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
  64         (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                 BUF_reverse(databuf, NULL, buf_len);
  77
  78     mdctx = EVP_MD_CTX_new();
  79     if (!mdctx) {
  80         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  81         goto err;
  82     }
  83     EVP_MD_CTX_init(mdctx);
  84     EVP_DigestInit_ex(mdctx, md, NULL);
  85     EVP_DigestUpdate(mdctx, databuf, buf_len);
  86     EVP_DigestFinal_ex(mdctx, shared_key, NULL);
  87                 ret = 32;
  88
  89  err:
  90     BN_free(UKM);
  91     BN_CTX_end(ctx);
  92     BN_CTX_free(ctx);
  93
  94     EC_POINT_free(pnt);
  95
  96     EVP_MD_CTX_free(mdctx);
  97
  98     OPENSSL_free(databuf);
  99
 100     return ret;
 101 }
 102
 103 /*
 104  * EVP_PKEY_METHOD callback derive.
 105  * Implements VKO R 34.10-2001/2012 algorithms
 106  */
 107 int pkey_gost_ec_derive(EVP_PKEY_CTX *ctx, unsigned char *key, size_t *keylen)
 108 {
 109     /*
 110      * Public key of peer in the ctx field peerkey
 111      * Our private key in the ctx pkey
 112      * ukm is in the algorithm specific context data
 113      */
 114     EVP_PKEY *my_key = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(ctx);
 115     EVP_PKEY *peer_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(ctx);
 116     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(ctx);
 117     int dgst_nid = NID_undef;
 118
 119     if (!data || !data->shared_ukm) {
 120         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_EC_DERIVE, GOST_R_UKM_NOT_SET);
 121         return 0;
 122     }
 123
 124     if (key == NULL) {
 125         *keylen = 32;
 126         return 1;
 127     }
 128
 129     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(my_key, &dgst_nid);
 130
 131     *keylen =
 132         VKO_compute_key(key, 32,
 133                         EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peer_key)),
 134                         (EC_KEY *)EVP_PKEY_get0(my_key), data->shared_ukm,
 135                         dgst_nid);
 136     return (*keylen) ? 1 : 0;
 137 }
 138
 139 /*
 140  * Generates ephemeral key based on pubk algorithm computes shared key using
 141  * VKO and returns filled up GOST_KEY_TRANSPORT structure
 142  */
 143
 144 /*
 145  * EVP_PKEY_METHOD callback encrypt
 146  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 147  */
 148
 149 int pkey_GOST_ECcp_encrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *out,
 150                            size_t *out_len, const unsigned char *key,
 151                            size_t key_len)
 152 {
 153     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 154     EVP_PKEY *pubk = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 155     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(pctx);
 156     int pkey_nid = EVP_PKEY_base_id(pubk);
 157     ASN1_OBJECT *crypt_params_obj = (pkey_nid == NID_id_GostR3410_2001) ?
 158         OBJ_nid2obj(NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_A_ParamSet) :
 159         OBJ_nid2obj(NID_id_tc26_gost_28147_param_Z);
 160     const struct gost_cipher_info *param =
 161         get_encryption_params(crypt_params_obj);
 162     unsigned char ukm[8], shared_key[32], crypted_key[44];
 163     int ret = 0;
 164     int key_is_ephemeral = 1;
 165     gost_ctx cctx;
 166     EVP_PKEY *sec_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 167     if (data->shared_ukm) {
 168         memcpy(ukm, data->shared_ukm, 8);
 169     } else if (out) {
 170
 171         if (RAND_bytes(ukm, 8) <= 0) {
 172             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_RNG_ERROR);
 173             return 0;
 174         }
 175     }
 176     /* Check for private key in the peer_key of context */
 177     if (sec_key) {
 178         key_is_ephemeral = 0;
 179         if (!gost_get0_priv_key(sec_key)) {
 180             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 181                     GOST_R_NO_PRIVATE_PART_OF_NON_EPHEMERAL_KEYPAIR);
 182             goto err;
 183         }
 184     } else {
 185         key_is_ephemeral = 1;
 186         if (out) {
 187             sec_key = EVP_PKEY_new();
 188             if (! EVP_PKEY_assign(sec_key, EVP_PKEY_base_id(pubk), EC_KEY_new()) ||
 189                                   ! EVP_PKEY_copy_parameters(sec_key, pubk) ||
 190                 ! gost_ec_keygen(EVP_PKEY_get0(sec_key))) {
 191             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 192                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 193                 goto err;
 194             }
 195         }
 196     }
 197     if (!get_gost_engine_param(GOST_PARAM_CRYPT_PARAMS)
 198         && param == gost_cipher_list) {
 199         param = gost_cipher_list;
 200     }
 201     if (out) {
 202         int dgst_nid = NID_undef;
 203         EVP_PKEY_get_default_digest_nid(pubk, &dgst_nid);
 204
 205         if (!VKO_compute_key(shared_key, 32,
 206                              EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(pubk)),
 207                              EVP_PKEY_get0(sec_key), ukm, dgst_nid)) {
 208             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 209                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 210             goto err;
