crypto/rsa/rsa_sign.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2019 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 /*
  11  * RSA low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
  12  * internal use.
  13  */
  14 #include "internal/deprecated.h"
  15
  16 #include <stdio.h>
  17 #include "internal/cryptlib.h"
  18 #include <openssl/bn.h>
  19 #include <openssl/rsa.h>
  20 #include <openssl/objects.h>
  21 #include <openssl/x509.h>
  22 #include "crypto/x509.h"
  23 #ifndef OPENSSL_NO_MD2
  24 # include <openssl/md2.h> /* uses MD2_DIGEST_LENGTH */
  25 #endif
  26 #ifndef OPENSSL_NO_MD5
  27 # include <openssl/md5.h> /* uses MD5_DIGEST_LENGTH */
  28 #endif
  29 #ifndef OPENSSL_NO_MDC2
  30 # include <openssl/mdc2.h> /* uses MDC2_DIGEST_LENGTH */
  31 #endif
  32 #include <openssl/sha.h> /* uses SHA???_DIGEST_LENGTH */
  33 #include "rsa_local.h"
  34
  35 /*
  36  * The general purpose ASN1 code is not available inside the FIPS provider.
  37  * To remove the dependency RSASSA-PKCS1-v1_5 DigestInfo encodings can be
  38  * treated as a special case by pregenerating the required ASN1 encoding.
  39  * This encoding will also be shared by the default provider.
  40  *
  41  * The EMSA-PKCS1-v1_5 encoding method includes an ASN.1 value of type
  42  * DigestInfo, where the type DigestInfo has the syntax
  43  *
  44  *     DigestInfo ::= SEQUENCE {
  45  *         digestAlgorithm DigestAlgorithm,
  46  *         digest OCTET STRING
  47  *     }
  48  *
  49  *     DigestAlgorithm ::= AlgorithmIdentifier {
  50  *         {PKCS1-v1-5DigestAlgorithms}
  51  *     }
  52  *
  53  * The AlgorithmIdentifier is a sequence containing the digest OID and
  54  * parameters (a value of type NULL).
  55  *
  56  * The ENCODE_DIGESTINFO_SHA() and ENCODE_DIGESTINFO_MD() macros define an
  57  * initialized array containing the DER encoded DigestInfo for the specified
  58  * SHA or MD digest. The content of the OCTET STRING is not included.
  59  * |name| is the digest name.
  60  * |n| is last byte in the encoded OID for the digest.
  61  * |sz| is the digest length in bytes. It must not be greater than 110.
  62  */
  63
  64 #define ASN1_SEQUENCE 0x30
  65 #define ASN1_OCTET_STRING 0x04
  66 #define ASN1_NULL 0x05
  67 #define ASN1_OID 0x06
  68
  69 /* SHA OIDs are of the form: (2 16 840 1 101 3 4 2 |n|) */
  70 #define ENCODE_DIGESTINFO_SHA(name, n, sz)                                     \
  71 static const unsigned char digestinfo_##name##_der[] = {                       \
  72     ASN1_SEQUENCE, 0x11 + sz,                                                  \
  73       ASN1_SEQUENCE, 0x0d,                                                     \
  74         ASN1_OID, 0x09, 2 * 40 + 16, 0x86, 0x48, 1, 101, 3, 4, 2, n,           \
  75         ASN1_NULL, 0x00,                                                       \
  76       ASN1_OCTET_STRING, sz                                                    \
  77 };
  78
  79 /* MD2 and MD5 OIDs are of the form: (1 2 840 113549 2 |n|) */
  80 #define ENCODE_DIGESTINFO_MD(name, n, sz)                                      \
  81 static const unsigned char digestinfo_##name##_der[] = {                       \
  82     ASN1_SEQUENCE, 0x10 + sz,                                                  \
  83       ASN1_SEQUENCE, 0x0c,                                                     \
  84         ASN1_OID, 0x08, 1 * 40 + 2, 0x86, 0x48, 0x86, 0xf7, 0x0d, 2, n,        \
  85         ASN1_NULL, 0x00,                                                       \
