test/ecdsatest.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (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  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
  12  *
  13  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
  14  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
  15  *
  16  * The Contribution is licensed pursuant to the OpenSSL open source
  17  * license provided above.
  18  *
  19  * The elliptic curve binary polynomial software is originally written by
  20  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
  21  *
  22  */
  23
  24 #include <stdio.h>
  25 #include <stdlib.h>
  26 #include <string.h>
  27
  28 #include <openssl/opensslconf.h> /* To see if OPENSSL_NO_EC is defined */
  29
  30 #ifdef OPENSSL_NO_EC
  31 int main(int argc, char *argv[])
  32 {
  33     puts("Elliptic curves are disabled.");
  34     return 0;
  35 }
  36 #else
  37
  38 # include <openssl/crypto.h>
  39 # include <openssl/bio.h>
  40 # include <openssl/evp.h>
  41 # include <openssl/bn.h>
  42 # include <openssl/ec.h>
  43 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
  44 #  include <openssl/engine.h>
  45 # endif
  46 # include <openssl/err.h>
  47 # include <openssl/rand.h>
  48 # include "testutil.h"
  49 # include "test_main.h"
  50
  51 static const char rnd_seed[] = "string to make the random number generator "
  52     "think it has entropy";
  53
  54
  55 /* functions to change the RAND_METHOD */
  56 static int fbytes(unsigned char *buf, int num);
  57
  58 static RAND_METHOD fake_rand;
  59 static const RAND_METHOD *old_rand;
  60
  61 static int change_rand(void)
  62 {
  63     /* save old rand method */
  64     if (!TEST_ptr(old_rand = RAND_get_rand_method()))
  65         return 0;
  66
  67     fake_rand = *old_rand;
  68     /* use own random function */
  69     fake_rand.bytes = fbytes;
  70     /* set new RAND_METHOD */
  71     if (!TEST_true(RAND_set_rand_method(&fake_rand)))
  72         return 0;
  73     return 1;
  74 }
  75
  76 static int restore_rand(void)
  77 {
  78     if (!TEST_true(RAND_set_rand_method(old_rand)))
  79         return 0;
  80     return 1;
  81 }
  82
  83 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
  84 static const char *numbers[8] = {
  85     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
  86     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
  87     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
  88         "71676178726717",
  89     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
  90         "55657156756655",
  91     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
  92     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
  93     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
  94         "64667494947990",
  95     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
  96         "40041670216363"
  97 };
  98
  99 static int fbytes(unsigned char *buf, int num)
 100 {
 101     int ret = 0;
 102     BIGNUM *tmp = NULL;
 103
 104     if (use_fake == 0)
 105         return old_rand->bytes(buf, num);
 106
 107     use_fake = 0;
 108
 109     if (fbytes_counter >= 8)
 110         return 0;
 111     if (!TEST_ptr(tmp = BN_new()))
 112         return 0;
 113     if (!TEST_true(BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter]))) {
 114         BN_free(tmp);
 115         return 0;
 116     }
 117     fbytes_counter++;
 118     if (TEST_int_eq(BN_num_bytes(tmp), num)
 119             && TEST_true(BN_bn2bin(tmp, buf)))
 120         ret = 1;
 121     BN_free(tmp);
 122     return ret;
 123 }
 124
 125 /* some tests from the X9.62 draft */
 126 static int x9_62_test_internal(int nid, const char *r_in, const char *s_in)
 127 {
 128     int ret = 0;
 129     const char message[] = "abc";
 130     unsigned char digest[20];
 131     unsigned int dgst_len = 0;
 132     EVP_MD_CTX *md_ctx;
 133     EC_KEY *key = NULL;
 134     ECDSA_SIG *signature = NULL;
 135     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
 136     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
 137     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 138
 139     if (!TEST_ptr(md_ctx = EVP_MD_CTX_new()))
 140         goto x962_int_err;
 141
 142     /* get the message digest */
 143     if (!TEST_true(EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1()))
 144         || !TEST_true(EVP_DigestUpdate(md_ctx, (const void *)message, 3))
 145         || !TEST_true(EVP_DigestFinal(md_ctx, digest, &dgst_len)))
 146         goto x962_int_err;
 147
 148     TEST_info("testing %s", OBJ_nid2sn(nid));
 149
 150     /* create the key */
 151     if (!TEST_ptr(key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)))
 152         goto x962_int_err;
 153     use_fake = 1;
 154     if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(key)))
 155         goto x962_int_err;
 156
 157     /* create the signature */
 158     use_fake = 1;
 159     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
 160     if (!TEST_true(ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp)))
 161         goto x962_int_err;
 162     if (!TEST_ptr(signature = ECDSA_do_sign_ex(digest, 20, kinv, rp, key)))
 163         goto x962_int_err;
 164
 165     /* compare the created signature with the expected signature */
 166     if (!TEST_ptr(r = BN_new()) || !TEST_ptr(s = BN_new()))
 167         goto x962_int_err;
 168     if (!TEST_true(BN_dec2bn(&r, r_in)) || !TEST_true(BN_dec2bn(&s, s_in)))
 169         goto x962_int_err;
 170     ECDSA_SIG_get0(signature, &sig_r, &sig_s);
 171     if (!TEST_int_eq(BN_cmp(sig_r, r), 0)
 172             || !TEST_int_eq(BN_cmp(sig_s, s), 0))
 173         goto x962_int_err;
 174
 175     /* verify the signature */
 176     if (!TEST_int_eq(ECDSA_do_verify(digest, 20, signature, key), 1))
 177         goto x962_int_err;
 178
 179     ret = 1;
 180
 181  x962_int_err:
 182     EC_KEY_free(key);
 183     ECDSA_SIG_free(signature);
 184     BN_free(r);
 185     BN_free(s);
 186     EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
 187     BN_clear_free(kinv);
