crypto/rsa/rsa_oaep.c

   1 /*
   2  * Copyright 1999-2016 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 /* 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 #include "internal/constant_time_locl.h"
  24
  25 #include <stdio.h>
  26 #include "internal/cryptlib.h"
  27 #include <openssl/bn.h>
  28 #include <openssl/evp.h>
  29 #include <openssl/rand.h>
  30 #include <openssl/sha.h>
  31 #include "rsa_locl.h"
  32
  33 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
  34                                const unsigned char *from, int flen,
  35                                const unsigned char *param, int plen)
  36 {
  37     return RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen,
  38                                            param, plen, NULL, NULL);
  39 }
  40
  41 int RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
  42                                     const unsigned char *from, int flen,
  43                                     const unsigned char *param, int plen,
  44                                     const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
  45 {
  46     int i, emlen = tlen - 1;
  47     unsigned char *db, *seed;
  48     unsigned char *dbmask, seedmask[EVP_MAX_MD_SIZE];
  49     int mdlen;
  50
  51     if (md == NULL)
  52         md = EVP_sha1();
  53     if (mgf1md == NULL)
  54         mgf1md = md;
  55
  56     mdlen = EVP_MD_size(md);
  57
  58     if (flen > emlen - 2 * mdlen - 1) {
  59         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
  60                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
  61         return 0;
  62     }
  63
  64     if (emlen < 2 * mdlen + 1) {
  65         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1,
  66                RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
  67         return 0;
  68     }
  69
  70     to[0] = 0;
  71     seed = to + 1;
  72     db = to + mdlen + 1;
  73
  74     if (!EVP_Digest((void *)param, plen, db, NULL, md, NULL))
  75         return 0;
  76     memset(db + mdlen, 0, emlen - flen - 2 * mdlen - 1);
  77     db[emlen - flen - mdlen - 1] = 0x01;
  78     memcpy(db + emlen - flen - mdlen, from, (unsigned int)flen);
  79     if (RAND_bytes(seed, mdlen) <= 0)
  80         return 0;
  81 #ifdef PKCS_TESTVECT
  82     memcpy(seed,
  83            "\xaa\xfd\x12\xf6\x59\xca\xe6\x34\x89\xb4\x79\xe5\x07\x6d\xde\xc2\xf0\x6c\xb5\x8f",
  84            20);
  85 #endif
  86
  87     dbmask = OPENSSL_malloc(emlen - mdlen);
  88     if (dbmask == NULL) {
  89         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_ADD_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  90         return 0;
  91     }
  92
  93     if (PKCS1_MGF1(dbmask, emlen - mdlen, seed, mdlen, mgf1md) < 0)
  94         goto err;
  95     for (i = 0; i < emlen - mdlen; i++)
  96         db[i] ^= dbmask[i];
  97
  98     if (PKCS1_MGF1(seedmask, mdlen, db, emlen - mdlen, mgf1md) < 0)
  99         goto err;
 100     for (i = 0; i < mdlen; i++)
 101         seed[i] ^= seedmask[i];
 102
 103     OPENSSL_free(dbmask);
 104     return 1;
 105
 106  err:
 107     OPENSSL_free(dbmask);
 108     return 0;
 109 }
 110
 111 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
 112                                  const unsigned char *from, int flen, int num,
 113                                  const unsigned char *param, int plen)
 114 {
 115     return RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen, num,
 116                                              param, plen, NULL, NULL);
 117 }
 118
 119 int RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
 120                                       const unsigned char *from, int flen,
 121                                       int num, const unsigned char *param,
 122                                       int plen, const EVP_MD *md,
 123                                       const EVP_MD *mgf1md)
 124 {
 125     int i, dblen, mlen = -1, one_index = 0, msg_index;
 126     unsigned int good, found_one_byte;
 127     const unsigned char *maskedseed, *maskeddb;
 128     /*
 129      * |em| is the encoded message, zero-padded to exactly |num| bytes: em =
 130      * Y || maskedSeed || maskedDB
 131      */
 132     unsigned char *db = NULL, *em = NULL, seed[EVP_MAX_MD_SIZE],
 133         phash[EVP_MAX_MD_SIZE];
 134     int mdlen;
 135
 136     if (md == NULL)
 137         md = EVP_sha1();
 138     if (mgf1md == NULL)
 139         mgf1md = md;
 140
 141     mdlen = EVP_MD_size(md);
 142
 143     if (tlen <= 0 || flen <= 0)
 144         return -1;
 145     /*
 146      * |num| is the length of the modulus; |flen| is the length of the
 147      * encoded message. Therefore, for any |from| that was obtained by
 148      * decrypting a ciphertext, we must have |flen| <= |num|. Similarly,
 149      * num < 2 * mdlen + 2 must hold for the modulus irrespective of
 150      * the ciphertext, see PKCS #1 v2.2, section 7.1.2.
 151      * This does not leak any side-channel information.
