gost_keyexpimp.c

   1 #ifdef _WIN32
   2 #include <winsock.h>
   3 #else
   4 #include <arpa/inet.h>
   5 #endif
   6 #include <string.h>
   7 #include <openssl/evp.h>
   8 #include <openssl/hmac.h>
   9 #include <openssl/buffer.h>
  10
  11 #include "gost_lcl.h"
  12 #include "e_gost_err.h"
  13
  14 int omac_imit_ctrl(EVP_MD_CTX *ctx, int type, int arg, void *ptr);
  15 /*
  16  * Function expects that out is a preallocated buffer of length
  17  * defined as sum of shared_len and mac length defined by mac_nid
  18  * */
  19 int gost_kexp15(const unsigned char *shared_key, const int shared_len,
  20                 int cipher_nid, const unsigned char *cipher_key,
  21                 int mac_nid, unsigned char *mac_key,
  22                 const unsigned char *iv, const size_t ivlen,
  23                 unsigned char *out, int *out_len)
  24 {
  25     unsigned char iv_full[16], mac_buf[16];
  26     unsigned int mac_len;
  27
  28     EVP_CIPHER_CTX *ciph = NULL;
  29     EVP_MD_CTX *mac = NULL;
  30
  31     int ret = 0;
  32     int len;
  33
  34     mac_len = (cipher_nid == NID_magma_ctr) ? 8 :
  35         (cipher_nid == NID_grasshopper_ctr) ? 16 : 0;
  36
  37     if (mac_len == 0) {
  38         GOSTerr(GOST_F_GOST_KEXP15, GOST_R_INVALID_CIPHER);
  39         goto err;
  40     }
  41
  42     if (shared_len + mac_len > (unsigned int)(*out_len)) {
  43         GOSTerr(GOST_F_GOST_KEXP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  44         goto err;
  45     }
  46
  47     /* we expect IV of half length */
  48     memset(iv_full, 0, 16);
  49     memcpy(iv_full, iv, ivlen);
  50
  51     mac = EVP_MD_CTX_new();
  52     if (mac == NULL) {
  53         GOSTerr(GOST_F_GOST_KEXP15, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  54         goto err;
  55     }
  56
  57     if (EVP_DigestInit_ex(mac, EVP_get_digestbynid(mac_nid), NULL) <= 0
  58         || omac_imit_ctrl(mac, EVP_MD_CTRL_SET_KEY, 32, mac_key) <= 0
  59         || omac_imit_ctrl(mac, EVP_MD_CTRL_XOF_LEN, mac_len, NULL) <= 0
  60         || EVP_DigestUpdate(mac, iv, ivlen) <= 0
  61         || EVP_DigestUpdate(mac, shared_key, shared_len) <= 0
  62         /* As we set MAC length directly, we should not allow overwriting it */
  63         || EVP_DigestFinalXOF(mac, mac_buf, mac_len) <= 0) {
  64         GOSTerr(GOST_F_GOST_KEXP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  65         goto err;
  66     }
  67
  68     ciph = EVP_CIPHER_CTX_new();
  69     if (ciph == NULL) {
  70         GOSTerr(GOST_F_GOST_KEXP15, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  71         goto err;
  72     }
  73
  74     if (EVP_CipherInit_ex
  75         (ciph, EVP_get_cipherbynid(cipher_nid), NULL, NULL, NULL, 1) <= 0
  76         || EVP_CipherInit_ex(ciph, NULL, NULL, cipher_key, iv_full, 1) <= 0
  77         || EVP_CipherUpdate(ciph, out, &len, shared_key, shared_len) <= 0
  78         || EVP_CipherUpdate(ciph, out + shared_len, &len, mac_buf, mac_len) <= 0
  79         || EVP_CipherFinal_ex(ciph, out + shared_len + len, out_len) <= 0) {
  80         GOSTerr(GOST_F_GOST_KEXP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
  81         goto err;
  82     }
  83
  84     *out_len = shared_len + mac_len;
  85
  86     ret = 1;
  87
  88  err:
  89     OPENSSL_cleanse(mac_buf, mac_len);
  90     EVP_MD_CTX_free(mac);
  91     EVP_CIPHER_CTX_free(ciph);
  92
  93     return ret;
  94 }
  95
  96 /*
  97  * Function expects that shared_key is a preallocated buffer
