Merge branch 'master' of ssh://gnunet.org/gnunet
[oweals/gnunet.git] / src / util / crypto_rsa.c
index 4415f20f62f627d7f835b35239d926cb3d09c49c..7a108c21b179c33cf6cdb6ca1007babdd8721f41 100644 (file)
@@ -25,7 +25,7 @@
 #include <gcrypt.h>
 #include "gnunet_crypto_lib.h"
 
-#define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "util", __VA_ARGS__)
+#define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "util-crypto-rsa", __VA_ARGS__)
 
 
 /**
@@ -392,12 +392,36 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_public_key_decode (const char *buf,
 }
 
 
+/**
+ * Test for malicious RSA key.
+ *
+ * Assuming n is an RSA modulous and r is generated using a call to
+ * GNUNET_CRYPTO_kdf_mod_mpi, if gcd(r,n) != 1 then n must be a
+ * malicious RSA key designed to deanomize the user.
+ *
+ * @param r KDF result
+ * @param n RSA modulus
+ * @return True if gcd(r,n) = 1, False means RSA key is malicious
+ */
+static int
+rsa_gcd_validate(gcry_mpi_t r, gcry_mpi_t n)
+{
+  gcry_mpi_t g;
+  int t;
+
+  g = gcry_mpi_new (0);
+  t = gcry_mpi_gcd(g,r,n);
+  gcry_mpi_release (g);
+  return t;
+}
+
+
 /**
  * Create a blinding key
  *
  * @param len length of the key in bits (i.e. 2048)
  * @param bks pre-secret to use to derive the blinding key
- * @return the newly created blinding key
+ * @return the newly created blinding key, NULL if RSA key is malicious
  */
 static struct RsaBlindingKey *
 rsa_blinding_key_derive (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *pkey,
@@ -408,9 +432,11 @@ rsa_blinding_key_derive (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *pkey,
   gcry_mpi_t n;
 
   blind = GNUNET_new (struct RsaBlindingKey);
+  GNUNET_assert( NULL != blind );
 
   /* Extract the composite n from the RSA public key */
   GNUNET_assert( 0 == key_from_sexp (&n, pkey->sexp, "rsa", "n") );
+  /* Assert that it at least looks like an RSA key */
   GNUNET_assert( 0 == gcry_mpi_get_flag(n, GCRYMPI_FLAG_OPAQUE) );
 
   GNUNET_CRYPTO_kdf_mod_mpi (&blind->r,
@@ -418,10 +444,59 @@ rsa_blinding_key_derive (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *pkey,
                              xts,  strlen(xts),
                              bks,  sizeof(*bks),
                              "Blinding KDF");
+  if (0 == rsa_gcd_validate(blind->r, n))  {
+    GNUNET_free (blind);
+    blind = NULL;
+  }
+
+  gcry_mpi_release (n);
   return blind;
 }
 
