gost_ec_keyx.c

   1 /**********************************************************************
   2  *                        gost_ec_keyx.c                              *
   3  *             Copyright (c) 2005-2013 Cryptocom LTD                  *
   4  *         This file is distributed under the same license as OpenSSL *
   5  *                                                                    *
   6  *   VK0 34.10-2001 key exchange and GOST R 34.10-2001                *
   7  *   based PKCS7/SMIME support                                        *
   8  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
   9  **********************************************************************/
  10 #include <openssl/evp.h>
  11 #include <openssl/err.h>
  12 #include <openssl/rand.h>
  13 #include <string.h>
  14 #include <openssl/objects.h>
  15 #include "gost89.h"
  16 #include "e_gost_err.h"
  17 #include "gost_keywrap.h"
  18 #include "gost_lcl.h"
  19
  20 /* Implementation of CryptoPro VKO 34.10-2001/2012 algorithm */
  21 static int VKO_compute_key(unsigned char *shared_key, size_t shared_key_size,
  22                            const EC_POINT *pub_key, EC_KEY *priv_key,
  23                            const unsigned char *ukm, int dgst_nid)
  24 {
  25     unsigned char *databuf = NULL;
  26     BIGNUM *UKM = NULL, *p = NULL, *order = NULL, *X = NULL, *Y = NULL;
  27     const BIGNUM *key = EC_KEY_get0_private_key(priv_key);
  28     EC_POINT *pnt = EC_POINT_new(EC_KEY_get0_group(priv_key));
  29     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
  30     EVP_MD_CTX *mdctx = NULL;
  31     const EVP_MD *md = NULL;
  32     int effective_dgst_nid = (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512) ?
  33         NID_id_GostR3411_2012_256 : dgst_nid;
  34     int buf_len = (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512) ? 128 : 64,
  35         half_len = buf_len >> 1;
  36     int ret = 0;
  37
  38     if (!ctx) {
  39         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  40         return 0;
  41     }
  42     BN_CTX_start(ctx);
  43
  44     databuf = OPENSSL_zalloc(buf_len);
  45     if (!databuf) {
  46         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  47         goto err;
  48     }
  49
  50     md = EVP_get_digestbynid(effective_dgst_nid);
  51     if (!md) {
  52         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, GOST_R_INVALID_DIGEST_TYPE);
  53         goto err;
  54     }
  55
  56     UKM = hashsum2bn(ukm, 8);
  57     p = BN_CTX_get(ctx);
  58     order = BN_CTX_get(ctx);
  59     X = BN_CTX_get(ctx);
  60     Y = BN_CTX_get(ctx);
  61     EC_GROUP_get_order(EC_KEY_get0_group(priv_key), order, ctx);
  62     BN_mod_mul(p, key, UKM, order, ctx);
  63     if (!EC_POINT_mul(EC_KEY_get0_group(priv_key), pnt, NULL, pub_key, p, ctx)) {
  64         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, GOST_R_ERROR_POINT_MUL);
  65         goto err;
  66     }
  67     EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(EC_KEY_get0_group(priv_key),
  68                                         pnt, X, Y, ctx);
  69     /*
  70      * Serialize elliptic curve point same way as we do it when saving key
  71      */
  72     store_bignum(Y, databuf, half_len);
  73     store_bignum(X, databuf + half_len, half_len);
  74     /* And reverse byte order of whole buffer */
  75     BUF_reverse(databuf, NULL, buf_len);
  76
  77     mdctx = EVP_MD_CTX_new();
  78     if (!mdctx) {
  79         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  80         goto err;
  81     }
  82     EVP_MD_CTX_init(mdctx);
  83     EVP_DigestInit_ex(mdctx, md, NULL);
  84     EVP_DigestUpdate(mdctx, databuf, buf_len);
  85     EVP_DigestFinal_ex(mdctx, shared_key, NULL);
  86     ret = 32;
  87
  88  err:
  89     BN_free(UKM);
  90     BN_CTX_end(ctx);
  91     BN_CTX_free(ctx);
  92
  93     EC_POINT_free(pnt);
  94
  95     EVP_MD_CTX_free(mdctx);
  96
  97     OPENSSL_free(databuf);
  98
  99     return ret;
 100 }
 101
 102 /*
 103  * EVP_PKEY_METHOD callback derive.
