crypto/rsa/rsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2020 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 /*
  11  * RSA low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
  12  * internal use.
  13  */
  14 #include "internal/deprecated.h"
  15
  16 #include "internal/cryptlib.h"
  17 #include "crypto/bn.h"
  18 #include "rsa_local.h"
  19 #include "internal/constant_time.h"
  20
  21 static int rsa_ossl_public_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
  22                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  23 static int rsa_ossl_private_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
  24                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  25 static int rsa_ossl_public_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
  26                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  27 static int rsa_ossl_private_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
  28                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
  29 static int rsa_ossl_mod_exp(BIGNUM *r0, const BIGNUM *i, RSA *rsa,
  30                            BN_CTX *ctx);
  31 static int rsa_ossl_init(RSA *rsa);
  32 static int rsa_ossl_finish(RSA *rsa);
  33 static RSA_METHOD rsa_pkcs1_ossl_meth = {
  34     "OpenSSL PKCS#1 RSA",
  35     rsa_ossl_public_encrypt,
  36     rsa_ossl_public_decrypt,     /* signature verification */
  37     rsa_ossl_private_encrypt,    /* signing */
  38     rsa_ossl_private_decrypt,
  39     rsa_ossl_mod_exp,
  40     BN_mod_exp_mont,            /* XXX probably we should not use Montgomery
  41                                  * if e == 3 */
  42     rsa_ossl_init,
  43     rsa_ossl_finish,
  44     RSA_FLAG_FIPS_METHOD,       /* flags */
  45     NULL,
  46     0,                          /* rsa_sign */
  47     0,                          /* rsa_verify */
  48     NULL,                       /* rsa_keygen */
  49     NULL                        /* rsa_multi_prime_keygen */
  50 };
  51
  52 static const RSA_METHOD *default_RSA_meth = &rsa_pkcs1_ossl_meth;
  53
  54 void RSA_set_default_method(const RSA_METHOD *meth)
  55 {
  56     default_RSA_meth = meth;
  57 }
  58
  59 const RSA_METHOD *RSA_get_default_method(void)
  60 {
  61     return default_RSA_meth;
  62 }
  63
  64 const RSA_METHOD *RSA_PKCS1_OpenSSL(void)
  65 {
  66     return &rsa_pkcs1_ossl_meth;
  67 }
  68
  69 const RSA_METHOD *RSA_null_method(void)
  70 {
  71     return NULL;
  72 }
  73
  74 static int rsa_ossl_public_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
  75                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
  76 {
  77     BIGNUM *f, *ret;
  78     int i, num = 0, r = -1;
  79     unsigned char *buf = NULL;
  80     BN_CTX *ctx = NULL;
  81
  82     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_MAX_MODULUS_BITS) {
  83         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
  84         return -1;
  85     }
  86
  87     if (BN_ucmp(rsa->n, rsa->e) <= 0) {
  88         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
  89         return -1;
  90     }
  91
  92     /* for large moduli, enforce exponent limit */
  93     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_SMALL_MODULUS_BITS) {
  94         if (BN_num_bits(rsa->e) > OPENSSL_RSA_MAX_PUBEXP_BITS) {
  95             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
  96             return -1;
  97         }
  98     }
  99
 100     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 101         goto err;
 102     BN_CTX_start(ctx);
 103     f = BN_CTX_get(ctx);
 104     ret = BN_CTX_get(ctx);
 105     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 106     buf = OPENSSL_malloc(num);
 107     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 108         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 109         goto err;
 110     }
 111
 112     switch (padding) {
 113     case RSA_PKCS1_PADDING:
 114         i = ossl_rsa_padding_add_PKCS1_type_2_ex(rsa->libctx, buf, num,
 115                                                  from, flen);
 116         break;
 117     case RSA_PKCS1_OAEP_PADDING:
 118         i = ossl_rsa_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1_ex(rsa->libctx, buf, num,
 119                                                     from, flen, NULL, 0,
 120                                                     NULL, NULL);
 121         break;
 122 #ifndef FIPS_MODULE
 123     case RSA_SSLV23_PADDING:
 124         i = ossl_rsa_padding_add_SSLv23_ex(rsa->libctx, buf, num, from, flen);
 125         break;
 126 #endif
 127     case RSA_NO_PADDING:
 128         i = RSA_padding_add_none(buf, num, from, flen);
 129         break;
 130     default:
 131         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 132         goto err;
 133     }
 134     if (i <= 0)
 135         goto err;
 136
 137     if (BN_bin2bn(buf, num, f) == NULL)
 138         goto err;
 139
 140     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 141         /* usually the padding functions would catch this */
 142         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_ENCRYPT,
 143                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 144         goto err;
 145     }
 146
 147     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 148         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 149                                     rsa->n, ctx))
 150             goto err;
 151
 152     if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, rsa->e, rsa->n, ctx,
 153                                rsa->_method_mod_n))
 154         goto err;
 155
 156     /*
 157      * BN_bn2binpad puts in leading 0 bytes if the number is less than
 158      * the length of the modulus.