 188     BN_clear_free(rp);
 189     return ret;
 190 }
 191
 192 static int x9_62_tests()
 193 {
 194     int ret = 0;
 195
 196     /* set own rand method */
 197     if (!change_rand())
 198         goto x962_err;
 199
 200     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_prime192v1,
 201                  "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
 202                  "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342")))
 203         goto x962_err;
 204     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_prime239v1,
 205                  "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
 206                              "62058306432176",
 207                  "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
 208                              "78505179448783")))
 209         goto x962_err;
 210
 211 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 212     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_c2tnb191v1,
 213                  "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
 214                  "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598")))
 215         goto x962_err;
 216     if (!TEST_true(x9_62_test_internal(NID_X9_62_c2tnb239v1,
 217                  "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
 218                              "5876922391552",
 219                  "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
 220                              "49413465737174")))
 221         goto x962_err;
 222 # endif
 223     ret = 1;
 224
 225  x962_err:
 226     if (!TEST_true(restore_rand()))
 227         ret = 0;
 228     return ret;
 229 }
 230
 231 static int test_builtin(void)
 232 {
 233     EC_builtin_curve *curves = NULL;
 234     size_t crv_len = 0, n = 0;
 235     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
 236     EC_GROUP *group;
 237     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL, *modified_sig = NULL;
 238     unsigned char digest[20], wrong_digest[20];
 239     unsigned char *signature = NULL;
 240     const unsigned char *sig_ptr;
 241     unsigned char *sig_ptr2;
 242     unsigned char *raw_buf = NULL;
 243     const BIGNUM *sig_r, *sig_s;
 244     BIGNUM *modified_r = NULL, *modified_s = NULL;
 245     BIGNUM *unmodified_r = NULL, *unmodified_s = NULL;
 246     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
 247     int nid, ret = 0;
 248
 249     /* fill digest values with some random data */
 250     if (!TEST_true(RAND_bytes(digest, 20))
 251             || !TEST_true(RAND_bytes(wrong_digest, 20)))
 252         goto builtin_err;
 253
 254     /* create and verify a ecdsa signature with every available curve */
 255     /* get a list of all internal curves */
 256     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
 257     if (!TEST_ptr(curves = OPENSSL_malloc(sizeof(*curves) * crv_len))
 258             || !TEST_true(EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)))
 259         goto builtin_err;
 260
 261     /* now create and verify a signature for every curve */
 262     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
 263         unsigned char dirt, offset;
 264
 265         nid = curves[n].nid;
 266         if (nid == NID_ipsec4 || nid == NID_X25519)
 267             continue;
 268         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
 269         if (!TEST_ptr(eckey = EC_KEY_new())
 270                 || !TEST_ptr(group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid))
 271                 || !TEST_true(EC_KEY_set_group(eckey, group)))
 272             goto builtin_err;
 273         EC_GROUP_free(group);
 274         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
 275         if (degree < 160) {
 276             /* drop the curve */
 277             EC_KEY_free(eckey);
 278             eckey = NULL;
 279             continue;
 280         }
 281         TEST_info("testing %s", OBJ_nid2sn(nid));
 282
 283         /* create key */
 284         if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(eckey)))
 285             goto builtin_err;
 286         /* create second key */
 287         if (!TEST_ptr(wrong_eckey = EC_KEY_new())
 288                 || !TEST_ptr(group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid))
 289                 || !TEST_true(EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group)))
 290             goto builtin_err;
 291         EC_GROUP_free(group);
 292         if (!TEST_true(EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)))
 293             goto builtin_err;
 294
 295         /* check key */
 296         if (!TEST_true(EC_KEY_check_key(eckey)))
 297             goto builtin_err;
 298
 299         /* create signature */
 300         sig_len = ECDSA_size(eckey);
 301         if (!TEST_ptr(signature = OPENSSL_malloc(sig_len))
 302                 || !TEST_true(ECDSA_sign(0, digest, 20, signature, &sig_len,
 303                                          eckey)))
 304             goto builtin_err;
 305
 306         /* verify signature */
 307         if (!TEST_int_eq(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len,
 308                                       eckey), 1))
 309             goto builtin_err;
 310
 311         /* verify signature with the wrong key */
 312         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len,
 313                                       wrong_eckey), 1))
 314             goto builtin_err;
 315
 316         /* wrong digest */
 317         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, wrong_digest, 20, signature,
 318                                       sig_len, eckey), 1))
 319             goto builtin_err;
 320
 321         /* wrong length */
 322         if (!TEST_int_ne(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature,
 323                                       sig_len - 1, eckey), 1))
 324             goto builtin_err;
 325
 326         /*
 327          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
 328          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
 329          * one of the bignums directly.