 104  * Implements VKO R 34.10-2001/2012 algorithms
 105  */
 106 int pkey_gost_ec_derive(EVP_PKEY_CTX *ctx, unsigned char *key, size_t *keylen)
 107 {
 108     /*
 109      * Public key of peer in the ctx field peerkey
 110      * Our private key in the ctx pkey
 111      * ukm is in the algorithm specific context data
 112      */
 113     EVP_PKEY *my_key = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(ctx);
 114     EVP_PKEY *peer_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(ctx);
 115     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(ctx);
 116     int dgst_nid = NID_undef;
 117
 118     if (!data || !data->shared_ukm) {
 119         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_EC_DERIVE, GOST_R_UKM_NOT_SET);
 120         return 0;
 121     }
 122
 123     if (key == NULL) {
 124         *keylen = 32;
 125         return 1;
 126     }
 127
 128     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(my_key, &dgst_nid);
 129
 130     *keylen =
 131         VKO_compute_key(key, 32,
 132                         EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peer_key)),
 133                         (EC_KEY *)EVP_PKEY_get0(my_key), data->shared_ukm,
 134                         dgst_nid);
 135     return (*keylen) ? 1 : 0;
 136 }
 137
 138 /*
 139  * Generates ephemeral key based on pubk algorithm computes shared key using
 140  * VKO and returns filled up GOST_KEY_TRANSPORT structure
 141  */
 142
 143 /*
 144  * EVP_PKEY_METHOD callback encrypt
 145  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 146  */
 147
 148 int pkey_GOST_ECcp_encrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *out,
 149                            size_t *out_len, const unsigned char *key,
 150                            size_t key_len)
 151 {
 152     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 153     EVP_PKEY *pubk = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 154     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(pctx);
 155     int pkey_nid = EVP_PKEY_base_id(pubk);
 156     ASN1_OBJECT *crypt_params_obj = (pkey_nid == NID_id_GostR3410_2001) ?
 157         OBJ_nid2obj(NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_A_ParamSet) :
 158         OBJ_nid2obj(NID_id_tc26_gost_28147_param_Z);
 159     const struct gost_cipher_info *param =
 160         get_encryption_params(crypt_params_obj);
 161     unsigned char ukm[8], shared_key[32], crypted_key[44];
 162     int ret = 0;
 163     int key_is_ephemeral = 1;
 164     gost_ctx cctx;
 165     EVP_PKEY *sec_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 166     if (data->shared_ukm) {
 167         memcpy(ukm, data->shared_ukm, 8);
 168     } else if (out) {
 169
 170         if (RAND_bytes(ukm, 8) <= 0) {
 171             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_RNG_ERROR);
 172             return 0;
 173         }
 174     }
 175     /* Check for private key in the peer_key of context */
 176     if (sec_key) {
 177         key_is_ephemeral = 0;
 178         if (!gost_get0_priv_key(sec_key)) {
 179             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 180                     GOST_R_NO_PRIVATE_PART_OF_NON_EPHEMERAL_KEYPAIR);
 181             goto err;
 182         }
 183     } else {
 184         key_is_ephemeral = 1;
 185         if (out) {
 186             sec_key = EVP_PKEY_new();
 187             if (!EVP_PKEY_assign(sec_key, EVP_PKEY_base_id(pubk), EC_KEY_new())
 188                 || !EVP_PKEY_copy_parameters(sec_key, pubk)
 189                 || !gost_ec_keygen(EVP_PKEY_get0(sec_key))) {
 190                 GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 191                         GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 192                 goto err;
 193             }
 194         }
 195     }
 196     if (!get_gost_engine_param(GOST_PARAM_CRYPT_PARAMS)
 197         && param == gost_cipher_list) {
 198         param = gost_cipher_list;
 199     }
 200     if (out) {
 201         int dgst_nid = NID_undef;
 202         EVP_PKEY_get_default_digest_nid(pubk, &dgst_nid);
 203
 204         if (!VKO_compute_key(shared_key, 32,
 205                              EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(pubk)),
 206                              EVP_PKEY_get0(sec_key), ukm, dgst_nid)) {
 207             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 208                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 209             goto err;
 210         }
 211         gost_init(&cctx, param->sblock);
 212         keyWrapCryptoPro(&cctx, shared_key, ukm, key, crypted_key);
 213     }
 214     gkt = GOST_KEY_TRANSPORT_new();
 215     if (!gkt) {
 216         goto err;
 217     }
 218     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_agreement_info->eph_iv, ukm, 8)) {
 219         goto err;
 220     }
 221     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_info->imit, crypted_key + 40, 4)) {
