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