 
+/*
+We originally added GNUNET_CRYPTO_kdf_mod_mpi for the benifit of the
+previous routine.
+
+There was previously a call to GNUNET_CRYPTO_kdf in
+  bkey = rsa_blinding_key_derive (len, bks);
+that gives exactly len bits where
+  len = GNUNET_CRYPTO_rsa_public_key_len (pkey);
+
+Now r = 2^(len-1)/pkey.n is the probability that a set high bit being
+okay, meaning bkey < pkey.n.  It follows that (1-r)/2 of the time bkey >
+pkey.n making the effective bkey be
+  bkey mod pkey.n = bkey - pkey.n
+so the effective bkey has its high bit set with probability r/2.
+
+We expect r to be close to 1/2 if the exchange is honest, but the
+exchange can choose r otherwise.
+
+In blind signing, the exchange sees
+  B = bkey * S mod pkey.n
+On deposit, the exchange sees S so they can compute bkey' = B/S mod
+pkey.n for all B they recorded to see if bkey' has it's high bit set.
+Also, note the exchange can compute 1/S efficiently since they know the
+factors of pkey.n.
+
+I suppose that happens with probability r/(1+r) if its the wrong B, not
+completely sure.  If otoh we've the right B, then we've the probability
+r/2 of a set high bit in the effective bkey.
+
+Interestingly, r^2-r has a maximum at the default r=1/2 anyways, giving
+the wrong and right probabilities 1/3 and 1/4, respectively.
+
+I feared this gives the exchange a meaningful fraction of a bit of
+information per coin involved in the transaction.  It sounds damaging if
+numerous coins were involved.  And it could run across transactions in
+some scenarios.
+
+We fixed this by using a more uniform deterministic pseudo-random number
+generator for blinding factors.  I do not believe this to be a problem
+for the rsa_full_domain_hash routine, but better safe than sorry.
+*/
+
+
 /**
  * Compare the values of two signatures.
  *
@@ -596,22 +671,23 @@ numeric_mpi_alloc_n_print (gcry_mpi_t v,
  *   https://eprint.iacr.org/2001/002.pdf
  *   http://www.di.ens.fr/~pointche/Documents/Papers/2001_fcA.pdf
  *
- * @param[out] r MPI value set to the FDH
  * @param hash initial hash of the message to sign
  * @param pkey the public key of the signer
  * @param rsize If not NULL, the number of bytes actually stored in buffer
+ * @return MPI value set to the FDH, NULL if RSA key is malicious
  */
-static void
-rsa_full_domain_hash (gcry_mpi_t *r,
-                                    const struct GNUNET_HashCode *hash,
-                                    const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *pkey)
+static gcry_mpi_t
+rsa_full_domain_hash (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *pkey,
+                      const struct GNUNET_HashCode *hash)
 {
-  gcry_mpi_t n;
+  gcry_mpi_t r,n;
   char *xts;
   size_t xts_len;
+  int ok;
 
   /* Extract the composite n from the RSA public key */
   GNUNET_assert( 0 == key_from_sexp (&n, pkey->sexp, "rsa", "n") );
+  /* Assert that it at least looks like an RSA key */
   GNUNET_assert( 0 == gcry_mpi_get_flag(n, GCRYMPI_FLAG_OPAQUE) );
 
   /* We key with the public denomination key as a homage to RSA-PSS by  *
@@ -620,13 +696,19 @@ rsa_full_domain_hash (gcry_mpi_t *r,
    * polynomial-time one-more forgary attack.  Yey seeding!             */
   xts_len = GNUNET_CRYPTO_rsa_public_key_encode (pkey, &xts);
 
-  GNUNET_CRYPTO_kdf_mod_mpi (r,
+  GNUNET_CRYPTO_kdf_mod_mpi (&r,
                              n,
                              xts,  xts_len,
                              hash,  sizeof(*hash),
                              "RSA-FDA FTpsW!");
-
   GNUNET_free (xts);
+
+  ok = rsa_gcd_validate(r,n);
+  gcry_mpi_release (n);
+  if (ok)
+    return r;
+  gcry_mpi_release (r);
+  return NULL;
 }
 
 
@@ -636,36 +718,45 @@ rsa_full_domain_hash (gcry_mpi_t *r,
  * @param hash hash of the message to sign
  * @param bkey the blinding key
  * @param pkey the public key of the signer
- * @param[out] buffer set to a buffer with the blinded message to be signed
- * @return number of bytes stored in @a buffer
+ * @param[out] buf set to a buffer with the blinded message to be signed
+ * @param[out] buf_size number of bytes stored in @a buf
+ * @return GNUNET_YES if successful, GNUNET_NO if RSA key is malicious
  */
-size_t
+int
 GNUNET_CRYPTO_rsa_blind (const struct GNUNET_HashCode *hash,
                          const struct GNUNET_CRYPTO_RsaBlindingKeySecret *bks,
                          struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *pkey,
-                         char **buffer)
+                         char **buf, size_t *buf_size)
 {
   struct RsaBlindingKey *bkey;
   gcry_mpi_t data;
   gcry_mpi_t ne[2];
   gcry_mpi_t r_e;
   gcry_mpi_t data_r_e;
-  size_t n;
   int ret;
 
