test_digest.c

   1 /*
   2  * Test GOST 34.11 Digest operation
   3  *
   4  * Copyright (C) 2019-2020 Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>. All Rights Reserved.
   5  *
   6  * Contents licensed under the terms of the OpenSSL license
   7  * See https://www.openssl.org/source/license.html for details
   8  */
   9
  10 #include <openssl/engine.h>
  11 #include <openssl/evp.h>
  12 #include <openssl/rand.h>
  13 #include <openssl/err.h>
  14 #include <openssl/asn1.h>
  15 #include <openssl/obj_mac.h>
  16 #include <string.h>
  17 #include <stdlib.h>
  18 #if MIPSEL
  19 # include <sys/sysmips.h>
  20 #endif
  21 #ifndef EVP_MD_CTRL_SET_KEY
  22 # include "gost_lcl.h"
  23 #endif
  24
  25 /* Helpers to test OpenSSL API calls. */
  26 #define T(e) ({ if (!(e)) { \
  27                 ERR_print_errors_fp(stderr); \
  28                 OpenSSLDie(__FILE__, __LINE__, #e); \
  29             } \
  30         })
  31 #define TE(e) ({ if (!(e)) { \
  32                 ERR_print_errors_fp(stderr); \
  33                 fprintf(stderr, "Error at %s:%d %s\n", __FILE__, __LINE__, #e); \
  34                 return -1; \
  35             } \
  36         })
  37
  38 #define cRED    "\033[1;31m"
  39 #define cDRED   "\033[0;31m"
  40 #define cGREEN  "\033[1;32m"
  41 #define cDGREEN "\033[0;32m"
  42 #define cBLUE   "\033[1;34m"
  43 #define cDBLUE  "\033[0;34m"
  44 #define cNORM   "\033[m"
  45 #define TEST_ASSERT(e) {if ((test = (e))) \
  46                  printf(cRED "  Test FAILED\n" cNORM); \
  47              else \
  48                  printf(cGREEN "  Test passed\n" cNORM);}
  49
  50 /*
  51  * Test key from both GOST R 34.12-2015 and GOST R 34.13-2015.
  52  */
  53 static const char K[32] = {
  54     0x88,0x99,0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee,0xff,0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,
  55     0xfe,0xdc,0xba,0x98,0x76,0x54,0x32,0x10,0x01,0x23,0x45,0x67,0x89,0xab,0xcd,0xef,
  56 };
  57
  58 /*
  59  * Plaintext from GOST R 34.13-2015 A.1.
  60  * First 16 bytes is vector (a) from GOST R 34.12-2015 A.1.
  61  */
  62 static const char P[] = {
  63     0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x00,0xff,0xee,0xdd,0xcc,0xbb,0xaa,0x99,0x88,
  64     0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xaa,0xbb,0xcc,0xee,0xff,0x0a,
  65     0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xaa,0xbb,0xcc,0xee,0xff,0x0a,0x00,
  66     0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xaa,0xbb,0xcc,0xee,0xff,0x0a,0x00,0x11,
  67 };
  68
  69 /*
  70  * OMAC1/CMAC test vector from GOST R 34.13-2015 А.1.6
  71  */
  72 static const char MAC_omac[] = { 0x33,0x6f,0x4d,0x29,0x60,0x59,0xfb,0xe3 };
  73
  74 /*
  75  * OMAC-ACPKM test vector from R 1323565.1.017-2018 A.4.1
  76  */
  77 static const char P_omac_acpkm1[] = {
  78     0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x00,0xFF,0xEE,0xDD,0xCC,0xBB,0xAA,0x99,0x88,
