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 = NULL;
  32     const EVP_MD *md = NULL;
  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
  65         (EC_KEY_get0_group(priv_key), pnt, NULL, pub_key, p, ctx)) {
  66         GOSTerr(GOST_F_VKO_COMPUTE_KEY, GOST_R_ERROR_POINT_MUL);
  67         goto err;
  68     }
  69     EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(EC_KEY_get0_group(priv_key),
  70                                         pnt, X, Y, ctx);
  71     /*
  72      * Serialize elliptic curve point same way as we do it when saving key
  73      */
  74     store_bignum(Y, databuf, half_len);
  75     store_bignum(X, databuf + half_len, half_len);
  76     /* And reverse byte order of whole buffer */
  77     for (i = 0; i < buf_len; i++) {
  78         hashbuf[buf_len - 1 - i] = databuf[i];
  79     }
  80     EVP_MD_CTX_init(mdctx);
  81     EVP_DigestInit_ex(mdctx, md, NULL);
  82     EVP_DigestUpdate(mdctx, hashbuf, buf_len);
  83     EVP_DigestFinal_ex(mdctx, shared_key, NULL);
  84     EVP_MD_CTX_free(mdctx);
  85  err:
  86     BN_free(UKM);
  87     BN_CTX_end(ctx);
  88     BN_CTX_free(ctx);
  89     EC_POINT_free(pnt);
  90     if (databuf)
  91         OPENSSL_free(databuf);
  92     if (hashbuf)
  93         OPENSSL_free(hashbuf);
  94
  95     return 32;
  96 }
  97
  98 /*
  99  * EVP_PKEY_METHOD callback derive.
 100  * Implements VKO R 34.10-2001/2012 algorithms
 101  */
 102 int pkey_gost_ec_derive(EVP_PKEY_CTX *ctx, unsigned char *key, size_t *keylen)
 103 {
 104     /*
 105      * Public key of peer in the ctx field peerkey
 106      * Our private key in the ctx pkey
 107      * ukm is in the algorithm specific context data
 108      */
 109     EVP_PKEY *my_key = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(ctx);
 110     EVP_PKEY *peer_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(ctx);
 111     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(ctx);
 112     int dgst_nid = NID_undef;
 113
 114     if (!data || !data->shared_ukm) {
 115         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_EC_DERIVE, GOST_R_UKM_NOT_SET);
 116         return 0;
 117     }
 118
 119     if (key == NULL) {
 120         *keylen = 32;
 121         return 32;
 122     }
 123
 124     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(my_key, &dgst_nid);
 125
 126     *keylen =
 127         VKO_compute_key(key, 32,
 128                         EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peer_key)),
 129                         (EC_KEY *)EVP_PKEY_get0(my_key), data->shared_ukm,
 130                         dgst_nid);
 131     return (*keylen) ? 1 : 0;
 132 }
 133
 134 /*
 135  * EVP_PKEY_METHOD callback encrypt
 136  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptocom variation
 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             EVP_PKEY_assign(sec_key, EVP_PKEY_base_id(pubk), EC_KEY_new());
 188             EVP_PKEY_copy_parameters(sec_key, pubk);
 189             if (!gost_ec_keygen(EVP_PKEY_get0(sec_key))) {
 190                 goto err;
 191             }
 192         }
 193     }
 194     if (!get_gost_engine_param(GOST_PARAM_CRYPT_PARAMS)
 195         && param == gost_cipher_list) {
 196         param = gost_cipher_list;
 197     }
 198     if (out) {
 199         int dgst_nid = NID_undef;
 200         EVP_PKEY_get_default_digest_nid(pubk, &dgst_nid);
 201
 202         if (!VKO_compute_key(shared_key, 32,
 203                              EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(pubk)),
 204                              EVP_PKEY_get0(sec_key), ukm, dgst_nid)) {
 205             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 206                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 207             goto err;
 208         }
 209         gost_init(&cctx, param->sblock);
 210         keyWrapCryptoPro(&cctx, shared_key, ukm, key, crypted_key);
 211     }
 212     gkt = GOST_KEY_TRANSPORT_new();
 213     if (!gkt) {
 214         goto err;
 215     }
 216     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_agreement_info->eph_iv, ukm, 8)) {
 217         goto err;
 218     }
 219     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_info->imit, crypted_key + 40, 4)) {
 220         goto err;
 221     }
 222     if (!ASN1_OCTET_STRING_set
 223         (gkt->key_info->encrypted_key, crypted_key + 8, 32)) {
 224         goto err;
 225     }
 226     if (key_is_ephemeral) {
 227         if (!X509_PUBKEY_set
 228             (&gkt->key_agreement_info->ephem_key, out ? sec_key : pubk)) {