+  GNUNET_assert (buf != NULL && buf_size != NULL);
   ret = key_from_sexp (ne, pkey->sexp, "public-key", "ne");
   if (0 != ret)
     ret = key_from_sexp (ne, pkey->sexp, "rsa", "ne");
   if (0 != ret)
   {
     GNUNET_break (0);
-    *buffer = NULL;
+    *buf = NULL;
+    *buf_size = 0;
     return 0;
   }
 
-  rsa_full_domain_hash (&data, hash, pkey);
-  bkey = rsa_blinding_key_derive (pkey,
-                                 bks);
+  data = rsa_full_domain_hash (pkey, hash);
+  if (NULL == data)
+    goto rsa_gcd_validate_failure;
+
+  bkey = rsa_blinding_key_derive (pkey, bks);
+  if (NULL == bkey) {
+    gcry_mpi_release (data);
+    goto rsa_gcd_validate_failure;
+  }
+
   r_e = gcry_mpi_new (0);
   gcry_mpi_powm (r_e,
                  bkey->r,
@@ -680,11 +771,20 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_blind (const struct GNUNET_HashCode *hash,
   gcry_mpi_release (ne[0]);
   gcry_mpi_release (ne[1]);
   gcry_mpi_release (r_e);
-  rsa_blinding_key_free (bkey);  
+  rsa_blinding_key_free (bkey);
 
-  n = numeric_mpi_alloc_n_print (data_r_e, buffer);
+  *buf_size = numeric_mpi_alloc_n_print (data_r_e, buf);
   gcry_mpi_release (data_r_e);
-  return n;
+  return GNUNET_YES;
+
+rsa_gcd_validate_failure:
+  /* We know the RSA key is malicious here, so warn the wallet. */
+  /* GNUNET_break_op (0); */
+  gcry_mpi_release (ne[0]);
+  gcry_mpi_release (ne[1]);
+  *buf = NULL;
+  *buf_size = 0;
+  return GNUNET_NO;
 }
 
 
@@ -720,7 +820,6 @@ rsa_sign_mpi (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPrivateKey *key,
               gcry_mpi_t value)
 {
   struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *sig;
-  struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *public_key;
   gcry_sexp_t data;
   gcry_sexp_t result;
   int rc;
@@ -741,8 +840,12 @@ rsa_sign_mpi (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPrivateKey *key,
     return NULL;
   }
 
+  /* Lenstra protection was first added to libgcrypt 1.6.4
+   * with commit c17f84bd02d7ee93845e92e20f6ddba814961588.
+   */
+#if GCRYPT_VERSION_NUMBER < 0x010604
   /* verify signature (guards against Lenstra's attack with fault injection...) */
-  public_key = GNUNET_CRYPTO_rsa_private_key_get_public (key);
+  struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *public_key = GNUNET_CRYPTO_rsa_private_key_get_public (key);
   if (0 !=
       gcry_pk_verify (result,
                       data,
@@ -755,6 +858,7 @@ rsa_sign_mpi (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPrivateKey *key,
     return NULL;
   }
   GNUNET_CRYPTO_rsa_public_key_free (public_key);
+#endif
 
   /* return signature */
   gcry_sexp_release (data);
@@ -798,7 +902,7 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_sign_blinded (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPrivateKey *key,
  *
  * @param key private key to use for the signing
  * @param hash the hash of the message to sign
- * @return NULL on error, signature on success
+ * @return NULL on error, including a malicious RSA key, signature on success
  */
 struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *
 GNUNET_CRYPTO_rsa_sign_fdh (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPrivateKey *key,
@@ -809,13 +913,14 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_sign_fdh (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPrivateKey *key,
   struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *sig;
 
   pkey = GNUNET_CRYPTO_rsa_private_key_get_public (key);
-  rsa_full_domain_hash (&v, hash, pkey);
+  v = rsa_full_domain_hash (pkey, hash);
   GNUNET_CRYPTO_rsa_public_key_free (pkey);
+  if (NULL == v)   /* rsa_gcd_validate failed meaning */
+    return NULL;   /* our *own* RSA key is malicious. */
 
