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