 159      */
 160     r = BN_bn2binpad(ret, to, num);
 161  err:
 162     BN_CTX_end(ctx);
 163     BN_CTX_free(ctx);
 164     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 165     return r;
 166 }
 167
 168 static BN_BLINDING *rsa_get_blinding(RSA *rsa, int *local, BN_CTX *ctx)
 169 {
 170     BN_BLINDING *ret;
 171
 172     CRYPTO_THREAD_write_lock(rsa->lock);
 173
 174     if (rsa->blinding == NULL) {
 175         rsa->blinding = RSA_setup_blinding(rsa, ctx);
 176     }
 177
 178     ret = rsa->blinding;
 179     if (ret == NULL)
 180         goto err;
 181
 182     if (BN_BLINDING_is_current_thread(ret)) {
 183         /* rsa->blinding is ours! */
 184
 185         *local = 1;
 186     } else {
 187         /* resort to rsa->mt_blinding instead */
 188
 189         /*
 190          * instructs rsa_blinding_convert(), rsa_blinding_invert() that the
 191          * BN_BLINDING is shared, meaning that accesses require locks, and
 192          * that the blinding factor must be stored outside the BN_BLINDING
 193          */
 194         *local = 0;
 195
 196         if (rsa->mt_blinding == NULL) {
 197             rsa->mt_blinding = RSA_setup_blinding(rsa, ctx);
 198         }
 199         ret = rsa->mt_blinding;
 200     }
 201
 202  err:
 203     CRYPTO_THREAD_unlock(rsa->lock);
 204     return ret;
 205 }
 206
 207 static int rsa_blinding_convert(BN_BLINDING *b, BIGNUM *f, BIGNUM *unblind,
 208                                 BN_CTX *ctx)
 209 {
 210     if (unblind == NULL) {
 211         /*
 212          * Local blinding: store the unblinding factor in BN_BLINDING.
 213          */
 214         return BN_BLINDING_convert_ex(f, NULL, b, ctx);
 215     } else {
 216         /*
 217          * Shared blinding: store the unblinding factor outside BN_BLINDING.
 218          */
 219         int ret;
 220
 221         BN_BLINDING_lock(b);
 222         ret = BN_BLINDING_convert_ex(f, unblind, b, ctx);
 223         BN_BLINDING_unlock(b);
 224
 225         return ret;
 226     }
 227 }
 228
 229 static int rsa_blinding_invert(BN_BLINDING *b, BIGNUM *f, BIGNUM *unblind,
 230                                BN_CTX *ctx)
 231 {
 232     /*
 233      * For local blinding, unblind is set to NULL, and BN_BLINDING_invert_ex
 234      * will use the unblinding factor stored in BN_BLINDING. If BN_BLINDING
 235      * is shared between threads, unblind must be non-null:
 236      * BN_BLINDING_invert_ex will then use the local unblinding factor, and
 237      * will only read the modulus from BN_BLINDING. In both cases it's safe
 238      * to access the blinding without a lock.
 239      */
 240     return BN_BLINDING_invert_ex(f, unblind, b, ctx);
 241 }
 242
 243 /* signing */
 244 static int rsa_ossl_private_encrypt(int flen, const unsigned char *from,
 245                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
 246 {
 247     BIGNUM *f, *ret, *res;
 248     int i, num = 0, r = -1;
 249     unsigned char *buf = NULL;
 250     BN_CTX *ctx = NULL;
 251     int local_blinding = 0;
 252     /*
 253      * Used only if the blinding structure is shared. A non-NULL unblind
 254      * instructs rsa_blinding_convert() and rsa_blinding_invert() to store
 255      * the unblinding factor outside the blinding structure.