  86       ASN1_OCTET_STRING, sz                                                    \
  87 };
  88
  89 #ifndef FIPS_MODE
  90 # ifndef OPENSSL_NO_MD2
  91 ENCODE_DIGESTINFO_MD(md2, 0x02, MD2_DIGEST_LENGTH)
  92 # endif
  93 # ifndef OPENSSL_NO_MD5
  94 ENCODE_DIGESTINFO_MD(md5, 0x05, MD5_DIGEST_LENGTH)
  95 # endif
  96 # ifndef OPENSSL_NO_MDC2
  97 /* MDC-2 (2 5 8 3 101) */
  98 static const unsigned char digestinfo_mdc2_der[] = {
  99     ASN1_SEQUENCE, 0x0c + MDC2_DIGEST_LENGTH,
 100       ASN1_SEQUENCE, 0x08,
 101         ASN1_OID, 0x04, 2 * 40 + 5, 8, 3, 101,
 102         ASN1_NULL, 0x00,
 103       ASN1_OCTET_STRING, MDC2_DIGEST_LENGTH
 104 };
 105 # endif
 106 /* SHA-1 (1 3 14 3 2 26) */
 107 static const unsigned char digestinfo_sha1_der[] = {
 108     ASN1_SEQUENCE, 0x0d + SHA_DIGEST_LENGTH,
 109       ASN1_SEQUENCE, 0x09,
 110         ASN1_OID, 0x05, 1 * 40 + 3, 14, 3, 2, 26,
 111         ASN1_NULL, 0x00,
 112       ASN1_OCTET_STRING, SHA_DIGEST_LENGTH
 113 };
 114
 115 #endif /* FIPS_MODE */
 116
 117 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha256, 0x01, SHA256_DIGEST_LENGTH)
 118 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha384, 0x02, SHA384_DIGEST_LENGTH)
 119 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha512, 0x03, SHA512_DIGEST_LENGTH)
 120 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha224, 0x04, SHA224_DIGEST_LENGTH)
 121 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha512_224, 0x05, SHA224_DIGEST_LENGTH)
 122 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha512_256, 0x06, SHA256_DIGEST_LENGTH)
 123 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_224, 0x07, SHA224_DIGEST_LENGTH)
 124 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_256, 0x08, SHA256_DIGEST_LENGTH)
 125 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_384, 0x09, SHA384_DIGEST_LENGTH)
 126 ENCODE_DIGESTINFO_SHA(sha3_512, 0x0a, SHA512_DIGEST_LENGTH)
 127
 128 #define MD_CASE(name)                                                          \
 129     case NID_##name:                                                           \
 130         *len = sizeof(digestinfo_##name##_der);                                \
 131         return digestinfo_##name##_der;
 132
 133 static const unsigned char *digestinfo_encoding(int nid, size_t *len)
 134 {
 135     switch (nid) {
 136 #ifndef FIPS_MODE
 137 # ifndef OPENSSL_NO_MDC2
 138     MD_CASE(mdc2)
 139 # endif
 140 # ifndef OPENSSL_NO_MD2
 141     MD_CASE(md2)
 142 # endif
 143 # ifndef OPENSSL_NO_MD5
 144     MD_CASE(md5)
 145 # endif
 146     MD_CASE(sha1)
 147 #endif /* FIPS_MODE */
 148     MD_CASE(sha224)
 149     MD_CASE(sha256)
 150     MD_CASE(sha384)
 151     MD_CASE(sha512)
 152     MD_CASE(sha512_224)
 153     MD_CASE(sha512_256)
 154     MD_CASE(sha3_224)
 155     MD_CASE(sha3_256)
 156     MD_CASE(sha3_384)
 157     MD_CASE(sha3_512)
 158     default:
 159         return NULL;
 160     }
 161 }
 162
 163 /* Size of an SSL signature: MD5+SHA1 */
 164 #define SSL_SIG_LENGTH  36
 165
 166 /*
 167  * Encodes a DigestInfo prefix of hash |type| and digest |m|, as
 168  * described in EMSA-PKCS1-v1_5-ENCODE, RFC 3447 section 9.2 step 2. This
 169  * encodes the DigestInfo (T and tLen) but does not add the padding.
 170  *
 171  * On success, it returns one and sets |*out| to a newly allocated buffer
 172  * containing the result and |*out_len| to its length. The caller must free
 173  * |*out| with OPENSSL_free(). Otherwise, it returns zero.
