gost_sign.c

   1 /**********************************************************************
   2  *                          gost_sign.c                               *
   3  *             Copyright (c) 2005-2006 Cryptocom LTD                  *
   4  *         This file is distributed under the same license as OpenSSL *
   5  *                                                                    *
   6  *       Implementation of GOST R 34.10-94 signature algorithm        *
   7  *       for OpenSSL                                                  *
   8  *          Requires OpenSSL 0.9.9 for compilation                    *
   9  **********************************************************************/
  10 #include <string.h>
  11 #include <openssl/rand.h>
  12 #include <openssl/bn.h>
  13 #include <openssl/dsa.h>
  14 #include <openssl/evp.h>
  15 #include <openssl/err.h>
  16
  17 #include "gost_params.h"
  18 #include "gost_lcl.h"
  19 #include "e_gost_err.h"
  20
  21 #ifdef DEBUG_SIGN
  22 void dump_signature(const char *message, const unsigned char *buffer,
  23                     size_t len)
  24 {
  25     size_t i;
  26     fprintf(stderr, "signature %s Length=%d", message, len);
  27     for (i = 0; i < len; i++) {
  28         if (i % 16 == 0)
  29             fputc('\n', stderr);
  30         fprintf(stderr, " %02x", buffer[i]);
  31     }
  32     fprintf(stderr, "\nEnd of signature\n");
  33 }
  34
  35 void dump_dsa_sig(const char *message, DSA_SIG *sig)
  36 {
  37     fprintf(stderr, "%s\nR=", message);
  38     BN_print_fp(stderr, sig->r);
  39     fprintf(stderr, "\nS=");
  40     BN_print_fp(stderr, sig->s);
  41     fprintf(stderr, "\n");
  42 }
  43
  44 #else
  45
  46 # define dump_signature(a,b,c)
  47 # define dump_dsa_sig(a,b)
  48 #endif
  49
  50 /*
  51  * Computes signature and returns it as DSA_SIG structure
  52  */
  53 DSA_SIG *gost_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  54 {
  55     BIGNUM *k = NULL, *tmp = NULL, *tmp2 = NULL;
  56     DSA_SIG *newsig = NULL, *ret = NULL;
  57     BIGNUM *md = NULL;
  58     /* check if H(M) mod q is zero */
  59     BN_CTX *ctx;
  60
  61     OPENSSL_assert(dgst != NULL && dsa != NULL && dlen == 32);
  62
  63     ctx = BN_CTX_new();
  64     if (!ctx) {
  65         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  66         return NULL;
  67     }
  68
  69     BN_CTX_start(ctx);
  70     md = hashsum2bn(dgst, dlen);
  71     newsig = DSA_SIG_new();
  72     if (!md || !newsig) {
  73         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, GOST_R_NO_MEMORY);
  74         goto err;
  75     }
  76     tmp = BN_CTX_get(ctx);
  77     k = BN_CTX_get(ctx);
  78     tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
  79     if (!tmp || !k || !tmp2) {
  80         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  81         goto err;
  82     }
  83     BN_mod(tmp, md, dsa->q, ctx);
  84     if (BN_is_zero(tmp)) {
  85         BN_one(md);
  86     }
  87     do {
  88         do {
  89             /*
  90              * Generate random number k less than q
  91              */
  92             BN_rand_range(k, dsa->q);
  93             /* generate r = (a^x mod p) mod q */
  94             BN_mod_exp(tmp, dsa->g, k, dsa->p, ctx);
  95             if (!(newsig->r)) {
  96                 newsig->r = BN_new();
  97                 if (!newsig->r) {
  98                     GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
  99                     goto err;
 100                 }
 101             }
 102             BN_mod(newsig->r, tmp, dsa->q, ctx);
 103         }
 104         while (BN_is_zero(newsig->r));
 105         /* generate s = (xr + k(Hm)) mod q */
 106         BN_mod_mul(tmp, dsa->priv_key, newsig->r, dsa->q, ctx);
 107         BN_mod_mul(tmp2, k, md, dsa->q, ctx);
 108         if (!newsig->s) {
 109             newsig->s = BN_new();
 110             if (!newsig->s) {
 111                 GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_SIGN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 112                 goto err;