 256      */
 257     BIGNUM *unblind = NULL;
 258     BN_BLINDING *blinding = NULL;
 259
 260     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 261         goto err;
 262     BN_CTX_start(ctx);
 263     f = BN_CTX_get(ctx);
 264     ret = BN_CTX_get(ctx);
 265     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 266     buf = OPENSSL_malloc(num);
 267     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 268         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 269         goto err;
 270     }
 271
 272     switch (padding) {
 273     case RSA_PKCS1_PADDING:
 274         i = RSA_padding_add_PKCS1_type_1(buf, num, from, flen);
 275         break;
 276     case RSA_X931_PADDING:
 277         i = RSA_padding_add_X931(buf, num, from, flen);
 278         break;
 279     case RSA_NO_PADDING:
 280         i = RSA_padding_add_none(buf, num, from, flen);
 281         break;
 282     case RSA_SSLV23_PADDING:
 283     default:
 284         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 285         goto err;
 286     }
 287     if (i <= 0)
 288         goto err;
 289
 290     if (BN_bin2bn(buf, num, f) == NULL)
 291         goto err;
 292
 293     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 294         /* usually the padding functions would catch this */
 295         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT,
 296                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 297         goto err;
 298     }
 299
 300     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 301         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 302                                     rsa->n, ctx))
 303             goto err;
 304
 305     if (!(rsa->flags & RSA_FLAG_NO_BLINDING)) {
 306         blinding = rsa_get_blinding(rsa, &local_blinding, ctx);
 307         if (blinding == NULL) {
 308             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 309             goto err;
 310         }
 311     }
 312
 313     if (blinding != NULL) {
 314         if (!local_blinding && ((unblind = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)) {
 315             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 316             goto err;
 317         }
 318         if (!rsa_blinding_convert(blinding, f, unblind, ctx))
 319             goto err;
 320     }
 321
 322     if ((rsa->flags & RSA_FLAG_EXT_PKEY) ||
 323         (rsa->version == RSA_ASN1_VERSION_MULTI) ||
 324         ((rsa->p != NULL) &&
 325          (rsa->q != NULL) &&
 326          (rsa->dmp1 != NULL) && (rsa->dmq1 != NULL) && (rsa->iqmp != NULL))) {
 327         if (!rsa->meth->rsa_mod_exp(ret, f, rsa, ctx))
 328             goto err;
 329     } else {
 330         BIGNUM *d = BN_new();
 331         if (d == NULL) {
 332             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 333             goto err;
 334         }
 335         if (rsa->d == NULL) {
 336             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_ENCRYPT, RSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
 337             BN_free(d);
 338             goto err;
 339         }
 340         BN_with_flags(d, rsa->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 341
 342         if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, d, rsa->n, ctx,
 343                                    rsa->_method_mod_n)) {
 344             BN_free(d);
 345             goto err;
 346         }
 347         /* We MUST free d before any further use of rsa->d */
 348         BN_free(d);
 349     }
 350
 351     if (blinding)
 352         if (!rsa_blinding_invert(blinding, ret, unblind, ctx))
 353             goto err;
 354
 355     if (padding == RSA_X931_PADDING) {
 356         if (!BN_sub(f, rsa->n, ret))
 357             goto err;
 358         if (BN_cmp(ret, f) > 0)
 359             res = f;
 360         else
 361             res = ret;
 362     } else {
 363         res = ret;
 364     }
 365
 366     /*
 367      * BN_bn2binpad puts in leading 0 bytes if the number is less than
 368      * the length of the modulus.
 369      */
 370     r = BN_bn2binpad(res, to, num);
 371  err:
 372     BN_CTX_end(ctx);
 373     BN_CTX_free(ctx);
 374     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 375     return r;
 376 }
 377
 378 static int rsa_ossl_private_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
 379                                    unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
 380 {
 381     BIGNUM *f, *ret;
 382     int j, num = 0, r = -1;
 383     unsigned char *buf = NULL;
 384     BN_CTX *ctx = NULL;
 385     int local_blinding = 0;
 386     /*
 387      * Used only if the blinding structure is shared. A non-NULL unblind
 388      * instructs rsa_blinding_convert() and rsa_blinding_invert() to store
 389      * the unblinding factor outside the blinding structure.