 152      */
 153     if (num < flen || num < 2 * mdlen + 2)
 154         goto decoding_err;
 155
 156     dblen = num - mdlen - 1;
 157     db = OPENSSL_malloc(dblen);
 158     em = OPENSSL_malloc(num);
 159     if (db == NULL || em == NULL) {
 160         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 161         goto cleanup;
 162     }
 163
 164     /*
 165      * Always do this zero-padding copy (even when num == flen) to avoid
 166      * leaking that information. The copy still leaks some side-channel
 167      * information, but it's impossible to have a fixed  memory access
 168      * pattern since we can't read out of the bounds of |from|.
 169      *
 170      * TODO(emilia): Consider porting BN_bn2bin_padded from BoringSSL.
 171      */
 172     memset(em, 0, num);
 173     memcpy(em + num - flen, from, flen);
 174
 175     /*
 176      * The first byte must be zero, however we must not leak if this is
 177      * true. See James H. Manger, "A Chosen Ciphertext  Attack on RSA
 178      * Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) [...]", CRYPTO 2001).
 179      */
 180     good = constant_time_is_zero(em[0]);
 181
 182     maskedseed = em + 1;
 183     maskeddb = em + 1 + mdlen;
 184
 185     if (PKCS1_MGF1(seed, mdlen, maskeddb, dblen, mgf1md))
 186         goto cleanup;
 187     for (i = 0; i < mdlen; i++)
 188         seed[i] ^= maskedseed[i];
 189
 190     if (PKCS1_MGF1(db, dblen, seed, mdlen, mgf1md))
 191         goto cleanup;
 192     for (i = 0; i < dblen; i++)
 193         db[i] ^= maskeddb[i];
 194
 195     if (!EVP_Digest((void *)param, plen, phash, NULL, md, NULL))
 196         goto cleanup;
 197
 198     good &= constant_time_is_zero(CRYPTO_memcmp(db, phash, mdlen));
 199
 200     found_one_byte = 0;
 201     for (i = mdlen; i < dblen; i++) {
 202         /*
 203          * Padding consists of a number of 0-bytes, followed by a 1.
 204          */
 205         unsigned int equals1 = constant_time_eq(db[i], 1);
 206         unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(db[i]);
 207         one_index = constant_time_select_int(~found_one_byte & equals1,
 208                                              i, one_index);
 209         found_one_byte |= equals1;
 210         good &= (found_one_byte | equals0);
 211     }
 212
 213     good &= found_one_byte;
 214
 215     /*
 216      * At this point |good| is zero unless the plaintext was valid,
 217      * so plaintext-awareness ensures timing side-channels are no longer a
 218      * concern.
 219      */
 220     if (!good)
 221         goto decoding_err;
 222
 223     msg_index = one_index + 1;
 224     mlen = dblen - msg_index;
 225
 226     if (tlen < mlen) {
 227         RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1, RSA_R_DATA_TOO_LARGE);
 228         mlen = -1;
 229     } else {
 230         memcpy(to, db + msg_index, mlen);
 231         goto cleanup;
 232     }
 233
 234  decoding_err:
 235     /*
 236      * To avoid chosen ciphertext attacks, the error message should not
 237      * reveal which kind of decoding error happened.
 238      */
 239     RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_PKCS1_OAEP_MGF1,
 240            RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
 241  cleanup:
 242     OPENSSL_free(db);
 243     OPENSSL_free(em);
 244     return mlen;
 245 }
 246
 247 int PKCS1_MGF1(unsigned char *mask, long len,
 248                const unsigned char *seed, long seedlen, const EVP_MD *dgst)
 249 {
 250     long i, outlen = 0;
 251     unsigned char cnt[4];
 252     EVP_MD_CTX *c = EVP_MD_CTX_new();
 253     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 254     int mdlen;
 255     int rv = -1;
 256
 257     if (c == NULL)
 258         goto err;
 259     mdlen = EVP_MD_size(dgst);
 260     if (mdlen < 0)
 261         goto err;
 262     for (i = 0; outlen < len; i++) {
 263         cnt[0] = (unsigned char)((i >> 24) & 255);
 264         cnt[1] = (unsigned char)((i >> 16) & 255);
 265         cnt[2] = (unsigned char)((i >> 8)) & 255;
 266         cnt[3] = (unsigned char)(i & 255);
 267         if (!EVP_DigestInit_ex(c, dgst, NULL)
 268             || !EVP_DigestUpdate(c, seed, seedlen)
 269             || !EVP_DigestUpdate(c, cnt, 4))
 270             goto err;
 271         if (outlen + mdlen <= len) {
 272             if (!EVP_DigestFinal_ex(c, mask + outlen, NULL))
 273                 goto err;
 274             outlen += mdlen;
 275         } else {
 276             if (!EVP_DigestFinal_ex(c, md, NULL))
 277                 goto err;
 278             memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
 279             outlen = len;
 280         }
 281     }
 282     rv = 0;
 283  err:
 284     EVP_MD_CTX_free(c);
 285     return rv;
 286 }