eb15895a6982ede67af708282f54b10741ae3333
[openssl.git] / engines / ccgost / gost_crypt.c
1 /**********************************************************************
2  *                          gost_crypt.c                              *
3  *             Copyright (c) 2005-2006 Cryptocom LTD                  *
4  *         This file is distributed under the same license as OpenSSL *
5  *                                                                    *
6  *       OpenSSL interface to GOST 28147-89 cipher functions          *
7  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
8  **********************************************************************/
9 #include <string.h>
10 #include "gost89.h"
11 #include <openssl/rand.h>
12 #include "e_gost_err.h"
13 #include "gost_lcl.h"
14 static int gost_cipher_init(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key, 
15         const unsigned char *iv, int enc);
16 static int      gost_cipher_init_cpa(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
17         const unsigned char *iv, int enc);
18 /* Handles block of data in CFB mode */                 
19 static int      gost_cipher_do_cfb(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
20         const unsigned char *in, size_t inl);
21 /* Handles block of data in CNT mode */                 
22 static int      gost_cipher_do_cnt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
23         const unsigned char *in, size_t inl);
24 /* Cleanup function */                  
25 static int gost_cipher_cleanup(EVP_CIPHER_CTX *);
26 /* set/get cipher parameters */
27 static int gost89_set_asn1_parameters(EVP_CIPHER_CTX *ctx,ASN1_TYPE *params);
28 static int gost89_get_asn1_parameters(EVP_CIPHER_CTX *ctx,ASN1_TYPE *params);
29 /* Control function */
30 static int gost_cipher_ctl(EVP_CIPHER_CTX *ctx,int type,int arg,void *ptr);
31
32 EVP_CIPHER cipher_gost = 
33         {
34         NID_id_Gost28147_89,
35         1,/*block_size*/
36         32,/*key_size*/
37         8,/*iv_len - ñèíõðîïîñûëêà*/
38         EVP_CIPH_CFB_MODE| EVP_CIPH_NO_PADDING |
39         EVP_CIPH_CUSTOM_IV| EVP_CIPH_RAND_KEY | EVP_CIPH_ALWAYS_CALL_INIT,
40         gost_cipher_init,
41         gost_cipher_do_cfb,
42         gost_cipher_cleanup,
43         sizeof(struct ossl_gost_cipher_ctx),/* ctx_size */
44         gost89_set_asn1_parameters,
45         gost89_get_asn1_parameters,
46         gost_cipher_ctl,
47         NULL,
48         };
49
50 EVP_CIPHER cipher_gost_cpacnt = 
51         {
52         NID_gost89_cnt,
53         1,/*block_size*/
54         32,/*key_size*/
55         8,/*iv_len - ñèíõðîïîñûëêà*/
56         EVP_CIPH_OFB_MODE| EVP_CIPH_NO_PADDING |
57         EVP_CIPH_CUSTOM_IV| EVP_CIPH_RAND_KEY | EVP_CIPH_ALWAYS_CALL_INIT,
58         gost_cipher_init_cpa,
59         gost_cipher_do_cnt,
60         gost_cipher_cleanup,
61         sizeof(struct ossl_gost_cipher_ctx), /* ctx_size */
62         gost89_set_asn1_parameters,
63         gost89_get_asn1_parameters,
64         gost_cipher_ctl,
65         NULL,
66         };
67
68 /* Implementation of GOST 28147-89 in MAC (imitovstavka) mode */
69 /* Init functions which set specific parameters */
70 static int gost_imit_init_cpa(EVP_MD_CTX *ctx);
71 /* process block of data */
72 static int gost_imit_update(EVP_MD_CTX *ctx, const void *data, size_t count);
73 /* Return computed value */
74 static int gost_imit_final(EVP_MD_CTX *ctx,unsigned char *md);
75 /* Copies context */
76 static int gost_imit_copy(EVP_MD_CTX *to,const EVP_MD_CTX *from);
77 static int gost_imit_cleanup(EVP_MD_CTX *ctx);
78 /* Control function, knows how to set MAC key.*/
79 static int gost_imit_ctrl(EVP_MD_CTX *ctx,int type, int arg, void *ptr);
80
81 EVP_MD imit_gost_cpa =
82         {
83         NID_id_Gost28147_89_MAC,
84         NID_undef,
85         4,
86         0,
87         gost_imit_init_cpa,
88         gost_imit_update,
89         gost_imit_final,