 390      */
 391     BIGNUM *unblind = NULL;
 392     BN_BLINDING *blinding = NULL;
 393
 394     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 395         goto err;
 396     BN_CTX_start(ctx);
 397     f = BN_CTX_get(ctx);
 398     ret = BN_CTX_get(ctx);
 399     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 400     buf = OPENSSL_malloc(num);
 401     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 402         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 403         goto err;
 404     }
 405
 406     /*
 407      * This check was for equality but PGP does evil things and chops off the
 408      * top '0' bytes
 409      */
 410     if (flen > num) {
 411         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT,
 412                RSA_R_DATA_GREATER_THAN_MOD_LEN);
 413         goto err;
 414     }
 415
 416     /* make data into a big number */
 417     if (BN_bin2bn(from, (int)flen, f) == NULL)
 418         goto err;
 419
 420     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 421         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT,
 422                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 423         goto err;
 424     }
 425
 426     if (!(rsa->flags & RSA_FLAG_NO_BLINDING)) {
 427         blinding = rsa_get_blinding(rsa, &local_blinding, ctx);
 428         if (blinding == NULL) {
 429             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 430             goto err;
 431         }
 432     }
 433
 434     if (blinding != NULL) {
 435         if (!local_blinding && ((unblind = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)) {
 436             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 437             goto err;
 438         }
 439         if (!rsa_blinding_convert(blinding, f, unblind, ctx))
 440             goto err;
 441     }
 442
 443     /* do the decrypt */
 444     if ((rsa->flags & RSA_FLAG_EXT_PKEY) ||
 445         (rsa->version == RSA_ASN1_VERSION_MULTI) ||
 446         ((rsa->p != NULL) &&
 447          (rsa->q != NULL) &&
 448          (rsa->dmp1 != NULL) && (rsa->dmq1 != NULL) && (rsa->iqmp != NULL))) {
 449         if (!rsa->meth->rsa_mod_exp(ret, f, rsa, ctx))
 450             goto err;
 451     } else {
 452         BIGNUM *d = BN_new();
 453         if (d == NULL) {
 454             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 455             goto err;
 456         }
 457         if (rsa->d == NULL) {
 458             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, RSA_R_MISSING_PRIVATE_KEY);
 459             BN_free(d);
 460             goto err;
 461         }
 462         BN_with_flags(d, rsa->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 463
 464         if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 465             if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 466                                         rsa->n, ctx)) {
 467                 BN_free(d);
 468                 goto err;
 469             }
 470         if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, d, rsa->n, ctx,
 471                                    rsa->_method_mod_n)) {
 472             BN_free(d);
 473             goto err;
 474         }
 475         /* We MUST free d before any further use of rsa->d */
 476         BN_free(d);
 477     }
 478
 479     if (blinding)
 480         if (!rsa_blinding_invert(blinding, ret, unblind, ctx))
 481             goto err;
 482
 483     j = BN_bn2binpad(ret, buf, num);
 484     if (j < 0)
 485         goto err;
 486
 487     switch (padding) {
 488     case RSA_PKCS1_PADDING:
 489         r = RSA_padding_check_PKCS1_type_2(to, num, buf, j, num);
 490         break;
 491     case RSA_PKCS1_OAEP_PADDING:
 492         r = RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(to, num, buf, j, num, NULL, 0);
 493         break;
 494 #ifndef FIPS_MODULE
 495     case RSA_SSLV23_PADDING:
 496         r = RSA_padding_check_SSLv23(to, num, buf, j, num);
 497         break;
 498 #endif
 499     case RSA_NO_PADDING:
 500         memcpy(to, buf, (r = j));
 501         break;
 502     default:
 503         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 504         goto err;
 505     }
 506 #ifndef FIPS_MODULE
 507     /*
 508      * This trick doesn't work in the FIPS provider because libcrypto manages
 509      * the error stack. Instead we opt not to put an error on the stack at all
 510      * in case of padding failure in the FIPS provider.