  98  * with length defined as expkeylen + mac_len defined by mac_nid
  99  * */
 100 int gost_kimp15(const unsigned char *expkey, const size_t expkeylen,
 101                 int cipher_nid, const unsigned char *cipher_key,
 102                 int mac_nid, unsigned char *mac_key,
 103                 const unsigned char *iv, const size_t ivlen,
 104                 unsigned char *shared_key)
 105 {
 106     unsigned char iv_full[16], out[48], mac_buf[16];
 107     unsigned int mac_len;
 108     const size_t shared_len = 32;
 109
 110     EVP_CIPHER_CTX *ciph = NULL;
 111     EVP_MD_CTX *mac = NULL;
 112
 113     int ret = 0;
 114     int len;
 115
 116     mac_len = (cipher_nid == NID_magma_ctr) ? 8 :
 117         (cipher_nid == NID_grasshopper_ctr) ? 16 : 0;
 118
 119     if (mac_len == 0) {
 120         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, GOST_R_INVALID_CIPHER);
 121         goto err;
 122     }
 123
 124     if (expkeylen > sizeof(out)) {
 125         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 126         goto err;
 127     }
 128
 129     if (ivlen > 16) {
 130         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 131         goto err;
 132     }
 133
 134     /* we expect IV of half length */
 135     memset(iv_full, 0, 16);
 136     memcpy(iv_full, iv, ivlen);
 137
 138     ciph = EVP_CIPHER_CTX_new();
 139     if (ciph == NULL) {
 140         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 141         goto err;
 142     }
 143
 144     if (EVP_CipherInit_ex
 145         (ciph, EVP_get_cipherbynid(cipher_nid), NULL, NULL, NULL, 0) <= 0
 146         || EVP_CipherInit_ex(ciph, NULL, NULL, cipher_key, iv_full, 0) <= 0
 147         || EVP_CipherUpdate(ciph, out, &len, expkey, expkeylen) <= 0
 148         || EVP_CipherFinal_ex(ciph, out + len, &len) <= 0) {
 149         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 150         goto err;
 151     }
 152     /*Now we have shared key and mac in out[] */
 153
 154     mac = EVP_MD_CTX_new();
 155     if (mac == NULL) {
 156         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 157         goto err;
 158     }
 159
 160     if (EVP_DigestInit_ex(mac, EVP_get_digestbynid(mac_nid), NULL) <= 0
 161         || omac_imit_ctrl(mac, EVP_MD_CTRL_SET_KEY, 32, mac_key) <= 0
 162         || omac_imit_ctrl(mac, EVP_MD_CTRL_XOF_LEN, mac_len, NULL) <= 0
 163         || EVP_DigestUpdate(mac, iv, ivlen) <= 0
 164         || EVP_DigestUpdate(mac, out, shared_len) <= 0
 165         /* As we set MAC length directly, we should not allow overwriting it */
 166         || EVP_DigestFinalXOF(mac, mac_buf, mac_len) <= 0) {
 167         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 168         goto err;
 169     }
 170
 171     if (CRYPTO_memcmp(mac_buf, out + shared_len, mac_len) != 0) {
 172         GOSTerr(GOST_F_GOST_KIMP15, GOST_R_BAD_MAC);
 173         goto err;
 174     }
 175
 176     memcpy(shared_key, out, shared_len);
 177     ret = 1;
 178
 179  err:
 180     OPENSSL_cleanse(out, sizeof(out));
 181     EVP_MD_CTX_free(mac);
 182     EVP_CIPHER_CTX_free(ciph);
 183     return ret;
 184 }
 185
 186 int gost_kdftree2012_256(unsigned char *keyout, size_t keyout_len,
 187                          const unsigned char *key, size_t keylen,
 188                          const unsigned char *label, size_t label_len,
 189                          const unsigned char *seed, size_t seed_len,
 190                          const size_t representation)
 191 {
