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