crypto/sm2/sm2_crypt.c

   1 /*
   2  * Copyright 2017 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  * Copyright 2017 Ribose Inc. All Rights Reserved.
   4  * Ported from Ribose contributions from Botan.
   5  *
   6  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   7  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   8  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   9  * https://www.openssl.org/source/license.html
  10  */
  11
  12 #include <openssl/sm2.h>
  13 #include <openssl/evp.h>
  14 #include <openssl/bn.h>
  15 #include <openssl/asn1.h>
  16 #include <openssl/asn1t.h>
  17 #include <string.h>
  18
  19 typedef struct SM2_Ciphertext_st SM2_Ciphertext;
  20 DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(SM2_Ciphertext)
  21
  22 struct SM2_Ciphertext_st {
  23     BIGNUM *C1x;
  24     BIGNUM *C1y;
  25     ASN1_OCTET_STRING *C3;
  26     ASN1_OCTET_STRING *C2;
  27 };
  28
  29 ASN1_SEQUENCE(SM2_Ciphertext) = {
  30     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C1x, BIGNUM),
  31     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C1y, BIGNUM),
  32     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C3, ASN1_OCTET_STRING),
  33     ASN1_SIMPLE(SM2_Ciphertext, C2, ASN1_OCTET_STRING),
  34 } ASN1_SEQUENCE_END(SM2_Ciphertext)
  35
  36 IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(SM2_Ciphertext)
  37
  38 static size_t EC_field_size(const EC_GROUP *group)
  39 {
  40     /* Is there some simpler way to do this? */
  41     BIGNUM *p = BN_new();
  42     BIGNUM *a = BN_new();
  43     BIGNUM *b = BN_new();
  44     size_t field_size = 0;
  45
  46     if (p == NULL || a == NULL || b == NULL)
  47        goto done;
  48
  49     EC_GROUP_get_curve_GFp(group, p, a, b, NULL);
  50     field_size = (BN_num_bits(p) + 7) / 8;
  51
  52  done:
  53     BN_free(p);
  54     BN_free(a);
  55     BN_free(b);
  56
  57     return field_size;
  58 }
  59
  60 size_t SM2_ciphertext_size(const EC_KEY *key, const EVP_MD *digest, size_t msg_len)
  61 {
  62     return 10 + 2 * EC_field_size(EC_KEY_get0_group(key)) +
  63         EVP_MD_size(digest) + msg_len;
  64 }
  65
  66 int SM2_encrypt(const EC_KEY *key,
  67                 const EVP_MD *digest,
  68                 const uint8_t *msg,
  69                 size_t msg_len, uint8_t *ciphertext_buf, size_t *ciphertext_len)
  70 {
  71     int rc = 0;
  72     size_t i;
  73     BN_CTX *ctx = NULL;
  74     BIGNUM *k = NULL;
  75     BIGNUM *x1 = NULL;
  76     BIGNUM *y1 = NULL;
  77     BIGNUM *x2 = NULL;
  78     BIGNUM *y2 = NULL;
  79
  80     EVP_MD_CTX *hash = EVP_MD_CTX_new();
  81
  82     struct SM2_Ciphertext_st ctext_struct;
  83     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(key);
  84     const BIGNUM *order = EC_GROUP_get0_order(group);
  85     const EC_POINT *P = EC_KEY_get0_public_key(key);
  86     EC_POINT *kG = NULL;
  87     EC_POINT *kP = NULL;
  88     uint8_t *msg_mask = NULL;
  89
  90     uint8_t *x2y2 = NULL;
  91     uint8_t *C3 = NULL;
  92
  93     const size_t field_size = EC_field_size(group);
  94     const size_t C3_size = EVP_MD_size(digest);
  95
  96     if (field_size == 0 || C3_size == 0)
  97        goto done;
  98
  99     kG = EC_POINT_new(group);
