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 = (EVP_MD_size(md) > 0) ? EVP_MD_size(md) : 0;
  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  * keyout expected to be 64 bytes
 105  * */
 106 static int gost_keg(const unsigned char *ukm_source, int pkey_nid,
 107                     const EC_POINT *pub_key, EC_KEY *priv_key,
 108                     unsigned char *keyout)
 109 {
 110 /* Adjust UKM */
 111     unsigned char real_ukm[16];
 112     size_t keylen;
 113
 114     memset(real_ukm, 0, 16);
 115     if (memcmp(ukm_source, real_ukm, 16) == 0)
 116         real_ukm[15] = 1;
 117     else
 118         memcpy(real_ukm, ukm_source, 16);
 119
 120     switch (pkey_nid) {
 121     case NID_id_GostR3410_2012_512:
 122         keylen =
 123             VKO_compute_key(keyout, 64, pub_key, priv_key, real_ukm, 16,
 124                             NID_id_GostR3411_2012_512);
 125         return (keylen) ? keylen : 0;
 126         break;
 127
 128     case NID_id_GostR3410_2012_256:
 129         {
 130             unsigned char tmpkey[32];
 131             keylen =
 132                 VKO_compute_key(tmpkey, 32, pub_key, priv_key, real_ukm, 16,
 133                                 NID_id_GostR3411_2012_256);
 134
 135             if (keylen == 0)
 136                 return 0;
 137
 138             if (gost_kdftree2012_256
 139                 (keyout, 64, tmpkey, 32, (const unsigned char *)"kdf tree", 8,
 140                  ukm_source + 16, 8, 1) > 0)
 141                 keylen = 64;
 142             else
 143                 keylen = 0;
 144
 145             OPENSSL_cleanse(tmpkey, 32);
 146             return (keylen) ? keylen : 0;
 147             break;
 148         }
 149     default:
 150         return 0;
 151     }
 152 }
 153
 154 /*
 155  * EVP_PKEY_METHOD callback derive.
 156  * Implements VKO R 34.10-2001/2012 algorithms
 157  */
 158 int pkey_gost_ec_derive(EVP_PKEY_CTX *ctx, unsigned char *key, size_t *keylen)
 159 {
 160     /*
 161      * Public key of peer in the ctx field peerkey
 162      * Our private key in the ctx pkey
 163      * ukm is in the algorithm specific context data
 164      */
 165     EVP_PKEY *my_key = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(ctx);
 166     EVP_PKEY *peer_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(ctx);
 167     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(ctx);
 168     int dgst_nid = NID_undef;
 169
 170     if (!data || !data->shared_ukm) {
 171         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_EC_DERIVE, GOST_R_UKM_NOT_SET);
 172         return 0;
 173     }
 174     /*
 175      * shared_ukm_size = 8 stands for pre-2018 cipher suites
 176      * It means 32 bytes of key length, 8 byte UKM, 32-bytes hash
 177      *
 178      * shared_ukm_size = 32 stands for pre-2018 cipher suites
 179      * It means 64 bytes of shared_key, 16 bytes of UKM and either
 180      * 64 bytes of hash or 64 bytes of TLSTREE output
 181      * */
 182
 183     switch (data->shared_ukm_size) {
 184     case 8:
 185         {
 186             if (key == NULL) {
 187                 *keylen = 32;
 188                 return 1;
 189             }
 190
 191             EVP_PKEY_get_default_digest_nid(my_key, &dgst_nid);
 192             if (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512)
 193                 dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 194
 195             *keylen =
 196                 VKO_compute_key(key, 32,
 197                                 EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peer_key)),
 198                                 (EC_KEY *)EVP_PKEY_get0(my_key),
 199                                 data->shared_ukm, 8, dgst_nid);
 200             return (*keylen) ? 1 : 0;
 201         }
 202         break;
 203     case 32:
 204         {
 205             if (key == NULL) {
 206                 *keylen = 64;
 207                 return 1;
 208             }
 209
 210             *keylen = gost_keg(data->shared_ukm, EVP_PKEY_id(my_key),
 211                                EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peer_key)),
 212                                (EC_KEY *)EVP_PKEY_get0(my_key), key);
 213             return (*keylen) ? 1 : 0;
 214         }
 215
 216         break;
 217     default:
 218         return 0;
 219     }
 220 }
 221
 222 /*
 223  * Generates ephemeral key based on pubk algorithm computes shared key using
 224  * VKO and returns filled up GOST_KEY_TRANSPORT structure
 225  */
 226
 227 /*
 228  * EVP_PKEY_METHOD callback encrypt
 229  * Implementation of GOST2001/12 key transport, cryptopro variation
 230  */
 231
 232 int pkey_GOST_ECcp_encrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *out,
 233                            size_t *out_len, const unsigned char *key,
 234                            size_t key_len)
 235 {
 236     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 237     EVP_PKEY *pubk = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 238     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(pctx);
 239     int pkey_nid = EVP_PKEY_base_id(pubk);
