test_derive.c

   1 /*
   2  * Test derive operations
   3  *
   4  * Copyright (C) 2020 Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>. All Rights Reserved.
   5  *
   6  * Contents licensed under the terms of the OpenSSL license
   7  * See https://www.openssl.org/source/license.html for details
   8  */
   9
  10 #include <openssl/ec.h>
  11 #include <openssl/engine.h>
  12 #include <openssl/err.h>
  13 #include <openssl/evp.h>
  14 #include <stdlib.h>
  15 #include <string.h>
  16 #include "gost_lcl.h"
  17
  18 #define T(e) \
  19     if (!(e)) { \
  20         ERR_print_errors_fp(stderr); \
  21         OpenSSLDie(__FILE__, __LINE__, #e); \
  22     }
  23
  24 #define cRED    "\033[1;31m"
  25 #define cDRED   "\033[0;31m"
  26 #define cGREEN  "\033[1;32m"
  27 #define cDGREEN "\033[0;32m"
  28 #define cBLUE   "\033[1;34m"
  29 #define cDBLUE  "\033[0;34m"
  30 #define cCYAN   "\033[1;36m"
  31 #define cNORM   "\033[m"
  32 #define TEST_ASSERT(e) {if ((test = (e))) \
  33                  printf(cRED "  Test FAILED" cNORM "\n"); \
  34              else \
  35                  printf(cGREEN "  Test passed" cNORM "\n");}
  36
  37 #ifndef OSSL_NELEM
  38 # define OSSL_NELEM(x) (sizeof(x)/sizeof((x)[0]))
  39 #endif
  40
  41 const char party_a_priv[] =
  42     "\xc9\x90\xec\xd9\x72\xfc\xe8\x4e\xc4\xdb\x02\x27\x78\xf5\x0f\xca"
  43     "\xc7\x26\xf4\x67\x08\x38\x4b\x8d\x45\x83\x04\x96\x2d\x71\x47\xf8"
  44     "\xc2\xdb\x41\xce\xf2\x2c\x90\xb1\x02\xf2\x96\x84\x04\xf9\xb9\xbe"
  45     "\x6d\x47\xc7\x96\x92\xd8\x18\x26\xb3\x2b\x8d\xac\xa4\x3c\xb6\x67";
  46 const char party_a_pub[] =
  47     "\xaa\xb0\xed\xa4\xab\xff\x21\x20\x8d\x18\x79\x9f\xb9\xa8\x55\x66"
  48     "\x54\xba\x78\x30\x70\xeb\xa1\x0c\xb9\xab\xb2\x53\xec\x56\xdc\xf5"
  49     "\xd3\xcc\xba\x61\x92\xe4\x64\xe6\xe5\xbc\xb6\xde\xa1\x37\x79\x2f"
  50     "\x24\x31\xf6\xc8\x97\xeb\x1b\x3c\x0c\xc1\x43\x27\xb1\xad\xc0\xa7"
  51     "\x91\x46\x13\xa3\x07\x4e\x36\x3a\xed\xb2\x04\xd3\x8d\x35\x63\x97"
  52     "\x1b\xd8\x75\x8e\x87\x8c\x9d\xb1\x14\x03\x72\x1b\x48\x00\x2d\x38"
  53     "\x46\x1f\x92\x47\x2d\x40\xea\x92\xf9\x95\x8c\x0f\xfa\x4c\x93\x75"
  54     "\x64\x01\xb9\x7f\x89\xfd\xbe\x0b\x5e\x46\xe4\xa4\x63\x1c\xdb\x5a";
  55 const char party_b_priv[] =
  56     "\x48\xc8\x59\xf7\xb6\xf1\x15\x85\x88\x7c\xc0\x5e\xc6\xef\x13\x90"
  57     "\xcf\xea\x73\x9b\x1a\x18\xc0\xd4\x66\x22\x93\xef\x63\xb7\x9e\x3b"
  58     "\x80\x14\x07\x0b\x44\x91\x85\x90\xb4\xb9\x96\xac\xfe\xa4\xed\xfb"
  59     "\xbb\xcc\xcc\x8c\x06\xed\xd8\xbf\x5b\xda\x92\xa5\x13\x92\xd0\xdb";
  60 const char party_b_pub[] =
  61     "\x19\x2f\xe1\x83\xb9\x71\x3a\x07\x72\x53\xc7\x2c\x87\x35\xde\x2e"