 511      */
 512     RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PRIVATE_DECRYPT, RSA_R_PADDING_CHECK_FAILED);
 513     err_clear_last_constant_time(1 & ~constant_time_msb(r));
 514 #endif
 515
 516  err:
 517     BN_CTX_end(ctx);
 518     BN_CTX_free(ctx);
 519     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 520     return r;
 521 }
 522
 523 /* signature verification */
 524 static int rsa_ossl_public_decrypt(int flen, const unsigned char *from,
 525                                   unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)
 526 {
 527     BIGNUM *f, *ret;
 528     int i, num = 0, r = -1;
 529     unsigned char *buf = NULL;
 530     BN_CTX *ctx = NULL;
 531
 532     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 533         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 534         return -1;
 535     }
 536
 537     if (BN_ucmp(rsa->n, rsa->e) <= 0) {
 538         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
 539         return -1;
 540     }
 541
 542     /* for large moduli, enforce exponent limit */
 543     if (BN_num_bits(rsa->n) > OPENSSL_RSA_SMALL_MODULUS_BITS) {
 544         if (BN_num_bits(rsa->e) > OPENSSL_RSA_MAX_PUBEXP_BITS) {
 545             RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_BAD_E_VALUE);
 546             return -1;
 547         }
 548     }
 549
 550     if ((ctx = BN_CTX_new_ex(rsa->libctx)) == NULL)
 551         goto err;
 552     BN_CTX_start(ctx);
 553     f = BN_CTX_get(ctx);
 554     ret = BN_CTX_get(ctx);
 555     num = BN_num_bytes(rsa->n);
 556     buf = OPENSSL_malloc(num);
 557     if (ret == NULL || buf == NULL) {
 558         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 559         goto err;
 560     }
 561
 562     /*
 563      * This check was for equality but PGP does evil things and chops off the
 564      * top '0' bytes
 565      */
 566     if (flen > num) {
 567         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_DATA_GREATER_THAN_MOD_LEN);
 568         goto err;
 569     }
 570
 571     if (BN_bin2bn(from, flen, f) == NULL)
 572         goto err;
 573
 574     if (BN_ucmp(f, rsa->n) >= 0) {
 575         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT,
 576                RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_MODULUS);
 577         goto err;
 578     }
 579
 580     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 581         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 582                                     rsa->n, ctx))
 583             goto err;
 584
 585     if (!rsa->meth->bn_mod_exp(ret, f, rsa->e, rsa->n, ctx,
 586                                rsa->_method_mod_n))
 587         goto err;
 588
 589     if ((padding == RSA_X931_PADDING) && ((bn_get_words(ret)[0] & 0xf) != 12))
 590         if (!BN_sub(ret, rsa->n, ret))
 591             goto err;
 592
 593     i = BN_bn2binpad(ret, buf, num);
 594     if (i < 0)
 595         goto err;
 596
 597     switch (padding) {
 598     case RSA_PKCS1_PADDING:
 599         r = RSA_padding_check_PKCS1_type_1(to, num, buf, i, num);
 600         break;
 601     case RSA_X931_PADDING:
 602         r = RSA_padding_check_X931(to, num, buf, i, num);
 603         break;
 604     case RSA_NO_PADDING:
 605         memcpy(to, buf, (r = i));
 606         break;
 607     default:
 608         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_UNKNOWN_PADDING_TYPE);
 609         goto err;
 610     }
 611     if (r < 0)
 612         RSAerr(RSA_F_RSA_OSSL_PUBLIC_DECRYPT, RSA_R_PADDING_CHECK_FAILED);
 613
 614  err:
 615     BN_CTX_end(ctx);
 616     BN_CTX_free(ctx);
 617     OPENSSL_clear_free(buf, num);
 618     return r;
 619 }
 620
 621 static int rsa_ossl_mod_exp(BIGNUM *r0, const BIGNUM *I, RSA *rsa, BN_CTX *ctx)
 622 {
 623     BIGNUM *r1, *m1, *vrfy;
 624     int ret = 0, smooth = 0;
 625 #ifndef FIPS_MODULE
 626     BIGNUM *r2, *m[RSA_MAX_PRIME_NUM - 2];
 627     int i, ex_primes = 0;
 628     RSA_PRIME_INFO *pinfo;
 629 #endif
 630
 631     BN_CTX_start(ctx);
 632
 633     r1 = BN_CTX_get(ctx);
 634 #ifndef FIPS_MODULE
 635     r2 = BN_CTX_get(ctx);
 636 #endif
 637     m1 = BN_CTX_get(ctx);
 638     vrfy = BN_CTX_get(ctx);
 639     if (vrfy == NULL)
 640         goto err;
 641
 642 #ifndef FIPS_MODULE
 643     if (rsa->version == RSA_ASN1_VERSION_MULTI
 644         && ((ex_primes = sk_RSA_PRIME_INFO_num(rsa->prime_infos)) <= 0
 645              || ex_primes > RSA_MAX_PRIME_NUM - 2))
 646         goto err;
 647 #endif
 648
 649     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PRIVATE) {
 650         BIGNUM *factor = BN_new();
 651
 652         if (factor == NULL)
 653             goto err;
 654
 655         /*
 656          * Make sure BN_mod_inverse in Montgomery initialization uses the
 657          * BN_FLG_CONSTTIME flag
 658          */
 659         if (!(BN_with_flags(factor, rsa->p, BN_FLG_CONSTTIME),
 660               BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_p, rsa->lock,
 661                                      factor, ctx))
 662             || !(BN_with_flags(factor, rsa->q, BN_FLG_CONSTTIME),
 663                  BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_q, rsa->lock,
 664                                         factor, ctx))) {
 665             BN_free(factor);
 666             goto err;
 667         }
 668 #ifndef FIPS_MODULE
 669         for (i = 0; i < ex_primes; i++) {
 670             pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
 671             BN_with_flags(factor, pinfo->r, BN_FLG_CONSTTIME);
 672             if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&pinfo->m, rsa->lock, factor, ctx)) {
 673                 BN_free(factor);
 674                 goto err;
 675             }
 676         }
 677 #endif
 678         /*
 679          * We MUST free |factor| before any further use of the prime factors
 680          */
 681         BN_free(factor);
 682
 683         smooth = (rsa->meth->bn_mod_exp == BN_mod_exp_mont)
 684 #ifndef FIPS_MODULE
 685                  && (ex_primes == 0)
 686 #endif
 687                  && (BN_num_bits(rsa->q) == BN_num_bits(rsa->p));
 688     }
 689
 690     if (rsa->flags & RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC)
 691         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&rsa->_method_mod_n, rsa->lock,
 692                                     rsa->n, ctx))
 693             goto err;
 694
 695     if (smooth) {
 696         /*
 697          * Conversion from Montgomery domain, a.k.a. Montgomery reduction,
 698          * accepts values in [0-m*2^w) range. w is m's bit width rounded up
 699          * to limb width. So that at the very least if |I| is fully reduced,
 700          * i.e. less than p*q, we can count on from-to round to perform
 701          * below modulo operations on |I|. Unlike BN_mod it's constant time.
