crypto/libressl/crypto/rsa/rsa_oaep.c

   1 /* $OpenBSD: rsa_oaep.c,v 1.35 2022/02/20 19:16:34 tb Exp $ */
   2 /*
   3  * Copyright 1999-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  *
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  *
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  14  *    the documentation and/or other materials provided with the
  15  *    distribution.
  16  *
  17  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  18  *    software must display the following acknowledgment:
  19  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  20  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
  21  *
  22  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  23  *    endorse or promote products derived from this software without
  24  *    prior written permission. For written permission, please contact
  25  *    openssl-core@openssl.org.
  26  *
  27  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  28  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  29  *    permission of the OpenSSL Project.
  30  *
  31  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  32  *    acknowledgment:
  33  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  34  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
  35  *
  36  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  37  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  38  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  39  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  40  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  41  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  42  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  43  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  44  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  45  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  46  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
  47  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  48  * ====================================================================
  49  *
  50  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
  51  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
  52  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  53  *
  54  */
  55
  56 /* EME-OAEP as defined in RFC 2437 (PKCS #1 v2.0) */
  57
  58 /* See Victor Shoup, "OAEP reconsidered," Nov. 2000,
  59  * <URL: http://www.shoup.net/papers/oaep.ps.Z>
  60  * for problems with the security proof for the
  61  * original OAEP scheme, which EME-OAEP is based on.
  62  *
  63  * A new proof can be found in E. Fujisaki, T. Okamoto,
  64  * D. Pointcheval, J. Stern, "RSA-OEAP is Still Alive!",
  65  * Dec. 2000, <URL: http://eprint.iacr.org/2000/061/>.
  66  * The new proof has stronger requirements for the
  67  * underlying permutation: "partial-one-wayness" instead
  68  * of one-wayness.  For the RSA function, this is
  69  * an equivalent notion.
  70  */
  71
  72 #include <stdio.h>
  73 #include <stdlib.h>
  74 #include <string.h>
  75
  76 #include <openssl/bn.h>
  77 #include <openssl/err.h>
  78 #include <openssl/evp.h>
  79 #include <openssl/rsa.h>
  80 #include <openssl/sha.h>
  81
  82 #include "constant_time_locl.h"
  83 #include "evp_locl.h"
  84 #include "rsa_locl.h"
  85
  86 int
  87 RSA_padding_add_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
  88     const unsigned char *from, int flen, const unsigned char *param, int plen)
  89 {
  90         return RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen, param,
  91             plen, NULL, NULL);
  92 }
  93
  94 int
  95 RSA_padding_add_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
  96     const unsigned char *from, int flen, const unsigned char *param, int plen,
  97     const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
  98 {
  99         int i, emlen = tlen - 1;
 100         unsigned char *db, *seed;
 101         unsigned char *dbmask = NULL;
 102         unsigned char seedmask[EVP_MAX_MD_SIZE];
 103         int mdlen, dbmask_len = 0;
 104         int rv = 0;
 105
 106         if (md == NULL)
 107                 md = EVP_sha1();
 108         if (mgf1md == NULL)
 109                 mgf1md = md;
 110
 111         if ((mdlen = EVP_MD_size(md)) <= 0)
 112                 goto err;
 113
 114         if (flen > emlen - 2 * mdlen - 1) {
 115                 RSAerror(RSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
 116                 goto err;
 117         }
 118
 119         if (emlen < 2 * mdlen + 1) {
 120                 RSAerror(RSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 121                 goto err;
 122         }
 123
 124         to[0] = 0;
 125         seed = to + 1;
 126         db = to + mdlen + 1;
 127
 128         if (!EVP_Digest((void *)param, plen, db, NULL, md, NULL))
 129                 goto err;
 130
 131         memset(db + mdlen, 0, emlen - flen - 2 * mdlen - 1);
 132         db[emlen - flen - mdlen - 1] = 0x01;