90         gost_imit_copy,
91         gost_imit_cleanup,
92         NULL,
93         NULL,
94         {0,0,0,0,0},
95         8,
96         sizeof(struct ossl_gost_imit_ctx), 
97         gost_imit_ctrl
98         };
99
100 /* 
101  * Correspondence between gost parameter OIDs and substitution blocks
102  * NID field is filed by register_gost_NID function in engine.c
103  * upon engine initialization
104  */
105
106 struct gost_cipher_info gost_cipher_list[]=
107         {
108 /* NID */  /* Subst block */          /* Key meshing*/
109 /*{NID_id_GostR3411_94_CryptoProParamSet,&GostR3411_94_CryptoProParamSet,0},*/
110         {NID_id_Gost28147_89_cc,&GostR3411_94_CryptoProParamSet,0},
111         {NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_A_ParamSet,&Gost28147_CryptoProParamSetA,1},
112         {NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_B_ParamSet,&Gost28147_CryptoProParamSetB,1},
113         {NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_C_ParamSet,&Gost28147_CryptoProParamSetC,1},
114         {NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_D_ParamSet,&Gost28147_CryptoProParamSetD,1},
115         {NID_id_Gost28147_89_TestParamSet,&Gost28147_TestParamSet,1},
116         {NID_undef,NULL,0}
117         };      
118
119 /*  get encryption parameters from crypto network settings
120         FIXME For now we use environment var CRYPT_PARAMS as place to 
121         store these settings. Actually, it is better to use engine control   command, read from configuration file to set them */
122 const struct gost_cipher_info *get_encryption_params(ASN1_OBJECT *obj)
123         {
124         int nid;
125         struct gost_cipher_info *param;
126         if (!obj)
127                 {
128                 const char * params = get_gost_engine_param(GOST_PARAM_CRYPT_PARAMS);
129                 if (!params || !strlen(params)) 
130                         return &gost_cipher_list[0];
131
132                 nid = OBJ_txt2nid(params);
133                 if (nid == NID_undef)
134                         {
135                         GOSTerr(GOST_F_GET_ENCRYPTION_PARAMS,
136                                 GOST_R_INVALID_CIPHER_PARAM_OID);
137                         return NULL;
138                         }       
139                 }
140         else
141                 {
142                 nid= OBJ_obj2nid(obj);
143                 }
144         for (param=gost_cipher_list;param->sblock!=NULL && param->nid!=nid; 
145                  param++);
146         if (!param->sblock)
147                 {
148                 GOSTerr(GOST_F_GET_ENCRYPTION_PARAMS,GOST_R_INVALID_CIPHER_PARAMS);
149                 return NULL;
150                 }       
151         return param;
152         }
153
154 /* Sets cipher param from paramset NID. */
155 static int gost_cipher_set_param(struct ossl_gost_cipher_ctx *c,int nid)
156         {
157         const struct gost_cipher_info *param;
158         param=get_encryption_params((nid==NID_undef?NULL:OBJ_nid2obj(nid)));
159         if (!param) return 0;
160         
161         c->paramNID = param->nid;
162         c->key_meshing=param->key_meshing;
163         c->count=0;
164         gost_init(&(c->cctx), param->sblock);
165         return 1;
166         }
167
168 /* Initializes EVP_CIPHER_CTX by paramset NID */
169 static int gost_cipher_init_param(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
170         const unsigned char *iv, int enc, int paramNID,int mode)
171         {
172         struct ossl_gost_cipher_ctx *c=ctx->cipher_data;
173         if (ctx->app_data == NULL)
174                 {
175                 if (!gost_cipher_set_param(c,paramNID)) return 0;
176                 ctx->app_data = ctx->cipher_data;
177                 }
178         if (key) gost_key(&(c->cctx),key);
179         if(iv) memcpy(ctx->oiv, iv, EVP_CIPHER_CTX_iv_length(ctx));
180         memcpy(ctx->iv, ctx->oiv, EVP_CIPHER_CTX_iv_length(ctx));