 174  */
 175 static int encode_pkcs1(unsigned char **out, size_t *out_len, int type,
 176                         const unsigned char *m, size_t m_len)
 177 {
 178     size_t di_prefix_len, dig_info_len;
 179     const unsigned char *di_prefix;
 180     unsigned char *dig_info;
 181
 182     if (type == NID_undef) {
 183         RSAerr(RSA_F_ENCODE_PKCS1, RSA_R_UNKNOWN_ALGORITHM_TYPE);
 184         return 0;
 185     }
 186     di_prefix = digestinfo_encoding(type, &di_prefix_len);
 187     if (di_prefix == NULL) {
 188         RSAerr(RSA_F_ENCODE_PKCS1,
 189                RSA_R_THE_ASN1_OBJECT_IDENTIFIER_IS_NOT_KNOWN_FOR_THIS_MD);
 190         return 0;
 191     }
 192     dig_info_len = di_prefix_len + m_len;
 193     dig_info = OPENSSL_malloc(dig_info_len);
 194     if (dig_info == NULL) {
 195         RSAerr(RSA_F_ENCODE_PKCS1, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 196         return 0;
 197     }
 198     memcpy(dig_info, di_prefix, di_prefix_len);
 199     memcpy(dig_info + di_prefix_len, m, m_len);
 200
 201     *out = dig_info;
 202     *out_len = dig_info_len;
 203     return 1;
 204 }
 205
 206 int RSA_sign(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_len,
 207              unsigned char *sigret, unsigned int *siglen, RSA *rsa)
 208 {
 209     int encrypt_len, ret = 0;
 210     size_t encoded_len = 0;
 211     unsigned char *tmps = NULL;
 212     const unsigned char *encoded = NULL;
 213
 214     if (rsa->meth->rsa_sign != NULL)
 215         return rsa->meth->rsa_sign(type, m, m_len, sigret, siglen, rsa);
 216
 217     /* Compute the encoded digest. */
 218     if (type == NID_md5_sha1) {
 219         /*
 220          * NID_md5_sha1 corresponds to the MD5/SHA1 combination in TLS 1.1 and
 221          * earlier. It has no DigestInfo wrapper but otherwise is
 222          * RSASSA-PKCS1-v1_5.
 223          */
 224         if (m_len != SSL_SIG_LENGTH) {
 225             RSAerr(RSA_F_RSA_SIGN, RSA_R_INVALID_MESSAGE_LENGTH);
 226             return 0;
 227         }
 228         encoded_len = SSL_SIG_LENGTH;
 229         encoded = m;
 230     } else {
 231         if (!encode_pkcs1(&tmps, &encoded_len, type, m, m_len))
 232             goto err;
 233         encoded = tmps;
 234     }
 235
 236     if (encoded_len + RSA_PKCS1_PADDING_SIZE > (size_t)RSA_size(rsa)) {
 237         RSAerr(RSA_F_RSA_SIGN, RSA_R_DIGEST_TOO_BIG_FOR_RSA_KEY);
 238         goto err;
 239     }
 240     encrypt_len = RSA_private_encrypt((int)encoded_len, encoded, sigret, rsa,
 241                                       RSA_PKCS1_PADDING);
 242     if (encrypt_len <= 0)
 243         goto err;
 244
 245     *siglen = encrypt_len;
 246     ret = 1;
 247
 248 err:
 249     OPENSSL_clear_free(tmps, encoded_len);
 250     return ret;
 251 }
 252
 253 /*
 254  * Verify an RSA signature in |sigbuf| using |rsa|.
 255  * |type| is the NID of the digest algorithm to use.
 256  * If |rm| is NULL, it verifies the signature for digest |m|, otherwise
 257  * it recovers the digest from the signature, writing the digest to |rm| and
 258  * the length to |*prm_len|.
 259  *
 260  * It returns one on successful verification or zero otherwise.
