mem functions cleanup
[openssl.git] / test / ecdsatest.c
1 /* crypto/ecdsa/ecdsatest.c */
2 /*
3  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project.
4  */
5 /* ====================================================================
6  * Copyright (c) 2000-2005 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  *
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  *
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
17  *    the documentation and/or other materials provided with the
18  *    distribution.
19  *
20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
21  *    software must display the following acknowledgment:
22  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
23  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
24  *
25  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
26  *    endorse or promote products derived from this software without
27  *    prior written permission. For written permission, please contact
28  *    licensing@OpenSSL.org.
29  *
30  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
31  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
32  *    permission of the OpenSSL Project.
33  *
34  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
35  *    acknowledgment:
36  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
37  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
38  *
39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
40  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
42  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
43  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
44  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
45  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
46  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
48  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
49  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
50  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
51  * ====================================================================
52  *
53  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
54  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
55  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
56  *
57  */
58 /* ====================================================================
59  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
60  *
61  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
62  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
63  *
64  * The Contribution is licensed pursuant to the OpenSSL open source
65  * license provided above.
66  *
67  * The elliptic curve binary polynomial software is originally written by
68  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
69  *
70  */
71
72 #include <stdio.h>
73 #include <stdlib.h>
74 #include <string.h>
75
76 #include <openssl/opensslconf.h> /* To see if OPENSSL_NO_EC is defined */
77
78 #ifdef OPENSSL_NO_EC
79 int main(int argc, char *argv[])
80 {
81     puts("Elliptic curves are disabled.");
82     return 0;
83 }
84 #else
85
86 # include <openssl/crypto.h>
87 # include <openssl/bio.h>
88 # include <openssl/evp.h>
89 # include <openssl/bn.h>
90 # include <openssl/ec.h>
91 # ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
92 #  include <openssl/engine.h>
93 # endif
94 # include <openssl/err.h>
95 # include <openssl/rand.h>
96
97 static const char rnd_seed[] = "string to make the random number generator "
98     "think it has entropy";
99
100 /* declaration of the test functions */
101 int x9_62_tests(BIO *);
102 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r, const char *s);
103 int test_builtin(BIO *);
104
105 /* functions to change the RAND_METHOD */
106 int change_rand(void);
107 int restore_rand(void);
108 int fbytes(unsigned char *buf, int num);
109
110 static RAND_METHOD fake_rand;
111 static const RAND_METHOD *old_rand;
112
113 int change_rand(void)
114 {
115     /* save old rand method */
116     if ((old_rand = RAND_get_rand_method()) == NULL)
117         return 0;
118
119     fake_rand.seed = old_rand->seed;
120     fake_rand.cleanup = old_rand->cleanup;
121     fake_rand.add = old_rand->add;
122     fake_rand.status = old_rand->status;
123     /* use own random function */
124     fake_rand.bytes = fbytes;
125     fake_rand.pseudorand = old_rand->bytes;
126     /* set new RAND_METHOD */
127     if (!RAND_set_rand_method(&fake_rand))
128         return 0;
129     return 1;
130 }
131
132 int restore_rand(void)
133 {
134     if (!RAND_set_rand_method(old_rand))
135         return 0;
136     else
137         return 1;
138 }
139
140 static int fbytes_counter = 0, use_fake = 0;
141 static const char *numbers[8] = {
142     "651056770906015076056810763456358567190100156695615665659",
143     "6140507067065001063065065565667405560006161556565665656654",
144     "8763001015071075675010661307616710783570106710677817767166"
145         "71676178726717",
146     "7000000175690566466555057817571571075705015757757057795755"
147         "55657156756655",
148     "1275552191113212300012030439187146164646146646466749494799",
149     "1542725565216523985789236956265265265235675811949404040041",
