engines/ccgost/gost_sign.c

   1 /**********************************************************************
   2  *                          gost_sign.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 34.10-94 signature algorithm        *
   7  *       for OpenSSL                                                  *
   8  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
   9  **********************************************************************/
  10 #include <string.h>
  11 #include <openssl/rand.h>
  12 #include <openssl/bn.h>
  13 #include <openssl/dsa.h>
  14 #include <openssl/err.h>
  15 #include <openssl/evp.h>
  16 #include <openssl/err.h>
  17
  18 #include "gost_params.h"
  19 #include "gost_lcl.h"
  20 #include "e_gost_err.h"
  21
  22 #ifdef DEBUG_SIGN
  23 void dump_signature(const char *message, const unsigned char *buffer,
  24                     size_t len)
  25 {
  26     size_t i;
  27     fprintf(stderr, "signature %s Length=%d", message, len);
  28     for (i = 0; i < len; i++) {
  29         if (i % 16 == 0)
  30             fputc('\n', stderr);
  31         fprintf(stderr, " %02x", buffer[i]);
  32     }
  33     fprintf(stderr, "\nEnd of signature\n");
  34 }
  35
  36 void dump_dsa_sig(const char *message, DSA_SIG *sig)
  37 {
  38     fprintf(stderr, "%s\nR=", message);
  39     BN_print_fp(stderr, sig->r);
  40     fprintf(stderr, "\nS=");
  41     BN_print_fp(stderr, sig->s);
  42     fprintf(stderr, "\n");
  43 }
  44
  45 #else
  46
  47 # define dump_signature(a,b,c)
  48 # define dump_dsa_sig(a,b)
  49 #endif
  50
  51 /*
  52  * Computes signature and returns it as DSA_SIG structure
  53  */
  54 DSA_SIG *gost_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  55 {
  56     BIGNUM *k = NULL, *tmp = NULL, *tmp2 = NULL;
  57     DSA_SIG *newsig = NULL, *ret = NULL;
  58     BIGNUM *md = hashsum2bn(dgst);
  59     /* check if H(M) mod q is zero */
  60     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
  61     if (!ctx) {
  62         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  63         goto err;
  64     }
  65     BN_CTX_start(ctx);
  66     newsig = DSA_SIG_new();
  67     if (!newsig) {
  68         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  69         goto err;
  70     }
  71     tmp = BN_CTX_get(ctx);
  72     k = BN_CTX_get(ctx);
  73     tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
  74     if (!tmp || !k || !tmp2) {
  75         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  76         goto err;
  77     }
  78     BN_mod(tmp, md, dsa->q, ctx);
  79     if (BN_is_zero(tmp)) {
  80         BN_one(md);
  81     }
  82     do {
  83         do {
  84             /*
  85              * Generate random number k less than q
  86              */
  87             BN_rand_range(k, dsa->q);
  88             /* generate r = (a^x mod p) mod q */
  89             BN_mod_exp(tmp, dsa->g, k, dsa->p, ctx);
  90             if (!(newsig->r)) {
  91                 newsig->r = BN_new();
  92                 if (!newsig->r) {
  93                     GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  94                     goto err;
  95                 }
  96             }
  97             BN_mod(newsig->r, tmp, dsa->q, ctx);
  98         }
  99         while (BN_is_zero(newsig->r));
 100         /* generate s = (xr + k(Hm)) mod q */
 101         BN_mod_mul(tmp, dsa->priv_key, newsig->r, dsa->q, ctx);
 102         BN_mod_mul(tmp2, k, md, dsa->q, ctx);
 103         if (!newsig->s) {
 104             newsig->s = BN_new();
 105             if (!newsig->s) {
 106                 GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 107                 goto err;
 108             }
 109         }
 110         BN_mod_add(newsig->s, tmp, tmp2, dsa->q, ctx);
 111     }
 112     while (BN_is_zero(newsig->s));
 113
