engines/ccgost/gost2001.c

   1 /**********************************************************************
   2  *                          gost2001.c                                *
   3  *             Copyright (c) 2005-2006 Cryptocom LTD                  *
   4  *         This file is distributed under the same license as OpenSSL *
   5  *                                                                    *
   6  *          Implementation of GOST R 34.10-2001                                   *
   7  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
   8  **********************************************************************/
   9 #include "gost_lcl.h"
  10 #include "gost_params.h"
  11 #include <string.h>
  12 #include <openssl/rand.h>
  13 #include <openssl/ecdsa.h>
  14 #include <openssl/err.h>
  15 #include "e_gost_err.h"
  16 #ifdef DEBUG_SIGN
  17 extern
  18 void dump_signature(const char *message, const unsigned char *buffer,
  19                     size_t len);
  20 void dump_dsa_sig(const char *message, DSA_SIG *sig);
  21 #else
  22
  23 # define dump_signature(a,b,c)
  24 # define dump_dsa_sig(a,b)
  25 #endif
  26
  27 /*
  28  * Fills EC_KEY structure hidden in the app_data field of DSA structure
  29  * with parameter information, extracted from parameter array in
  30  * params.c file.
  31  *
  32  * Also fils DSA->q field with copy of EC_GROUP order field to make
  33  * DSA_size function work
  34  */
  35 int fill_GOST2001_params(EC_KEY *eckey, int nid)
  36 {
  37     R3410_2001_params *params = R3410_2001_paramset;
  38     EC_GROUP *grp = NULL;
  39     BIGNUM *p = NULL, *q = NULL, *a = NULL, *b = NULL, *x = NULL, *y = NULL;
  40     EC_POINT *P = NULL;
  41     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
  42     int ok = 0;
  43
  44     if (!ctx) {
  45         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  46         goto err;
  47     }
  48
  49     BN_CTX_start(ctx);
  50     p = BN_CTX_get(ctx);
  51     a = BN_CTX_get(ctx);
  52     b = BN_CTX_get(ctx);
  53     x = BN_CTX_get(ctx);
  54     y = BN_CTX_get(ctx);
  55     q = BN_CTX_get(ctx);
  56     if (!p || !a || !b || !x || !y || !q) {
  57         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  58         goto err;
  59     }
  60     while (params->nid != NID_undef && params->nid != nid)
  61         params++;
  62     if (params->nid == NID_undef) {
  63         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS,
  64                 GOST_R_UNSUPPORTED_PARAMETER_SET);
  65         goto err;
  66     }
  67     if (!BN_hex2bn(&p, params->p)
  68         || !BN_hex2bn(&a, params->a)
  69         || !BN_hex2bn(&b, params->b)) {
  70         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS,
  71                 ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  72         goto err;
  73     }
  74
  75     grp = EC_GROUP_new_curve_GFp(p, a, b, ctx);
  76     if (!grp)  {
  77         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  78         goto err;
  79     }
  80
  81     P = EC_POINT_new(grp);
  82     if (!P)  {
  83         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  84         goto err;
  85     }
  86
  87     if (!BN_hex2bn(&x, params->x)
  88         || !BN_hex2bn(&y, params->y)
  89         || !EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp(grp, P, x, y, ctx)
  90         || !BN_hex2bn(&q, params->q))  {
  91         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  92         goto err;
  93     }
  94 #ifdef DEBUG_KEYS
  95     fprintf(stderr, "Set params index %d oid %s\nq=",
  96             (params - R3410_2001_paramset), OBJ_nid2sn(params->nid));
  97     BN_print_fp(stderr, q);
  98     fprintf(stderr, "\n");
  99 #endif
 100
 101     if (!EC_GROUP_set_generator(grp, P, q, NULL)) {
 102         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 103         goto err;
 104     }
 105     EC_GROUP_set_curve_name(grp, params->nid);
 106     if (!EC_KEY_set_group(eckey, grp)) {
 107         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST2001_PARAMS, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 108         goto err;
 109     }
 110     ok = 1;
 111  err:
 112     EC_POINT_free(P);
 113     EC_GROUP_free(grp);
 114     if (ctx)
 115         BN_CTX_end(ctx);
 116     BN_CTX_free(ctx);
 117     return ok;
 118 }
 119
 120 /*
 121  * Computes gost2001 signature as DSA_SIG structure
 122  *
 123  *
 124  */
 125 DSA_SIG *gost2001_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, EC_KEY *eckey)
 126 {
 127     DSA_SIG *newsig = NULL, *ret = NULL;
 128     BIGNUM *md = hashsum2bn(dgst);
 129     BIGNUM *order = NULL;
 130     const EC_GROUP *group;
 131     const BIGNUM *priv_key;
 132     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL, *X = NULL, *tmp = NULL, *tmp2 = NULL, *k =
 133         NULL, *e = NULL;
 134     EC_POINT *C = NULL;
 135     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
 136     if (!ctx || !md) {
 137         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 138         goto err;
 139     }
 140     BN_CTX_start(ctx);
 141     OPENSSL_assert(dlen == 32);
 142     newsig = DSA_SIG_new();
 143     if (!newsig) {