 702          */
 703         if (/* m1 = I moq q */
 704             !bn_from_mont_fixed_top(m1, I, rsa->_method_mod_q, ctx)
 705             || !bn_to_mont_fixed_top(m1, m1, rsa->_method_mod_q, ctx)
 706             /* m1 = m1^dmq1 mod q */
 707             || !BN_mod_exp_mont_consttime(m1, m1, rsa->dmq1, rsa->q, ctx,
 708                                           rsa->_method_mod_q)
 709             /* r1 = I mod p */
 710             || !bn_from_mont_fixed_top(r1, I, rsa->_method_mod_p, ctx)
 711             || !bn_to_mont_fixed_top(r1, r1, rsa->_method_mod_p, ctx)
 712             /* r1 = r1^dmp1 mod p */
 713             || !BN_mod_exp_mont_consttime(r1, r1, rsa->dmp1, rsa->p, ctx,
 714                                           rsa->_method_mod_p)
 715             /* r1 = (r1 - m1) mod p */
 716             /*
 717              * bn_mod_sub_fixed_top is not regular modular subtraction,
 718              * it can tolerate subtrahend to be larger than modulus, but
 719              * not bit-wise wider. This makes up for uncommon q>p case,
 720              * when |m1| can be larger than |rsa->p|.
 721              */
 722             || !bn_mod_sub_fixed_top(r1, r1, m1, rsa->p)
 723
 724             /* r1 = r1 * iqmp mod p */
 725             || !bn_to_mont_fixed_top(r1, r1, rsa->_method_mod_p, ctx)
 726             || !bn_mul_mont_fixed_top(r1, r1, rsa->iqmp, rsa->_method_mod_p,
 727                                       ctx)
 728             /* r0 = r1 * q + m1 */
 729             || !bn_mul_fixed_top(r0, r1, rsa->q, ctx)
 730             || !bn_mod_add_fixed_top(r0, r0, m1, rsa->n))
 731             goto err;
 732
 733         goto tail;
 734     }
 735
 736     /* compute I mod q */
 737     {
 738         BIGNUM *c = BN_new();
 739         if (c == NULL)
 740             goto err;
 741         BN_with_flags(c, I, BN_FLG_CONSTTIME);
 742
 743         if (!BN_mod(r1, c, rsa->q, ctx)) {
 744             BN_free(c);
 745             goto err;
 746         }
 747
 748         {
 749             BIGNUM *dmq1 = BN_new();
 750             if (dmq1 == NULL) {
 751                 BN_free(c);
 752                 goto err;
 753             }
 754             BN_with_flags(dmq1, rsa->dmq1, BN_FLG_CONSTTIME);
 755
 756             /* compute r1^dmq1 mod q */
 757             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(m1, r1, dmq1, rsa->q, ctx,
 758                                        rsa->_method_mod_q)) {
 759                 BN_free(c);
 760                 BN_free(dmq1);
 761                 goto err;
 762             }
 763             /* We MUST free dmq1 before any further use of rsa->dmq1 */
 764             BN_free(dmq1);
 765         }
 766
 767         /* compute I mod p */
 768         if (!BN_mod(r1, c, rsa->p, ctx)) {
 769             BN_free(c);
 770             goto err;
 771         }
 772         /* We MUST free c before any further use of I */
 773         BN_free(c);
 774     }
 775
 776     {
 777         BIGNUM *dmp1 = BN_new();
 778         if (dmp1 == NULL)
 779             goto err;
 780         BN_with_flags(dmp1, rsa->dmp1, BN_FLG_CONSTTIME);
 781
 782         /* compute r1^dmp1 mod p */
 783         if (!rsa->meth->bn_mod_exp(r0, r1, dmp1, rsa->p, ctx,
 784                                    rsa->_method_mod_p)) {
 785             BN_free(dmp1);
 786             goto err;
 787         }
 788         /* We MUST free dmp1 before any further use of rsa->dmp1 */
 789         BN_free(dmp1);
 790     }
 791
 792 #ifndef FIPS_MODULE
 793     /*
 794      * calculate m_i in multi-prime case
 795      *
 796      * TODO:
 797      * 1. squash the following two loops and calculate |m_i| there.
