crypto/openssl/fips/dsa/fips_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 <openssl/bn.h>
  63 #include <openssl/dsa.h>
  64 #include <openssl/rand.h>
  65 #include <openssl/asn1.h>
  66 #include <openssl/err.h>
  67 #ifndef OPENSSL_NO_ENGINE
  68 #include <openssl/engine.h>
  69 #endif
  70 #include <openssl/fips.h>
  71
  72 #ifdef OPENSSL_FIPS
  73
  74 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, FIPS_DSA_SIZE_T dlen, DSA *dsa);
  75 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp);
  76 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, FIPS_DSA_SIZE_T dgst_len, DSA_SIG *sig,
  77                   DSA *dsa);
  78 static int dsa_init(DSA *dsa);
  79 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  80 static int dsa_mod_exp(DSA *dsa, BIGNUM *rr, BIGNUM *a1, BIGNUM *p1,
  81                 BIGNUM *a2, BIGNUM *p2, BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
  82                 BN_MONT_CTX *in_mont);
  83 static int dsa_bn_mod_exp(DSA *dsa, BIGNUM *r, BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
  84                                 const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
  85                                 BN_MONT_CTX *m_ctx);
  86
  87 static const DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  88 "OpenSSL FIPS DSA method",
  89 dsa_do_sign,
  90 dsa_sign_setup,
  91 dsa_do_verify,
  92 dsa_mod_exp,
  93 dsa_bn_mod_exp,
  94 dsa_init,
  95 dsa_finish,
  96 DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  97 NULL
  98 };
  99 #if 0
 100 int FIPS_dsa_check(struct dsa_st *dsa)
 101     {
 102     if(dsa->meth != &openssl_dsa_meth || dsa->meth->dsa_do_sign != dsa_do_sign
 103        || dsa->meth->dsa_sign_setup != dsa_sign_setup
 104        || dsa->meth->dsa_mod_exp != dsa_mod_exp
 105        || dsa->meth->bn_mod_exp != dsa_bn_mod_exp
 106        || dsa->meth->init != dsa_init
 107        || dsa->meth->finish != dsa_finish)
 108         {
 109         FIPSerr(FIPS_F_FIPS_DSA_CHECK,FIPS_R_NON_FIPS_METHOD);
 110         return 0;
 111         }
 112     return 1;
 113     }
 114 #endif
 115
 116 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 117 {
 118         return &openssl_dsa_meth;
 119 }
 120
 121 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, FIPS_DSA_SIZE_T dlen, DSA *dsa)
 122         {
 123         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 124         BIGNUM m;
 125         BIGNUM xr;
 126         BN_CTX *ctx=NULL;
 127         int i,reason=ERR_R_BN_LIB;
 128         DSA_SIG *ret=NULL;
 129
 130         if(FIPS_selftest_failed())
 131             {
 132             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_SIGN,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 133             return NULL;
 134             }
 135
 136         if (FIPS_mode() && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 137                 {
 138                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 139                 return NULL;
 140                 }
 141
 142         BN_init(&m);
 143         BN_init(&xr);
 144
 145         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 146                 {
 147                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 148                 goto err;
 149                 }
 150
 151         s=BN_new();
 152         if (s == NULL) goto err;
 153
 154         i=BN_num_bytes(dsa->q); /* should be 20 */
 155         if ((dlen > i) || (dlen > 50))
 156                 {
 157                 reason=DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE;
 158                 goto err;
 159                 }
 160
 161         ctx=BN_CTX_new();
 162         if (ctx == NULL) goto err;
 163
 164         if (!dsa->meth->dsa_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
 165
 166         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL) goto err;
 167
 168         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 169         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 170         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 171         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 172                 BN_sub(s,s,dsa->q);
 173         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 174
 175         ret= DSA_SIG_new();
 176         if (ret == NULL) goto err;
 177         ret->r = r;
 178         ret->s = s;
 179
 180 err:
 181         if (!ret)
 182                 {
 183                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 184                 BN_free(r);
 185                 BN_free(s);
 186                 }
 187         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 188         BN_clear_free(&m);
 189         BN_clear_free(&xr);
 190         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 191             BN_clear_free(kinv);
 192         return(ret);
 193         }
 194
 195 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 196         {
 197         BN_CTX *ctx;
 198         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 199         int ret=0;
 200
 201         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 202                 {
 203                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 204                 return 0;
 205                 }
 206
 207         BN_init(&k);
 208         BN_init(&kq);
 209
 210         if (ctx_in == NULL)
 211                 {
 212                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 213                 }
 214         else
 215                 ctx=ctx_in;
 216
 217         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 218
 219         /* Get random k */
 220         do
 221                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 222         while (BN_is_zero(&k));
 223         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 224                 {
 225                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_CONSTTIME);
 226                 }
 227
 228         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 229                 {
 230                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked((BN_MONT_CTX **)&dsa->method_mont_p,
 231                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 232                                                 dsa->p, ctx))
 233                         goto err;
 234                 }
 235
 236         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 237
 238         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 239                 {
 240                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 241
 242                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 243                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 244                  *
 245                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 246                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 247