181         return 1;
182         }       
183
184 static int gost_cipher_init_cpa(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
185         const unsigned char *iv, int enc)
186         {
187         struct ossl_gost_cipher_ctx *c=ctx->cipher_data;
188         gost_init(&(c->cctx),&Gost28147_CryptoProParamSetA);
189         c->key_meshing=1;
190         c->count=0;
191         if(key) gost_key(&(c->cctx),key);
192         if(iv) memcpy(ctx->oiv, iv, EVP_CIPHER_CTX_iv_length(ctx));
193         memcpy(ctx->iv, ctx->oiv, EVP_CIPHER_CTX_iv_length(ctx));
194         return 1;
195         }
196
197 /* Initializes EVP_CIPHER_CTX with default values */
198 int gost_cipher_init(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
199         const unsigned char *iv, int enc)
200         {
201         return gost_cipher_init_param(ctx,key,iv,enc,NID_undef,EVP_CIPH_CFB_MODE);
202         }       
203 /* Wrapper around gostcrypt function from gost89.c which perform
204  * key meshing when nesseccary 
205  */
206 static void gost_crypt_mesh (void *ctx,unsigned char *iv,unsigned char *buf)
207         {
208         struct ossl_gost_cipher_ctx *c = ctx;
209         if (c->count&&c->key_meshing && c->count%1024==0)
210                 {
211                 cryptopro_key_meshing(&(c->cctx),iv);
212                 }       
213         gostcrypt(&(c->cctx),iv,buf);
214         c->count+=8;
215         }
216
217 static void gost_cnt_next (void *ctx, unsigned char *iv, unsigned char *buf)
218         {
219         struct ossl_gost_cipher_ctx *c = ctx;
220         word32 g,go;
221         unsigned char buf1[8];
222         if (c->count && c->key_meshing && c->count %1024 ==0)
223                 {
224                 cryptopro_key_meshing(&(c->cctx),iv);
225                 }
226         if (c->count==0)
227                 {
228                 gostcrypt(&(c->cctx),iv,buf1);
229                 }
230         else
231                 {
232                 memcpy(buf1,iv,8);
233                 }       
234         g = buf1[0]|(buf1[1]<<8)|(buf1[2]<<16)|(buf1[3]<<24);
235         g += 0x01010101;
236         buf1[0]=(unsigned char)(g&0xff);
237         buf1[1]=(unsigned char)((g>>8)&0xff);
238         buf1[2]=(unsigned char)((g>>16)&0xff);
239         buf1[3]=(unsigned char)((g>>24)&0xff);
240         g = buf1[4]|(buf1[5]<<8)|(buf1[6]<<16)|(buf1[7]<<24);
241         go = g;
242         g += 0x01010104;
243         if (go > g)      /*  overflow*/
244                 g++;
245         buf1[4]=(unsigned char)(g&0xff);
246         buf1[5]=(unsigned char)((g>>8)&0xff);
247         buf1[6]=(unsigned char)((g>>16)&0xff);
248         buf1[7]=(unsigned char)((g>>24)&0xff);
249         memcpy(iv,buf1,8);
250         gostcrypt(&(c->cctx),buf1,buf);
251         c->count +=8;
252         }
253
254 /* GOST encryption in CFB mode */
255 int     gost_cipher_do_cfb(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
256         const unsigned char *in, size_t inl)
257         {
258         const unsigned char *in_ptr=in;
259         unsigned char *out_ptr=out;
260         size_t i=0;
261         size_t j=0;
262 /* process partial block if any */
263         if (ctx->num) 
264                 {
265                 for (j=ctx->num,i=0;j<8 && i<inl;j++,i++,in_ptr++,out_ptr++) 
266                         {
267                         if (!ctx->encrypt) ctx->buf[j+8]=*in_ptr;
268                         *out_ptr=ctx->buf[j]^(*in_ptr);
269                         if (ctx->encrypt) ctx->buf[j+8]=*out_ptr;
270                         }       
271                 if (j==8)
272                         {
273                         memcpy(ctx->iv,ctx->buf+8,8);
274                         ctx->num=0;
275                         }
276                 else
277                         {
278                         ctx->num=j;
279                         return 1;