 261  */
 262 int int_rsa_verify(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_len,
 263                    unsigned char *rm, size_t *prm_len,
 264                    const unsigned char *sigbuf, size_t siglen, RSA *rsa)
 265 {
 266     int len, ret = 0;
 267     size_t decrypt_len, encoded_len = 0;
 268     unsigned char *decrypt_buf = NULL, *encoded = NULL;
 269
 270     if (siglen != (size_t)RSA_size(rsa)) {
 271         RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_WRONG_SIGNATURE_LENGTH);
 272         return 0;
 273     }
 274
 275     /* Recover the encoded digest. */
 276     decrypt_buf = OPENSSL_malloc(siglen);
 277     if (decrypt_buf == NULL) {
 278         RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 279         goto err;
 280     }
 281
 282     len = RSA_public_decrypt((int)siglen, sigbuf, decrypt_buf, rsa,
 283                              RSA_PKCS1_PADDING);
 284     if (len <= 0)
 285         goto err;
 286     decrypt_len = len;
 287
 288     if (type == NID_md5_sha1) {
 289         /*
 290          * NID_md5_sha1 corresponds to the MD5/SHA1 combination in TLS 1.1 and
 291          * earlier. It has no DigestInfo wrapper but otherwise is
 292          * RSASSA-PKCS1-v1_5.
 293          */
 294         if (decrypt_len != SSL_SIG_LENGTH) {
 295             RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 296             goto err;
 297         }
 298
 299         if (rm != NULL) {
 300             memcpy(rm, decrypt_buf, SSL_SIG_LENGTH);
 301             *prm_len = SSL_SIG_LENGTH;
 302         } else {
 303             if (m_len != SSL_SIG_LENGTH) {
 304                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_INVALID_MESSAGE_LENGTH);
 305                 goto err;
 306             }
 307
 308             if (memcmp(decrypt_buf, m, SSL_SIG_LENGTH) != 0) {
 309                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 310                 goto err;
 311             }
 312         }
 313     } else if (type == NID_mdc2 && decrypt_len == 2 + 16
 314                && decrypt_buf[0] == 0x04 && decrypt_buf[1] == 0x10) {
 315         /*
 316          * Oddball MDC2 case: signature can be OCTET STRING. check for correct
 317          * tag and length octets.
 318          */
 319         if (rm != NULL) {
 320             memcpy(rm, decrypt_buf + 2, 16);
 321             *prm_len = 16;
 322         } else {
 323             if (m_len != 16) {
 324                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_INVALID_MESSAGE_LENGTH);
 325                 goto err;
 326             }
 327
 328             if (memcmp(m, decrypt_buf + 2, 16) != 0) {
 329                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 330                 goto err;
 331             }
 332         }
 333     } else {
 334         /*
 335          * If recovering the digest, extract a digest-sized output from the end
 336          * of |decrypt_buf| for |encode_pkcs1|, then compare the decryption
 337          * output as in a standard verification.
 338          */
 339         if (rm != NULL) {
 340             const EVP_MD *md = EVP_get_digestbynid(type);
 341             if (md == NULL) {
 342                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_UNKNOWN_ALGORITHM_TYPE);
 343                 goto err;
 344             }
 345
 346             len = EVP_MD_size(md);
 347             if (len <= 0)
 348                 goto err;
 349             m_len = (unsigned int)len;
 350             if (m_len > decrypt_len) {
 351                 RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_INVALID_DIGEST_LENGTH);
 352                 goto err;
 353             }
 354             m = decrypt_buf + decrypt_len - m_len;
 355         }
 356
 357         /* Construct the encoded digest and ensure it matches. */
 358         if (!encode_pkcs1(&encoded, &encoded_len, type, m, m_len))
 359             goto err;
 360
 361         if (encoded_len != decrypt_len
 362                 || memcmp(encoded, decrypt_buf, encoded_len) != 0) {
 363             RSAerr(RSA_F_INT_RSA_VERIFY, RSA_R_BAD_SIGNATURE);
 364             goto err;
 365         }
 366
 367         /* Output the recovered digest. */
 368         if (rm != NULL) {
 369             memcpy(rm, m, m_len);
 370             *prm_len = m_len;
 371         }
 372     }
 373
 374     ret = 1;
 375
 376 err:
 377     OPENSSL_clear_free(encoded, encoded_len);
 378     OPENSSL_clear_free(decrypt_buf, siglen);
 379     return ret;
 380 }
 381
 382 int RSA_verify(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_len,
 383                const unsigned char *sigbuf, unsigned int siglen, RSA *rsa)
 384 {
 385
 386     if (rsa->meth->rsa_verify != NULL)
 387         return rsa->meth->rsa_verify(type, m, m_len, sigbuf, siglen, rsa);
 388
 389     return int_rsa_verify(type, m, m_len, NULL, NULL, sigbuf, siglen, rsa);
 390 }