  79     0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,
  80 };
  81
  82 static const char MAC_omac_acpkm1[] = {
  83     0xB5,0x36,0x7F,0x47,0xB6,0x2B,0x99,0x5E,0xEB,0x2A,0x64,0x8C,0x58,0x43,0x14,0x5E,
  84 };
  85
  86 /*
  87  * OMAC-ACPKM test vector from R 1323565.1.017-2018 A.4.2
  88  */
  89 static const char P_omac_acpkm2[] = {
  90     0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x00,0xFF,0xEE,0xDD,0xCC,0xBB,0xAA,0x99,0x88,
  91     0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,0xBB,0xCC,0xEE,0xFF,0x0A,
  92     0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,0xBB,0xCC,0xEE,0xFF,0x0A,0x00,
  93     0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,0xBB,0xCC,0xEE,0xFF,0x0A,0x00,0x11,
  94     0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,0xBB,0xCC,0xEE,0xFF,0x0A,0x00,0x11,0x22,
  95 };
  96
  97 static const char MAC_omac_acpkm2[] = {
  98     0xFB,0xB8,0xDC,0xEE,0x45,0xBE,0xA6,0x7C,0x35,0xF5,0x8C,0x57,0x00,0x89,0x8E,0x5D,
  99 };
 100
 101 struct hash_testvec {
 102     int nid;               /* OpenSSL algorithm numeric id. */
 103     const char *name;      /* Test name and source. */
 104     const char *plaintext; /* Input (of psize), NULL for synthetic test. */
 105     const char *digest;    /* Expected output (of EVP_MD_size or truncate). */
 106     const char *key;       /* MAC key.*/
 107     int psize;             /* Input (plaintext) size. */
 108     int mdsize;            /* Compare to EVP_MD_size() if non-zero. */
 109     int truncate;          /* Truncated output (digest) size. */
 110     int key_size;          /* MAC key size. */
 111     int block_size;        /* Internal block size. */
 112     int acpkm;             /* The section size N (the number of bits that are
 113                               processed with one section key before this key is
 114                               transformed) (bytes) */
 115     int acpkm_t;           /* Master key (change) frequency T* (bytes) */
 116 };
 117
 118 static const struct hash_testvec testvecs[] = {
 119     {
 120         .nid = NID_id_GostR3411_2012_512,
 121         .name = "M1 from RFC 6986 (10.1.1) and GOST R 34.11-2012 (А.1.1)",
 122         .plaintext =
 123             "012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012",
 124         .psize = 63,
 125         .digest =
 126             "\x1b\x54\xd0\x1a\x4a\xf5\xb9\xd5\xcc\x3d\x86\xd6\x8d\x28\x54\x62"
 127             "\xb1\x9a\xbc\x24\x75\x22\x2f\x35\xc0\x85\x12\x2b\xe4\xba\x1f\xfa"
 128             "\x00\xad\x30\xf8\x76\x7b\x3a\x82\x38\x4c\x65\x74\xf0\x24\xc3\x11"
 129             "\xe2\xa4\x81\x33\x2b\x08\xef\x7f\x41\x79\x78\x91\xc1\x64\x6f\x48",
 130         .mdsize = 512 / 8,
 131         .block_size = 512 / 8,
 132     },
 133     {
 134         .nid = NID_id_GostR3411_2012_256,
 135         .name = "M1 from RFC 6986 (10.1.2) and GOST R 34.11-2012 (А.1.2)",
 136         .plaintext =
 137             "012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012",