280                         }       
281                 }       
282
283         for (;i+8<inl;i+=8,in_ptr+=8,out_ptr+=8)
284                 {
285                 /*block cipher current iv */
286                 gost_crypt_mesh(ctx->cipher_data,ctx->iv,ctx->buf);
287                 /*xor next block of input text with it and output it*/
288                 /*output this block */
289                 if (!ctx->encrypt) memcpy(ctx->iv,in_ptr,8);
290                 for (j=0;j<8;j++)
291                         {
292                         out_ptr[j]=ctx->buf[j]^in_ptr[j];
293                         }       
294                 /* Encrypt */
295                 /* Next iv is next block of cipher text*/
296                 if (ctx->encrypt) memcpy(ctx->iv,out_ptr,8);
297                 }
298 /* Process rest of buffer */
299         if (i<inl)
300                 {
301                 gost_crypt_mesh(ctx->cipher_data,ctx->iv,ctx->buf);
302                 if (!ctx->encrypt) memcpy(ctx->buf+8,in_ptr,j);
303                 for (j=0;i<inl;j++,i++)
304                         {
305                         out_ptr[j]=ctx->buf[j]^in_ptr[j];
306                         }                       
307                 ctx->num = j;
308                 if (ctx->encrypt) memcpy(ctx->buf+8,out_ptr,j);
309                 }
310         else
311                 {
312                 ctx->num = 0;
313                 }       
314         return 1;
315         }
316
317 static int gost_cipher_do_cnt(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
318         const unsigned char *in, size_t inl)
319         {
320         const unsigned char *in_ptr=in;
321         unsigned char *out_ptr=out;
322         size_t i=0;
323         size_t j;
324 /* process partial block if any */
325         if (ctx->num) 
326                 {
327                 for (j=ctx->num,i=0;j<8 && i<inl;j++,i++,in_ptr++,out_ptr++) 
328                         {
329                         *out_ptr=ctx->buf[j]^(*in_ptr);
330                         }       
331                 if (j==8)
332                         {
333                         ctx->num=0;
334                         }
335                 else
336                         {
337                         ctx->num=j;
338                         return 1;
339                         }       
340                 }       
341
342         for (;i+8<inl;i+=8,in_ptr+=8,out_ptr+=8)
343                 {
344                 /*block cipher current iv */
345                 /* Encrypt */
346                 gost_cnt_next(ctx->cipher_data,ctx->iv,ctx->buf);
347                 /*xor next block of input text with it and output it*/
348                 /*output this block */
349                 for (j=0;j<8;j++)
350                         {
351                         out_ptr[j]=ctx->buf[j]^in_ptr[j];
352                         }       
353                 }
354 /* Process rest of buffer */
355         if (i<inl)
356                 {
357                 gost_cnt_next(ctx->cipher_data,ctx->iv,ctx->buf);
358                 for (j=0;i<inl;j++,i++)
359                         {
360                         out_ptr[j]=ctx->buf[j]^in_ptr[j];
361                         }                       
362                 ctx->num = j;
363                 }
364         else
365                 {
366                 ctx->num = 0;
367                 }       
368         return 1;
369         }
370
371 /* Cleaning up of EVP_CIPHER_CTX */
372 int gost_cipher_cleanup(EVP_CIPHER_CTX *ctx) 
373         {
374         gost_destroy((gost_ctx *)ctx->cipher_data);
375         ctx->app_data = NULL;
376         return 1;
377         }       
378
379 /* Control function for gost cipher */
380 int gost_cipher_ctl(EVP_CIPHER_CTX *ctx,int type,int arg,void *ptr)
381         {
382         switch (type)
383                 {
384                 case EVP_CTRL_RAND_KEY:
385                 {
