Following the license change, modify the boilerplates in crypto/dsa/
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_ossl.c
index acfddfd2d9e265e3b1d154ec8066c1360bbcd875..37c654d20ccd5cc5ce7b59a684d8b5dd78dbb260 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 /*
- * Copyright 1995-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
+ * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
  *
- * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
+ * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
  * in the file LICENSE in the source distribution or at
  * https://www.openssl.org/source/license.html
@@ -9,6 +9,7 @@
 
 #include <stdio.h>
 #include "internal/cryptlib.h"
+#include "internal/bn_int.h"
 #include <openssl/bn.h>
 #include <openssl/sha.h>
 #include "dsa_locl.h"
@@ -23,6 +24,8 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
 static int dsa_init(DSA *dsa);
 static int dsa_finish(DSA *dsa);
+static BIGNUM *dsa_mod_inverse_fermat(const BIGNUM *k, const BIGNUM *q,
+                                      BN_CTX *ctx);
 
 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
     "OpenSSL DSA method",
@@ -59,19 +62,13 @@ const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 {
     BIGNUM *kinv = NULL;
-    BIGNUM *m;
-    BIGNUM *xr;
+    BIGNUM *m, *blind, *blindm, *tmp;
     BN_CTX *ctx = NULL;
     int reason = ERR_R_BN_LIB;
     DSA_SIG *ret = NULL;
     int rv = 0;
 
-    m = BN_new();
-    xr = BN_new();
-    if (m == NULL || xr == NULL)
-        goto err;
-
-    if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
+    if (dsa->p == NULL || dsa->q == NULL || dsa->g == NULL) {
         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
         goto err;
     }
@@ -87,6 +84,13 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     ctx = BN_CTX_new();
     if (ctx == NULL)
         goto err;
+    m = BN_CTX_get(ctx);
+    blind = BN_CTX_get(ctx);
+    blindm = BN_CTX_get(ctx);
+    tmp = BN_CTX_get(ctx);
+    if (tmp == NULL)
+        goto err;
+
  redo:
     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen))
         goto err;
@@ -101,17 +105,50 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
         goto err;
 
-    /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
-    if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, ret->r, dsa->q, ctx))
-        goto err;               /* s = xr */
-    if (!BN_add(ret->s, xr, m))
-        goto err;               /* s = m + xr */
-    if (BN_cmp(ret->s, dsa->q) > 0)
-        if (!BN_sub(ret->s, ret->s, dsa->q))
+    /*
+     * The normal signature calculation is:
+     *
+     *   s := k^-1 * (m + r * priv_key) mod q
+     *
+     * We will blind this to protect against side channel attacks
+     *
+     *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod q
+     */
+
+    /* Generate a blinding value */
+    do {
+        if (!BN_priv_rand(blind, BN_num_bits(dsa->q) - 1,
+                          BN_RAND_TOP_ANY, BN_RAND_BOTTOM_ANY))
             goto err;
+    } while (BN_is_zero(blind));
+    BN_set_flags(blind, BN_FLG_CONSTTIME);
+    BN_set_flags(blindm, BN_FLG_CONSTTIME);
+    BN_set_flags(tmp, BN_FLG_CONSTTIME);
+
+    /* tmp := blind * priv_key * r mod q */
+    if (!BN_mod_mul(tmp, blind, dsa->priv_key, dsa->q, ctx))
+        goto err;
+    if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, ret->r, dsa->q, ctx))
+        goto err;
+
+    /* blindm := blind * m mod q */
+    if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, dsa->q, ctx))
+        goto err;
+
+    /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod q */
+    if (!BN_mod_add_quick(ret->s, tmp, blindm, dsa->q))
+        goto err;
+
+    /* s := s * k^-1 mod q */
     if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, kinv, dsa->q, ctx))
         goto err;
 