150     "1456427555219115346513212300075341203043918714616464614664"
151         "64667494947990",
152     "1712787255652165239672857892369562652652652356758119494040"
153         "40041670216363"
154 };
155
156 int fbytes(unsigned char *buf, int num)
157 {
158     int ret;
159     BIGNUM *tmp = NULL;
160
161     if (use_fake == 0)
162         return old_rand->bytes(buf, num);
163
164     use_fake = 0;
165
166     if (fbytes_counter >= 8)
167         return 0;
168     tmp = BN_new();
169     if (!tmp)
170         return 0;
171     if (!BN_dec2bn(&tmp, numbers[fbytes_counter])) {
172         BN_free(tmp);
173         return 0;
174     }
175     fbytes_counter++;
176     if (num != BN_num_bytes(tmp) || !BN_bn2bin(tmp, buf))
177         ret = 0;
178     else
179         ret = 1;
180     BN_free(tmp);
181     return ret;
182 }
183
184 /* some tests from the X9.62 draft */
185 int x9_62_test_internal(BIO *out, int nid, const char *r_in, const char *s_in)
186 {
187     int ret = 0;
188     const char message[] = "abc";
189     unsigned char digest[20];
190     unsigned int dgst_len = 0;
191     EVP_MD_CTX *md_ctx = EVP_MD_CTX_new();
192     EC_KEY *key = NULL;
193     ECDSA_SIG *signature = NULL;
194     BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
195     BIGNUM *kinv = NULL, *rp = NULL;
196     BIGNUM *sig_r, *sig_s;
197
198     if (md_ctx == NULL)
199         goto x962_int_err;
200
201     /* get the message digest */
202     if (!EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1())
203         || !EVP_DigestUpdate(md_ctx, (const void *)message, 3)
204         || !EVP_DigestFinal(md_ctx, digest, &dgst_len))
205         goto x962_int_err;
206
207     BIO_printf(out, "testing %s: ", OBJ_nid2sn(nid));
208     /* create the key */
209     if ((key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid)) == NULL)
210         goto x962_int_err;
211     use_fake = 1;
212     if (!EC_KEY_generate_key(key))
213         goto x962_int_err;
214     BIO_printf(out, ".");
215     (void)BIO_flush(out);
216     /* create the signature */
217     use_fake = 1;
218     /* Use ECDSA_sign_setup to avoid use of ECDSA nonces */
219     if (!ECDSA_sign_setup(key, NULL, &kinv, &rp))
220         goto x962_int_err;
221     signature = ECDSA_do_sign_ex(digest, 20, kinv, rp, key);
222     if (signature == NULL)
223         goto x962_int_err;
224     BIO_printf(out, ".");
225     (void)BIO_flush(out);
226     /* compare the created signature with the expected signature */
227     if ((r = BN_new()) == NULL || (s = BN_new()) == NULL)
228         goto x962_int_err;
229     if (!BN_dec2bn(&r, r_in) || !BN_dec2bn(&s, s_in))
230         goto x962_int_err;
231     ECDSA_SIG_get0(&sig_r, &sig_s, signature);
232     if (BN_cmp(sig_r, r) || BN_cmp(sig_s, s))
233         goto x962_int_err;
234     BIO_printf(out, ".");
235     (void)BIO_flush(out);
236     /* verify the signature */
237     if (ECDSA_do_verify(digest, 20, signature, key) != 1)
238         goto x962_int_err;
239     BIO_printf(out, ".");
240     (void)BIO_flush(out);
241
242     BIO_printf(out, " ok\n");
243     ret = 1;
244  x962_int_err:
245     if (!ret)
246         BIO_printf(out, " failed\n");
247     EC_KEY_free(key);
248     ECDSA_SIG_free(signature);
249     BN_free(r);
250     BN_free(s);
251     EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
252     BN_clear_free(kinv);
253     BN_clear_free(rp);
254     return ret;
255 }
256
257 int x9_62_tests(BIO *out)
258 {
259     int ret = 0;
260
261     BIO_printf(out, "some tests from X9.62:\n");
262
263     /* set own rand method */
264     if (!change_rand())
265         goto x962_err;
266
267     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime192v1,
268                              "3342403536405981729393488334694600415596881826869351677613",
269                              "5735822328888155254683894997897571951568553642892029982342"))
270         goto x962_err;
271     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_prime239v1,
272                              "3086361431751678114926225473006680188549593787585317781474"
273                              "62058306432176",
274                              "3238135532097973577080787768312505059318910517550078427819"
275                              "78505179448783"))
276         goto x962_err;
277 # ifndef OPENSSL_NO_EC2M
278     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb191v1,
279                              "87194383164871543355722284926904419997237591535066528048",
280                              "308992691965804947361541664549085895292153777025772063598"))
281         goto x962_err;
282     if (!x9_62_test_internal(out, NID_X9_62_c2tnb239v1,
283                              "2159633321041961198501834003903461262881815148684178964245"
284                              "5876922391552",
285                              "1970303740007316867383349976549972270528498040721988191026"
286                              "49413465737174"))
287         goto x962_err;
288 # endif
289     ret = 1;
290  x962_err:
291     if (!restore_rand())
292         ret = 0;
293     return ret;
294 }
295
296 int test_builtin(BIO *out)
297 {