 138         .psize = 63,
 139         .digest =
 140             "\x9d\x15\x1e\xef\xd8\x59\x0b\x89\xda\xa6\xba\x6c\xb7\x4a\xf9\x27"
 141             "\x5d\xd0\x51\x02\x6b\xb1\x49\xa4\x52\xfd\x84\xe5\xe5\x7b\x55\x00",
 142         .mdsize = 256 / 8,
 143         .block_size = 512 / 8,
 144     },
 145     {
 146         .nid = NID_id_GostR3411_2012_512,
 147         .name = "M2 from RFC 6986 (10.2.1) and GOST R 34.11-2012 (А.2.1)",
 148         .plaintext =
 149             "\xd1\xe5\x20\xe2\xe5\xf2\xf0\xe8\x2c\x20\xd1\xf2\xf0\xe8\xe1\xee"
 150             "\xe6\xe8\x20\xe2\xed\xf3\xf6\xe8\x2c\x20\xe2\xe5\xfe\xf2\xfa\x20"
 151             "\xf1\x20\xec\xee\xf0\xff\x20\xf1\xf2\xf0\xe5\xeb\xe0\xec\xe8\x20"
 152             "\xed\xe0\x20\xf5\xf0\xe0\xe1\xf0\xfb\xff\x20\xef\xeb\xfa\xea\xfb"
 153             "\x20\xc8\xe3\xee\xf0\xe5\xe2\xfb",
 154         .psize = 72,
 155         .digest =
 156             "\x1e\x88\xe6\x22\x26\xbf\xca\x6f\x99\x94\xf1\xf2\xd5\x15\x69\xe0"
 157             "\xda\xf8\x47\x5a\x3b\x0f\xe6\x1a\x53\x00\xee\xe4\x6d\x96\x13\x76"
 158             "\x03\x5f\xe8\x35\x49\xad\xa2\xb8\x62\x0f\xcd\x7c\x49\x6c\xe5\xb3"
 159             "\x3f\x0c\xb9\xdd\xdc\x2b\x64\x60\x14\x3b\x03\xda\xba\xc9\xfb\x28",
 160     },
 161     {
 162         .nid = NID_id_GostR3411_2012_256,
 163         .name = "M2 from RFC 6986 (10.2.2) and GOST R 34.11-2012 (А.2.2)",
 164         .plaintext =
 165             "\xd1\xe5\x20\xe2\xe5\xf2\xf0\xe8\x2c\x20\xd1\xf2\xf0\xe8\xe1\xee"
 166             "\xe6\xe8\x20\xe2\xed\xf3\xf6\xe8\x2c\x20\xe2\xe5\xfe\xf2\xfa\x20"
 167             "\xf1\x20\xec\xee\xf0\xff\x20\xf1\xf2\xf0\xe5\xeb\xe0\xec\xe8\x20"
 168             "\xed\xe0\x20\xf5\xf0\xe0\xe1\xf0\xfb\xff\x20\xef\xeb\xfa\xea\xfb"
 169             "\x20\xc8\xe3\xee\xf0\xe5\xe2\xfb",
 170         .psize = 72,
 171         .digest =
 172             "\x9d\xd2\xfe\x4e\x90\x40\x9e\x5d\xa8\x7f\x53\x97\x6d\x74\x05\xb0"
 173             "\xc0\xca\xc6\x28\xfc\x66\x9a\x74\x1d\x50\x06\x3c\x55\x7e\x8f\x50",
 174     },
 175     /* OMAC tests */
 176     {
 177         .nid = NID_grasshopper_mac,
 178         .name = "P from GOST R 34.13-2015 (А.1.6)",
 179         .plaintext = P,
 180         .psize = sizeof(P),
 181         .key = K,
 182         .key_size = sizeof(K),
 183         .digest = MAC_omac,
 184         .mdsize = 128 / 8,
 185         .truncate = sizeof(MAC_omac),
 186     },
 187     {
 188         .nid = NID_id_tc26_cipher_gostr3412_2015_kuznyechik_ctracpkm_omac,
 189         .name = "M from R 1323565.1.017-2018 (A.4.1)",
 190         .plaintext = P_omac_acpkm1,
 191         .psize = sizeof(P_omac_acpkm1),
 192         .key = K,
 193         .key_size = sizeof(K),
 194         .acpkm = 32,
 195         .acpkm_t = 768 / 8,
 196         .digest = MAC_omac_acpkm1,
 197         .mdsize = sizeof(MAC_omac_acpkm1),
 198     },
 199     {
 200         .nid = NID_id_tc26_cipher_gostr3412_2015_kuznyechik_ctracpkm_omac,
