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, BIGNUM **rp);
  71 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
  72                          DSA *dsa);
  73 static int dsa_init(DSA *dsa);
  74 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  75
  76 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  77 "OpenSSL DSA method",
  78 dsa_do_sign,
  79 dsa_sign_setup,
  80 dsa_do_verify,
  81 NULL, /* dsa_mod_exp, */
  82 NULL, /* dsa_bn_mod_exp, */
  83 dsa_init,
  84 dsa_finish,
  85 0,
  86 NULL,
  87 NULL,
  88 NULL
  89 };
  90
  91 /* These macro wrappers replace attempts to use the dsa_mod_exp() and
  92  * bn_mod_exp() handlers in the DSA_METHOD structure. We avoid the problem of
  93  * having a the macro work as an expression by bundling an "err_instr". So;
  94  *
  95  *     if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r,dsa->g,&k,dsa->p,ctx,
  96  *                 dsa->method_mont_p)) goto err;
  97  *
  98  * can be replaced by;
  99  *
 100  *     DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, &k, dsa->p, ctx,
 101  *                 dsa->method_mont_p);
 102  */
 103
 104 #define DSA_MOD_EXP(err_instr,dsa,rr,a1,p1,a2,p2,m,ctx,in_mont) \
 105         do { \
 106         int _tmp_res53; \
 107         if((dsa)->meth->dsa_mod_exp) \
 108                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->dsa_mod_exp((dsa), (rr), (a1), (p1), \
 109                                 (a2), (p2), (m), (ctx), (in_mont)); \
 110         else \
 111                 _tmp_res53 = BN_mod_exp2_mont((rr), (a1), (p1), (a2), (p2), \
 112                                 (m), (ctx), (in_mont)); \
 113         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 114         } while(0)
 115 #define DSA_BN_MOD_EXP(err_instr,dsa,r,a,p,m,ctx,m_ctx) \
 116         do { \
 117         int _tmp_res53; \
 118         if((dsa)->meth->bn_mod_exp) \
 119                 _tmp_res53 = (dsa)->meth->bn_mod_exp((dsa), (r), (a), (p), \
 120                                 (m), (ctx), (m_ctx)); \
 121         else \
 122                 _tmp_res53 = BN_mod_exp_mont((r), (a), (p), (m), (ctx), (m_ctx)); \
 123         if(!_tmp_res53) err_instr; \
 124         } while(0)
 125
 126 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
 127 {
 128         return &openssl_dsa_meth;
 129 }
 130
 131 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
 132         {
 133         BIGNUM *kinv=NULL,*r=NULL,*s=NULL;
 134         BIGNUM m;
 135         BIGNUM xr;
 136         BN_CTX *ctx=NULL;
 137         int reason=ERR_R_BN_LIB;
 138         DSA_SIG *ret=NULL;
 139
 140         BN_init(&m);
 141         BN_init(&xr);
 142
 143         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 144                 {
 145                 reason=DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
 146                 goto err;
 147                 }
 148
 149         s=BN_new();
 150         if (s == NULL) goto err;
 151
 152         /* reject a excessive digest length (currently at most
 153          * dsa-with-SHA256 is supported) */
 154         if (dlen > SHA256_DIGEST_LENGTH)
 155                 {
 156                 reason=DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE;
 157                 goto err;
 158                 }
 159
 160         ctx=BN_CTX_new();
 161         if (ctx == NULL) goto err;
 162
 163         if ((dsa->kinv == NULL) || (dsa->r == NULL))
 164                 {
 165                 if (!DSA_sign_setup(dsa,ctx,&kinv,&r)) goto err;
 166                 }
 167         else
 168                 {
 169                 kinv=dsa->kinv;
 170                 dsa->kinv=NULL;
 171                 r=dsa->r;
 172                 dsa->r=NULL;
 173                 }
 174
 175
 176         if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
 177                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 178                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 179                  * fips 186-3, 4.2 */
 180                 dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 181         if (BN_bin2bn(dgst,dlen,&m) == NULL)
 182                 goto err;
 183