 144         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 145         goto err;
 146     }
 147     group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 148     if (!group) {
 149         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 150         goto err;
 151     }
 152     order = BN_CTX_get(ctx);
 153     if (!order || !EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 154         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 155         goto err;
 156     }
 157     priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 158     if (!priv_key) {
 159         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 160         goto err;
 161     }
 162     e = BN_CTX_get(ctx);
 163     if (!e || !BN_mod(e, md, order, ctx)) {
 164         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 165         goto err;
 166     }
 167 #ifdef DEBUG_SIGN
 168     fprintf(stderr, "digest as bignum=");
 169     BN_print_fp(stderr, md);
 170     fprintf(stderr, "\ndigest mod q=");
 171     BN_print_fp(stderr, e);
 172     fprintf(stderr, "\n");
 173 #endif
 174     if (BN_is_zero(e)) {
 175         BN_one(e);
 176     }
 177     k = BN_CTX_get(ctx);
 178     C = EC_POINT_new(group);
 179     if (!k || !C) {
 180         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 181         goto err;
 182     }
 183     do {
 184         do {
 185             if (!BN_rand_range(k, order)) {
 186                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN,
 187                         GOST_R_RANDOM_NUMBER_GENERATOR_FAILED);
 188                 goto err;
 189             }
 190             if (!EC_POINT_mul(group, C, k, NULL, NULL, ctx)) {
 191                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 192                 goto err;
 193             }
 194             if (!X)
 195                 X = BN_CTX_get(ctx);
 196             if (!r)
 197                 r = BN_CTX_get(ctx);
 198             if (!X || !r) {
 199                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 200                 goto err;
 201             }
 202             if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, C, X, NULL, ctx)) {
 203                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 204                 goto err;
 205             }
 206
 207             if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 208                 GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 209                 goto err;
 210             }
 211         }
 212         while (BN_is_zero(r));
 213         /* s =  (r*priv_key+k*e) mod order */
 214         if (!tmp)
 215             tmp = BN_CTX_get(ctx);
 216         if (!tmp2)
 217             tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
 218         if (!s)
 219             s = BN_CTX_get(ctx);
 220         if (!tmp || !tmp2 || !s) {
 221             GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 222             goto err;
 223         }
 224
 225         if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, r, order, ctx)
 226             || !BN_mod_mul(tmp2, k, e, order, ctx)
 227             || !BN_mod_add(s, tmp, tmp2, order, ctx)) {
 228             GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 229             goto err;
 230         }
 231     }
 232     while (BN_is_zero(s));
 233
 234     newsig->s = BN_dup(s);
 235     newsig->r = BN_dup(r);
 236     if (!newsig->s || !newsig->r) {
 237         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 238         goto err;
 239     }
 240
 241     ret = newsig;
 242  err:
 243     if (ctx)
 244         BN_CTX_end(ctx);
 245     BN_CTX_free(ctx);
 246     EC_POINT_free(C);
 247     BN_free(md);
 248     if (!ret)
 249         DSA_SIG_free(newsig);
 250     return ret;
 251 }
 252
 253 /*
 254  * Verifies gost 2001 signature
 255  *
 256  */
 257 int gost2001_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 258                        DSA_SIG *sig, EC_KEY *ec)
 259 {
 260     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
 261     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 262     BIGNUM *order;
 263     BIGNUM *md = NULL, *e = NULL, *R = NULL, *v = NULL, *z1 = NULL, *z2 =
 264         NULL;
 265     BIGNUM *X = NULL, *tmp = NULL;
 266     EC_POINT *C = NULL;
 267     const EC_POINT *pub_key = NULL;
 268     int ok = 0;
 269
 270     if (!ctx || !group) {
 271         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 272         goto err;
 273     }
 274
 275     BN_CTX_start(ctx);
 276     order = BN_CTX_get(ctx);
 277     e = BN_CTX_get(ctx);
 278     z1 = BN_CTX_get(ctx);
 279     z2 = BN_CTX_get(ctx);
 280     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 281     X = BN_CTX_get(ctx);
 282     R = BN_CTX_get(ctx);
 283     v = BN_CTX_get(ctx);
 284     if (!order || !e || !z1 || !z2 || !tmp || !X || !R || !v) {
 285         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 286         goto err;
 287     }
 288
 289     pub_key = EC_KEY_get0_public_key(ec);
 290     if (!pub_key || !EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 291         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 292         goto err;
 293     }
 294
 295     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_zero(sig->r) ||