 113             }
 114         }
 115         BN_mod_add(newsig->s, tmp, tmp2, dsa->q, ctx);
 116     }
 117     while (BN_is_zero(newsig->s));
 118
 119     ret = newsig;
 120  err:
 121     if (md)
 122         BN_free(md);
 123     BN_CTX_end(ctx);
 124     BN_CTX_free(ctx);
 125     if (!ret && newsig) {
 126         DSA_SIG_free(newsig);
 127     }
 128     return ret;
 129 }
 130
 131 /*
 132  * Packs signature according to Cryptocom rules
 133  * and frees up DSA_SIG structure
 134  */
 135 /*-
 136 int pack_sign_cc(DSA_SIG *s,int order,unsigned char *sig, size_t *siglen)
 137         {
 138         *siglen = 2*order;
 139         memset(sig,0,*siglen);
 140         store_bignum(s->r, sig,order);
 141         store_bignum(s->s, sig + order,order);
 142         dump_signature("serialized",sig,*siglen);
 143         DSA_SIG_free(s);
 144         return 1;
 145         }
 146 */
 147 /*
 148  * Packs signature according to Cryptopro rules
 149  * and frees up DSA_SIG structure
 150  */
 151 int pack_sign_cp(DSA_SIG *s, int order, unsigned char *sig, size_t *siglen)
 152 {
 153     *siglen = 2 * order;
 154     memset(sig, 0, *siglen);
 155     store_bignum(s->s, sig, order);
 156     store_bignum(s->r, sig + order, order);
 157     dump_signature("serialized", sig, *siglen);
 158     DSA_SIG_free(s);
 159     return 1;
 160 }
 161
 162 /*
 163  * Verifies signature passed as DSA_SIG structure
 164  *
 165  */
 166
 167 int gost_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 168                    DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 169 {
 170     BIGNUM *md = NULL, *tmp = NULL;
 171     BIGNUM *q2 = NULL;
 172     BIGNUM *u = NULL, *v = NULL, *z1 = NULL, *z2 = NULL;
 173     BIGNUM *tmp2 = NULL, *tmp3 = NULL;
 174     int ok = 0;
 175     BN_CTX *ctx;
 176
 177     OPENSSL_assert(dgst != NULL && dgst_len == 32 && sig != NULL && dsa != NULL);
 178     if (BN_cmp(sig->s, dsa->q) >= 1 || BN_cmp(sig->r, dsa->q) >= 1) {
 179         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_PARTS_GREATER_THAN_Q);
 180         return 0;
 181     }
 182
 183     ctx = BN_CTX_new();
 184     if (!ctx) {
 185         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 186         return 0;
 187     }
 188
 189     BN_CTX_start(ctx);
 190
 191     md = hashsum2bn(dgst, dgst_len);
 192     tmp = BN_CTX_get(ctx);
 193     v = BN_CTX_get(ctx);
 194     q2 = BN_CTX_get(ctx);
 195     z1 = BN_CTX_get(ctx);
 196     z2 = BN_CTX_get(ctx);
 197     tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
 198     tmp3 = BN_CTX_get(ctx);
 199     u = BN_CTX_get(ctx);
 200     if (!tmp || !v || !q2 || !z1 || !z2 || !tmp2 || !tmp3 || !u) {
 201         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 202         goto err;
 203     }
 204
 205     BN_mod(tmp, md, dsa->q, ctx);
 206     if (BN_is_zero(tmp)) {
 207         BN_one(md);
 208     }
 209     BN_copy(q2, dsa->q);
 210     BN_sub_word(q2, 2);
 211     BN_mod_exp(v, md, q2, dsa->q, ctx);
 212     BN_mod_mul(z1, sig->s, v, dsa->q, ctx);
 213     BN_sub(tmp, dsa->q, sig->r);
 214     BN_mod_mul(z2, tmp, v, dsa->p, ctx);
 215     BN_mod_exp(tmp, dsa->g, z1, dsa->p, ctx);
 216     BN_mod_exp(tmp2, dsa->pub_key, z2, dsa->p, ctx);
 217     BN_mod_mul(tmp3, tmp, tmp2, dsa->p, ctx);
 218     BN_mod(u, tmp3, dsa->q, ctx);
 219     ok = (BN_cmp(u, sig->r) == 0);
 220
 221     if (!ok) {
 222         GOSTerr(GOST_F_GOST_DO_VERIFY, GOST_R_SIGNATURE_MISMATCH);
 223     }
 224 err:
 225     if (md)
 226         BN_free(md);
 227     BN_CTX_end(ctx);
 228     BN_CTX_free(ctx);
 229     return ok;
 230 }
 231
 232 /*
 233  * Computes public keys for GOST R 34.10-94 algorithm
 234  *
 235  */
 236 int gost94_compute_public(DSA *dsa)
 237 {
 238     /* Now fill algorithm parameters with correct values */
 239     BN_CTX *ctx;
 240     if (!dsa || !dsa->g) {
 241         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, GOST_R_KEY_IS_NOT_INITALIZED);
 242         return 0;
