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     ret = DSA_SIG_new();
 191     if (ret == NULL)
 192         goto err;
 193     /*
 194      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 195      * unlikely.
 196      */
 197     if (BN_is_zero(r) || BN_is_zero(s)) {
 198         if (noredo) {
 199             reason = DSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES;
 200             goto err;
 201         }
 202         goto redo;
 203     }
 204     ret->r = r;
 205     ret->s = s;
 206
 207  err:
 208     if (!ret) {
 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
 252     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 253         BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 254     }
 255
 256
 257     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 258         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 259                                     CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx))
 260             goto err;
 261     }
 262
 263     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 264
 265     if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0) {
 266         if (!BN_copy(&kq, &k))
 267             goto err;
 268
 269         BN_set_flags(&kq, BN_FLG_CONSTTIME);
 270
 271         /*
 272          * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 273          * compute g^k using an equivalent exponent of fixed length. (This
 274          * is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont() does not
 275          * let us specify the desired timing behaviour.)
 276          */
 277
 278         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q))
 279             goto err;
 280         if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q)) {
 281             if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q))
 282                 goto err;
 283         }
 284
 285         K = &kq;
 286     } else {
 287         K = &k;
 288     }
 289
 290     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 291                    dsa->method_mont_p);
 292     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 293         goto err;
 294
 295     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 296     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, &k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 297         goto err;
 298
 299     if (*kinvp != NULL)
 300         BN_clear_free(*kinvp);
 301     *kinvp = kinv;
 302     kinv = NULL;
 303     if (*rp != NULL)
 304         BN_clear_free(*rp);
 305     *rp = r;
 306     ret = 1;
 307  err:
 308     if (!ret) {
 309         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 310         if (r != NULL)
 311             BN_clear_free(r);
 312     }
 313     if (ctx_in == NULL)
 314         BN_CTX_free(ctx);
 315     BN_clear_free(&k);
 316     BN_clear_free(&kq);
 317     return (ret);
 318 }
 319
 320 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 321                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 322 {
 323     BN_CTX *ctx;
 324     BIGNUM u1, u2, t1;
 325     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 326     int ret = -1, i;
 327     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 328         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 329         return -1;
 330     }
 331
 332     i = BN_num_bits(dsa->q);
 333     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 334     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 335         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 336         return -1;
 337     }
 338
 339     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 340         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 341         return -1;
 342     }
 343     BN_init(&u1);
 344     BN_init(&u2);
 345     BN_init(&t1);
 346
 347     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 348         goto err;
 349
 350     if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 351         BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0) {
 352         ret = 0;
 353         goto err;
 354     }
 355     if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 356         BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0) {
 357         ret = 0;
 358         goto err;
 359     }
 360
 361     /*
 362      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 363      */
 364     if ((BN_mod_inverse(&u2, sig->s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 365         goto err;
 366
 367     /* save M in u1 */
 368     if (dgst_len > (i >> 3))
 369         /*
 370          * if the digest length is greater than the size of q use the
 371          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 372          * 4.2
 373          */
 374         dgst_len = (i >> 3);
 375     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, &u1) == NULL)
 376         goto err;
 377
 378     /* u1 = M * w mod q */
 379     if (!BN_mod_mul(&u1, &u1, &u2, dsa->q, ctx))
 380         goto err;
 381
 382     /* u2 = r * w mod q */
 383     if (!BN_mod_mul(&u2, sig->r, &u2, dsa->q, ctx))
 384         goto err;
 385
 386     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 387         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 388                                       CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 389         if (!mont)
 390             goto err;
 391     }
 392
 393     DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p,
 394                 ctx, mont);
 395     /* BN_copy(&u1,&t1); */
 396     /* let u1 = u1 mod q */
 397     if (!BN_mod(&u1, &t1, dsa->q, ctx))
 398         goto err;
 399
 400     /*
 401      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 402      */
 403     ret = (BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 404
 405  err:
 406     /*
 407      * XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify; there
 408      * is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben)
 409      */
 410     if (ret != 1)
 411         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 412     if (ctx != NULL)
 413         BN_CTX_free(ctx);
 414     BN_free(&u1);
 415     BN_free(&u2);
 416     BN_free(&t1);
 417     return (ret);
 418 }
 419
 420 static int dsa_init(DSA *dsa)
 421 {
 422     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 423     return (1);
 424 }
 425
 426 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 427 {
 428     if (dsa->method_mont_p)
 429         BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 430     return (1);
 431 }