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