 184         /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 185         if (!BN_mod_mul(&xr,dsa->priv_key,r,dsa->q,ctx)) goto err;/* s = xr */
 186         if (!BN_add(s, &xr, &m)) goto err;              /* s = m + xr */
 187         if (BN_cmp(s,dsa->q) > 0)
 188                 BN_sub(s,s,dsa->q);
 189         if (!BN_mod_mul(s,s,kinv,dsa->q,ctx)) goto err;
 190
 191         ret=DSA_SIG_new();
 192         if (ret == NULL) goto err;
 193         ret->r = r;
 194         ret->s = s;
 195
 196 err:
 197         if (!ret)
 198                 {
 199                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN,reason);
 200                 BN_free(r);
 201                 BN_free(s);
 202                 }
 203         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 204         BN_clear_free(&m);
 205         BN_clear_free(&xr);
 206         if (kinv != NULL) /* dsa->kinv is NULL now if we used it */
 207             BN_clear_free(kinv);
 208         return(ret);
 209         }
 210
 211 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 212         {
 213         BN_CTX *ctx;
 214         BIGNUM k,kq,*K,*kinv=NULL,*r=NULL;
 215         int ret=0;
 216
 217         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 218                 {
 219                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 220                 return 0;
 221                 }
 222
 223         BN_init(&k);
 224         BN_init(&kq);
 225
 226         if (ctx_in == NULL)
 227                 {
 228                 if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 229                 }
 230         else
 231                 ctx=ctx_in;
 232
 233         if ((r=BN_new()) == NULL) goto err;
 234
 235         /* Get random k */
 236         do
 237                 if (!BN_rand_range(&k, dsa->q)) goto err;
 238         while (BN_is_zero(&k));
 239         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 240                 {
 241                 BN_set_flags(&k, BN_FLG_EXP_CONSTTIME);
 242                 }
 243
 244         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 245                 {
 246                 if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 247                                                 CRYPTO_LOCK_DSA,
 248                                                 dsa->p, ctx))
 249                         goto err;
 250                 }
 251
 252         /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 253
 254         if ((dsa->flags & DSA_FLAG_NO_EXP_CONSTTIME) == 0)
 255                 {
 256                 if (!BN_copy(&kq, &k)) goto err;
 257
 258                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 259                  * so we compute g^k using an equivalent exponent of fixed length.
 260                  *
 261                  * (This is a kludge that we need because the BN_mod_exp_mont()
 262                  * does not let us specify the desired timing behaviour.) */
 263
 264                 if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 265                 if (BN_num_bits(&kq) <= BN_num_bits(dsa->q))
 266                         {
 267                         if (!BN_add(&kq, &kq, dsa->q)) goto err;
 268                         }
 269
 270                 K = &kq;
 271                 }
 272         else
 273                 {
 274                 K = &k;
 275                 }
 276         DSA_BN_MOD_EXP(goto err, dsa, r, dsa->g, K, dsa->p, ctx,
 277                         dsa->method_mont_p);
 278         if (!BN_mod(r,r,dsa->q,ctx)) goto err;
 279
 280         /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 281         if ((kinv=BN_mod_inverse(NULL,&k,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 282
 283         if (*kinvp != NULL) BN_clear_free(*kinvp);
 284         *kinvp=kinv;
 285         kinv=NULL;
 286         if (*rp != NULL) BN_clear_free(*rp);
 287         *rp=r;
 288         ret=1;
 289 err:
 290         if (!ret)
 291                 {
 292                 DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP,ERR_R_BN_LIB);
 293                 if (r != NULL)
 294                         BN_clear_free(r);
 295                 }
 296         if (ctx_in == NULL) BN_CTX_free(ctx);