298     EC_builtin_curve *curves = NULL;
299     size_t crv_len = 0, n = 0;
300     EC_KEY *eckey = NULL, *wrong_eckey = NULL;
301     EC_GROUP *group;
302     ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL;
303     unsigned char digest[20], wrong_digest[20];
304     unsigned char *signature = NULL;
305     const unsigned char *sig_ptr;
306     unsigned char *sig_ptr2;
307     unsigned char *raw_buf = NULL;
308     BIGNUM *sig_r, *sig_s;
309     unsigned int sig_len, degree, r_len, s_len, bn_len, buf_len;
310     int nid, ret = 0;
311
312     /* fill digest values with some random data */
313     if (RAND_bytes(digest, 20) <= 0 || RAND_bytes(wrong_digest, 20) <= 0) {
314         BIO_printf(out, "ERROR: unable to get random data\n");
315         goto builtin_err;
316     }
317
318     /*
319      * create and verify a ecdsa signature with every availble curve (with )
320      */
321     BIO_printf(out, "\ntesting ECDSA_sign() and ECDSA_verify() "
322                "with some internal curves:\n");
323
324     /* get a list of all internal curves */
325     crv_len = EC_get_builtin_curves(NULL, 0);
326     curves = OPENSSL_malloc(sizeof(*curves) * crv_len);
327     if (curves == NULL) {
328         BIO_printf(out, "malloc error\n");
329         goto builtin_err;
330     }
331
332     if (!EC_get_builtin_curves(curves, crv_len)) {
333         BIO_printf(out, "unable to get internal curves\n");
334         goto builtin_err;
335     }
336
337     /* now create and verify a signature for every curve */
338     for (n = 0; n < crv_len; n++) {
339         unsigned char dirt, offset;
340
341         nid = curves[n].nid;
342         if (nid == NID_ipsec4)
343             continue;
344         /* create new ecdsa key (== EC_KEY) */
345         if ((eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
346             goto builtin_err;
347         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
348         if (group == NULL)
349             goto builtin_err;
350         if (EC_KEY_set_group(eckey, group) == 0)
351             goto builtin_err;
352         EC_GROUP_free(group);
353         degree = EC_GROUP_get_degree(EC_KEY_get0_group(eckey));
354         if (degree < 160) {
355             /* drop the curve */
356             EC_KEY_free(eckey);
357             eckey = NULL;
358             continue;
359         }
360         BIO_printf(out, "%s: ", OBJ_nid2sn(nid));
361         /* create key */
362         if (!EC_KEY_generate_key(eckey)) {
363             BIO_printf(out, " failed\n");
364             goto builtin_err;
365         }
366         /* create second key */
367         if ((wrong_eckey = EC_KEY_new()) == NULL)
368             goto builtin_err;
369         group = EC_GROUP_new_by_curve_name(nid);
370         if (group == NULL)
371             goto builtin_err;
372         if (EC_KEY_set_group(wrong_eckey, group) == 0)
373             goto builtin_err;
374         EC_GROUP_free(group);
375         if (!EC_KEY_generate_key(wrong_eckey)) {
376             BIO_printf(out, " failed\n");
377             goto builtin_err;
378         }
379
380         BIO_printf(out, ".");
381         (void)BIO_flush(out);
382         /* check key */
383         if (!EC_KEY_check_key(eckey)) {
384             BIO_printf(out, " failed\n");
385             goto builtin_err;
386         }
387         BIO_printf(out, ".");
388         (void)BIO_flush(out);
389         /* create signature */
390         sig_len = ECDSA_size(eckey);
391         if ((signature = OPENSSL_malloc(sig_len)) == NULL)
392             goto builtin_err;
393         if (!ECDSA_sign(0, digest, 20, signature, &sig_len, eckey)) {
394             BIO_printf(out, " failed\n");
395             goto builtin_err;
396         }
397         BIO_printf(out, ".");
398         (void)BIO_flush(out);
399         /* verify signature */
400         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
401             BIO_printf(out, " failed\n");
402             goto builtin_err;
403         }
404         BIO_printf(out, ".");
405         (void)BIO_flush(out);
406         /* verify signature with the wrong key */
407         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, wrong_eckey) == 1) {
408             BIO_printf(out, " failed\n");
409             goto builtin_err;
410         }
411         BIO_printf(out, ".");
412         (void)BIO_flush(out);
413         /* wrong digest */
414         if (ECDSA_verify(0, wrong_digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
415             BIO_printf(out, " failed\n");
416             goto builtin_err;
417         }
418         BIO_printf(out, ".");
419         (void)BIO_flush(out);
420         /* wrong length */
421         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len - 1, eckey) == 1) {
422             BIO_printf(out, " failed\n");
423             goto builtin_err;
424         }
425         BIO_printf(out, ".");
426         (void)BIO_flush(out);
427
428         /*
429          * Modify a single byte of the signature: to ensure we don't garble
430          * the ASN1 structure, we read the raw signature and modify a byte in
431          * one of the bignums directly.
