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 #ifdef ECDSA_POINT_MUL_NO_CONSTTIME
 148                 /* We do not want timing information to leak the length of k,
 149                  * so we compute G*k using an equivalent scalar of fixed
 150                  * bit-length. */
 151
 152                 if (!BN_add(k, k, order)) goto err;
 153                 if (BN_num_bits(k) <= BN_num_bits(order))
 154                         if (!BN_add(k, k, order)) goto err;
 155 #endif /* def(ECDSA_POINT_MUL_NO_CONSTTIME) */
 156
 157                 /* compute r the x-coordinate of generator * k */
 158                 if (!EC_POINT_mul(group, tmp_point, k, NULL, NULL, ctx))
 159                 {
 160                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_EC_LIB);
 161                         goto err;
 162                 }
 163                 if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 164                 {
 165                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 166                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 167                         {
 168                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 169                                 goto err;
 170                         }
 171                 }
 172 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 173                 else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 174                 {
 175                         if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 176                                 tmp_point, X, NULL, ctx))
 177                         {
 178                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP,ERR_R_EC_LIB);
 179                                 goto err;
 180                         }
 181                 }
 182 #endif
 183                 if (!BN_nnmod(r, X, order, ctx))
 184                 {
 185                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 186                         goto err;
 187                 }
 188         }
 189         while (BN_is_zero(r));
 190
 191         /* compute the inverse of k */
 192         if (!BN_mod_inverse(k, k, order, ctx))
 193         {
 194                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 195                 goto err;
 196         }
 197         /* clear old values if necessary */
 198         if (*rp != NULL)
 199                 BN_clear_free(*rp);
 200         if (*kinvp != NULL)
 201                 BN_clear_free(*kinvp);
 202         /* save the pre-computed values  */
 203         *rp    = r;
 204         *kinvp = k;
 205         ret = 1;
 206 err:
 207         if (!ret)
 208         {
 209                 if (k != NULL) BN_clear_free(k);
 210                 if (r != NULL) BN_clear_free(r);
 211         }
 212         if (ctx_in == NULL)
 213                 BN_CTX_free(ctx);
 214         if (order != NULL)
 215                 BN_free(order);
 216         if (tmp_point != NULL)
 217                 EC_POINT_free(tmp_point);
 218         if (X)
 219                 BN_clear_free(X);
 220         return(ret);
 221 }
 222
 223
 224 static ECDSA_SIG *ecdsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 225                 const BIGNUM *in_kinv, const BIGNUM *in_r, EC_KEY *eckey)
 226 {
 227         int     ok = 0, i;
 228         BIGNUM *kinv=NULL, *s, *m=NULL,*tmp=NULL,*order=NULL;
 229         const BIGNUM *ckinv;
 230         BN_CTX     *ctx = NULL;
 231         const EC_GROUP   *group;
 232         ECDSA_SIG  *ret;
 233         ECDSA_DATA *ecdsa;
 234         const BIGNUM *priv_key;
 235
 236         ecdsa    = ecdsa_check(eckey);
 237         group    = EC_KEY_get0_group(eckey);
 238         priv_key = EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 239
 240         if (group == NULL || priv_key == NULL || ecdsa == NULL)
 241         {
 242                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_PASSED_NULL_PARAMETER);
 243                 return NULL;
 244         }
 245
 246         ret = ECDSA_SIG_new();
 247         if (!ret)
 248         {
 249                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 250                 return NULL;
 251         }
 252         s = ret->s;
 253
 254         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL || (order = BN_new()) == NULL ||
 255                 (tmp = BN_new()) == NULL || (m = BN_new()) == NULL)
 256         {
 257                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 258                 goto err;
 259         }
 260
 261         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 262         {
 263                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_EC_LIB);
 264                 goto err;
 265         }
 266         i = BN_num_bits(order);
 267         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 268          * bytes.