 201         .name = "M from R 1323565.1.017-2018 (A.4.2)",
 202         .plaintext = P_omac_acpkm2,
 203         .psize = sizeof(P_omac_acpkm2),
 204         .key = K,
 205         .key_size = sizeof(K),
 206         .acpkm = 32,
 207         .acpkm_t = 768 / 8,
 208         .digest = MAC_omac_acpkm2,
 209         .mdsize = sizeof(MAC_omac_acpkm2),
 210     },
 211     /* Synthetic tests. */
 212     {
 213         .nid = NID_id_GostR3411_2012_256,
 214         .name = "streebog256 synthetic test",
 215         .mdsize = 32,
 216         .block_size = 64,
 217         .digest =
 218             "\xa2\xf3\x6d\x9c\x42\xa1\x1e\xad\xe3\xc1\xfe\x99\xf9\x99\xc3\x84"
 219             "\xe7\x98\xae\x24\x50\x75\x73\xd7\xfc\x99\x81\xa0\x45\x85\x41\xf6"
 220     }, {
 221         .nid = NID_id_GostR3411_2012_512,
 222         .name = "streebog512 synthetic test",
 223         .mdsize = 64,
 224         .block_size = 64,
 225         .digest =
 226             "\x1d\x14\x4d\xd8\xb8\x27\xfb\x55\x1a\x5a\x7d\x03\xbb\xdb\xfa\xcb"
 227             "\x43\x6b\x5b\xc5\x77\x59\xfd\x5f\xf2\x3b\x8e\xf9\xc4\xdd\x6f\x79"
 228             "\x45\xd8\x16\x59\x9e\xaa\xbc\xf2\xb1\x4f\xd0\xe4\xf6\xad\x46\x60"
 229             "\x90\x89\xf7\x2f\x93\xd8\x85\x0c\xb0\x43\xff\x5a\xb6\xe3\x69\xbd"
 230     },
 231     { 0 }
 232 };
 233
 234 static void hexdump(const void *ptr, size_t len)
 235 {
 236     const unsigned char *p = ptr;
 237     size_t i, j;
 238
 239     for (i = 0; i < len; i += j) {
 240         for (j = 0; j < 16 && i + j < len; j++)
 241             printf("%s%02x", j? "" : " ", p[i + j]);
 242     }
 243     printf("\n");
 244 }
 245
 246 static int do_digest(const EVP_MD *type, const char *plaintext,
 247     unsigned int psize, const char *etalon, int mdsize, int truncate,
 248     const char *key, unsigned int key_size, int acpkm, int acpkm_t,
 249     int block_size)
 250 {
 251     if (mdsize)
 252         T(EVP_MD_size(type) == mdsize);
 253     if (truncate)
 254         mdsize = truncate;
 255     else
 256         mdsize = EVP_MD_size(type);
 257
 258     if (block_size)
 259         T(EVP_MD_block_size(type) == block_size);
 260     EVP_MD_CTX *ctx;
 261     T(ctx = EVP_MD_CTX_new());
 262     T(EVP_MD_CTX_init(ctx));
 263     T(EVP_DigestInit_ex(ctx, type, NULL));
 264     if (key)
 265         T(EVP_MD_CTX_ctrl(ctx, EVP_MD_CTRL_SET_KEY, key_size, (void *)key));
 266     if (acpkm)
 267         T(EVP_MD_CTX_ctrl(ctx,
 268                 EVP_CTRL_KEY_MESH, acpkm, acpkm_t? &acpkm_t : NULL));
 269     T(EVP_DigestUpdate(ctx, plaintext, psize));
 270
 271     unsigned int len;
 272     unsigned char md[EVP_MAX_MD_SIZE];
 273
 274     if (EVP_MD_flags(EVP_MD_CTX_md(ctx)) & EVP_MD_FLAG_XOF) {
 275         T(EVP_DigestFinalXOF(ctx, md, mdsize));
 276         len = mdsize;
 277     } else {
 278         T(EVP_MD_CTX_size(ctx) == mdsize);
 279         T(EVP_DigestFinal_ex(ctx, md, &len));
 280     }
 281
 282     EVP_MD_CTX_free(ctx);
