crypto/sm2/sm2_sign.c: ensure UINT16_MAX is properly defined
[openssl.git] / crypto / dsa / dsa_ossl.c
index ce1da1cd6fa121f1ae0961ac2d2e9f81de4d8c9b..ac1f65a51a7514638134a4184b7ac8ef55299c62 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /*
- * 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
  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
@@ -7,14 +7,11 @@
  * https://www.openssl.org/source/license.html
  */
 
-/* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
-
 #include <stdio.h>
 #include "internal/cryptlib.h"
 #include <openssl/bn.h>
 #include <openssl/sha.h>
 #include "dsa_locl.h"
-#include <openssl/rand.h>
 #include <openssl/asn1.h>
 
 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
@@ -42,41 +39,17 @@ static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
     NULL
 };
 
-/*-
- * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
- * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
- * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
- *
- *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
- *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
- *
- * can be replaced by;
- *
- *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
- *                 dsa->method_mont_p);
- */
+static const DSA_METHOD *default_DSA_method = &openssl_dsa_meth;
+
+void DSA_set_default_method(const DSA_METHOD *meth)
+{
+    default_DSA_method = meth;
+}
 
-#define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
-        do { \
-        int _tmp_res53; \
-        if ((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
-                _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
-                                (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
-        else \
-                _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
-                                (m), (ctx), (in_mont)); \
-        if (!_tmp_res53) err_instr; \
-        } while(0)
-#define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
-        do { \
-        int _tmp_res53; \
-        if ((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
-                _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
-                                (m), (ctx), (m_ctx)); \
-        else \
-                _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
-        if (!_tmp_res53) err_instr; \
-        } while(0)
+const DSA_METHOD *DSA_get_default_method(void)
+{
+    return default_DSA_method;
+}
 
 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 {
@@ -86,20 +59,13 @@ 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 *r, *s;
+    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;
     }
@@ -107,14 +73,23 @@ static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
     ret = DSA_SIG_new();
     if (ret == NULL)
         goto err;
-
-    DSA_SIG_get0(&r, &s, ret);
+    ret->r = BN_new();
+    ret->s = BN_new();
+    if (ret->r == NULL || ret->s == NULL)
+        goto err;
 
     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, &r, dgst, dlen))
+    if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen))
         goto err;
 
     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
@@ -127,22 +102,55 @@ 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, r, dsa->q, ctx))
-        goto err;               /* s = xr */
-    if (!BN_add(s, xr, m))
-        goto err;               /* s = m + xr */
-    if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
-        if (!BN_sub(s, 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;
-    if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
+    } 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.
      */
-    if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s))
+    if (BN_is_zero(ret->r) || BN_is_zero(ret->s))
         goto redo;
 
     rv = 1;
@@ -154,8 +162,6 @@ 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;
 }
@@ -171,8 +177,10 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 {
     BN_CTX *ctx = NULL;
-    BIGNUM *k, *kq, *K, *kinv = NULL, *r = *rp;
+    BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
+    BIGNUM *l, *m;
     int ret = 0;
+    int q_bits;
 
     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
@@ -180,8 +188,9 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     }
 
     k = BN_new();
-    kq = BN_new();
-    if (k == NULL || kq == NULL)
+    l = BN_new();
+    m = BN_new();
+    if (k == NULL || l == NULL || m == NULL)
         goto err;
 
     if (ctx_in == NULL) {
@@ -190,6 +199,13 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
     } else
         ctx = ctx_in;
 
+    /* Preallocate space */
+    q_bits = BN_num_bits(dsa->q);
+    if (!BN_set_bit(k, q_bits)
+        || !BN_set_bit(l, q_bits)
+        || !BN_set_bit(m, q_bits))
+        goto err;
+
     /* Get random k */
     do {
         if (dgst != NULL) {
@@ -200,13 +216,11 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
                                        dlen, ctx))
                 goto err;
-        } else if (!BN_rand_range(k, dsa->q))
+        } else if (!BN_priv_rand_range(k, dsa->q))
             goto err;
     } while (BN_is_zero(k));
 
-    if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
-        BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
-    }
+    BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 
     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
@@ -216,30 +230,31 @@ static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 
     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 
-    if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
-        if (!BN_copy(kq, k))
-            goto err;
-
-        /*
-         * 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.)
-         */
+    /*
+     * We do not want timing information to leak the length of k, so we
+     * 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.
+     *
+     * TODO: revisit the BN_copy aiming for a memory access agnostic
+     * conditional copy.
+     */
+    if (!BN_add(l, k, dsa->q)
+        || !BN_add(m, l, dsa->q)
+        || !BN_copy(k, BN_num_bits(l) > q_bits ? l : m))
+        goto err;
 
-        if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
-            goto err;
-        if (BN_num_bits(kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
-            if (!BN_add(kq, kq, dsa->q))
+    if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
+            if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, k, dsa->p, ctx,
+                                       dsa->method_mont_p))
                 goto err;
-        }
-
-        K = kq;
     } else {
-        K = k;
+            if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->g, k, dsa->p, ctx, dsa->method_mont_p))
+                goto err;
     }
-    DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
-                   dsa->method_mont_p);
+
     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
         goto err;
 
@@ -257,7 +272,8 @@ 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(kq);
+    BN_clear_free(l);
+    BN_clear_free(m);
     return ret;
 }
 
@@ -267,7 +283,7 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
     BN_CTX *ctx;
     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
-    BIGNUM *r, *s;
+    const BIGNUM *r, *s;
     int ret = -1, i;
     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
@@ -292,7 +308,7 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
         goto err;
 
-    DSA_SIG_get0(&r, &s, sig);
+    DSA_SIG_get0(sig, &r, &s);
 
     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
         BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
@@ -337,9 +353,16 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
             goto err;
     }
 
-    DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
-                mont);
-    /* BN_copy(&u1,&t1); */
+    if (dsa->meth->dsa_mod_exp != NULL) {
+        if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2,
+                                    dsa->p, ctx, mont))
+            goto err;
+    } else {
+        if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
+                              mont))
+            goto err;
+    }
+
     /* let u1 = u1 mod q */
     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
         goto err;
@@ -356,17 +379,17 @@ static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
     BN_free(u1);
     BN_free(u2);
     BN_free(t1);
-    return (ret);
+    return ret;
 }
 
 static int dsa_init(DSA *dsa)
 {
     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
-    return (1);
+    return 1;
 }
 
 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 {
     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
-    return (1);
+    return 1;
 }