 222         goto err;
 223     }
 224     if (!ASN1_OCTET_STRING_set
 225         (gkt->key_info->encrypted_key, crypted_key + 8, 32)) {
 226         goto err;
 227     }
 228     if (key_is_ephemeral) {
 229         if (!X509_PUBKEY_set
 230             (&gkt->key_agreement_info->ephem_key, out ? sec_key : pubk)) {
 231             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 232                     GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 233             goto err;
 234         }
 235     }
 236     ASN1_OBJECT_free(gkt->key_agreement_info->cipher);
 237     gkt->key_agreement_info->cipher = OBJ_nid2obj(param->nid);
 238     if (key_is_ephemeral)
 239         EVP_PKEY_free(sec_key);
 240     if (!key_is_ephemeral) {
 241         /* Set control "public key from client certificate used" */
 242         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 243             <= 0) {
 244             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 245             goto err;
 246         }
 247     }
 248     if ((*out_len = i2d_GOST_KEY_TRANSPORT(gkt, out ? &out : NULL)) > 0)
 249         ret = 1;
 250     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 251     return ret;
 252  err:
 253     if (key_is_ephemeral)
 254         EVP_PKEY_free(sec_key);
 255     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 256     return -1;
 257 }
 258
 259 /*
 260  * EVP_PKEY_METHOD callback decrypt
 261  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 262  */
 263 int pkey_GOST_ECcp_decrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *key,
 264                            size_t *key_len, const unsigned char *in,
 265                            size_t in_len)
 266 {
 267     const unsigned char *p = in;
 268     EVP_PKEY *priv = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 269     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 270     int ret = 0;
 271     unsigned char wrappedKey[44];
 272     unsigned char sharedKey[32];
 273     gost_ctx ctx;
 274     const struct gost_cipher_info *param = NULL;
 275     EVP_PKEY *eph_key = NULL, *peerkey = NULL;
 276     int dgst_nid = NID_undef;
 277
 278     if (!key) {
 279         *key_len = 32;
 280         return 1;
 281     }
 282     gkt = d2i_GOST_KEY_TRANSPORT(NULL, (const unsigned char **)&p, in_len);
 283     if (!gkt) {
 284         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 285                 GOST_R_ERROR_PARSING_KEY_TRANSPORT_INFO);
 286         return -1;
 287     }
 288
 289     /* If key transport structure contains public key, use it */
 290     eph_key = X509_PUBKEY_get(gkt->key_agreement_info->ephem_key);
 291     if (eph_key) {
 292         if (EVP_PKEY_derive_set_peer(pctx, eph_key) <= 0) {
 293             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 294                     GOST_R_INCOMPATIBLE_PEER_KEY);
 295             goto err;
 296         }
 297     } else {
 298         /* Set control "public key from client certificate used" */
 299         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 300             <= 0) {
 301             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 302             goto err;
 303         }
 304     }
 305     peerkey = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 306     if (!peerkey) {
 307         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_NO_PEER_KEY);
 308         goto err;
 309     }
 310
 311     param = get_encryption_params(gkt->key_agreement_info->cipher);
 312     if (!param) {
 313         goto err;
 314     }
 315
 316     gost_init(&ctx, param->sblock);
 317     OPENSSL_assert(gkt->key_agreement_info->eph_iv->length == 8);
 318     memcpy(wrappedKey, gkt->key_agreement_info->eph_iv->data, 8);
 319     OPENSSL_assert(gkt->key_info->encrypted_key->length == 32);
 320     memcpy(wrappedKey + 8, gkt->key_info->encrypted_key->data, 32);
 321     OPENSSL_assert(gkt->key_info->imit->length == 4);
 322     memcpy(wrappedKey + 40, gkt->key_info->imit->data, 4);
 323
 324     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(priv, &dgst_nid);
 325     if (!VKO_compute_key(sharedKey, 32,
 326                          EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peerkey)),
 327                          EVP_PKEY_get0(priv), wrappedKey, dgst_nid)) {
 328         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 329                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 330         goto err;
 331     }
 332     if (!keyUnwrapCryptoPro(&ctx, sharedKey, wrappedKey, key)) {
 333         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 334                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 335         goto err;
 336     }
 337
 338     ret = 1;
 339  err:
 340     EVP_PKEY_free(eph_key);
 341     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 342     return ret;
 343 }