 114     ret = newsig;
 115  err:
 116     BN_free(md);
 117     if (ctx)
 118         BN_CTX_end(ctx);
 119     BN_CTX_free(ctx);
 120     if (!ret)
 121         DSA_SIG_free(newsig);
 122     return ret;
 123 }
 124
 125 /*
 126  * Packs signature according to Cryptocom rules
 127  * and frees up DSA_SIG structure
 128  */
 129 /*-
 130 int pack_sign_cc(DSA_SIG *s,int order,unsigned char *sig, size_t *siglen)
 131         {
 132         *siglen = 2*order;
 133         memset(sig,0,*siglen);
 134         store_bignum(s->r, sig,order);
 135         store_bignum(s->s, sig + order,order);
 136         dump_signature("serialized",sig,*siglen);
 137         DSA_SIG_free(s);
 138         return 1;
 139         }
 140 */
 141 /*
 142  * Packs signature according to Cryptopro rules
 143  * and frees up DSA_SIG structure
 144  */
 145 int pack_sign_cp(DSA_SIG *s, int order, unsigned char *sig, size_t *siglen)
 146 {
 147     *siglen = 2 * order;
 148     memset(sig, 0, *siglen);
 149     store_bignum(s->s, sig, order);
 150     store_bignum(s->r, sig + order, order);
 151     dump_signature("serialized", sig, *siglen);
 152     DSA_SIG_free(s);
 153     return 1;
 154 }
 155
 156 /*
 157  * Verifies signature passed as DSA_SIG structure
 158  *
 159  */
 160
 161 int gost_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 162                    DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 163 {
 164     BIGNUM *md = NULL, *tmp = NULL;
 165     BIGNUM *q2 = NULL;
 166     BIGNUM *u = NULL, *v = NULL, *z1 = NULL, *z2 = NULL;
 167     BIGNUM *tmp2 = NULL, *tmp3 = NULL;
 168     int ok = 0;
 169     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
 170     if (!ctx) {
 171         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 172         goto err;
 173     }
 174
 175     BN_CTX_start(ctx);
 176     if (BN_cmp(sig->s, dsa->q) >= 1 || BN_cmp(sig->r, dsa->q) >= 1) {
 177         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_PARTS_GREATER_THAN_Q);
 178         goto err;
 179     }
 180     md = hashsum2bn(dgst);
 181
 182     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 183     v = BN_CTX_get(ctx);
 184     q2 = BN_CTX_get(ctx);
 185     z1 = BN_CTX_get(ctx);
 186     z2 = BN_CTX_get(ctx);
 187     tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
 188     tmp3 = BN_CTX_get(ctx);
 189     u = BN_CTX_get(ctx);
 190     if (!tmp || !v || !q2 || !z1 || !z2 || !tmp2 || !tmp3 || !u) {
 191         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 192         goto err;
 193     }
 194
 195     BN_mod(tmp, md, dsa->q, ctx);
 196     if (BN_is_zero(tmp)) {
 197         BN_one(md);
 198     }
 199     BN_copy(q2, dsa->q);
 200     BN_sub_word(q2, 2);
 201     BN_mod_exp(v, md, q2, dsa->q, ctx);
 202     BN_mod_mul(z1, sig->s, v, dsa->q, ctx);
 203     BN_sub(tmp, dsa->q, sig->r);
 204     BN_mod_mul(z2, tmp, v, dsa->p, ctx);
 205     BN_mod_exp(tmp, dsa->g, z1, dsa->p, ctx);
 206     BN_mod_exp(tmp2, dsa->pub_key, z2, dsa->p, ctx);
 207     BN_mod_mul(tmp3, tmp, tmp2, dsa->p, ctx);
 208     BN_mod(u, tmp3, dsa->q, ctx);
 209     ok = (BN_cmp(u, sig->r) == 0);
 210
 211     if (!ok) {
 212         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_MISMATCH);
 213     }
 214 err:
 215     BN_free(md);
 216     if (ctx)
 217         BN_CTX_end(ctx);
 218     BN_CTX_free(ctx);
 219     return (ok == 0);
 220 }
 221
 222 /*
 223  * Computes public keys for GOST R 34.10-94 algorithm
 224  *
 225  */
 226 int gost94_compute_public(DSA *dsa)
 227 {
 228     /* Now fill algorithm parameters with correct values */
 229     BN_CTX *ctx;
 230     if (!dsa->g) {
 231         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, GOST_R_KEY_IS_NOT_INITALIZED);
 232         return 0;
 233     }
 234     ctx = BN_CTX_new();
 235     if (!ctx) {