+    /* s:= s * blind^-1 mod q */
+    if (BN_mod_inverse(blind, blind, dsa->q, ctx) == NULL)
+        goto err;
+    if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, blind, dsa->q, ctx))
+        goto err;
+
     /*
      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
      * unlikely.
@@ -128,8 +165,6 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
         ret = NULL;
     }
     BN_CTX_free(ctx);
-    BN_clear_free(m);
-    BN_clear_free(xr);
     BN_clear_free(kinv);
     return ret;
 }
@@ -146,7 +181,9 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 {
     BN_CTX *ctx = NULL;
     BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
+    BIGNUM *l;
     int ret = 0;
+    int q_bits, q_words;
 
     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
@@ -154,7 +191,8 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     }
 
     k = BN_new();
-    if (k == NULL)
+    l = BN_new();
+    if (k == NULL || l == NULL)
         goto err;
 
     if (ctx_in == NULL) {
@@ -163,6 +201,13 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     } else
         ctx = ctx_in;
 
+    /* Preallocate space */
+    q_bits = BN_num_bits(dsa->q);
+    q_words = bn_get_top(dsa->q);
+    if (!bn_wexpand(k, q_words + 2)
+        || !bn_wexpand(l, q_words + 2))
+        goto err;
+
     /* Get random k */
     do {
         if (dgst != NULL) {
@@ -178,6 +223,7 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     } while (BN_is_zero(k));
 
     BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
+    BN_set_flags(l, BN_FLG_CONSTTIME);
 
     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
@@ -189,17 +235,22 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 
     /*
      * We do not want timing information to leak the length of k, so we
-     * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
-     * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
-     * let us specify the desired timing behaviour.)
+     * compute G^k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
+     *
+     * We unconditionally perform both of these additions to prevent a
+     * small timing information leakage.  We then choose the sum that is
+     * one bit longer than the modulus.
+     *
+     * There are some concerns about the efficacy of doing this.  More
+     * specificly refer to the discussion starting with:
+     *     https://github.com/openssl/openssl/pull/7486#discussion_r228323705
+     * The fix is to rework BN so these gymnastics aren't required.
      */
-
-    if (!BN_add(k, k, dsa->q))
+    if (!BN_add(l, k, dsa->q)
+        || !BN_add(k, l, dsa->q))
         goto err;
-    if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
-        if (!BN_add(k, k, dsa->q))
-            goto err;
-    }
+
+    BN_consttime_swap(BN_is_bit_set(l, q_bits), k, l, q_words + 2);
 
     if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
             if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, k, dsa->p, ctx,
@@ -213,8 +264,8 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
         goto err;
 
-    /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
-    if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
+    /* Compute part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
+    if ((kinv = dsa_mod_inverse_fermat(k, dsa->q, ctx)) == NULL)
         goto err;
 
     BN_clear_free(*kinvp);
@@ -227,6 +278,7 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     if (ctx != ctx_in)
         BN_CTX_free(ctx);
     BN_clear_free(k);
+    BN_clear_free(l);
     return ret;
 }
 
@@ -346,3 +398,31 @@ static int dsa_finish(DSA *dsa)
     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
     return 1;
 }
+
+/*
+ * Compute the inverse of k modulo q.
+ * Since q is prime, Fermat's Little Theorem applies, which reduces this to
+ * mod-exp operation.  Both the exponent and modulus are public information
+ * so a mod-exp that doesn't leak the base is sufficient.  A newly allocated
+ * BIGNUM is returned which the caller must free.
+ */
+static BIGNUM *dsa_mod_inverse_fermat(const BIGNUM *k, const BIGNUM *q,
+                                      BN_CTX *ctx)
+{
+    BIGNUM *res = NULL;
+    BIGNUM *r, *e;
+
+    if ((r = BN_new()) == NULL)
+        return NULL;
+
+    BN_CTX_start(ctx);
+    if ((e = BN_CTX_get(ctx)) != NULL
+            && BN_set_word(r, 2)
+            && BN_sub(e, q, r)
+            && BN_mod_exp_mont(r, k, e, q, ctx, NULL))
+        res = r;
+    else
+        BN_free(r);
+    BN_CTX_end(ctx);
+    return res;
+}