 100     kP = EC_POINT_new(group);
 101     if (kG == NULL || kP == NULL)
 102        goto done;
 103
 104     ctx = BN_CTX_new();
 105     if (ctx == NULL)
 106        goto done;
 107
 108     BN_CTX_start(ctx);
 109     k = BN_CTX_get(ctx);
 110     x1 = BN_CTX_get(ctx);
 111     x2 = BN_CTX_get(ctx);
 112     y1 = BN_CTX_get(ctx);
 113     y2 = BN_CTX_get(ctx);
 114
 115     if (y2 == NULL)
 116        goto done;
 117
 118     x2y2 = OPENSSL_zalloc(2 * field_size);
 119     C3 = OPENSSL_zalloc(C3_size);
 120
 121     if (x2y2 == NULL || C3 == NULL)
 122        goto done;
 123
 124     memset(ciphertext_buf, 0, *ciphertext_len);
 125
 126     BN_priv_rand_range(k, order);
 127
 128     if (EC_POINT_mul(group, kG, k, NULL, NULL, ctx) == 0)
 129         goto done;
 130
 131     if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, kG, x1, y1, ctx) == 0)
 132         goto done;
 133
 134     if (EC_POINT_mul(group, kP, NULL, P, k, ctx) == 0)
 135         goto done;
 136
 137     if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, kP, x2, y2, ctx) == 0)
 138         goto done;
 139
 140     BN_bn2binpad(x2, x2y2, field_size);
 141     BN_bn2binpad(y2, x2y2 + field_size, field_size);
 142
 143     msg_mask = OPENSSL_zalloc(msg_len);
 144     if (msg_mask == NULL)
 145        goto done;
 146
 147     /* X9.63 with no salt happens to match the KDF used in SM2 */
 148     if (ECDH_KDF_X9_62(msg_mask, msg_len, x2y2, 2 * field_size, NULL, 0, digest)
 149         == 0)
 150         goto done;
 151
 152     for (i = 0; i != msg_len; ++i)
 153         msg_mask[i] ^= msg[i];
 154
 155     if (EVP_DigestInit(hash, digest) == 0)
 156         goto done;
 157
 158     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2, field_size) == 0)
 159         goto done;
 160
 161     if (EVP_DigestUpdate(hash, msg, msg_len) == 0)
 162         goto done;
 163
 164     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2 + field_size, field_size) == 0)
 165         goto done;
 166
 167     if (EVP_DigestFinal(hash, C3, NULL) == 0)
 168         goto done;
 169
 170     ctext_struct.C1x = x1;
 171     ctext_struct.C1y = y1;
 172     ctext_struct.C3 = ASN1_OCTET_STRING_new();
 173     ASN1_OCTET_STRING_set(ctext_struct.C3, C3, C3_size);
 174     ctext_struct.C2 = ASN1_OCTET_STRING_new();
 175     ASN1_OCTET_STRING_set(ctext_struct.C2, msg_mask, msg_len);
 176
 177     *ciphertext_len = i2d_SM2_Ciphertext(&ctext_struct, &ciphertext_buf);
 178
 179     ASN1_OCTET_STRING_free(ctext_struct.C2);
 180     ASN1_OCTET_STRING_free(ctext_struct.C3);
 181
 182     rc = 1;
 183
 184  done:
 185     OPENSSL_free(msg_mask);
 186     OPENSSL_free(x2y2);
 187     OPENSSL_free(C3);
 188     EVP_MD_CTX_free(hash);
 189     BN_CTX_free(ctx);
 190     EC_POINT_free(kG);
 191     EC_POINT_free(kP);
 192     return rc;
 193 }
 194
 195 int SM2_decrypt(const EC_KEY *key,
 196                 const EVP_MD *digest,
 197                 const uint8_t *ciphertext,
 198                 size_t ciphertext_len, uint8_t *ptext_buf, size_t *ptext_len)
 199 {
 200     int rc = 0;
 201     int i;
 202
 203     BN_CTX *ctx = NULL;
 204     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(key);
 205     EC_POINT *C1 = NULL;
 206     struct SM2_Ciphertext_st *sm2_ctext = NULL;