 296         (BN_cmp(sig->s, order) >= 1) || (BN_cmp(sig->r, order) >= 1)) {
 297         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY,
 298                 GOST_R_SIGNATURE_PARTS_GREATER_THAN_Q);
 299         goto err;
 300
 301     }
 302     md = hashsum2bn(dgst);
 303
 304     if (!md || !BN_mod(e, md, order, ctx)) {
 305         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 306         goto err;
 307     }
 308 #ifdef DEBUG_SIGN
 309     fprintf(stderr, "digest as bignum: ");
 310     BN_print_fp(stderr, md);
 311     fprintf(stderr, "\ndigest mod q: ");
 312     BN_print_fp(stderr, e);
 313 #endif
 314     if (BN_is_zero(e) && !BN_one(e)) {
 315         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 316         goto err;
 317     }
 318     v = BN_mod_inverse(v, e, order, ctx);
 319     if (!v
 320         || !BN_mod_mul(z1, sig->s, v, order, ctx)
 321         || !BN_sub(tmp, order, sig->r)
 322         || !BN_mod_mul(z2, tmp, v, order, ctx)) {
 323         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 324         goto err;
 325     }
 326 #ifdef DEBUG_SIGN
 327     fprintf(stderr, "\nInverted digest value: ");
 328     BN_print_fp(stderr, v);
 329     fprintf(stderr, "\nz1: ");
 330     BN_print_fp(stderr, z1);
 331     fprintf(stderr, "\nz2: ");
 332     BN_print_fp(stderr, z2);
 333 #endif
 334     C = EC_POINT_new(group);
 335     if (!C) {
 336         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 337         goto err;
 338     }
 339     if (!EC_POINT_mul(group, C, z1, pub_key, z2, ctx)) {
 340         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 341         goto err;
 342     }
 343     if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, C, X, NULL, ctx)) {
 344         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 345         goto err;
 346     }
 347     if (!BN_mod(R, X, order, ctx)) {
 348         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 349         goto err;
 350     }
 351 #ifdef DEBUG_SIGN
 352     fprintf(stderr, "\nX=");
 353     BN_print_fp(stderr, X);
 354     fprintf(stderr, "\nX mod q=");
 355     BN_print_fp(stderr, R);
 356     fprintf(stderr, "\n");
 357 #endif
 358     if (BN_cmp(R, sig->r) != 0) {
 359         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_MISMATCH);
 360     } else {
 361         ok = 1;
 362     }
 363  err:
 364     EC_POINT_free(C);
 365     if (ctx)
 366         BN_CTX_end(ctx);
 367     BN_CTX_free(ctx);
 368     BN_free(md);
 369     return ok;
 370 }
 371
 372 /*
 373  * Computes GOST R 34.10-2001 public key
 374  *
 375  *
 376  */
 377 int gost2001_compute_public(EC_KEY *ec)
 378 {
 379     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 380     EC_POINT *pub_key = NULL;
 381     const BIGNUM *priv_key = NULL;
 382     BN_CTX *ctx = NULL;
 383     int ok = 0;
 384
 385     if (!group) {
 386         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC,
 387                 GOST_R_KEY_IS_NOT_INITIALIZED);
 388         return 0;
 389     }
 390     ctx = BN_CTX_new();
 391     if (!ctx) {
 392         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 393         goto err;
 394     }
 395     BN_CTX_start(ctx);
 396     if (!(priv_key = EC_KEY_get0_private_key(ec))) {
 397         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_EC_LIB);
 398         goto err;
 399     }
 400
 401     pub_key = EC_POINT_new(group);
 402     if (!pub_key) {
 403         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 404         goto err;
 405     }
 406     if (!EC_POINT_mul(group, pub_key, priv_key, NULL, NULL, ctx)) {
 407         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_EC_LIB);
 408         goto err;
 409     }
 410     if (!EC_KEY_set_public_key(ec, pub_key)) {
 411         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_EC_LIB);
 412         goto err;
 413     }
 414     ok = 256;
 415  err:
 416     EC_POINT_free(pub_key);
 417     if (ctx)
 418         BN_CTX_end(ctx);
 419     BN_CTX_free(ctx);
 420     return ok;
 421 }
 422
 423 /*
 424  *
 425  * Generates GOST R 34.10-2001 keypair
 426  *
 427  *
 428  */
 429 int gost2001_keygen(EC_KEY *ec)
 430 {
 431     BIGNUM *order = BN_new(), *d = BN_new();
 432     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 433
 434     if (!group || !EC_GROUP_get_order(group, order, NULL)) {
 435         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_KEYGEN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 436         BN_free(d);
 437         BN_free(order);
 438         return 0;
 439     }
 440
 441     do {
 442         if (!BN_rand_range(d, order)) {
 443             GOSTerr(GOST_F_GOST2001_KEYGEN,
 444                     GOST_R_RANDOM_NUMBER_GENERATOR_FAILED);
 445             BN_free(d);
 446             BN_free(order);
 447             return 0;
 448         }
 449     }
 450     while (BN_is_zero(d));
 451
 452     if (!EC_KEY_set_private_key(ec, d)) {
 453         GOSTerr(GOST_F_GOST2001_KEYGEN, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 454         BN_free(d);
 455         BN_free(order);
 456         return 0;
 457     }
 458     BN_free(d);
 459     BN_free(order);
 460     return gost2001_compute_public(ec);
 461 }