen), 0);
 286         for (i = mdlen + 1; i < dblen - msg_index; i++)
 287             db[i] = constant_time_select_8(mask, db[i + msg_index], db[i]);
 288     }
 289     for (i = 0; i < tlen; i++) {
 290         mask = good & constant_time_lt(i, mlen);
 291         to[i] = constant_time_select_8(mask, db[i + mdlen + 1], to[i]);
 292     }
 293
 294 #ifndef FIPS_MODE
 295     /*
 296      * To avoid chosen ciphertext attacks, the error message should not
 297      * reveal which kind of decoding error happened.
 298      *
 299      * This trick doesn't work in the FIPS provider because libcrypto manages
 300      * the error stack. Instead we opt not to put an error on the stack at all
 301      * in case of padding failure in the FIPS provider.
 302      */
 303     RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1,
 304            RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
 305     err_clear_last_constant_time(1 & good);
 306 #endif
 307  cleanup:
 308     OPENSSL_cleanse(seed, sizeof(seed));
 309     OPENSSL_clear_free(db, dblen);
 310     OPENSSL_clear_free(em, num);
 311
 312     return constant_time_select_int(good, mlen, -1);
 313 }
 314
 315 /*
 316  * Mask Generation Function corresponding to section 7.2.2.2 of NIST SP 800-56B.
 317  * The variables are named differently to NIST:
 318  *      mask (T) and len (maskLen)are the returned mask.
 319  *      seed (mgfSeed).
 320  * The range checking steps inm the process are performed outside.
 321  */
 322 int PKCS1_MGF1(unsigned char *mask, long len,
 323                const unsigned char *seed, long seedlen, const EVP_MD *dgst)
 324 {
 325     long i, outlen = 0;
 326     unsigned char cnt[4];
 327     EVP_MD_CTX *c = EVP_MD_CTX_new();
 328     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 329     int mdlen;
 330     int rv = -1;
 331
 332     if (c == NULL)
 333         goto err;
 334     mdlen = EVP_MD_size(dgst);
 335     if (mdlen < 0)
 336         goto err;
 337     /* step 4 */
 338     for (i = 0; outlen < len; i++) {
 339         /* step 4a: D = I2BS(counter, 4) */
 340         cnt[0] = (unsigned char)((i >> 24) & 255);
 341         cnt[1] = (unsigned char)((i >> 16) & 255);
 342         cnt[2] = (unsigned char)((i >> 8)) & 255;
 343         cnt[3] = (unsigned char)(i & 255);
 344         /* step 4b: T =T || hash(mgfSeed || D) */
 345         if (!EVP_DigestInit_ex(c, dgst, NULL)
 346             || !EVP_DigestUpdate(c, seed, seedlen)
 347             || !EVP_DigestUpdate(c, cnt, 4))
 348             goto err;
 349         if (outlen + mdlen <= len) {
 350             if (!EVP_DigestFinal_ex(c, mask + outlen, NULL))
 351                 goto err;
 352             outlen += mdlen;
 353         } else {
 354             if (!EVP_DigestFinal_ex(c, md, NULL))
 355                 goto err;
 356             memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
 357             outlen = len;
 358         }
 359     }
 360     rv = 0;
 361  err:
 362     OPENSSL_cleanse(md, sizeof(md));
 363     EVP_MD_CTX_free(c);
 364     return rv;
 365 }