 192     int iters, i = 0;
 193     unsigned char zero = 0;
 194     unsigned char *ptr = keyout;
 195     HMAC_CTX *ctx;
 196     unsigned char *len_ptr = NULL;
 197     uint32_t len_repr = htonl(keyout_len * 8);
 198     size_t len_repr_len = 4;
 199
 200     ctx = HMAC_CTX_new();
 201     if (ctx == NULL) {
 202         GOSTerr(GOST_F_GOST_KDFTREE2012_256, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 203         return 0;
 204     }
 205
 206     if ((keyout_len == 0) || (keyout_len % 32 != 0)) {
 207         GOSTerr(GOST_F_GOST_KDFTREE2012_256, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 208         return 0;
 209     }
 210     iters = keyout_len / 32;
 211
 212     len_ptr = (unsigned char *)&len_repr;
 213     while (*len_ptr == 0) {
 214         len_ptr++;
 215         len_repr_len--;
 216     }
 217
 218     for (i = 1; i <= iters; i++) {
 219         uint32_t iter_net = htonl(i);
 220         unsigned char *rep_ptr =
 221             ((unsigned char *)&iter_net) + (4 - representation);
 222
 223         if (HMAC_Init_ex(ctx, key, keylen,
 224                          EVP_get_digestbynid(NID_id_GostR3411_2012_256),
 225                          NULL) <= 0
 226             || HMAC_Update(ctx, rep_ptr, representation) <= 0
 227             || HMAC_Update(ctx, label, label_len) <= 0
 228             || HMAC_Update(ctx, &zero, 1) <= 0
 229             || HMAC_Update(ctx, seed, seed_len) <= 0
 230             || HMAC_Update(ctx, len_ptr, len_repr_len) <= 0
 231             || HMAC_Final(ctx, ptr, NULL) <= 0) {
 232             GOSTerr(GOST_F_GOST_KDFTREE2012_256, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
 233             HMAC_CTX_free(ctx);
 234             return 0;
 235         }
 236
 237         HMAC_CTX_reset(ctx);
 238         ptr += 32;
 239     }
 240
 241     HMAC_CTX_free(ctx);
 242
 243     return 1;
 244 }
 245
 246 int gost_tlstree(int cipher_nid, const unsigned char *in, unsigned char *out,
 247                  const unsigned char *tlsseq)
 248 {
 249     uint64_t gh_c1 = 0x00000000FFFFFFFF, gh_c2 = 0x0000F8FFFFFFFFFF,
 250         gh_c3 = 0xC0FFFFFFFFFFFFFF;
 251     uint64_t mg_c1 = 0x00000000C0FFFFFF, mg_c2 = 0x000000FEFFFFFFFF,
 252         mg_c3 = 0x00F0FFFFFFFFFFFF;
 253     uint64_t c1, c2, c3;
 254     uint64_t seed1, seed2, seed3;
 255     uint64_t seq;
 256     unsigned char ko1[32], ko2[32];
 257
 258     switch (cipher_nid) {
 259     case NID_magma_cbc:
 260         c1 = mg_c1;
 261         c2 = mg_c2;
 262         c3 = mg_c3;
 263         break;
 264     case NID_grasshopper_cbc:
 265         c1 = gh_c1;
 266         c2 = gh_c2;
 267         c3 = gh_c3;
 268         break;
 269     default:
 270         return 0;
 271     }
 272 #ifndef L_ENDIAN
 273     BUF_reverse((unsigned char *)&seq, tlsseq, 8);
 274 #else
 275     memcpy(&seq, tlsseq, 8);
 276 #endif
 277     seed1 = seq & c1;
 278     seed2 = seq & c2;
 279     seed3 = seq & c3;
 280
 281     if (gost_kdftree2012_256(ko1, 32, in, 32, (const unsigned char *)"level1", 6,
 282                          (const unsigned char *)&seed1, 8, 1) <= 0
 283                           || gost_kdftree2012_256(ko2, 32, ko1, 32, (const unsigned char *)"level2", 6,
 284                          (const unsigned char *)&seed2, 8, 1) <= 0
 285         || gost_kdftree2012_256(out, 32, ko2, 32, (const unsigned char *)"level3", 6,
 286                          (const unsigned char *)&seed3, 8, 1) <= 0)
 287                         return 0;
 288
 289     return 1;
 290 }