 283     T(len == mdsize);
 284     if (memcmp(md, etalon, mdsize) != 0) {
 285         printf(cRED "digest mismatch\n" cNORM);
 286         return 1;
 287     }
 288
 289     return 0;
 290 }
 291
 292 static int do_test(const struct hash_testvec *tv)
 293 {
 294         int ret = 0;
 295
 296         const EVP_MD *type;
 297         T(type = EVP_get_digestbynid(tv->nid));
 298         const char *name = EVP_MD_name(type);
 299         printf(cBLUE "Test %s: %s: " cNORM, name, tv->name);
 300         fflush(stdout);
 301         ret |= do_digest(type, tv->plaintext, tv->psize, tv->digest,
 302             tv->mdsize, tv->truncate, tv->key, tv->key_size, tv->acpkm,
 303             tv->acpkm_t, tv->block_size);
 304
 305         /* Text alignment problems. */
 306         int shifts = 32;
 307         int i;
 308         char *buf;
 309         T(buf = OPENSSL_malloc(tv->psize + shifts));
 310         for (i = 0; i < shifts; i++) {
 311                 memcpy(buf + i, tv->plaintext, tv->psize);
 312                 ret |= do_digest(type, buf + i, tv->psize, tv->digest,
 313                     tv->mdsize, tv->truncate, tv->key, tv->key_size, tv->acpkm,
 314                     tv->acpkm_t, tv->block_size);
 315         }
 316         OPENSSL_free(buf);
 317
 318         if (!ret)
 319                 printf(cGREEN "success\n" cNORM);
 320         else
 321                 printf(cRED "fail\n" cNORM);
 322         return ret;
 323 }
 324
 325 #define SUPER_SIZE 256
 326 /*
 327  * For 256-byte buffer filled with 256 bytes from 0 to 255;
 328  * Digest them 256 times from the buffer end with lengths from 0 to 256,
 329  * and from beginning of the buffer with lengths from 0 to 256;
 330  * Each produced digest is digested again into final sum.
 331  */
 332 static int do_synthetic_once(const struct hash_testvec *tv, unsigned int shifts)
 333 {
 334     unsigned char *ibuf, *md;
 335     T(ibuf = OPENSSL_zalloc(SUPER_SIZE + shifts));
 336
 337     /* fill with pattern */
 338     unsigned int len;
 339     for (len = 0; len < SUPER_SIZE; len++)
 340             ibuf[shifts + len] = len & 0xff;
 341
 342     const EVP_MD *mdtype;
 343     T(mdtype = EVP_get_digestbynid(tv->nid));
 344     OPENSSL_assert(tv->nid == EVP_MD_type(mdtype));
 345     EVP_MD_CTX *ctx, *ctx2;
 346     T(ctx  = EVP_MD_CTX_new());
 347     T(ctx2 = EVP_MD_CTX_new());
 348     T(EVP_DigestInit(ctx2, mdtype));
 349     OPENSSL_assert(tv->nid == EVP_MD_CTX_type(ctx2));
 350     OPENSSL_assert(EVP_MD_block_size(mdtype) == tv->block_size);
 351     OPENSSL_assert(EVP_MD_CTX_size(ctx2) == tv->mdsize);
 352     OPENSSL_assert(EVP_MD_CTX_block_size(ctx2) == tv->block_size);
 353
 354     const unsigned int mdlen = EVP_MD_size(mdtype);
 355     OPENSSL_assert(mdlen == tv->mdsize);
 356     T(md = OPENSSL_zalloc(mdlen + shifts));
 357     md += shifts; /* test for output digest alignment problems */
 358
 359     /* digest cycles */
