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, size_t ukm_size,
  24                            int vko_dgst_nid)
  25 {
  26     unsigned char *databuf = NULL;
  27     BIGNUM *UKM = NULL, *p = NULL, *order = NULL, *X = NULL, *Y = NULL;
  28     const BIGNUM *key = EC_KEY_get0_private_key(priv_key);
  29     EC_POINT *pnt = EC_POINT_new(EC_KEY_get0_group(priv_key));
  30     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
  31     EVP_MD_CTX *mdctx = NULL;
  32     const EVP_MD *md = NULL;
  33     int buf_len, half_len;
  34     int ret = 0;
  35
  36     if (!ctx) {
  37         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  38         return 0;
  39     }
  40     BN_CTX_start(ctx);
  41
  42     md = EVP_get_digestbynid(vko_dgst_nid);
  43     if (!md) {
  44         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, GOST_R_INVALID_DIGEST_TYPE);
  45         goto err;
  46     }
  47
  48     UKM = hashsum2bn(ukm, ukm_size);
  49     p = BN_CTX_get(ctx);
  50     order = BN_CTX_get(ctx);
  51     X = BN_CTX_get(ctx);
  52     Y = BN_CTX_get(ctx);
  53     EC_GROUP_get_order(EC_KEY_get0_group(priv_key), order, ctx);
  54     BN_mod_mul(p, key, UKM, order, ctx);
  55     if (!EC_POINT_mul(EC_KEY_get0_group(priv_key), pnt, NULL, pub_key, p, ctx)) {
  56         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, GOST_R_ERROR_POINT_MUL);
  57         goto err;
  58     }
  59     EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(EC_KEY_get0_group(priv_key),
  60                                         pnt, X, Y, ctx);
  61
  62     half_len = BN_num_bytes(order);
  63     buf_len = 2 * half_len;
  64     databuf = OPENSSL_zalloc(buf_len);
  65     if (!databuf) {
  66         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  67         goto err;
  68     }
  69
  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     if (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512)
 131         dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 132
 133     *keylen =
 134         VKO_compute_key(key, 32,
 135                         EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peer_key)),
 136                         (EC_KEY *)EVP_PKEY_get0(my_key), data->shared_ukm, 8,
 137                         dgst_nid);
 138     return (*keylen) ? 1 : 0;
 139 }
 140
 141 /*
 142  * Generates ephemeral key based on pubk algorithm computes shared key using
 143  * VKO and returns filled up GOST_KEY_TRANSPORT structure
 144  */
 145
 146 /*
 147  * EVP_PKEY_METHOD callback encrypt
 148  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 149  */
 150
 151 int pkey_GOST_ECcp_encrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *out,
 152                            size_t *out_len, const unsigned char *key,
 153                            size_t key_len)
 154 {
 155     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 156     EVP_PKEY *pubk = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 157     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(pctx);
 158     int pkey_nid = EVP_PKEY_base_id(pubk);
 159     ASN1_OBJECT *crypt_params_obj = (pkey_nid == NID_id_GostR3410_2001) ?
 160         OBJ_nid2obj(NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_A_ParamSet) :
 161         OBJ_nid2obj(NID_id_tc26_gost_28147_param_Z);
 162     const struct gost_cipher_info *param =
 163         get_encryption_params(crypt_params_obj);
 164     unsigned char ukm[8], shared_key[32], crypted_key[44];
 165     int ret = 0;
 166     int key_is_ephemeral = 1;
 167     gost_ctx cctx;
 168     EVP_PKEY *sec_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 169     if (data->shared_ukm) {
 170         memcpy(ukm, data->shared_ukm, 8);
 171     } else if (out) {
 172
 173         if (RAND_bytes(ukm, 8) <= 0) {
 174             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_RNG_ERROR);
 175             return 0;
 176         }
 177     }
 178     /* Check for private key in the peer_key of context */
 179     if (sec_key) {
 180         key_is_ephemeral = 0;
 181         if (!gost_get0_priv_key(sec_key)) {
 182             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 183                     GOST_R_NO_PRIVATE_PART_OF_NON_EPHEMERAL_KEYPAIR);
 184             goto err;
 185         }
 186     } else {
 187         key_is_ephemeral = 1;
 188         if (out) {
 189             sec_key = EVP_PKEY_new();
 190             if (!EVP_PKEY_assign(sec_key, EVP_PKEY_base_id(pubk), EC_KEY_new())
 191                 || !EVP_PKEY_copy_parameters(sec_key, pubk)
 192                 || !gost_ec_keygen(EVP_PKEY_get0(sec_key))) {
 193                 GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 194                         GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 195                 goto err;
 196             }
 197         }
 198     }
 199     if (!get_gost_engine_param(GOST_PARAM_CRYPT_PARAMS)
 200         && param == gost_cipher_list) {
 201         param = gost_cipher_list;
 202     }
 203     if (out) {
 204         int dgst_nid = NID_undef;
 205         EVP_PKEY_get_default_digest_nid(pubk, &dgst_nid);
 206         if (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512)
 207             dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 208
 209         if (!VKO_compute_key(shared_key, 32,
 210                              EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(pubk)),
 211                              EVP_PKEY_get0(sec_key), ukm, 8, dgst_nid)) {