432          */
433         sig_ptr = signature;
434         if ((ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig_ptr, sig_len)) == NULL) {
435             BIO_printf(out, " failed\n");
436             goto builtin_err;
437         }
438
439         ECDSA_SIG_get0(&sig_r, &sig_s, ecdsa_sig);
440
441         /* Store the two BIGNUMs in raw_buf. */
442         r_len = BN_num_bytes(sig_r);
443         s_len = BN_num_bytes(sig_s);
444         bn_len = (degree + 7) / 8;
445         if ((r_len > bn_len) || (s_len > bn_len)) {
446             BIO_printf(out, " failed\n");
447             goto builtin_err;
448         }
449         buf_len = 2 * bn_len;
450         if ((raw_buf = OPENSSL_zalloc(buf_len)) == NULL)
451             goto builtin_err;
452         BN_bn2bin(sig_r, raw_buf + bn_len - r_len);
453         BN_bn2bin(sig_s, raw_buf + buf_len - s_len);
454
455         /* Modify a single byte in the buffer. */
456         offset = raw_buf[10] % buf_len;
457         dirt = raw_buf[11] ? raw_buf[11] : 1;
458         raw_buf[offset] ^= dirt;
459         /* Now read the BIGNUMs back in from raw_buf. */
460         if ((BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, sig_r) == NULL) ||
461             (BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, sig_s) == NULL))
462             goto builtin_err;
463
464         sig_ptr2 = signature;
465         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, &sig_ptr2);
466         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) == 1) {
467             BIO_printf(out, " failed\n");
468             goto builtin_err;
469         }
470         /*
471          * Sanity check: undo the modification and verify signature.
472          */
473         raw_buf[offset] ^= dirt;
474         if ((BN_bin2bn(raw_buf, bn_len, sig_r) == NULL) ||
475             (BN_bin2bn(raw_buf + bn_len, bn_len, sig_s) == NULL))
476             goto builtin_err;
477
478         sig_ptr2 = signature;
479         sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, &sig_ptr2);
480         if (ECDSA_verify(0, digest, 20, signature, sig_len, eckey) != 1) {
481             BIO_printf(out, " failed\n");
482             goto builtin_err;
483         }
484         BIO_printf(out, ".");
485         (void)BIO_flush(out);
486
487         BIO_printf(out, " ok\n");
488         /* cleanup */
489         /* clean bogus errors */
490         ERR_clear_error();
491         OPENSSL_free(signature);
492         signature = NULL;
493         EC_KEY_free(eckey);
494         eckey = NULL;
495         EC_KEY_free(wrong_eckey);
496         wrong_eckey = NULL;
497         ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
498         ecdsa_sig = NULL;
499         OPENSSL_free(raw_buf);
500         raw_buf = NULL;
501     }
502
503     ret = 1;
504  builtin_err:
505     EC_KEY_free(eckey);
506     EC_KEY_free(wrong_eckey);
507     ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
508     OPENSSL_free(signature);
509     OPENSSL_free(raw_buf);
510     OPENSSL_free(curves);
511
512     return ret;
513 }
514
515 int main(void)
516 {
517     int ret = 1;
518     BIO *out;
519     char *p;
520
521     out = BIO_new_fp(stdout, BIO_NOCLOSE | BIO_FP_TEXT);
522
523     p = getenv("OPENSSL_DEBUG_MEMORY");
524     if (p != NULL && strcmp(p, "on") == 0)
525         CRYPTO_set_mem_debug(1);
526     ERR_load_crypto_strings();
527
528     /* initialize the prng */
529     RAND_seed(rnd_seed, sizeof(rnd_seed));
530
531     /* the tests */
532     if (!x9_62_tests(out))
533         goto err;
534     if (!test_builtin(out))
535         goto err;
536
537     ret = 0;
538  err:
539     if (ret)
540         BIO_printf(out, "\nECDSA test failed\n");
541     else
542         BIO_printf(out, "\nECDSA test passed\n");
543     if (ret)
544         ERR_print_errors(out);
545     CRYPTO_cleanup_all_ex_data();
546     ERR_remove_thread_state(NULL);
547     ERR_free_strings();
548 #ifdef CRYPTO_MDEBUG
549     CRYPTO_mem_leaks(out);
550 #endif
551     BIO_free(out);
552     return ret;
553 }
554 #endif