 243     }
 244
 245     ctx = BN_CTX_new();
 246     if (!ctx) {
 247         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 248         return 0;
 249     }
 250
 251     dsa->pub_key = BN_new();
 252     if (!dsa->pub_key) {
 253         GOSTerr(GOST_F_GOST94_COMPUTE_PUBLIC, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 254         BN_CTX_free(ctx);
 255         return 0;
 256     }
 257     /* Compute public key  y = a^x mod p */
 258     BN_mod_exp(dsa->pub_key, dsa->g, dsa->priv_key, dsa->p, ctx);
 259     BN_CTX_free(ctx);
 260     return 1;
 261 }
 262
 263 /*
 264  * Fill GOST 94 params, searching them in R3410_paramset array
 265  * by nid of paramset
 266  *
 267  */
 268 int fill_GOST94_params(DSA *dsa, int nid)
 269 {
 270     R3410_params *params = R3410_paramset;
 271     if (!dsa || nid == NID_undef) {
 272         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST94_PARAMS, GOST_R_UNSUPPORTED_PARAMETER_SET);
 273         return 0;
 274     }
 275
 276     while (params->nid != NID_undef && params->nid != nid)
 277         params++;
 278     if (params->nid == NID_undef) {
 279         GOSTerr(GOST_F_FILL_GOST94_PARAMS, GOST_R_UNSUPPORTED_PARAMETER_SET);
 280         return 0;
 281     }
 282
 283     BN_dec2bn(&(dsa->p), params->p);
 284     BN_dec2bn(&(dsa->q), params->q);
 285     BN_dec2bn(&(dsa->g), params->a);
 286     return 1;
 287 }
 288
 289 /*
 290  *  Generate GOST R 34.10-94 keypair
 291  *
 292  *
 293  */
 294 int gost_sign_keygen(DSA *dsa)
 295 {
 296     OPENSSL_assert(dsa != NULL);
 297
 298     dsa->priv_key = BN_new();
 299     if (!dsa->priv_key) {
 300         GOSTerr(GOST_F_GOST_SIGN_KEYGEN, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 301         return 0;
 302     }
 303     BN_rand_range(dsa->priv_key, dsa->q);
 304     return gost94_compute_public(dsa);
 305 }
 306
 307 /* Unpack signature according to cryptocom rules  */
 308 /*-
 309 DSA_SIG *unpack_cc_signature(const unsigned char *sig,size_t siglen)
 310         {
 311         DSA_SIG *s;
 312         s = DSA_SIG_new();
 313         if (s == NULL)
 314                 {
 315                 GOSTerr(GOST_F_UNPACK_CC_SIGNATURE,GOST_R_NO_MEMORY);
 316                 return(NULL);
 317                 }
 318         s->r = getbnfrombuf(sig, siglen/2);
 319         s->s = getbnfrombuf(sig + siglen/2, siglen/2);
 320         return s;
 321         }
 322 */
 323 /* Unpack signature according to cryptopro rules  */
 324 DSA_SIG *unpack_cp_signature(const unsigned char *sig, size_t siglen)
 325 {
 326     DSA_SIG *s;
 327
 328     s = DSA_SIG_new();
 329     if (s == NULL) {
 330         GOSTerr(GOST_F_UNPACK_CP_SIGNATURE, GOST_R_NO_MEMORY);
 331         return NULL;
 332     }
 333     s->s = getbnfrombuf(sig, siglen / 2);
 334     s->r = getbnfrombuf(sig + siglen / 2, siglen / 2);
 335     return s;
 336 }
 337
 338 /* Convert little-endian byte array into bignum */
 339 BIGNUM *hashsum2bn(const unsigned char *dgst, int len)
 340 {
 341     unsigned char buf[64];
 342     int i;
 343
 344     if (len > sizeof(buf))
 345         return NULL;
 346
 347     for (i = 0; i < len; i++) {
 348         buf[len - i - 1] = dgst[i];
 349     }
 350     return getbnfrombuf(buf, len);
 351 }
 352
 353 /* Convert byte buffer to bignum, skipping leading zeros*/
 354 BIGNUM *getbnfrombuf(const unsigned char *buf, size_t len)
 355 {
 356     while (*buf == 0 && len > 0) {
 357         buf++;
 358         len--;
 359     }
 360     if (len) {
 361         return BN_bin2bn(buf, len, NULL);
 362     } else {
 363         BIGNUM *b = BN_new();
 364         BN_zero(b);
 365         return b;
 366     }
 367 }
 368
 369 /*
 370  * Pack bignum into byte buffer of given size, filling all leading bytes by
 371  * zeros
 372  */
 373 int store_bignum(BIGNUM *bn, unsigned char *buf, int len)
 374 {
 375     int bytes = BN_num_bytes(bn);
 376     if (bytes > len)
 377         return 0;
 378     memset(buf, 0, len);
 379     BN_bn2bin(bn, buf + len - bytes);
 380     return 1;
 381 }