crypto/openssl/crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /* crypto/dsa/dsa_ossl.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58
  59 /* Original version from Steven Schoch <schoch@sheba.arc.nasa.gov> */
  60
  61 #include <stdio.h>
  62 #include "cryptlib.h"
  63 #include <openssl/bn.h>
  64 #include <openssl/sha.h>
  65 #include <openssl/dsa.h>
  66 #include <openssl/rand.h>
  67 #include <openssl/asn1.h>
  68
  69 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  70 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  71                           BIGNUM **rp);
  72 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  73                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  74 static int dsa_init(DSA *dsa);
  75 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  76
  77 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  78     "OpenSSL DSA method",
  79     dsa_do_sign,
  80     dsa_sign_setup,
  81     dsa_do_verify,
  82     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  83     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  84     dsa_init,
  85     dsa_finish,
  86     0,
  87     NULL,
  88     NULL,
  89     NULL
  90 };
  91
  92 /*-
  93  * These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  94  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  95  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  96  *
  97  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  98  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
  99  *
 100  * can be replaced by;
 101  *
 102  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 103  *                 dsa->method_mont_p);
 104  */
 105
 106 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 107         do { \
 108         int _tmp_res53; \
 109         if ((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 110                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 111                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 112         else \
 113                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 114                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 115         if (!_tmp_res53) err_instr; \
 116         } while(0)
 117 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 118         do { \
 119         int _tmp_res53; \
 120         if ((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 121                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 122                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 123         else \
 124                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 125         if (!_tmp_res53) err_instr; \
 126         } while(0)
 127
 128 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 129 {
 130     return &openssl_dsa_meth;
 131 }
 132
 133 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 134 {
 135     BIGNUM *kinv = NULL, *r = NULL, *s = NULL;
 136     BIGNUM m;
 137     BIGNUM xr;
 138     BN_CTX *ctx = NULL;
 139     int reason = ERR_R_BN_LIB;
 140     DSA_SIG *ret = NULL;
 141     int noredo = 0;
 142
 143     BN_init(&m);
 144     BN_init(&xr);
 145
 146     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 147         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 148         goto err;
 149     }
 150
 151     s = BN_new();
 152     if (s == NULL)
 153         goto err;
 154     ctx = BN_CTX_new();
 155     if (ctx == NULL)
 156         goto err;
 157  redo:
 158     if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL)) {
 159         if (!DSA_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &r))
 160             goto err;
 161     } else {
 162         kinv = dsa->kinv;
 163         dsa->kinv = NULL;
 164         r = dsa->r;
 165         dsa->r = NULL;
 166         noredo = 1;
 167     }
 168
 169     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 170         /*
 171          * if the digest length is greater than the size of q use the
 172          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 173          * 4.2
 174          */
 175         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 176     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, &m) == NULL)
 177         goto err;
 178
 179     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 180     if (!BN_mod_mul(&xr, dsa->priv_key, r, dsa->q, ctx))
 181         goto err;               /* s = xr */
 182     if (!BN_add(s, &xr, &m))
 183         goto err;               /* s = m + xr */
 184     if (BN_cmp(s, dsa->q) > 0)
 185         if (!BN_sub(s, s, dsa->q))
 186             goto err;
 187     if (!BN_mod_mul(s, s, kinv, dsa->q, ctx))
 188         goto err;
 189
 190     /*
 191      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 192      * unlikely.
 193      */
 194     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s)) {
 195         if (noredo) {
 196             reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 197             goto err;
 198         }
 199         goto redo;
 200     }
 201     ret = DSA_SIG_new();
 202     if (ret == NULL)
 203         goto err;
 204     ret->r = r;
 205     ret->s = s;
 206
 207  err:
 208     if (ret == NULL) {
 209         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 210         BN_free(r);
 211         BN_free(s);
 212     }
 213     if (ctx != NULL)
 214         BN_CTX_free(ctx);
 215     BN_clear_free(&m);
 216     BN_clear_free(&xr);
 217     if (kinv != NULL)           /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 218         BN_clear_free(kinv);
 219     return (ret);
 220 }
 221
 222 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
 223                           BIGNUM **rp)
 224 {
 225     BN_CTX *ctx;
 226     BIGNUM k, kq, *K, *kinv = NULL, *r = NULL;
 227     int ret = 0;
 228
 229     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 230         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 231         return 0;
 232     }
 233
 234     BN_init(&k);
 235     BN_init(&kq);
 236
 237     if (ctx_in == NULL) {
 238         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 239             goto err;
 240     } else
 241         ctx = ctx_in;
 242
 243     if ((r = BN_new()) == NULL)
 244         goto err;
 245
 246     /* Get random k */
 247     do
 248         if (!BN_rand_range(&k, dsa->q))
 249             goto err;
 250     while (BN_is_zero(&k)) ;
 251     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 252         BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 253     }
 254
 255     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 256         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 257                                     CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx))
 258             goto err;
 259     }
 260
 261     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 262
 263     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 264         if (!BN_copy(&kq, &k))
 265             goto err;
 266
 267         /*
 268          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 269          * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 270          * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 271          * let us specify the desired timing behaviour.)