   sig = rsa_sign_mpi (key, v);
   gcry_mpi_release (v);
   return sig;
-
 }
 
 
@@ -938,7 +1043,7 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_public_key_dup (const struct GNUNET_CRYPTO_RsaPublicKey *key)
  * @param sig the signature made on the blinded signature purpose
  * @param bks the blinding key secret used to blind the signature purpose
  * @param pkey the public key of the signer
- * @return unblinded signature on success, NULL on error
+ * @return unblinded signature on success, NULL if RSA key is bad or malicious.
  */
 struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *
 GNUNET_CRYPTO_rsa_unblind (struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *sig,
@@ -970,8 +1075,19 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_unblind (struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *sig,
     GNUNET_break_op (0);
     return NULL;
   }
-  bkey = rsa_blinding_key_derive (pkey,
-                                 bks);
+
+  bkey = rsa_blinding_key_derive (pkey, bks);
+  if (NULL == bkey)
+  {
+    /* RSA key is malicious since rsa_gcd_validate failed here.
+     * It should have failed during GNUNET_CRYPTO_rsa_blind too though,
+     * so the exchange is being malicious in an unfamilair way, maybe
+     * just trying to crash us.  */
+    GNUNET_break_op (0);
+    gcry_mpi_release (n);
+    gcry_mpi_release (s);
+    return NULL;
+  }
 
   r_inv = gcry_mpi_new (0);
   if (1 !=
@@ -979,13 +1095,16 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_unblind (struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *sig,
                      bkey->r,
                      n))
   {
+    /* We cannot find r mod n, so gcd(r,n) != 1, which should get *
+     * caught above, but we handle it the same here.              */
     GNUNET_break_op (0);
-    gcry_mpi_release (n);
     gcry_mpi_release (r_inv);
+    rsa_blinding_key_free (bkey);
+    gcry_mpi_release (n);
     gcry_mpi_release (s);
-    rsa_blinding_key_free (bkey);  
     return NULL;
   }
+
   ubsig = gcry_mpi_new (0);
   gcry_mpi_mulm (ubsig, s, r_inv, n);
   gcry_mpi_release (n);
@@ -1005,13 +1124,13 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_unblind (struct GNUNET_CRYPTO_RsaSignature *sig,
 
 
 /**
- * Verify whether the given hash corresponds to the given signature and the
- * signature is valid with respect to the given public key.
+ * Verify whether the given hash corresponds to the given signature and
+ * the signature is valid with respect to the given public key.
  *
  * @param hash hash of the message to verify to match the @a sig
  * @param sig signature that is being validated
  * @param pkey public key of the signer
- * @returns #GNUNET_OK if ok, #GNUNET_SYSERR if invalid
+ * @returns #GNUNET_YES if ok, #GNUNET_NO if RSA key is malicious, #GNUNET_SYSERR if signature is invalid
  */
 int
 GNUNET_CRYPTO_rsa_verify (const struct GNUNET_HashCode *hash,
@@ -1022,7 +1141,18 @@ GNUNET_CRYPTO_rsa_verify (const struct GNUNET_HashCode *hash,
   gcry_mpi_t r;
   int rc;
 
-  rsa_full_domain_hash (&r, hash, pkey);
+  r = rsa_full_domain_hash (pkey, hash);
+  if (NULL == r) {
+    GNUNET_break_op (0);
+    /* RSA key is malicious since rsa_gcd_validate failed here.
+     * It should have failed during GNUNET_CRYPTO_rsa_blind too though,
+     * so the exchange is being malicious in an unfamilair way, maybe
+     * just trying to crash us.  Arguably, we've only an internal error
+     * though because we should've detected this in our previous call
+     * to GNUNET_CRYPTO_rsa_unblind. */
+    return GNUNET_NO;
+  }
+
   data = mpi_to_sexp(r);
   gcry_mpi_release (r);