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