 229             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 230                     GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 231             goto err;
 232         }
 233     }
 234     ASN1_OBJECT_free(gkt->key_agreement_info->cipher);
 235     gkt->key_agreement_info->cipher = OBJ_nid2obj(param->nid);
 236     if (key_is_ephemeral)
 237         EVP_PKEY_free(sec_key);
 238     if (!key_is_ephemeral) {
 239         /* Set control "public key from client certificate used" */
 240         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 241             <= 0) {
 242             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 243             goto err;
 244         }
 245     }
 246     if ((*out_len = i2d_GOST_KEY_TRANSPORT(gkt, out ? &out : NULL)) > 0)
 247         ret = 1;
 248     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 249     return ret;
 250  err:
 251     if (key_is_ephemeral)
 252         EVP_PKEY_free(sec_key);
 253     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 254     return -1;
 255 }
 256
 257 /*
 258  * EVP_PKEY_METHOD callback decrypt
 259  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopo variation
 260  */
 261 int pkey_GOST_ECcp_decrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *key,
 262                            size_t *key_len, const unsigned char *in,
 263                            size_t in_len)
 264 {
 265     const unsigned char *p = in;
 266     EVP_PKEY *priv = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 267     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 268     int ret = 0;
 269     unsigned char wrappedKey[44];
 270     unsigned char sharedKey[32];
 271     gost_ctx ctx;
 272     const struct gost_cipher_info *param = NULL;
 273     EVP_PKEY *eph_key = NULL, *peerkey = NULL;
 274     int dgst_nid = NID_undef;
 275
 276     if (!key) {
 277         *key_len = 32;
 278         return 1;
 279     }
 280     gkt = d2i_GOST_KEY_TRANSPORT(NULL, (const unsigned char **)&p, in_len);
 281     if (!gkt) {
 282         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 283                 GOST_R_ERROR_PARSING_KEY_TRANSPORT_INFO);
 284         return -1;
 285     }
 286
 287     /* If key transport structure contains public key, use it */
 288     eph_key = X509_PUBKEY_get(gkt->key_agreement_info->ephem_key);
 289     if (eph_key) {
 290         if (EVP_PKEY_derive_set_peer(pctx, eph_key) <= 0) {
 291             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 292                     GOST_R_INCOMPATIBLE_PEER_KEY);
 293             goto err;
 294         }
 295     } else {
 296         /* Set control "public key from client certificate used" */
 297         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 298             <= 0) {
 299             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 300             goto err;
 301         }
 302     }
 303     peerkey = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 304     if (!peerkey) {
 305         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_NO_PEER_KEY);
 306         goto err;
 307     }
 308
 309     param = get_encryption_params(gkt->key_agreement_info->cipher);
 310     if (!param) {
 311         goto err;
 312     }
 313
 314     gost_init(&ctx, param->sblock);
 315     OPENSSL_assert(gkt->key_agreement_info->eph_iv->length == 8);
 316     memcpy(wrappedKey, gkt->key_agreement_info->eph_iv->data, 8);
 317     OPENSSL_assert(gkt->key_info->encrypted_key->length == 32);
 318     memcpy(wrappedKey + 8, gkt->key_info->encrypted_key->data, 32);
 319     OPENSSL_assert(gkt->key_info->imit->length == 4);
 320     memcpy(wrappedKey + 40, gkt->key_info->imit->data, 4);
 321
 322     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(priv, &dgst_nid);
 323     if (!VKO_compute_key(sharedKey, 32,
 324                          EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peerkey)),
 325                          EVP_PKEY_get0(priv), wrappedKey, dgst_nid)) {
 326         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 327                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 328         goto err;
 329     }
 330     if (!keyUnwrapCryptoPro(&ctx, sharedKey, wrappedKey, key)) {
 331         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 332                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 333         goto err;
 334     }
 335
 336     ret = 1;
 337  err:
 338     EVP_PKEY_free(eph_key);
 339     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 340     return ret;
 341 }