 211         }
 212         gost_init(&cctx, param->sblock);
 213         keyWrapCryptoPro(&cctx, shared_key, ukm, key, crypted_key);
 214     }
 215     gkt = GOST_KEY_TRANSPORT_new();
 216     if (!gkt) {
 217         goto err;
 218     }
 219     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_agreement_info->eph_iv, ukm, 8)) {
 220         goto err;
 221     }
 222     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_info->imit, crypted_key + 40, 4)) {
 223         goto err;
 224     }
 225     if (!ASN1_OCTET_STRING_set
 226         (gkt->key_info->encrypted_key, crypted_key + 8, 32)) {
 227         goto err;
 228     }
 229     if (key_is_ephemeral) {
 230         if (!X509_PUBKEY_set
 231             (&gkt->key_agreement_info->ephem_key, out ? sec_key : pubk)) {
 232             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 233                     GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 234             goto err;
 235         }
 236     }
 237     ASN1_OBJECT_free(gkt->key_agreement_info->cipher);
 238     gkt->key_agreement_info->cipher = OBJ_nid2obj(param->nid);
 239     if (key_is_ephemeral)
 240         EVP_PKEY_free(sec_key);
 241     if (!key_is_ephemeral) {
 242         /* Set control "public key from client certificate used" */
 243         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 244             <= 0) {
 245             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 246             goto err;
 247         }
 248     }
 249     if ((*out_len = i2d_GOST_KEY_TRANSPORT(gkt, out ? &out : NULL)) > 0)
 250         ret = 1;
 251     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 252     return ret;
 253  err:
 254     if (key_is_ephemeral)
 255         EVP_PKEY_free(sec_key);
 256     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 257     return -1;
 258 }
 259
 260 /*
 261  * EVP_PKEY_METHOD callback decrypt
 262  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 263  */
 264 int pkey_GOST_ECcp_decrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *key,
 265                            size_t *key_len, const unsigned char *in,
 266                            size_t in_len)
 267 {
 268     const unsigned char *p = in;
 269     EVP_PKEY *priv = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 270     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 271     int ret = 0;
 272     unsigned char wrappedKey[44];
 273     unsigned char sharedKey[32];
 274     gost_ctx ctx;
 275     const struct gost_cipher_info *param = NULL;
 276     EVP_PKEY *eph_key = NULL, *peerkey = NULL;
 277     int dgst_nid = NID_undef;
 278
 279     if (!key) {
 280         *key_len = 32;
 281         return 1;
 282     }
 283     gkt = d2i_GOST_KEY_TRANSPORT(NULL, (const unsigned char **)&p, in_len);
 284     if (!gkt) {
 285         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 286                 GOST_R_ERROR_PARSING_KEY_TRANSPORT_INFO);
 287         return -1;
 288     }
 289
 290     /* If key transport structure contains public key, use it */
 291     eph_key = X509_PUBKEY_get(gkt->key_agreement_info->ephem_key);
 292     if (eph_key) {
 293         if (EVP_PKEY_derive_set_peer(pctx, eph_key) <= 0) {
 294             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 295                     GOST_R_INCOMPATIBLE_PEER_KEY);
 296             goto err;
 297         }
 298     } else {
 299         /* Set control "public key from client certificate used" */
 300         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 301             <= 0) {
 302             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 303             goto err;
 304         }
 305     }
 306     peerkey = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 307     if (!peerkey) {
 308         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_NO_PEER_KEY);
 309         goto err;
 310     }
 311
 312     param = get_encryption_params(gkt->key_agreement_info->cipher);
 313     if (!param) {
 314         goto err;
 315     }
 316
 317     gost_init(&ctx, param->sblock);
 318     OPENSSL_assert(gkt->key_agreement_info->eph_iv->length == 8);
 319     memcpy(wrappedKey, gkt->key_agreement_info->eph_iv->data, 8);
 320     OPENSSL_assert(gkt->key_info->encrypted_key->length == 32);
 321     memcpy(wrappedKey + 8, gkt->key_info->encrypted_key->data, 32);
 322     OPENSSL_assert(gkt->key_info->imit->length == 4);
 323     memcpy(wrappedKey + 40, gkt->key_info->imit->data, 4);
 324
 325     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(priv, &dgst_nid);
 326     if (!VKO_compute_key(sharedKey, 32,
 327                          EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peerkey)),
 328                          EVP_PKEY_get0(priv), wrappedKey, dgst_nid)) {
 329         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 330                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 331         goto err;
 332     }
 333     if (!keyUnwrapCryptoPro(&ctx, sharedKey, wrappedKey, key)) {
 334         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 335                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 336         goto err;
 337     }
 338
 339     ret = 1;
 340  err:
 341     EVP_PKEY_free(eph_key);
 342     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 343     return ret;
 344 }