 133         memcpy(db + emlen - flen - mdlen, from, flen);
 134         arc4random_buf(seed, mdlen);
 135
 136         dbmask_len = emlen - mdlen;
 137         if ((dbmask = malloc(dbmask_len)) == NULL) {
 138                 RSAerror(ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 139                 goto err;
 140         }
 141
 142         if (PKCS1_MGF1(dbmask, dbmask_len, seed, mdlen, mgf1md) < 0)
 143                 goto err;
 144         for (i = 0; i < dbmask_len; i++)
 145                 db[i] ^= dbmask[i];
 146         if (PKCS1_MGF1(seedmask, mdlen, db, dbmask_len, mgf1md) < 0)
 147                 goto err;
 148         for (i = 0; i < mdlen; i++)
 149                 seed[i] ^= seedmask[i];
 150
 151         rv = 1;
 152
 153  err:
 154         explicit_bzero(seedmask, sizeof(seedmask));
 155         freezero(dbmask, dbmask_len);
 156
 157         return rv;
 158 }
 159
 160 int
 161 RSA_padding_check_PKCS1_OAEP(unsigned char *to, int tlen,
 162     const unsigned char *from, int flen, int num, const unsigned char *param,
 163     int plen)
 164 {
 165         return RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(to, tlen, from, flen, num,
 166             param, plen, NULL, NULL);
 167 }
 168
 169 int
 170 RSA_padding_check_PKCS1_OAEP_mgf1(unsigned char *to, int tlen,
 171     const unsigned char *from, int flen, int num, const unsigned char *param,
 172     int plen, const EVP_MD *md, const EVP_MD *mgf1md)
 173 {
 174         int i, dblen = 0, mlen = -1, one_index = 0, msg_index;
 175         unsigned int good = 0, found_one_byte, mask;
 176         const unsigned char *maskedseed, *maskeddb;
 177         unsigned char seed[EVP_MAX_MD_SIZE], phash[EVP_MAX_MD_SIZE];
 178         unsigned char *db = NULL, *em = NULL;
 179         int mdlen;
 180
 181         if (md == NULL)
 182                 md = EVP_sha1();
 183         if (mgf1md == NULL)
 184                 mgf1md = md;
 185
 186         if ((mdlen = EVP_MD_size(md)) <= 0)
 187                 return -1;
 188
 189         if (tlen <= 0 || flen <= 0)
 190                 return -1;
 191
 192         /*
 193          * |num| is the length of the modulus; |flen| is the length of the
 194          * encoded message. Therefore, for any |from| that was obtained by
 195          * decrypting a ciphertext, we must have |flen| <= |num|. Similarly,
 196          * |num| >= 2 * |mdlen| + 2 must hold for the modulus irrespective
 197          * of the ciphertext, see PKCS #1 v2.2, section 7.1.2.
 198          * This does not leak any side-channel information.
 199          */
 200         if (num < flen || num < 2 * mdlen + 2) {
 201                 RSAerror(RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
 202                 return -1;
 203         }
 204
 205         dblen = num - mdlen - 1;
 206         if ((db = malloc(dblen)) == NULL) {
 207                 RSAerror(ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 208                 goto cleanup;
 209         }
 210         if ((em = malloc(num)) == NULL) {
 211                 RSAerror(ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 212                 goto cleanup;
 213         }
 214
 215         /*
 216          * Caller is encouraged to pass zero-padded message created with
 217          * BN_bn2binpad. Trouble is that since we can't read out of |from|'s
 218          * bounds, it's impossible to have an invariant memory access pattern
 219          * in case |from| was not zero-padded in advance.
 220          */
 221         for (from += flen, em += num, i = 0; i < num; i++) {
 222                 mask = ~constant_time_is_zero(flen);
 223                 flen -= 1 & mask;
 224                 from -= 1 & mask;
 225                 *--em = *from & mask;
 226         }
 227
 228         /*
 229          * The first byte must be zero, however we must not leak if this is
 230          * true. See James H. Manger, "A Chosen Ciphertext Attack on RSA
 231          * Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) [...]", CRYPTO 2001).
 232          */
 233         good = constant_time_is_zero(em[0]);
 234
 235         maskedseed = em + 1;
 236         maskeddb = em + 1 + mdlen;
 237
 238         if (PKCS1_MGF1(seed, mdlen, maskeddb, dblen, mgf1md))
 239                 goto cleanup;
 240         for (i = 0; i < mdlen; i++)
 241                 seed[i] ^= maskedseed[i];
 242
 243         if (PKCS1_MGF1(db, dblen, seed, mdlen, mgf1md))
 244                 goto cleanup;
 245         for (i = 0; i < dblen; i++)
 246                 db[i] ^= maskeddb[i];
 247
 248         if (!EVP_Digest((void *)param, plen, phash, NULL, md, NULL))
 249                 goto cleanup;
 250
 251         good &= constant_time_is_zero(timingsafe_memcmp(db, phash, mdlen));
 252
 253         found_one_byte = 0;
 254         for (i = mdlen; i < dblen; i++) {
 255                 /*
 256                  * Padding consists of a number of 0-bytes, followed by a 1.