386                 if (RAND_bytes((unsigned char *)ptr,ctx->key_len)<=0)
387                         {
388                         GOSTerr(GOST_F_GOST_CIPHER_CTL,GOST_R_RANDOM_GENERATOR_ERROR);
389                         return -1;
390                         }
391                 break;
392                 }
393                 default:
394                         GOSTerr(GOST_F_GOST_CIPHER_CTL,GOST_R_UNSUPPORTED_CIPHER_CTL_COMMAND);
395                         return -1;
396                 }
397         return 1;
398         }
399
400 /* Set cipher parameters from ASN1 structure */
401 int gost89_set_asn1_parameters(EVP_CIPHER_CTX *ctx,ASN1_TYPE *params)
402         {
403         int len=0;
404         unsigned char *buf=NULL;
405         unsigned char *p=NULL;
406         struct ossl_gost_cipher_ctx *c = ctx->cipher_data;
407         GOST_CIPHER_PARAMS *gcp = GOST_CIPHER_PARAMS_new();
408         ASN1_OCTET_STRING *os = NULL;
409         if (!gcp)
410                 {
411                 GOSTerr(GOST_F_GOST89_SET_ASN1_PARAMETERS, GOST_R_NO_MEMORY);
412                 return 0;
413                 }
414         if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gcp->iv, ctx->iv, ctx->cipher->iv_len))
415                 {
416                 GOST_CIPHER_PARAMS_free(gcp);
417                 GOSTerr(GOST_F_GOST89_SET_ASN1_PARAMETERS, GOST_R_NO_MEMORY);
418                 return 0;
419                 }
420         ASN1_OBJECT_free(gcp->enc_param_set);
421         gcp->enc_param_set = OBJ_nid2obj(c->paramNID);
422
423         len = i2d_GOST_CIPHER_PARAMS(gcp, NULL);
424         p = buf = (unsigned char*)OPENSSL_malloc(len);
425         if (!buf)
426                 {
427                 GOST_CIPHER_PARAMS_free(gcp);
428                 GOSTerr(GOST_F_GOST89_SET_ASN1_PARAMETERS, GOST_R_NO_MEMORY);
429                 return 0;
430                 }
431         i2d_GOST_CIPHER_PARAMS(gcp, &p);
432         GOST_CIPHER_PARAMS_free(gcp);
433
434         os = ASN1_OCTET_STRING_new();
435
436         if(!os || !ASN1_OCTET_STRING_set(os, buf, len))
437                 {
438                 OPENSSL_free(buf);
439                 GOSTerr(GOST_F_GOST89_SET_ASN1_PARAMETERS, GOST_R_NO_MEMORY);
440                 return 0;
441                 }
442         OPENSSL_free(buf);
443
444         ASN1_TYPE_set(params, V_ASN1_SEQUENCE, os);
445         return 1;
446         }
447
448 /* Store parameters into ASN1 structure */
449 int  gost89_get_asn1_parameters(EVP_CIPHER_CTX *ctx,ASN1_TYPE *params)
450         {
451         int ret = -1;
452         int len; 
453         GOST_CIPHER_PARAMS *gcp = NULL;
454         unsigned char *p = params->value.sequence->data;
455         struct ossl_gost_cipher_ctx *c=ctx->cipher_data;
456         if (ASN1_TYPE_get(params) != V_ASN1_SEQUENCE)
457                 {
458                 return ret;
459                 }
460
461         gcp = d2i_GOST_CIPHER_PARAMS(NULL, (const unsigned char **)&p,
462                 params->value.sequence->length);
463
464         len = gcp->iv->length;
465         if (len != ctx->cipher->iv_len)
466                 {
467                 GOST_CIPHER_PARAMS_free(gcp);
468                 GOSTerr(GOST_F_GOST89_GET_ASN1_PARAMETERS,
469                         GOST_R_INVALID_IV_LENGTH);
470                 return -1;
471                 }
472         if (!gost_cipher_set_param(c,OBJ_obj2nid(gcp->enc_param_set)))
473                 {
474                 GOST_CIPHER_PARAMS_free(gcp);
475                 return -1;
476                 }
477         memcpy(ctx->oiv, gcp->iv->data, len);
478
479         GOST_CIPHER_PARAMS_free(gcp);
480
481         return 1;
482         }
483
484
485 int gost_imit_init_cpa(EVP_MD_CTX *ctx)
486         {
487         struct ossl_gost_imit_ctx *c = ctx->md_data;
488         memset(c->buffer,0,16);
489         c->count = 0;
490         c->bytes_left=0;
491         c->key_meshing=1;
