crypto/libressl/crypto/ecdsa/ecs_ossl.c

   1 /* $OpenBSD: ecs_ossl.c,v 1.5 2014/07/12 16:03:37 miod Exp $ */
   2 /*
   3  * Written by Nils Larsch for the OpenSSL project
   4  */
   5 /* ====================================================================
   6  * Copyright (c) 1998-2004 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  *    openssl-core@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 #include <openssl/opensslconf.h>
  60
  61 #include "ecs_locl.h"
  62 #include <openssl/err.h>
  63 #include <openssl/obj_mac.h>
  64 #include <openssl/bn.h>
  65
  66 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  67     const BIGNUM *, const BIGNUM *, EC_KEY *eckey);
  68 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  69     BIGNUM **rp);
  70 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  71     const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  72
  73 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  74         .name = "OpenSSL ECDSA method",
  75         .ecdsa_do_sign = ecdsa_do_sign,
  76         .ecdsa_sign_setup = ecdsa_sign_setup,
  77         .ecdsa_do_verify = ecdsa_do_verify
  78 };
  79
  80 const ECDSA_METHOD *
  81 ECDSA_OpenSSL(void)
  82 {
  83         return &openssl_ecdsa_meth;
  84 }
  85
  86 static int
  87 ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
  88 {
  89         BN_CTX   *ctx = NULL;
  90         BIGNUM   *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
  91         EC_POINT *tmp_point = NULL;
  92         const EC_GROUP *group;
  93         int      ret = 0;
  94
  95         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL) {
  96                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
  97                 return 0;
  98         }
  99
 100         if (ctx_in == NULL) {
 101                 if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) {
 102                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 103                             ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 104                         return 0;
 105                 }
 106         } else
 107                 ctx = ctx_in;
 108
 109         k = BN_new();   /* this value is later returned in *kinvp */
 110         r = BN_new();   /* this value is later returned in *rp    */
 111         order = BN_new();
 112         X = BN_new();
 113         if (!k || !r || !order || !X) {
 114                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 115                 goto err;
 116         }
 117         if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 118                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 119                 goto err;
 120         }
 121         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 122                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 123                 goto err;
 124         }
 125
 126         do {
 127                 /* get random k */
 128                 do
 129                         if (!BN_rand_range(k, order)) {
 130                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 131                                     ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 132                                 goto err;
 133                         }
 134                 while (BN_is_zero(k));
 135
 136                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 137                  * so we compute G*k using an equivalent scalar of fixed
 138                  * bit-length. */
 139                 if (!BN_add(k, k, order))
 140                         goto err;
 141                 if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
 142                         if (!BN_add(k, k, order))
 143                                 goto err;
 144
 145                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 146                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx)) {
 147                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 148                         goto err;
 149                 }
 150                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 151                     NID_X9_62_prime_field) {
 152                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 153                             tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 154                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 155                                     ERR_R_EC_LIB);
 156                                 goto err;
 157                         }
 158                 }
 159 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 160                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 161                 {
 162                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 163                             tmp_point, X, NULL, ctx)) {
 164                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 165                                     ERR_R_EC_LIB);
 166                                 goto err;
 167                         }
 168                 }
 169 #endif
 170                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx)) {
 171                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 172                         goto err;
 173                 }
 174         } while (BN_is_zero(r));
 175
 176         /* compute the inverse of k */
 177         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx)) {
 178                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 179                 goto err;
 180         }
 181         /* clear old values if necessary */
 182         BN_clear_free(*rp);
 183         BN_clear_free(*kinvp);
 184         /* save the pre-computed values  */
 185         *rp = r;
 186         *kinvp = k;
 187         ret = 1;
 188
 189 err:
 190         if (!ret) {
 191                 BN_clear_free(k);
 192                 BN_clear_free(r);
 193         }
 194         if (ctx_in == NULL)
 195                 BN_CTX_free(ctx);
 196         BN_free(order);
 197         EC_POINT_free(tmp_point);
 198         BN_clear_free(X);
 199         return (ret);
 200 }
 201
 202
 203 static ECDSA_SIG *
 204 ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 205     const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r, EC_KEY *eckey)
 206 {
 207         int     ok = 0, i;
 208         BIGNUM *kinv = NULL, *s, *m = NULL, *tmp = NULL, *order = NULL;
 209         const BIGNUM *ckinv;
 210         BN_CTX     *ctx = NULL;
 211         const EC_GROUP   *group;
 212         ECDSA_SIG  *ret;
 213         ECDSA_DATA *ecdsa;
 214         const BIGNUM *priv_key;
 215
 216         ecdsa = ecdsa_check(eckey);
 217         group = EC_KEY_get0_group(eckey);
 218         priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 219
 220         if (group == NULL || priv_key == NULL || ecdsa == NULL) {
 221                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 222                 return NULL;
 223         }
 224
 225         ret = ECDSA_SIG_new();
 226         if (!ret) {
 227                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 228                 return NULL;
 229         }
 230         s = ret->s;
 231
 232         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 233             (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL) {
 234                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 235                 goto err;
 236         }
 237
 238         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 239                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 240                 goto err;
 241         }
 242         i = BN_num_bits(order);
 243         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 244          * bytes.