 798      * 2. remove cc and reuse |c|.
 799      * 3. remove |dmq1| and |dmp1| in previous block and use |di|.
 800      *
 801      * If these things are done, the code will be more readable.
 802      */
 803     if (ex_primes > 0) {
 804         BIGNUM *di = BN_new(), *cc = BN_new();
 805
 806         if (cc == NULL || di == NULL) {
 807             BN_free(cc);
 808             BN_free(di);
 809             goto err;
 810         }
 811
 812         for (i = 0; i < ex_primes; i++) {
 813             /* prepare m_i */
 814             if ((m[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) {
 815                 BN_free(cc);
 816                 BN_free(di);
 817                 goto err;
 818             }
 819
 820             pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
 821
 822             /* prepare c and d_i */
 823             BN_with_flags(cc, I, BN_FLG_CONSTTIME);
 824             BN_with_flags(di, pinfo->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 825
 826             if (!BN_mod(r1, cc, pinfo->r, ctx)) {
 827                 BN_free(cc);
 828                 BN_free(di);
 829                 goto err;
 830             }
 831             /* compute r1 ^ d_i mod r_i */
 832             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(m[i], r1, di, pinfo->r, ctx, pinfo->m)) {
 833                 BN_free(cc);
 834                 BN_free(di);
 835                 goto err;
 836             }
 837         }
 838
 839         BN_free(cc);
 840         BN_free(di);
 841     }
 842 #endif
 843
 844     if (!BN_sub(r0, r0, m1))
 845         goto err;
 846     /*
 847      * This will help stop the size of r0 increasing, which does affect the
 848      * multiply if it optimised for a power of 2 size
 849      */
 850     if (BN_is_negative(r0))
 851         if (!BN_add(r0, r0, rsa->p))
 852             goto err;
 853
 854     if (!BN_mul(r1, r0, rsa->iqmp, ctx))
 855         goto err;
 856
 857     {
 858         BIGNUM *pr1 = BN_new();
 859         if (pr1 == NULL)
 860             goto err;
 861         BN_with_flags(pr1, r1, BN_FLG_CONSTTIME);
 862
 863         if (!BN_mod(r0, pr1, rsa->p, ctx)) {
 864             BN_free(pr1);
 865             goto err;
 866         }
 867         /* We MUST free pr1 before any further use of r1 */
 868         BN_free(pr1);
 869     }
 870
 871     /*
 872      * If p < q it is occasionally possible for the correction of adding 'p'
 873      * if r0 is negative above to leave the result still negative. This can
 874      * break the private key operations: the following second correction
 875      * should *always* correct this rare occurrence. This will *never* happen
 876      * with OpenSSL generated keys because they ensure p > q [steve]
 877      */
 878     if (BN_is_negative(r0))
 879         if (!BN_add(r0, r0, rsa->p))
 880             goto err;
 881     if (!BN_mul(r1, r0, rsa->q, ctx))
 882         goto err;
 883     if (!BN_add(r0, r1, m1))
 884         goto err;
 885
 886 #ifndef FIPS_MODULE
 887     /* add m_i to m in multi-prime case */
 888     if (ex_primes > 0) {
 889         BIGNUM *pr2 = BN_new();
 890
 891         if (pr2 == NULL)
 892             goto err;
 893
 894         for (i = 0; i < ex_primes; i++) {
 895             pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
 896             if (!BN_sub(r1, m[i], r0)) {
 897                 BN_free(pr2);
 898                 goto err;
 899             }
 900
 901             if (!BN_mul(r2, r1, pinfo->t, ctx)) {
 902                 BN_free(pr2);
 903                 goto err;
 904             }
 905
 906             BN_with_flags(pr2, r2, BN_FLG_CONSTTIME);
 907
 908             if (!BN_mod(r1, pr2, pinfo->r, ctx)) {
 909                 BN_free(pr2);
 910                 goto err;
 911             }
 912
 913             if (BN_is_negative(r1))