 212             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 213                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 214             goto err;
 215         }
 216         gost_init(&cctx, param->sblock);
 217         keyWrapCryptoPro(&cctx, shared_key, ukm, key, crypted_key);
 218     }
 219     gkt = GOST_KEY_TRANSPORT_new();
 220     if (!gkt) {
 221         goto err;
 222     }
 223     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_agreement_info->eph_iv, ukm, 8)) {
 224         goto err;
 225     }
 226     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_info->imit, crypted_key + 40, 4)) {
 227         goto err;
 228     }
 229     if (!ASN1_OCTET_STRING_set
 230         (gkt->key_info->encrypted_key, crypted_key + 8, 32)) {
 231         goto err;
 232     }
 233     if (key_is_ephemeral) {
 234         if (!X509_PUBKEY_set
 235             (&gkt->key_agreement_info->ephem_key, out ? sec_key : pubk)) {
 236             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 237                     GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 238             goto err;
 239         }
 240     }
 241     ASN1_OBJECT_free(gkt->key_agreement_info->cipher);
 242     gkt->key_agreement_info->cipher = OBJ_nid2obj(param->nid);
 243     if (key_is_ephemeral)
 244         EVP_PKEY_free(sec_key);
 245     if (!key_is_ephemeral) {
 246         /* Set control "public key from client certificate used" */
 247         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 248             <= 0) {
 249             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 250             goto err;
 251         }
 252     }
 253     if ((*out_len = i2d_GOST_KEY_TRANSPORT(gkt, out ? &out : NULL)) > 0)
 254         ret = 1;
 255     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 256     return ret;
 257  err:
 258     if (key_is_ephemeral)
 259         EVP_PKEY_free(sec_key);
 260     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 261     return -1;
 262 }
 263
 264 /*
 265  * EVP_PKEY_METHOD callback decrypt
 266  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 267  */
 268 int pkey_GOST_ECcp_decrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *key,
 269                            size_t *key_len, const unsigned char *in,
 270                            size_t in_len)
 271 {
 272     const unsigned char *p = in;
 273     EVP_PKEY *priv = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 274     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 275     int ret = 0;
 276     unsigned char wrappedKey[44];
 277     unsigned char sharedKey[32];
 278     gost_ctx ctx;
 279     const struct gost_cipher_info *param = NULL;
 280     EVP_PKEY *eph_key = NULL, *peerkey = NULL;
 281     int dgst_nid = NID_undef;
 282
 283     if (!key) {
 284         *key_len = 32;
 285         return 1;
 286     }
 287     gkt = d2i_GOST_KEY_TRANSPORT(NULL, (const unsigned char **)&p, in_len);
 288     if (!gkt) {
 289         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 290                 GOST_R_ERROR_PARSING_KEY_TRANSPORT_INFO);
 291         return -1;
 292     }
 293
 294     /* If key transport structure contains public key, use it */
 295     eph_key = X509_PUBKEY_get(gkt->key_agreement_info->ephem_key);
 296     if (eph_key) {
 297         if (EVP_PKEY_derive_set_peer(pctx, eph_key) <= 0) {
 298             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 299                     GOST_R_INCOMPATIBLE_PEER_KEY);
 300             goto err;
 301         }
 302     } else {
 303         /* Set control "public key from client certificate used" */
 304         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 305             <= 0) {
 306             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 307             goto err;
 308         }
 309     }
 310     peerkey = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 311     if (!peerkey) {
 312         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_NO_PEER_KEY);
 313         goto err;
 314     }
 315
 316     param = get_encryption_params(gkt->key_agreement_info->cipher);
 317     if (!param) {
 318         goto err;
 319     }
 320
 321     gost_init(&ctx, param->sblock);
 322     OPENSSL_assert(gkt->key_agreement_info->eph_iv->length == 8);
 323     memcpy(wrappedKey, gkt->key_agreement_info->eph_iv->data, 8);
 324     OPENSSL_assert(gkt->key_info->encrypted_key->length == 32);
 325     memcpy(wrappedKey + 8, gkt->key_info->encrypted_key->data, 32);
 326     OPENSSL_assert(gkt->key_info->imit->length == 4);
 327     memcpy(wrappedKey + 40, gkt->key_info->imit->data, 4);
 328
 329     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(priv, &dgst_nid);
 330     if (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512)
 331         dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 332
 333     if (!VKO_compute_key(sharedKey, 32,
 334                          EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peerkey)),
 335                          EVP_PKEY_get0(priv), wrappedKey, 8, dgst_nid)) {
 336         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 337                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 338         goto err;
 339     }
 340     if (!keyUnwrapCryptoPro(&ctx, sharedKey, wrappedKey, key)) {
 341         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 342                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 343         goto err;
 344     }
 345
 346     ret = 1;
 347  err:
 348     EVP_PKEY_free(eph_key);
 349     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 350     return ret;
 351 }