 269          */
 270         if (8 * dgst_len > i)
 271                 dgst_len = (i + 7)/8;
 272         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 273         {
 274                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 275                 goto err;
 276         }
 277         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 278         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 279         {
 280                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 281                 goto err;
 282         }
 283         do
 284         {
 285                 if (in_kinv == NULL || in_r == NULL)
 286                 {
 287                         if (!ECDSA_sign_setup(eckey, ctx, &kinv, &ret->r))
 288                         {
 289                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN,ERR_R_ECDSA_LIB);
 290                                 goto err;
 291                         }
 292                         ckinv = kinv;
 293                 }
 294                 else
 295                 {
 296                         ckinv  = in_kinv;
 297                         if (BN_copy(ret->r, in_r) == NULL)
 298                         {
 299                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 300                                 goto err;
 301                         }
 302                 }
 303
 304                 if (!BN_mod_mul(tmp, priv_key, ret->r, order, ctx))
 305                 {
 306                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 307                         goto err;
 308                 }
 309                 if (!BN_mod_add_quick(s, tmp, m, order))
 310                 {
 311                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 312                         goto err;
 313                 }
 314                 if (!BN_mod_mul(s, s, ckinv, order, ctx))
 315                 {
 316                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ERR_R_BN_LIB);
 317                         goto err;
 318                 }
 319                 if (BN_is_zero(s))
 320                 {
 321                         /* if kinv and r have been supplied by the caller
 322                          * don't to generate new kinv and r values */
 323                         if (in_kinv != NULL && in_r != NULL)
 324                         {
 325                                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_SIGN, ECDSA_R_NEED_NEW_SETUP_VALUES);
 326                                 goto err;
 327                         }
 328                 }
 329                 else
 330                         /* s != 0 => we have a valid signature */
 331                         break;
 332         }
 333         while (1);
 334
 335         ok = 1;
 336 err:
 337         if (!ok)
 338         {
 339                 ECDSA_SIG_free(ret);
 340                 ret = NULL;
 341         }
 342         if (ctx)
 343                 BN_CTX_free(ctx);
 344         if (m)
 345                 BN_clear_free(m);
 346         if (tmp)
 347                 BN_clear_free(tmp);
 348         if (order)
 349                 BN_free(order);
 350         if (kinv)
 351                 BN_clear_free(kinv);
 352         return ret;
 353 }
 354
 355 static int ecdsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 356                 const ECDSA_SIG *sig, EC_KEY *eckey)
 357 {
 358         int ret = -1, i;
 359         BN_CTX   *ctx;
 360         BIGNUM   *order, *u1, *u2, *m, *X;
 361         EC_POINT *point = NULL;
 362         const EC_GROUP *group;
 363         const EC_POINT *pub_key;
 364
 365         /* check input values */
 366         if (eckey == NULL || (group = EC_KEY_get0_group(eckey)) == NULL ||
 367             (pub_key = EC_KEY_get0_public_key(eckey)) == NULL || sig == NULL)
 368         {
 369                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 370                 return -1;
 371         }
 372
 373         ctx = BN_CTX_new();
 374         if (!ctx)
 375         {
 376                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 377                 return -1;
 378         }
 379         BN_CTX_start(ctx);
 380         order = BN_CTX_get(ctx);
 381         u1    = BN_CTX_get(ctx);
 382         u2    = BN_CTX_get(ctx);
 383         m     = BN_CTX_get(ctx);
 384         X     = BN_CTX_get(ctx);
 385         if (!X)
 386         {
 387                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 388                 goto err;
 389         }
 390
 391         if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx))
 392         {
 393                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 394                 goto err;
 395         }
 396
 397         if (BN_is_zero(sig->r)          || BN_is_negative(sig->r) ||
 398             BN_ucmp(sig->r, order) >= 0 || BN_is_zero(sig->s)  ||
 399             BN_is_negative(sig->s)      || BN_ucmp(sig->s, order) >= 0)
 400         {
 401                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ECDSA_R_BAD_SIGNATURE);
 402                 ret = 0;        /* signature is invalid */
 403                 goto err;
 404         }
 405         /* calculate tmp1 = inv(S) mod order */
 406         if (!BN_mod_inverse(u2, sig->s, order, ctx))
 407         {
 408                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 409                 goto err;
 410         }
 411         /* digest -> m */
 412         i = BN_num_bits(order);
 413         /* Need to truncate digest if it is too long: first truncate whole
 414          * bytes.
 415          */
 416         if (8 * dgst_len > i)
 417                 dgst_len = (i + 7)/8;
 418         if (!BN_bin2bn(dgst, dgst_len, m))
 419         {
 420                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 421                 goto err;
 422         }
 423         /* If still too long truncate remaining bits with a shift */
 424         if ((8 * dgst_len > i) && !BN_rshift(m, m, 8 - (i & 0x7)))
 425         {
 426                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 427                 goto err;
 428         }
 429         /* u1 = m * tmp mod order */
 430         if (!BN_mod_mul(u1, m, u2, order, ctx))
 431         {
 432                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 433                 goto err;
 434         }
 435         /* u2 = r * w mod q */
 436         if (!BN_mod_mul(u2, sig->r, u2, order, ctx))
 437         {
 438                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 439                 goto err;
 440         }
 441
 442         if ((point = EC_POINT_new(group)) == NULL)
 443         {
 444                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 445                 goto err;
 446         }
 447         if (!EC_POINT_mul(group, point, u1, pub_key, u2, ctx))
 448         {
 449                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 450                 goto err;
 451         }
 452         if (EC_METHOD_get_field_type(EC_GROUP_method_of(group)) == NID_X9_62_prime_field)
 453         {
 454                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group,
 455                         point, X, NULL, ctx))
 456                 {
 457                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 458                         goto err;
 459                 }
 460         }
 461 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 462         else /* NID_X9_62_characteristic_two_field */
 463         {
 464                 if (!EC_POINT_get_affine_coordinates_GF2m(group,
 465                         point, X, NULL, ctx))
 466                 {
 467                         ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_EC_LIB);
 468                         goto err;
 469                 }
 470         }
 471 #endif
 472         if (!BN_nnmod(u1, X, order, ctx))
 473         {
 474                 ECDSAerr(ECDSA_F_ECDSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 475                 goto err;
 476         }
 477         /*  if the signature is correct u1 is equal to sig->r */
 478         ret = (BN_ucmp(u1, sig->r) == 0);
 479 err:
 480         BN_CTX_end(ctx);
 481         BN_CTX_free(ctx);
 482         if (point)
 483                 EC_POINT_free(point);
 484         return ret;
 485 }