492         gost_init(&(c->cctx),&Gost28147_CryptoProParamSetA);
493         return 1;
494         }
495
496 static void mac_block_mesh(struct ossl_gost_imit_ctx *c,const unsigned char *data)
497         {
498         unsigned char buffer[8];
499         /* We are using local buffer for iv because CryptoPro doesn't 
500          * interpret internal state of MAC algorithm as iv during keymeshing
501          * (but does initialize internal state from iv in key transport
502          */
503         if (c->key_meshing&& c->count && c->count %1024 ==0)
504                 {
505                 cryptopro_key_meshing(&(c->cctx),buffer);
506                 }
507         mac_block(&(c->cctx),c->buffer,data);
508         c->count +=8;
509         }
510
511 int gost_imit_update(EVP_MD_CTX *ctx, const void *data, size_t count)
512         {
513         struct ossl_gost_imit_ctx *c = ctx->md_data;
514         const unsigned char *p = data;
515         size_t bytes = count,i;
516         if (!(c->key_set)) {
517                 GOSTerr(GOST_F_GOST_IMIT_UPDATE, GOST_R_MAC_KEY_NOT_SET);
518                 return 0;
519         }
520         if (c->bytes_left)
521                 {
522                 for (i=c->bytes_left;i<8&&bytes>0;bytes--,i++,p++)
523                         {
524                         c->partial_block[i]=*p;
525                         }
526                 if (i==8)
527                         {
528                         mac_block_mesh(c,c->partial_block);
529                         }
530                 else
531                         {
532                         c->bytes_left = i;
533                         return 1;
534                         }               
535                 }       
536         while (bytes>8)
537                 {
538                 mac_block_mesh(c,p);
539                 p+=8;
540                 bytes-=8;
541                 }
542         if (bytes>0)
543                 {
544                 memcpy(c->partial_block,p,bytes);
545                 }       
546         c->bytes_left=bytes;
547         return 1;
548         }
549
550 int gost_imit_final(EVP_MD_CTX *ctx,unsigned char *md)
551         {
552         struct ossl_gost_imit_ctx *c = ctx->md_data;
553         if (!c->key_set) return 0;
554         if (c->bytes_left)
555                 {
556                 int i;
557                 for (i=c->bytes_left;i<8;i++)
558                         {
559                         c->partial_block[i]=0;
560                         }
561                 mac_block_mesh(c,c->partial_block);
562                 }
563         get_mac(c->buffer,32,md);
564         return 1;
565         }
566
567 int gost_imit_ctrl(EVP_MD_CTX *ctx,int type, int arg, void *ptr)
568         {
569         switch (type)
570                 {
571                 case EVP_MD_CTRL_KEY_LEN:
572                         *((unsigned int*)(ptr)) = 32;
573                         return 1;
574                 case EVP_MD_CTRL_SET_KEY:
575                 {
576                 if (arg!=32) {
577                         GOSTerr(GOST_F_GOST_IMIT_CTRL, GOST_R_INVALID_MAC_KEY_LENGTH);
578                         return 0;
579                 }
580
581                 gost_key(&(((struct ossl_gost_imit_ctx*)(ctx->md_data))->cctx),ptr)     ;
582                 ((struct ossl_gost_imit_ctx*)(ctx->md_data))->key_set = 1;
583                 return 1;
584
585                 }
586                 default:
587                         return 0;
588                 }               
589         }
590
591 int gost_imit_copy(EVP_MD_CTX *to,const EVP_MD_CTX *from)
592         {
593         memcpy(to->md_data,from->md_data,sizeof(struct ossl_gost_imit_ctx));
594         return 1;
595         }
596
597 /* Clean up imit ctx */
598 int gost_imit_cleanup(EVP_MD_CTX *ctx)
599         {
600         memset(ctx->md_data,0,sizeof(struct ossl_gost_imit_ctx));
601         return 1;
602         }
603