 245          */
 246         if (8 * dgst_len > i)
 247                 dgst_len = (i + 7)/8;
 248         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 249                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 250                 goto err;
 251         }
 252         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 253         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 254                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 255                 goto err;
 256         }
 257         do {
 258                 if (in_kinv == NULL || in_r == NULL) {
 259                         if (!ECDSA_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r)) {
 260                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,
 261                                     ERR_R_ECDSA_LIB);
 262                                 goto err;
 263                         }
 264                         ckinv = kinv;
 265                 } else {
 266                         ckinv = in_kinv;
 267                         if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL) {
 268                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,
 269                                     ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 270                                 goto err;
 271                         }
 272                 }
 273
 274                 if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx)) {
 275                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 276                         goto err;
 277                 }
 278                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order)) {
 279                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 280                         goto err;
 281                 }
 282                 if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx)) {
 283                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 284                         goto err;
 285                 }
 286                 if (BN_is_zero(s)) {
 287                         /* if kinv and r have been supplied by the caller
 288                          * don't to generate new kinv and r values */
 289                         if (in_kinv != NULL && in_r != NULL) {
 290                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,
 291                                     ECDSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 292                                 goto err;
 293                         }
 294                 } else
 295                         /* s != 0 => we have a valid signature */
 296                         break;
 297         } while (1);
 298
 299         ok = 1;
 300
 301 err:
 302         if (!ok) {
 303                 ECDSA_SIG_free(ret);
 304                 ret = NULL;
 305         }
 306         BN_CTX_free(ctx);
 307         BN_clear_free(m);
 308         BN_clear_free(tmp);
 309         BN_free(order);
 310         BN_clear_free(kinv);
 311         return ret;
 312 }
 313
 314 static int
 315 ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, const ECDSA_SIG *sig,
 316     EC_KEY *eckey)
 317 {
 318         int ret = -1, i;
 319         BN_CTX   *ctx;
 320         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 321         EC_POINT *point = NULL;
 322         const EC_GROUP *group;
 323         const EC_POINT *pub_key;
 324
 325         /* check input values */
 326         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 327             (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL) {
 328                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 329                 return -1;
 330         }
 331
 332         ctx = BN_CTX_new();
 333         if (!ctx) {
 334                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 335                 return -1;
 336         }
 337         BN_CTX_start(ctx);
 338         order = BN_CTX_get(ctx);
 339         u1 = BN_CTX_get(ctx);
 340         u2 = BN_CTX_get(ctx);
 341         m = BN_CTX_get(ctx);
 342         X = BN_CTX_get(ctx);
 343         if (!X) {
 344                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 345                 goto err;
 346         }
 347
 348         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) {
 349                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 350                 goto err;
 351         }
 352
 353         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_is_negative(sig->r) ||
 354             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 355             BN_is_negative(sig->s)      || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0) {
 356                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 357                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 358                 goto err;
 359         }
 360         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 361         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx)) {
 362                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 363                 goto err;
 364         }
 365         /* digest -> m */
 366         i = BN_num_bits(order);
 367         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 368          * bytes.
 369          */
 370         if (8 * dgst_len > i)
 371                 dgst_len = (i + 7)/8;
 372         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m)) {
 373                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 374                 goto err;
 375         }
 376         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 377         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7))) {
 378                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 379                 goto err;
 380         }
 381         /* u1 = m * tmp mod order */
 382         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx)) {
 383                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 384                 goto err;
 385         }
 386         /* u2 = r * w mod q */
 387         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx)) {
 388                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 389                 goto err;
 390         }
 391
 392         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL) {
 393                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 394                 goto err;
 395         }
 396         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx)) {
 397                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 398                 goto err;
 399         }
 400         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) ==
 401             NID_X9_62_prime_field) {
 402                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 403                     point, X, NULL, ctx)) {
 404                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 405                         goto err;
 406                 }
 407         }
 408 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 409         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 410         {
 411                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 412                     point, X, NULL, ctx)) {
 413                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 414                         goto err;
 415                 }
 416         }
 417 #endif
 418         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx)) {
 419                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 420                 goto err;
 421         }
 422         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 423         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 424
 425 err:
 426         BN_CTX_end(ctx);
 427         BN_CTX_free(ctx);
 428         EC_POINT_free(point);
 429         return ret;
 430 }