 240     ASN1_OBJECT *crypt_params_obj = (pkey_nid == NID_id_GostR3410_2001) ?
 241         OBJ_nid2obj(NID_id_Gost28147_89_CryptoPro_A_ParamSet) :
 242         OBJ_nid2obj(NID_id_tc26_gost_28147_param_Z);
 243     const struct gost_cipher_info *param =
 244         get_encryption_params(crypt_params_obj);
 245     unsigned char ukm[8], shared_key[32], crypted_key[44];
 246     int ret = 0;
 247     int key_is_ephemeral = 1;
 248     gost_ctx cctx;
 249     EVP_PKEY *sec_key = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 250     if (data->shared_ukm) {
 251         memcpy(ukm, data->shared_ukm, 8);
 252     } else if (out) {
 253
 254         if (RAND_bytes(ukm, 8) <= 0) {
 255             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_RNG_ERROR);
 256             return 0;
 257         }
 258     }
 259     /* Check for private key in the peer_key of context */
 260     if (sec_key) {
 261         key_is_ephemeral = 0;
 262         if (!gost_get0_priv_key(sec_key)) {
 263             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 264                     GOST_R_NO_PRIVATE_PART_OF_NON_EPHEMERAL_KEYPAIR);
 265             goto err;
 266         }
 267     } else {
 268         key_is_ephemeral = 1;
 269         if (out) {
 270             sec_key = EVP_PKEY_new();
 271             if (!EVP_PKEY_assign(sec_key, EVP_PKEY_base_id(pubk), EC_KEY_new())
 272                 || !EVP_PKEY_copy_parameters(sec_key, pubk)
 273                 || !gost_ec_keygen(EVP_PKEY_get0(sec_key))) {
 274                 GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 275                         GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 276                 goto err;
 277             }
 278         }
 279     }
 280     if (!get_gost_engine_param(GOST_PARAM_CRYPT_PARAMS)
 281         && param == gost_cipher_list) {
 282         param = gost_cipher_list;
 283     }
 284     if (out) {
 285         int dgst_nid = NID_undef;
 286         EVP_PKEY_get_default_digest_nid(pubk, &dgst_nid);
 287         if (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512)
 288             dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 289
 290         if (!VKO_compute_key(shared_key, 32,
 291                              EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(pubk)),
 292                              EVP_PKEY_get0(sec_key), ukm, 8, dgst_nid)) {
 293             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 294                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 295             goto err;
 296         }
 297         gost_init(&cctx, param->sblock);
 298         keyWrapCryptoPro(&cctx, shared_key, ukm, key, crypted_key);
 299     }
 300     gkt = GOST_KEY_TRANSPORT_new();
 301     if (!gkt) {
 302         goto err;
 303     }
 304     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_agreement_info->eph_iv, ukm, 8)) {
 305         goto err;
 306     }
 307     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(gkt->key_info->imit, crypted_key + 40, 4)) {
 308         goto err;
 309     }
 310     if (!ASN1_OCTET_STRING_set
 311         (gkt->key_info->encrypted_key, crypted_key + 8, 32)) {
 312         goto err;
 313     }
 314     if (key_is_ephemeral) {
 315         if (!X509_PUBKEY_set
 316             (&gkt->key_agreement_info->ephem_key, out ? sec_key : pubk)) {
 317             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT,
 318                     GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 319             goto err;
 320         }
 321     }
 322     ASN1_OBJECT_free(gkt->key_agreement_info->cipher);
 323     gkt->key_agreement_info->cipher = OBJ_nid2obj(param->nid);
 324     if (key_is_ephemeral)
 325         EVP_PKEY_free(sec_key);
 326     if (!key_is_ephemeral) {