 248                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 249                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 250                         {
 251                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 252                         }
 253
 254                 K = &kq;
 255                 }
 256         else
 257                 {
 258                 K = &k;
 259                 }
 260         if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,K,dsa->p,ctx,
 261                 (BN_MONT_CTX *)dsa->method_mont_p)) goto err;
 262         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 263
 264         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 265         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 266
 267         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 268         *kinvp=kinv;
 269         kinv=NULL;
 270         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 271         *rp=r;
 272         ret=1;
 273 err:
 274         if (!ret)
 275                 {
 276                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 277                 if (kinv != NULL) BN_clear_free(kinv);
 278                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 279                 }
 280         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 281         if (kinv != NULL) BN_clear_free(kinv);
 282         BN_clear_free(&k);
 283         BN_clear_free(&kq);
 284         return(ret);
 285         }
 286
 287 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, FIPS_DSA_SIZE_T dgst_len, DSA_SIG *sig,
 288                   DSA *dsa)
 289         {
 290         BN_CTX *ctx;
 291         BIGNUM u1,u2,t1;
 292         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 293         int ret = -1;
 294
 295         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 296                 {
 297                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 298                 return -1;
 299                 }
 300
 301         if(FIPS_selftest_failed())
 302             {
 303             FIPSerr(FIPS_F_DSA_DO_VERIFY,FIPS_R_FIPS_SELFTEST_FAILED);
 304             return -1;
 305             }
 306
 307         if (BN_num_bits(dsa->q) != 160)
 308                 {
 309                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 310                 return -1;
 311                 }
 312
 313         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 314                 {
 315                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 316                 return -1;
 317                 }
 318
 319         if (FIPS_mode() && (BN_num_bits(dsa->p) < OPENSSL_DSA_FIPS_MIN_MODULUS_BITS))
 320                 {
 321                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_KEY_SIZE_TOO_SMALL);
 322                 return -1;
 323                 }
 324
 325         BN_init(&u1);
 326         BN_init(&u2);
 327         BN_init(&t1);
 328
 329         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 330
 331         if (BN_is_zero(sig->r) || sig->r->neg || BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 332                 {
 333                 ret = 0;
 334                 goto err;
 335                 }
 336         if (BN_is_zero(sig->s) || sig->s->neg || BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 337                 {
 338                 ret = 0;
 339                 goto err;
 340                 }
 341
 342         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 343          * save W in u2 */
 344         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 345
 346         /* save M in u1 */
 347         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 348
 349         /* u1 = M * w mod q */
 350         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 351
 352         /* u2 = r * w mod q */
 353         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 354
 355
 356         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 357                 {
 358                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(
 359                                         (BN_MONT_CTX **)&dsa->method_mont_p,
 360                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 361                 if (!mont)
 362                         goto err;
 363                 }
 364
 365 #if 0
 366         {
 367         BIGNUM t2;
 368
 369         BN_init(&t2);
 370         /* v = ( g^u1 * y^u2 mod p ) mod q */
 371         /* let t1 = g ^ u1 mod p */
 372         if (!BN_mod_exp_mont(&t1,dsa->g,&u1,dsa->p,ctx,mont)) goto err;
 373         /* let t2 = y ^ u2 mod p */
 374         if (!BN_mod_exp_mont(&t2,dsa->pub_key,&u2,dsa->p,ctx,mont)) goto err;
 375         /* let u1 = t1 * t2 mod p */
 376         if (!BN_mod_mul(&u1,&t1,&t2,dsa->p,ctx)) goto err_bn;
 377         BN_free(&t2);
 378         }
 379         /* let u1 = u1 mod q */
 380         if (!BN_mod(&u1,&u1,dsa->q,ctx)) goto err;
 381 #else
 382         {
 383         if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, &t1,dsa->g,&u1,dsa->pub_key,&u2,
 384                                                 dsa->p,ctx,mont)) goto err;
 385         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 386         /* let u1 = u1 mod q */
 387         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 388         }
 389 #endif
 390         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 391          * equal to R. */
 392         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 393
 394         err:
 395         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 396         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 397         BN_free(&u1);
 398         BN_free(&u2);
 399         BN_free(&t1);
 400         return(ret);
 401         }
 402
 403 static int dsa_init(DSA *dsa)
 404 {
 405         FIPS_selftest_check();
 406         dsa->flags|=DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 407         return(1);
 408 }
 409
 410 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 411 {
 412         if(dsa->method_mont_p)
 413                 BN_MONT_CTX_free((BN_MONT_CTX *)dsa->method_mont_p);
 414         return(1);
 415 }
 416
 417 static int dsa_mod_exp(DSA *dsa, BIGNUM *rr, BIGNUM *a1, BIGNUM *p1,
 418                 BIGNUM *a2, BIGNUM *p2, BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
 419                 BN_MONT_CTX *in_mont)
 420 {
 421         return BN_mod_exp2_mont(rr, a1, p1, a2, p2, m, ctx, in_mont);
 422 }
 423
 424 static int dsa_bn_mod_exp(DSA *dsa, BIGNUM *r, BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 425                                 const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
 426                                 BN_MONT_CTX *m_ctx)
 427 {
 428         return BN_mod_exp_mont(r, a, p, m, ctx, m_ctx);
 429 }
 430
 431 #else /* ndef OPENSSL_FIPS */
 432
 433 static void *dummy=&dummy;
 434
 435 #endif /* ndef OPENSSL_FIPS */