 360     for (len = 0; len < SUPER_SIZE; len++) {
 361         /* for each len digest len bytes from the end of buf */
 362         T(EVP_DigestInit(ctx, mdtype));
 363         T(EVP_DigestUpdate(ctx, ibuf + shifts + SUPER_SIZE - len, len));
 364         T(EVP_DigestFinal(ctx, md, NULL));
 365         T(EVP_DigestUpdate(ctx2, md, mdlen));
 366     }
 367
 368     for (len = 0; len < SUPER_SIZE; len++) {
 369         /* for each len digest len bytes from the beginning of buf */
 370         T(EVP_DigestInit(ctx, mdtype));
 371         T(EVP_DigestUpdate(ctx, ibuf + shifts, len));
 372         T(EVP_DigestFinal(ctx, md, NULL));
 373         T(EVP_DigestUpdate(ctx2, md, mdlen));
 374     }
 375
 376     OPENSSL_free(ibuf);
 377     EVP_MD_CTX_free(ctx);
 378
 379     T(EVP_DigestFinal(ctx2, md, &len));
 380     EVP_MD_CTX_free(ctx2);
 381
 382     if (len != mdlen) {
 383         printf(cRED "digest output len mismatch %u != %u (expected)\n" cNORM,
 384             len, mdlen);
 385         goto err;
 386     }
 387
 388     if (memcmp(md, tv->digest, mdlen) != 0) {
 389         printf(cRED "digest mismatch\n" cNORM);
 390
 391         unsigned int i;
 392         printf("  Expected value is: ");
 393         for (i = 0; i < mdlen; i++)
 394             printf("\\x%02x", md[i]);
 395         printf("\n");
 396         goto err;
 397     }
 398
 399     OPENSSL_free(md - shifts);
 400     return 0;
 401 err:
 402     OPENSSL_free(md - shifts);
 403     return 1;
 404 }
 405
 406 /* do different block sizes and different memory offsets */
 407 static int do_synthetic_test(const struct hash_testvec *tv)
 408 {
 409     int ret = 0;
 410
 411     printf(cBLUE "Synthetic test %s: " cNORM, tv->name);
 412     fflush(stdout);
 413
 414     unsigned int shifts;
 415     for (shifts = 0; shifts < 16 && !ret; shifts++)
 416         ret |= do_synthetic_once(tv, shifts);
 417
 418     if (!ret)
 419         printf(cGREEN "success\n" cNORM);
 420     else
 421         printf(cRED "fail\n" cNORM);
 422     return 0;
 423 }
 424
 425 int main(int argc, char **argv)
 426 {
 427     int ret = 0;
 428
 429 #if MIPSEL
 430     /* Trigger SIGBUS for unaligned access. */
 431     sysmips(MIPS_FIXADE, 0);
 432 #endif
 433     setenv("OPENSSL_ENGINES", ENGINE_DIR, 0);
 434     OPENSSL_add_all_algorithms_conf();
 435     ERR_load_crypto_strings();
 436     ENGINE *eng;
 437     T(eng = ENGINE_by_id("gost"));
 438     T(ENGINE_init(eng));
 439     T(ENGINE_set_default(eng, ENGINE_METHOD_ALL));
 440
 441     const struct hash_testvec *tv;
 442     for (tv = testvecs; tv->nid; tv++) {
 443         if (tv->plaintext)
 444             ret |= do_test(tv);
 445         else
 446             ret |= do_synthetic_test(tv);
 447     }
 448
 449     ENGINE_finish(eng);
 450     ENGINE_free(eng);
 451
 452     if (ret)
 453         printf(cDRED "= Some tests FAILED!\n" cNORM);
 454     else
 455         printf(cDGREEN "= All tests passed!\n" cNORM);
 456     return ret;
 457 }