 327         /* Set control "public key from client certificate used" */
 328         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 329             <= 0) {
 330             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_ENCRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 331             goto err;
 332         }
 333     }
 334     if ((*out_len = i2d_GOST_KEY_TRANSPORT(gkt, out ? &out : NULL)) > 0)
 335         ret = 1;
 336     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 337     return ret;
 338  err:
 339     if (key_is_ephemeral)
 340         EVP_PKEY_free(sec_key);
 341     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 342     return -1;
 343 }
 344
 345 int pkey_gost2018_encrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *out,
 346                           size_t *out_len, const unsigned char *key,
 347                           size_t key_len)
 348 {
 349     PSKeyTransport_gost *pst = NULL;
 350     EVP_PKEY *pubk = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 351     struct gost_pmeth_data *data = EVP_PKEY_CTX_get_data(pctx);
 352     int pkey_nid = EVP_PKEY_base_id(pubk);
 353     unsigned char expkeys[64];
 354     EVP_PKEY *sec_key = NULL;
 355     int ret = 0;
 356     int mac_nid = NID_undef;
 357     size_t mac_len = 0;
 358     int exp_len = 0;
 359     unsigned char *exp_buf = NULL;
 360
 361     switch (data->cipher_nid) {
 362     case NID_magma_ctr:
 363         mac_nid = NID_magma_mac;
 364         mac_len = 8;
 365         break;
 366     case NID_grasshopper_ctr:
 367         mac_nid = NID_grasshopper_mac;
 368         mac_len = 16;
 369         break;
 370     default:
 371         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT, GOST_R_INVALID_CIPHER);
 372         return -1;
 373         break;
 374     }
 375     exp_len = key_len + mac_len;
 376     exp_buf = OPENSSL_malloc(exp_len);
 377     if (!exp_buf) {
 378         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 379         return -1;
 380     }
 381
 382     if (out) {
 383         sec_key = EVP_PKEY_new();
 384         if (!EVP_PKEY_assign(sec_key, EVP_PKEY_base_id(pubk), EC_KEY_new())
 385             || !EVP_PKEY_copy_parameters(sec_key, pubk)
 386             || !gost_ec_keygen(EVP_PKEY_get0(sec_key))) {
 387             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT,
 388                     GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 389             goto err;
 390         }
 391     }
 392     ret =
 393         gost_keg(data->shared_ukm, pkey_nid,
 394                  EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(pubk)),
 395                  EVP_PKEY_get0(sec_key), expkeys);
 396     if (ret <= 0) {
 397         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT,
 398                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_EXPORT_KEYS);
 399         goto err;
 400     }
 401
 402     ret = gost_kexp15(key, key_len, data->cipher_nid, expkeys + 32,
 403                       mac_nid, expkeys + 0, data->shared_ukm + 24, 4, exp_buf,
 404                       &exp_len);
 405     if (ret <= 0) {
 406         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT, GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 407         goto err;
 408     }
 409
 410     pst = PSKeyTransport_gost_new();
 411     if (!pst) {
 412         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 413         goto err;
 414     }
 415
 416     if (!ASN1_OCTET_STRING_set(pst->psexp, exp_buf, exp_len)) {
 417         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 418         goto err;
 419     }
 420
 421     if (!X509_PUBKEY_set(&pst->ephem_key, out ? sec_key : pubk)) {
 422         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST2018_ENCRYPT, GOST_R_CANNOT_PACK_EPHEMERAL_KEY);
 423         goto err;