 236         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 237         return 0;
 238     }
 239
 240     dsa->pub_key = BN_new();
 241     if (!dsa->pub_key) {
 242         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 243         BN_CTX_free(ctx);
 244         return 0;
 245     }
 246     /* Compute public key  y = a^x mod p */
 247     BN_mod_exp(dsa->pub_key, dsa->g, dsa->priv_key, dsa->p, ctx);
 248     BN_CTX_free(ctx);
 249     return 1;
 250 }
 251
 252 /*
 253  * Fill GOST 94 params, searching them in R3410_paramset array
 254  * by nid of paramset
 255  *
 256  */
 257 int fill_GOST94_params(DSA *dsa, int nid)
 258 {
 259     R3410_params *params = R3410_paramset;
 260     while (params->nid != NID_undef && params->nid != nid)
 261         params++;
 262     if (params->nid == NID_undef) {
 263         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST94_PARAMS, GOST_R_UNSUPPORTED_PARAMETER_SET);
 264         return 0;
 265     }
 266 #define dump_signature(a,b,c)
 267     BN_free(dsa->p);
 268     dsa->p = NULL;
 269     BN_dec2bn(&(dsa->p), params->p);
 270     BN_free(dsa->q);
 271     dsa->q = NULL;
 272     BN_dec2bn(&(dsa->q), params->q);
 273     BN_free(dsa->g);
 274     dsa->g = NULL;
 275     BN_dec2bn(&(dsa->g), params->a);
 276     return 1;
 277 }
 278
 279 /*
 280  *  Generate GOST R 34.10-94 keypair
 281  *
 282  *
 283  */
 284 int gost_sign_keygen(DSA *dsa)
 285 {
 286     dsa->priv_key = BN_new();
 287     if (!dsa->priv_key) {
 288         GOSTerr(GOST_F_GOST_SIGN_KEYGEN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 289         return 0;
 290     }
 291     BN_rand_range(dsa->priv_key, dsa->q);
 292     return gost94_compute_public(dsa);
 293 }
 294
 295 /* Unpack signature according to cryptocom rules  */
 296 /*-
 297 DSA_SIG *unpack_cc_signature(const unsigned char *sig,size_t siglen)
 298         {
 299         DSA_SIG *s;
 300         s = DSA_SIG_new();
 301         if (s == NULL)
 302                 {
 303                 GOSTerr(GOST_F_UNPACK_CC_SIGNATURE,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 304                 return(NULL);
 305                 }
 306         s->r = getbnfrombuf(sig, siglen/2);
 307         s->s = getbnfrombuf(sig + siglen/2, siglen/2);
 308         return s;
 309         }
 310 */
 311 /* Unpack signature according to cryptopro rules  */
 312 DSA_SIG *unpack_cp_signature(const unsigned char *sig, size_t siglen)
 313 {
 314     DSA_SIG *s;
 315
 316     s = DSA_SIG_new();
 317     if (s == NULL) {
 318         GOSTerr(GOST_F_UNPACK_CP_SIGNATURE, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 319         return NULL;
 320     }
 321     s->s = getbnfrombuf(sig, siglen / 2);
 322     s->r = getbnfrombuf(sig + siglen / 2, siglen / 2);
 323     return s;
 324 }
 325
 326 /* Convert little-endian byte array into bignum */
 327 BIGNUM *hashsum2bn(const unsigned char *dgst)
 328 {
 329     unsigned char buf[32];
 330     int i;
 331     for (i = 0; i < 32; i++) {
 332         buf[31 - i] = dgst[i];
 333     }
 334     return getbnfrombuf(buf, 32);
 335 }
 336
 337 /* Convert byte buffer to bignum, skipping leading zeros*/
 338 BIGNUM *getbnfrombuf(const unsigned char *buf, size_t len)
 339 {
 340     while (*buf == 0 && len > 0) {
 341         buf++;
 342         len--;
 343     }
 344     if (len) {
 345         return BN_bin2bn(buf, len, NULL);
 346     } else {
 347         BIGNUM *b = BN_new();
 348         BN_zero(b);
 349         return b;
 350     }
 351 }
 352
 353 /*
 354  * Pack bignum into byte buffer of given size, filling all leading bytes by
 355  * zeros
 356  */
 357 int store_bignum(BIGNUM *bn, unsigned char *buf, int len)
 358 {
 359     int bytes = BN_num_bytes(bn);
 360     if (bytes > len)
 361         return 0;
 362     memset(buf, 0, len);
 363     BN_bn2bin(bn, buf + len - bytes);
 364     return 1;
 365 }