[crypto/ec] don't assume points are of order group->order
[openssl.git] / crypto / ec / ecdsa_ossl.c
index e48d100e0481088d5dc4d9121dd9b35b1958b2ac..c103917e76af7bdb6e567feb6a8151728ab89a32 100644 (file)
@@ -1,59 +1,10 @@
-/* crypto/ec/ecdsa_ossl.c */
 /*
- * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project
- */
-/* ====================================================================
- * Copyright (c) 1998-2004 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
- *
- * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
- * modification, are permitted provided that the following conditions
- * are met:
- *
- * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
- *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
- *
- * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
- *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
- *    the documentation and/or other materials provided with the
- *    distribution.
- *
- * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
- *    software must display the following acknowledgment:
- *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
- *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
- *
- * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
- *    endorse or promote products derived from this software without
- *    prior written permission. For written permission, please contact
- *    openssl-core@OpenSSL.org.
- *
- * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
- *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
- *    permission of the OpenSSL Project.
- *
- * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
- *    acknowledgment:
- *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
- *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
- *
- * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
- * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
- * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
- * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
- * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
- * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
- * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
- * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
- * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
- * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
- * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
- * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
- * ====================================================================
- *
- * This product includes cryptographic software written by Eric Young
- * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
- * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
+ * Copyright 2002-2017 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
+ * in the file LICENSE in the source distribution or at
+ * https://www.openssl.org/source/license.html
  */
 
 #include <string.h>
@@ -85,16 +36,23 @@ static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
                             const unsigned char *dgst, int dlen)
 {
     BN_CTX *ctx = NULL;
-    BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
+    BIGNUM *k = NULL, *r = NULL, *X = NULL;
+    const BIGNUM *order;
     EC_POINT *tmp_point = NULL;
     const EC_GROUP *group;
     int ret = 0;
+    int order_bits;
 
     if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
         return 0;
     }
 
+    if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
+        ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
+        return 0;
+    }
+
     if (ctx_in == NULL) {
         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
             ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
@@ -105,9 +63,8 @@ static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
 
     k = BN_new();               /* this value is later returned in *kinvp */
     r = BN_new();               /* this value is later returned in *rp */
-    order = BN_new();
     X = BN_new();
-    if (k == NULL || r == NULL || order == NULL || X == NULL) {
+    if (k == NULL || r == NULL || X == NULL) {
         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
         goto err;
     }
@@ -115,11 +72,19 @@ static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
         goto err;
     }
-    if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
+    order = EC_GROUP_get0_order(group);
+    if (order == NULL) {
         ECerr(EC_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
         goto err;
     }
 
+    /* Preallocate space */
+    order_bits = BN_num_bits(order);
+    if (!BN_set_bit(k, order_bits)
+        || !BN_set_bit(r, order_bits)
+        || !BN_set_bit(X, order_bits))
+        goto err;
+
     do {
         /* get random k */
         do
@@ -143,13 +108,19 @@ static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
         /*
          * 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 order.  This guarantees the code
+         * path used in the constant time implementations elsewhere.
+         *
+         * TODO: revisit the BN_copy aiming for a memory access agnostic
+         * conditional copy.
          */
-
-        if (!BN_add(k, k, order))
+        if (!BN_add(r, k, order)
+            || !BN_add(X, r, order)
+            || !BN_copy(k, BN_num_bits(r) > order_bits ? r : X))
             goto err;
-        if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
-            if (!BN_add(k, k, order))
-                goto err;
 
         /* compute r the x-coordinate of generator * k */
         if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
@@ -223,7 +194,6 @@ static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in,
     }
     if (ctx != ctx_in)
         BN_CTX_free(ctx);
-    BN_free(order);
     EC_POINT_free(tmp_point);
     BN_clear_free(X);
     return (ret);
@@ -240,8 +210,9 @@ ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
                                EC_KEY *eckey)
 {
     int ok = 0, i;
-    BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL, *order = NULL;
-    const BIGNUM *ckinv;
+    BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL, *blind = NULL;
+    BIGNUM *blindm = NULL;
+    const BIGNUM *order, *ckinv;
     BN_CTX *ctx = NULL;
     const EC_GROUP *group;
     ECDSA_SIG *ret;
@@ -255,20 +226,42 @@ ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
         return NULL;
     }
 
