crypto/openssl/crypto/ecdsa/ecs_ossl.c

   1 /* crypto/ecdsa/ecs_ossl.c */
   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 "ecs_locl.h"
  60 #include <openssl/err.h>
  61 #include <openssl/obj_mac.h>
  62 #include <openssl/bn.h>
  63
  64 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen,
  65                 const BIGNUM *, const BIGNUM *, EC_KEY *eckey);
  66 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  67                 BIGNUM **rp);
  68 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  69                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey);
  70
  71 static ECDSA_METHOD openssl_ecdsa_meth = {
  72         "OpenSSL ECDSA method",
  73         ecdsa_do_sign,
  74         ecdsa_sign_setup,
  75         ecdsa_do_verify,
  76 #if 0
  77         NULL, /* init     */
  78         NULL, /* finish   */
  79 #endif
  80         0,    /* flags    */
  81         NULL  /* app_data */
  82 };
  83
  84 const ECDSA_METHOD *ECDSA_OpenSSL(void)
  85 {
  86         return &openssl_ecdsa_meth;
  87 }
  88
  89 static int ecdsa_sign_setup(EC_KEY *eckey, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  90                 BIGNUM **rp)
  91 {
  92         BN_CTX   *ctx = NULL;
  93         BIGNUM   *k = NULL, *r = NULL, *order = NULL, *X = NULL;
  94         EC_POINT *tmp_point=NULL;
  95         const EC_GROUP *group;
  96         int      ret = 0;
  97
  98         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL)
  99         {
 100                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 101                 return 0;
 102         }
 103
 104         if (ctx_in == NULL)
 105         {
 106                 if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 107                 {
 108                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 109                         return 0;
 110                 }
 111         }
 112         else
 113                 ctx = ctx_in;
 114
 115         k     = BN_new();       /* this value is later returned in *kinvp */
 116         r     = BN_new();       /* this value is later returned in *rp    */
 117         order = BN_new();
 118         X     = BN_new();
 119         if (!k || !r || !order || !X)
 120         {
 121                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 122                 goto err;
 123         }
 124         if ((tmp_point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 125         {
 126                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 127                 goto err;
 128         }
 129         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 130         {
 131                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 132                 goto err;
 133         }
 134
 135         do
 136         {
 137                 /* get random k */
 138                 do
 139                         if (!BN_rand_range(k, order))
 140                         {
 141                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,
 142                                  ECDSA_R_RANDOM_NUMBER_GENERATION_FAILED);
 143                                 goto err;
 144                         }
 145                 while (BN_is_zero(k));
 146
 147                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 148                  * so we compute G*k using an equivalent scalar of fixed
 149                  * bit-length. */
 150
 151                 if (!BN_add(k, k, order)) goto err;
 152                 if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
 153                         if (!BN_add(k, k, order)) goto err;
 154
 155                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 156                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx))
 157                 {
 158                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 159                         goto err;
 160                 }
 161                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 162                 {
 163                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 164                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 165                         {
 166                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 167                                 goto err;
 168                         }
 169                 }
 170                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 171                 {
 172                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 173                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 174                         {
 175                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 176                                 goto err;
 177                         }
 178                 }
 179                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx))
 180                 {
 181                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 182                         goto err;
 183                 }
 184         }
 185         while (BN_is_zero(r));
 186
 187         /* compute the inverse of k */
 188         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx))
 189         {
 190                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 191                 goto err;
 192         }
 193         /* clear old values if necessary */
 194         if (*rp != NULL)
 195                 BN_clear_free(*rp);
 196         if (*kinvp != NULL)
 197                 BN_clear_free(*kinvp);
 198         /* save the pre-computed values  */
 199         *rp    = r;
 200         *kinvp = k;
 201         ret = 1;
 202 err:
 203         if (!ret)
 204         {
 205                 if (k != NULL) BN_clear_free(k);
 206                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 207         }
 208         if (ctx_in == NULL)
 209                 BN_CTX_free(ctx);
 210         if (order != NULL)
 211                 BN_free(order);
 212         if (tmp_point != NULL)
 213                 EC_POINT_free(tmp_point);
 214         if (X)
 215                 BN_clear_free(X);
 216         return(ret);
 217 }
 218
 219
 220 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 221                 const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r, EC_KEY *eckey)
 222 {
 223         int     ok = 0, i;
 224         BIGNUM *kinv=NULL, *s, *m=NULL,*tmp=NULL,*order=NULL;
 225         const BIGNUM *ckinv;
 226         BN_CTX     *ctx = NULL;
 227         const EC_GROUP   *group;
 228         ECDSA_SIG  *ret;
 229         ECDSA_DATA *ecdsa;
 230         const BIGNUM *priv_key;
 231
 232         ecdsa    = ecdsa_check(eckey);
 233         group    = EC_KEY_get0_group(eckey);
 234         priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 235
 236         if (group == NULL || priv_key == NULL || ecdsa == NULL)
 237         {
 238                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 239                 return NULL;
 240         }
 241
 242         ret = ECDSA_SIG_new();
 243         if (!ret)
 244         {
 245                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 246                 return NULL;
 247         }
 248         s = ret->s;
 249
 250         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 251                 (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL)
 252         {
 253                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 254                 goto err;
 255         }
 256
 257         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 258         {
 259                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 260                 goto err;
 261         }
 262         i = BN_num_bits(order);
 263         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 264          * bytes.