 257                  */
 258                 unsigned int equals1 = constant_time_eq(db[i], 1);
 259                 unsigned int equals0 = constant_time_is_zero(db[i]);
 260
 261                 one_index = constant_time_select_int(~found_one_byte & equals1,
 262                     i, one_index);
 263                 found_one_byte |= equals1;
 264                 good &= (found_one_byte | equals0);
 265         }
 266
 267         good &= found_one_byte;
 268
 269         /*
 270          * At this point |good| is zero unless the plaintext was valid,
 271          * so plaintext-awareness ensures timing side-channels are no longer a
 272          * concern.
 273          */
 274         msg_index = one_index + 1;
 275         mlen = dblen - msg_index;
 276
 277         /*
 278          * For good measure, do this check in constant time as well.
 279          */
 280         good &= constant_time_ge(tlen, mlen);
 281
 282         /*
 283          * Even though we can't fake result's length, we can pretend copying
 284          * |tlen| bytes where |mlen| bytes would be real. The last |tlen| of
 285          * |dblen| bytes are viewed as a circular buffer starting at |tlen|-|mlen'|,
 286          * where |mlen'| is the "saturated" |mlen| value. Deducing information
 287          * about failure or |mlen| would require an attacker to observe
 288          * memory access patterns with byte granularity *as it occurs*. It
 289          * should be noted that failure is indistinguishable from normal
 290          * operation if |tlen| is fixed by protocol.
 291          */
 292         tlen = constant_time_select_int(constant_time_lt(dblen - mdlen - 1, tlen),
 293             dblen - mdlen - 1, tlen);
 294         msg_index = constant_time_select_int(good, msg_index, dblen - tlen);
 295         mlen = dblen - msg_index;
 296         for (mask = good, i = 0; i < tlen; i++) {
 297                 unsigned int equals = constant_time_eq(msg_index, dblen);
 298
 299                 msg_index -= tlen & equals;     /* rewind at EOF */
 300                 mask &= ~equals;                /* mask = 0 at EOF */
 301                 to[i] = constant_time_select_8(mask, db[msg_index++], to[i]);
 302         }
 303
 304         /*
 305          * To avoid chosen ciphertext attacks, the error message should not
 306          * reveal which kind of decoding error happened.
 307          */
 308         RSAerror(RSA_R_OAEP_DECODING_ERROR);
 309         err_clear_last_constant_time(1 & good);
 310
 311  cleanup:
 312         explicit_bzero(seed, sizeof(seed));
 313         freezero(db, dblen);
 314         freezero(em, num);
 315
 316         return constant_time_select_int(good, mlen, -1);
 317 }
 318
 319 int
 320 PKCS1_MGF1(unsigned char *mask, long len, const unsigned char *seed,
 321     long seedlen, const EVP_MD *dgst)
 322 {
 323         long i, outlen = 0;
 324         unsigned char cnt[4];
 325         EVP_MD_CTX c;
 326         unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 327         int mdlen;
 328         int rv = -1;
 329
 330         EVP_MD_CTX_init(&c);
 331         mdlen = EVP_MD_size(dgst);
 332         if (mdlen < 0)
 333                 goto err;
 334         for (i = 0; outlen < len; i++) {
 335                 cnt[0] = (unsigned char)((i >> 24) & 255);
 336                 cnt[1] = (unsigned char)((i >> 16) & 255);
 337                 cnt[2] = (unsigned char)((i >> 8)) & 255;
 338                 cnt[3] = (unsigned char)(i & 255);
 339                 if (!EVP_DigestInit_ex(&c, dgst, NULL) ||
 340                     !EVP_DigestUpdate(&c, seed, seedlen) ||
 341                     !EVP_DigestUpdate(&c, cnt, 4))
 342                         goto err;
 343                 if (outlen + mdlen <= len) {
 344                         if (!EVP_DigestFinal_ex(&c, mask + outlen, NULL))
 345                                 goto err;
 346                         outlen += mdlen;
 347                 } else {
 348                         if (!EVP_DigestFinal_ex(&c, md, NULL))
 349                                 goto err;
 350                         memcpy(mask + outlen, md, len - outlen);
 351                         outlen = len;
 352                 }
 353         }
 354         rv = 0;
 355  err:
 356         EVP_MD_CTX_cleanup(&c);
 357         return rv;
 358 }