+    if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
+        ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
+        return NULL;
+    }
+
     ret = ECDSA_SIG_new();
     if (ret == NULL) {
         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
         return NULL;
     }
+    ret->r = BN_new();
+    ret->s = BN_new();
+    if (ret->r == NULL || ret->s == NULL) {
+        ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
+        goto err;
+    }
     s = ret->s;
 
-    if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
-        (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
+    ctx = BN_CTX_secure_new();
+    if (ctx == NULL) {
+        ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
+        goto err;
+    }
+
+    BN_CTX_start(ctx);
+    tmp = BN_CTX_get(ctx);
+    m = BN_CTX_get(ctx);
+    blind = BN_CTX_get(ctx);
+    blindm = BN_CTX_get(ctx);
+    if (blindm == NULL) {
         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
         goto err;
     }
 
-    if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
+    order = EC_GROUP_get0_order(group);
+    if (order == NULL) {
         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_EC_LIB);
         goto err;
     }
@@ -302,18 +295,64 @@ ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
             }
         }
 
-        if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
+        /*
+         * The normal signature calculation is:
+         *
+         *   s := k^-1 * (m + r * priv_key) mod order
+         *
+         * We will blind this to protect against side channel attacks
+         *
+         *   s := blind^-1 * k^-1 * (blind * m + blind * r * priv_key) mod order
+         */
+
+        /* Generate a blinding value */
+        do {
+            if (!BN_rand(blind, BN_num_bits(order) - 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 order */
+        if (!BN_mod_mul(tmp, blind, priv_key, order, ctx)) {
+            ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
+            goto err;
+        }
+        if (!BN_mod_mul(tmp, tmp, ret->r, order, ctx)) {
+            ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
+            goto err;
+        }
+
+        /* blindm := blind * m mod order */
+        if (!BN_mod_mul(blindm, blind, m, order, ctx)) {
             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
             goto err;
         }
-        if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
+
+        /* s : = (blind * priv_key * r) + (blind * m) mod order */
+        if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, blindm, order)) {
             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
             goto err;
         }
+
+        /* s := s * k^-1 mod order */
         if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
             ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
             goto err;
         }
+
+        /* s:= s * blind^-1 mod order */
+        if (BN_mod_inverse(blind, blind, order, ctx) == NULL) {
+            ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
+            goto err;
+        }
+        if (!BN_mod_mul(s, s, blind, order, ctx)) {
+            ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_SIGN_SIG, ERR_R_BN_LIB);
+            goto err;
+        }
+
         if (BN_is_zero(s)) {
             /*
              * if kinv and r have been supplied by the caller don't to
@@ -335,10 +374,8 @@ ECDSA_SIG *ossl_ecdsa_sign_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
         ECDSA_SIG_free(ret);
         ret = NULL;
     }
+    BN_CTX_end(ctx);
     BN_CTX_free(ctx);
-    BN_clear_free(m);
-    BN_clear_free(tmp);
-    BN_free(order);
     BN_clear_free(kinv);
     return ret;
 }
@@ -379,7 +416,8 @@ int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 {
     int ret = -1, i;
     BN_CTX *ctx;
-    BIGNUM *order, *u1, *u2, *m, *X;
+    const BIGNUM *order;
+    BIGNUM *u1, *u2, *m, *X;
     EC_POINT *point = NULL;
     const EC_GROUP *group;
     const EC_POINT *pub_key;
@@ -391,13 +429,17 @@ int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
         return -1;
     }
 
+    if (!EC_KEY_can_sign(eckey)) {
+        ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, EC_R_CURVE_DOES_NOT_SUPPORT_SIGNING);
+        return -1;
+    }
+
     ctx = BN_CTX_new();
     if (ctx == NULL) {
         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
         return -1;
     }
     BN_CTX_start(ctx);
-    order = BN_CTX_get(ctx);
     u1 = BN_CTX_get(ctx);
     u2 = BN_CTX_get(ctx);
     m = BN_CTX_get(ctx);
@@ -407,7 +449,8 @@ int ossl_ecdsa_verify_sig(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
         goto err;
     }
 
-    if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
+    order = EC_GROUP_get0_order(group);
+    if (order == NULL) {
         ECerr(EC_F_OSSL_ECDSA_VERIFY_SIG, ERR_R_EC_LIB);
         goto err;
     }