 272          */
 273
 274         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q))
 275             goto err;
 276         if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 277             if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q))
 278                 goto err;
 279         }
 280
 281         K = &kq;
 282     } else {
 283         K = &k;
 284     }
 285     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 286                    dsa->method_mont_p);
 287     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 288         goto err;
 289
 290     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 291     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, &k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 292         goto err;
 293
 294     if (*kinvp != NULL)
 295         BN_clear_free(*kinvp);
 296     *kinvp = kinv;
 297     kinv = NULL;
 298     if (*rp != NULL)
 299         BN_clear_free(*rp);
 300     *rp = r;
 301     ret = 1;
 302  err:
 303     if (!ret) {
 304         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 305         if (r != NULL)
 306             BN_clear_free(r);
 307     }
 308     if (ctx_in == NULL)
 309         BN_CTX_free(ctx);
 310     BN_clear_free(&k);
 311     BN_clear_free(&kq);
 312     return (ret);
 313 }
 314
 315 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 316                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 317 {
 318     BN_CTX *ctx;
 319     BIGNUM u1, u2, t1;
 320     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 321     int ret = -1, i;
 322     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 323         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 324         return -1;
 325     }
 326
 327     i = BN_num_bits(dsa->q);
 328     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 329     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 330         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 331         return -1;
 332     }
 333
 334     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 335         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 336         return -1;
 337     }
 338     BN_init(&u1);
 339     BN_init(&u2);
 340     BN_init(&t1);
 341
 342     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 343         goto err;
 344
 345     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 346         BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0) {
 347         ret = 0;
 348         goto err;
 349     }
 350     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 351         BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0) {
 352         ret = 0;
 353         goto err;
 354     }
 355
 356     /*
 357      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 358      */
 359     if ((BN_mod_inverse(&u2, sig->s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 360         goto err;
 361
 362     /* save M in u1 */
 363     if (dgst_len > (i >> 3))
 364         /*
 365          * if the digest length is greater than the size of q use the
 366          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 367          * 4.2
 368          */
 369         dgst_len = (i >> 3);
 370     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, &u1) == NULL)
 371         goto err;
 372
 373     /* u1 = M * w mod q */
 374     if (!BN_mod_mul(&u1, &u1, &u2, dsa->q, ctx))
 375         goto err;
 376
 377     /* u2 = r * w mod q */
 378     if (!BN_mod_mul(&u2, sig->r, &u2, dsa->q, ctx))
 379         goto err;
 380
 381     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 382         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 383                                       CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 384         if (!mont)
 385             goto err;
 386     }
 387
 388     DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p,
 389                 ctx, mont);
 390     /* BN_copy(&u1,&t1); */
 391     /* let u1 = u1 mod q */
 392     if (!BN_mod(&u1, &t1, dsa->q, ctx))
 393         goto err;
 394
 395     /*
 396      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 397      */
 398     ret = (BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 399
 400  err:
 401     if (ret < 0)
 402         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 403     if (ctx != NULL)
 404         BN_CTX_free(ctx);
 405     BN_free(&u1);
 406     BN_free(&u2);
 407     BN_free(&t1);
 408     return (ret);
 409 }
 410
 411 static int dsa_init(DSA *dsa)
 412 {
 413     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 414     return (1);
 415 }
 416
 417 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 418 {
 419     if (dsa->method_mont_p)
 420         BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 421     return (1);
 422 }