 424     }
 425
 426     EVP_PKEY_free(sec_key);
 427
 428     if ((*out_len = i2d_PSKeyTransport_gost(pst, out ? &out : NULL)) > 0)
 429         ret = 1;
 430  err:
 431     PSKeyTransport_gost_free(pst);
 432     OPENSSL_free(exp_buf);
 433     return ret;
 434 }
 435
 436 /*
 437  * EVP_PKEY_METHOD callback decrypt
 438  * Implementation of GOST2001 key transport, cryptopro variation
 439  */
 440 int pkey_GOST_ECcp_decrypt(EVP_PKEY_CTX *pctx, unsigned char *key,
 441                            size_t *key_len, const unsigned char *in,
 442                            size_t in_len)
 443 {
 444     const unsigned char *p = in;
 445     EVP_PKEY *priv = EVP_PKEY_CTX_get0_pkey(pctx);
 446     GOST_KEY_TRANSPORT *gkt = NULL;
 447     int ret = 0;
 448     unsigned char wrappedKey[44];
 449     unsigned char sharedKey[32];
 450     gost_ctx ctx;
 451     const struct gost_cipher_info *param = NULL;
 452     EVP_PKEY *eph_key = NULL, *peerkey = NULL;
 453     int dgst_nid = NID_undef;
 454
 455     if (!key) {
 456         *key_len = 32;
 457         return 1;
 458     }
 459     gkt = d2i_GOST_KEY_TRANSPORT(NULL, (const unsigned char **)&p, in_len);
 460     if (!gkt) {
 461         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 462                 GOST_R_ERROR_PARSING_KEY_TRANSPORT_INFO);
 463         return -1;
 464     }
 465
 466     /* If key transport structure contains public key, use it */
 467     eph_key = X509_PUBKEY_get(gkt->key_agreement_info->ephem_key);
 468     if (eph_key) {
 469         if (EVP_PKEY_derive_set_peer(pctx, eph_key) <= 0) {
 470             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 471                     GOST_R_INCOMPATIBLE_PEER_KEY);
 472             goto err;
 473         }
 474     } else {
 475         /* Set control "public key from client certificate used" */
 476         if (EVP_PKEY_CTX_ctrl(pctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_PEER_KEY, 3, NULL)
 477             <= 0) {
 478             GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_CTRL_CALL_FAILED);
 479             goto err;
 480         }
 481     }
 482     peerkey = EVP_PKEY_CTX_get0_peerkey(pctx);
 483     if (!peerkey) {
 484         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT, GOST_R_NO_PEER_KEY);
 485         goto err;
 486     }
 487
 488     param = get_encryption_params(gkt->key_agreement_info->cipher);
 489     if (!param) {
 490         goto err;
 491     }
 492
 493     gost_init(&ctx, param->sblock);
 494     OPENSSL_assert(gkt->key_agreement_info->eph_iv->length == 8);
 495     memcpy(wrappedKey, gkt->key_agreement_info->eph_iv->data, 8);
 496     OPENSSL_assert(gkt->key_info->encrypted_key->length == 32);
 497     memcpy(wrappedKey + 8, gkt->key_info->encrypted_key->data, 32);
 498     OPENSSL_assert(gkt->key_info->imit->length == 4);
 499     memcpy(wrappedKey + 40, gkt->key_info->imit->data, 4);
 500
 501     EVP_PKEY_get_default_digest_nid(priv, &dgst_nid);
 502     if (dgst_nid == NID_id_GostR3411_2012_512)
 503         dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 504
 505     if (!VKO_compute_key(sharedKey, 32,
 506                          EC_KEY_get0_public_key(EVP_PKEY_get0(peerkey)),
 507                          EVP_PKEY_get0(priv), wrappedKey, 8, dgst_nid)) {
 508         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 509                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 510         goto err;
 511     }
 512     if (!keyUnwrapCryptoPro(&ctx, sharedKey, wrappedKey, key)) {
 513         GOSTerr(GOST_F_PKEY_GOST_ECCP_DECRYPT,
 514                 GOST_R_ERROR_COMPUTING_SHARED_KEY);
 515         goto err;
 516     }
 517
 518     ret = 1;
 519  err:
 520     EVP_PKEY_free(eph_key);
 521     GOST_KEY_TRANSPORT_free(gkt);
 522     return ret;
 523 }