 330          */
 331         sig_ptr = signature;
 332         if (!TEST_ptr(ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)))
 333             goto builtin_err;
 334
 335         ECDSA_SIG_get0(ecdsa_sig, &sig_r, &sig_s);
 336
 337         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
 338         r_len = BN_num_bytes(sig_r);
 339         s_len = BN_num_bytes(sig_s);
 340         bn_len = (degree + 7) / 8;
 341         if (!TEST_false(r_len > bn_len)
 342                 || !TEST_false(s_len > bn_len))
 343             goto builtin_err;
 344         buf_len = 2 * bn_len;
 345         if (!TEST_ptr(raw_buf = OPENSSL_zalloc(buf_len)))
 346             goto builtin_err;
 347         BN_bn2bin(sig_r, raw_buf + bn_len - r_len);
 348         BN_bn2bin(sig_s, raw_buf + buf_len - s_len);
 349
 350         /* Modify a single byte in the buffer. */
 351         offset = raw_buf[10] % buf_len;
 352         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
 353         raw_buf[offset] ^= dirt;
 354
 355         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
 356         if (!TEST_ptr(modified_sig = ECDSA_SIG_new()))
 357             goto builtin_err;
 358         if (!TEST_ptr(modified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL))
 359                 || !TEST_ptr(modified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len,
 360                                                     bn_len, NULL))
 361                 || !TEST_true(ECDSA_SIG_set0(modified_sig,
 362                                              modified_r, modified_s))) {
 363             BN_free(modified_r);
 364             BN_free(modified_s);
 365             goto builtin_err;
 366         }
 367         sig_ptr2 = signature;
 368         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 369         if (!TEST_false(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey)))
 370             goto builtin_err;
 371
 372         /* Sanity check: undo the modification and verify signature. */
 373         raw_buf[offset] ^= dirt;
 374         if (!TEST_ptr(unmodified_r = BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, NULL))
 375                 || !TEST_ptr(unmodified_s = BN_bin2bn(raw_buf + bn_len,
 376                                                        bn_len, NULL))
 377                 || !TEST_true(ECDSA_SIG_set0(modified_sig, unmodified_r,
 378                                              unmodified_s))) {
 379             BN_free(unmodified_r);
 380             BN_free(unmodified_s);
 381             goto builtin_err;
 382         }
 383
 384         sig_ptr2 = signature;
 385         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(modified_sig, &sig_ptr2);
 386         if (!TEST_true(ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey)))
 387             goto builtin_err;
 388
 389         /* cleanup */
 390         ERR_clear_error();
 391         OPENSSL_free(signature);
 392         signature = NULL;
 393         EC_KEY_free(eckey);
 394         eckey = NULL;
 395         EC_KEY_free(wrong_eckey);
 396         wrong_eckey = NULL;
 397         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 398         ecdsa_sig = NULL;
 399         ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 400         modified_sig = NULL;
 401         OPENSSL_free(raw_buf);
 402         raw_buf = NULL;
 403     }
 404
 405     ret = 1;
 406  builtin_err:
 407     EC_KEY_free(eckey);
 408     EC_KEY_free(wrong_eckey);
 409     ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
 410     ECDSA_SIG_free(modified_sig);
 411     OPENSSL_free(signature);
 412     OPENSSL_free(raw_buf);
 413     OPENSSL_free(curves);
 414
 415     return ret;
 416 }
 417
 418 void register_tests(void)
 419 {
 420     /* initialize the prng */
 421     RAND_seed(rnd_seed, sizeof(rnd_seed));
 422     ADD_TEST(x9_62_tests);
 423     ADD_TEST(test_builtin);
 424 }
 425 #endif