 265          */
 266         if (8 * dgst_len > i)
 267                 dgst_len = (i + 7)/8;
 268         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 269         {
 270                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 271                 goto err;
 272         }
 273         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 274         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 275         {
 276                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 277                 goto err;
 278         }
 279         do
 280         {
 281                 if (in_kinv == NULL || in_r == NULL)
 282                 {
 283                         if (!ECDSA_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r))
 284                         {
 285                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,ERR_R_ECDSA_LIB);
 286                                 goto err;
 287                         }
 288                         ckinv = kinv;
 289                 }
 290                 else
 291                 {
 292                         ckinv  = in_kinv;
 293                         if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL)
 294                         {
 295                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 296                                 goto err;
 297                         }
 298                 }
 299
 300                 if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx))
 301                 {
 302                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 303                         goto err;
 304                 }
 305                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order))
 306                 {
 307                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 308                         goto err;
 309                 }
 310                 if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx))
 311                 {
 312                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 313                         goto err;
 314                 }
 315                 if (BN_is_zero(s))
 316                 {
 317                         /* if kinv and r have been supplied by the caller
 318                          * don't to generate new kinv and r values */
 319                         if (in_kinv != NULL && in_r != NULL)
 320                         {
 321                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ECDSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 322                                 goto err;
 323                         }
 324                 }
 325                 else
 326                         /* s != 0 => we have a valid signature */
 327                         break;
 328         }
 329         while (1);
 330
 331         ok = 1;
 332 err:
 333         if (!ok)
 334         {
 335                 ECDSA_SIG_free(ret);
 336                 ret = NULL;
 337         }
 338         if (ctx)
 339                 BN_CTX_free(ctx);
 340         if (m)
 341                 BN_clear_free(m);
 342         if (tmp)
 343                 BN_clear_free(tmp);
 344         if (order)
 345                 BN_free(order);
 346         if (kinv)
 347                 BN_clear_free(kinv);
 348         return ret;
 349 }
 350
 351 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 352                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 353 {
 354         int ret = -1, i;
 355         BN_CTX   *ctx;
 356         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 357         EC_POINT *point = NULL;
 358         const EC_GROUP *group;
 359         const EC_POINT *pub_key;
 360
 361         /* check input values */
 362         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 363             (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL)
 364         {
 365                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 366                 return -1;
 367         }
 368
 369         ctx = BN_CTX_new();
 370         if (!ctx)
 371         {
 372                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 373                 return -1;
 374         }
 375         BN_CTX_start(ctx);
 376         order = BN_CTX_get(ctx);
 377         u1    = BN_CTX_get(ctx);
 378         u2    = BN_CTX_get(ctx);
 379         m     = BN_CTX_get(ctx);
 380         X     = BN_CTX_get(ctx);
 381         if (!X)
 382         {
 383                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 384                 goto err;
 385         }
 386
 387         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 388         {
 389                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 390                 goto err;
 391         }
 392
 393         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_is_negative(sig->r) ||
 394             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 395             BN_is_negative(sig->s)      || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0)
 396         {
 397                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 398                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 399                 goto err;
 400         }
 401         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 402         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx))
 403         {
 404                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 405                 goto err;
 406         }
 407         /* digest -> m */
 408         i = BN_num_bits(order);
 409         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 410          * bytes.
 411          */
 412         if (8 * dgst_len > i)
 413                 dgst_len = (i + 7)/8;
 414         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 415         {
 416                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 417                 goto err;
 418         }
 419         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 420         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 421         {
 422                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 423                 goto err;
 424         }
 425         /* u1 = m * tmp mod order */
 426         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx))
 427         {
 428                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 429                 goto err;
 430         }
 431         /* u2 = r * w mod q */
 432         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx))
 433         {
 434                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 435                 goto err;
 436         }
 437
 438         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 439         {
 440                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 441                 goto err;
 442         }
 443         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx))
 444         {
 445                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 446                 goto err;
 447         }
 448         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 449         {
 450                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 451                         point, X, NULL, ctx))
 452                 {
 453                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 454                         goto err;
 455                 }
 456         }
 457         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 458         {
 459                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 460                         point, X, NULL, ctx))
 461                 {
 462                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 463                         goto err;
 464                 }
 465         }
 466
 467         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx))
 468         {
 469                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 470                 goto err;
 471         }
 472         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 473         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 474 err:
 475         BN_CTX_end(ctx);
 476         BN_CTX_free(ctx);
 477         if (point)
 478                 EC_POINT_free(point);
 479         return ret;
 480 }