 207     BIGNUM *x2 = NULL;
 208     BIGNUM *y2 = NULL;
 209
 210     uint8_t *x2y2 = NULL;
 211     uint8_t *computed_C3 = NULL;
 212
 213     const size_t field_size = EC_field_size(group);
 214     const int hash_size = EVP_MD_size(digest);
 215
 216     uint8_t *msg_mask = NULL;
 217     const uint8_t *C2 = NULL;
 218     const uint8_t *C3 = NULL;
 219     int msg_len = 0;
 220     EVP_MD_CTX *hash = NULL;
 221
 222     if (field_size == 0 || hash_size == 0)
 223        goto done;
 224
 225     memset(ptext_buf, 0xFF, *ptext_len);
 226
 227     sm2_ctext = d2i_SM2_Ciphertext(NULL, &ciphertext, ciphertext_len);
 228
 229     if (sm2_ctext == NULL)
 230         goto done;
 231
 232     if (sm2_ctext->C3->length != hash_size)
 233         goto done;
 234
 235     C2 = sm2_ctext->C2->data;
 236     C3 = sm2_ctext->C3->data;
 237     msg_len = sm2_ctext->C2->length;
 238
 239     ctx = BN_CTX_new();
 240     if (ctx == NULL)
 241        goto done;
 242
 243     BN_CTX_start(ctx);
 244     x2 = BN_CTX_get(ctx);
 245     y2 = BN_CTX_get(ctx);
 246
 247     if(y2 == NULL)
 248        goto done;
 249
 250     msg_mask = OPENSSL_zalloc(msg_len);
 251     x2y2 = OPENSSL_zalloc(2 * field_size);
 252     computed_C3 = OPENSSL_zalloc(hash_size);
 253
 254     if(msg_mask == NULL || x2y2 == NULL || computed_C3 == NULL)
 255        goto done;
 256
 257     C1 = EC_POINT_new(group);
 258     if (C1 == NULL)
 259         goto done;
 260
 261     if (EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp
 262         (group, C1, sm2_ctext->C1x, sm2_ctext->C1y, ctx) == 0)
 263         goto done;
 264
 265     if (EC_POINT_mul(group, C1, NULL, C1, EC_KEY_get0_private_key(key), ctx) ==
 266         0)
 267         goto done;
 268
 269     if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, C1, x2, y2, ctx) == 0)
 270         goto done;
 271
 272     BN_bn2binpad(x2, x2y2, field_size);
 273     BN_bn2binpad(y2, x2y2 + field_size, field_size);
 274
 275     if (ECDH_KDF_X9_62(msg_mask, msg_len, x2y2, 2 * field_size, NULL, 0, digest)
 276         == 0)
 277         goto done;
 278
 279     for (i = 0; i != msg_len; ++i)
 280         ptext_buf[i] = C2[i] ^ msg_mask[i];
 281
 282     hash = EVP_MD_CTX_new();
 283
 284     if (hash == NULL)
 285        goto done;
 286
 287     if (EVP_DigestInit(hash, digest) == 0)
 288         goto done;
 289
 290     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2, field_size) == 0)
 291         goto done;
 292
 293     if (EVP_DigestUpdate(hash, ptext_buf, msg_len) == 0)
 294         goto done;
 295
 296     if (EVP_DigestUpdate(hash, x2y2 + field_size, field_size) == 0)
 297         goto done;
 298
 299     if (EVP_DigestFinal(hash, computed_C3, NULL) == 0)
 300         goto done;
 301
 302     if (memcmp(computed_C3, C3, hash_size) != 0)
 303         goto done;
 304
 305     rc = 1;
 306     *ptext_len = msg_len;
 307
 308  done:
 309
 310     if (rc == 0)
 311         memset(ptext_buf, 0, *ptext_len);
 312
 313     OPENSSL_free(msg_mask);
 314     OPENSSL_free(x2y2);
 315     OPENSSL_free(computed_C3);
 316     EC_POINT_free(C1);
 317     BN_CTX_free(ctx);
 318     SM2_Ciphertext_free(sm2_ctext);
 319     EVP_MD_CTX_free(hash);
 320
 321     return rc;
 322 }