 297         BN_clear_free(&k);
 298         BN_clear_free(&kq);
 299         return(ret);
 300         }
 301
 302 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len, DSA_SIG *sig,
 303                          DSA *dsa)
 304         {
 305         BN_CTX *ctx;
 306         BIGNUM u1,u2,t1;
 307         BN_MONT_CTX *mont=NULL;
 308         int ret = -1, i;
 309         if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g)
 310                 {
 311                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 312                 return -1;
 313                 }
 314
 315         i = BN_num_bits(dsa->q);
 316         /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 317         if (i != 160 && i != 224 && i != 256)
 318                 {
 319                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 320                 return -1;
 321                 }
 322
 323         if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS)
 324                 {
 325                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 326                 return -1;
 327                 }
 328
 329         /* reject a excessive digest length (currently at most
 330          * dsa-with-SHA256 is supported) */
 331         if (dgst_len > SHA256_DIGEST_LENGTH)
 332                 {
 333                 DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,DSA_R_DATA_TOO_LARGE_FOR_KEY_SIZE);
 334                 return -1;
 335                 }
 336
 337         BN_init(&u1);
 338         BN_init(&u2);
 339         BN_init(&t1);
 340
 341         if ((ctx=BN_CTX_new()) == NULL) goto err;
 342
 343         if (BN_is_zero(sig->r) || BN_is_negative(sig->r) ||
 344             BN_ucmp(sig->r, dsa->q) >= 0)
 345                 {
 346                 ret = 0;
 347                 goto err;
 348                 }
 349         if (BN_is_zero(sig->s) || BN_is_negative(sig->s) ||
 350             BN_ucmp(sig->s, dsa->q) >= 0)
 351                 {
 352                 ret = 0;
 353                 goto err;
 354                 }
 355
 356         /* Calculate W = inv(S) mod Q
 357          * save W in u2 */
 358         if ((BN_mod_inverse(&u2,sig->s,dsa->q,ctx)) == NULL) goto err;
 359
 360         /* save M in u1 */
 361         if (dgst_len > (i >> 3))
 362                 /* if the digest length is greater than the size of q use the
 363                  * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see
 364                  * fips 186-3, 4.2 */
 365                 dgst_len = (i >> 3);
 366         if (BN_bin2bn(dgst,dgst_len,&u1) == NULL) goto err;
 367
 368         /* u1 = M * w mod q */
 369         if (!BN_mod_mul(&u1,&u1,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 370
 371         /* u2 = r * w mod q */
 372         if (!BN_mod_mul(&u2,sig->r,&u2,dsa->q,ctx)) goto err;
 373
 374
 375         if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P)
 376                 {
 377                 mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 378                                         CRYPTO_LOCK_DSA, dsa->p, ctx);
 379                 if (!mont)
 380                         goto err;
 381                 }
 382
 383
 384         DSA_MOD_EXP(goto err, dsa, &t1, dsa->g, &u1, dsa->pub_key, &u2, dsa->p, ctx, mont);
 385         /* BN_copy(&u1,&t1); */
 386         /* let u1 = u1 mod q */
 387         if (!BN_mod(&u1,&t1,dsa->q,ctx)) goto err;
 388
 389         /* V is now in u1.  If the signature is correct, it will be
 390          * equal to R. */
 391         ret=(BN_ucmp(&u1, sig->r) == 0);
 392
 393         err:
 394         /* XXX: surely this is wrong - if ret is 0, it just didn't verify;
 395            there is no error in BN. Test should be ret == -1 (Ben) */
 396         if (ret != 1) DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY,ERR_R_BN_LIB);
 397         if (ctx != NULL) BN_CTX_free(ctx);
 398         BN_free(&u1);
 399         BN_free(&u2);
 400         BN_free(&t1);
 401         return(ret);
 402         }
 403
 404 static int dsa_init(DSA *dsa)
 405 {
 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(dsa->method_mont_p);
 414         return(1);
 415 }
 416