 914                 if (!BN_add(r1, r1, pinfo->r)) {
 915                     BN_free(pr2);
 916                     goto err;
 917                 }
 918             if (!BN_mul(r1, r1, pinfo->pp, ctx)) {
 919                 BN_free(pr2);
 920                 goto err;
 921             }
 922             if (!BN_add(r0, r0, r1)) {
 923                 BN_free(pr2);
 924                 goto err;
 925             }
 926         }
 927         BN_free(pr2);
 928     }
 929 #endif
 930
 931  tail:
 932     if (rsa->e && rsa->n) {
 933         if (rsa->meth->bn_mod_exp == BN_mod_exp_mont) {
 934             if (!BN_mod_exp_mont(vrfy, r0, rsa->e, rsa->n, ctx,
 935                                  rsa->_method_mod_n))
 936                 goto err;
 937         } else {
 938             bn_correct_top(r0);
 939             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(vrfy, r0, rsa->e, rsa->n, ctx,
 940                                        rsa->_method_mod_n))
 941                 goto err;
 942         }
 943         /*
 944          * If 'I' was greater than (or equal to) rsa->n, the operation will
 945          * be equivalent to using 'I mod n'. However, the result of the
 946          * verify will *always* be less than 'n' so we don't check for
 947          * absolute equality, just congruency.
 948          */
 949         if (!BN_sub(vrfy, vrfy, I))
 950             goto err;
 951         if (BN_is_zero(vrfy)) {
 952             bn_correct_top(r0);
 953             ret = 1;
 954             goto err;   /* not actually error */
 955         }
 956         if (!BN_mod(vrfy, vrfy, rsa->n, ctx))
 957             goto err;
 958         if (BN_is_negative(vrfy))
 959             if (!BN_add(vrfy, vrfy, rsa->n))
 960                 goto err;
 961         if (!BN_is_zero(vrfy)) {
 962             /*
 963              * 'I' and 'vrfy' aren't congruent mod n. Don't leak
 964              * miscalculated CRT output, just do a raw (slower) mod_exp and
 965              * return that instead.
 966              */
 967
 968             BIGNUM *d = BN_new();
 969             if (d == NULL)
 970                 goto err;
 971             BN_with_flags(d, rsa->d, BN_FLG_CONSTTIME);
 972
 973             if (!rsa->meth->bn_mod_exp(r0, I, d, rsa->n, ctx,
 974                                        rsa->_method_mod_n)) {
 975                 BN_free(d);
 976                 goto err;
 977             }
 978             /* We MUST free d before any further use of rsa->d */
 979             BN_free(d);
 980         }
 981     }
 982     /*
 983      * It's unfortunate that we have to bn_correct_top(r0). What hopefully
 984      * saves the day is that correction is highly unlike, and private key
 985      * operations are customarily performed on blinded message. Which means
 986      * that attacker won't observe correlation with chosen plaintext.
 987      * Secondly, remaining code would still handle it in same computational
 988      * time and even conceal memory access pattern around corrected top.
 989      */
 990     bn_correct_top(r0);
 991     ret = 1;
 992  err:
 993     BN_CTX_end(ctx);
 994     return ret;
 995 }
 996
 997 static int rsa_ossl_init(RSA *rsa)
 998 {
 999     rsa->flags |= RSA_FLAG_CACHE_PUBLIC | RSA_FLAG_CACHE_PRIVATE;
1000     return 1;
1001 }
1002
1003 static int rsa_ossl_finish(RSA *rsa)
1004 {
1005 #ifndef FIPS_MODULE
1006     int i;
1007     RSA_PRIME_INFO *pinfo;
1008
1009     for (i = 0; i < sk_RSA_PRIME_INFO_num(rsa->prime_infos); i++) {
1010         pinfo = sk_RSA_PRIME_INFO_value(rsa->prime_infos, i);
1011         BN_MONT_CTX_free(pinfo->m);
1012     }
1013 #endif
1014
1015     BN_MONT_CTX_free(rsa->_method_mod_n);
1016     BN_MONT_CTX_free(rsa->_method_mod_p);
1017     BN_MONT_CTX_free(rsa->_method_mod_q);
1018     return 1;
1019 }