  62     "\xa4\x2a\x3d\xbc\x66\xea\x31\x78\x38\xb6\x5f\xa3\x25\x23\xcd\x5e"
  63     "\xfc\xa9\x74\xed\xa7\xc8\x63\xf4\x95\x4d\x11\x47\xf1\xf2\xb2\x5c"
  64     "\x39\x5f\xce\x1c\x12\x91\x75\xe8\x76\xd1\x32\xe9\x4e\xd5\xa6\x51"
  65     "\x04\x88\x3b\x41\x4c\x9b\x59\x2e\xc4\xdc\x84\x82\x6f\x07\xd0\xb6"
  66     "\xd9\x00\x6d\xda\x17\x6c\xe4\x8c\x39\x1e\x3f\x97\xd1\x02\xe0\x3b"
  67     "\xb5\x98\xbf\x13\x2a\x22\x8a\x45\xf7\x20\x1a\xba\x08\xfc\x52\x4a"
  68     "\x2d\x77\xe4\x3a\x36\x2a\xb0\x22\xad\x40\x28\xf7\x5b\xde\x3b\x79";
  69
  70 struct test_derive {
  71     const char *descr; /* Source of test vector. */
  72     int dgst_nid;      /* VKO mode */
  73     int key_nid;
  74     int param_nid;     /* Curve id. */
  75     const char *ukm;   /* User Keying Material. */
  76     int ukm_len;
  77     const char *key_a_priv;
  78     const char *key_a_pub;
  79     const char *key_b_priv;
  80     const char *key_b_pub;
  81     const char *kek;   /* Key Encryption Key. Output. */
  82     int kek_len;
  83 } derive_tests[] = {
  84     {
  85         .descr      = "VKO_GOSTR3410_2012_256 from R 50.1.113-2016 A.9 (p.18)",
  86         .dgst_nid   = NID_id_GostR3411_2012_256,
  87         .key_nid    = NID_id_GostR3410_2012_512,
  88         .param_nid  = NID_id_tc26_gost_3410_2012_512_paramSetA,
  89         .key_a_priv = party_a_priv,
  90         .key_a_pub  = party_a_pub,
  91         .key_b_priv = party_b_priv,
  92         .key_b_pub  = party_b_pub,
  93         .ukm        = "\x1d\x80\x60\x3c\x85\x44\xc7\x27",
  94         .ukm_len    = 8,
  95         .kek =
  96             "\xc9\xa9\xa7\x73\x20\xe2\xcc\x55\x9e\xd7\x2d\xce\x6f\x47\xe2\x19"
  97             "\x2c\xce\xa9\x5f\xa6\x48\x67\x05\x82\xc0\x54\xc0\xef\x36\xc2\x21",
  98         .kek_len = 32,
  99     },
 100     {
 101         .descr      = "VKO_GOSTR3410_2012_512 from R 50.1.113-2016 A.10 (p.19)",
 102         .dgst_nid   = NID_id_GostR3411_2012_512,
 103         .key_nid    = NID_id_GostR3410_2012_512,
 104         .param_nid  = NID_id_tc26_gost_3410_2012_512_paramSetA,
 105         .key_a_priv = party_a_priv,
 106         .key_a_pub  = party_a_pub,
 107         .key_b_priv = party_b_priv,
 108         .key_b_pub  = party_b_pub,
 109         .ukm        = "\x1d\x80\x60\x3c\x85\x44\xc7\x27",
 110         .ukm_len    = 8,
 111         .kek =
 112             "\x79\xf0\x02\xa9\x69\x40\xce\x7b\xde\x32\x59\xa5\x2e\x01\x52\x97"
 113             "\xad\xaa\xd8\x45\x97\xa0\xd2\x05\xb5\x0e\x3e\x17\x19\xf9\x7b\xfa"
 114             "\x7e\xe1\xd2\x66\x1f\xa9\x97\x9a\x5a\xa2\x35\xb5\x58\xa7\xe6\xd9"
 115             "\xf8\x8f\x98\x2d\xd6\x3f\xc3\x5a\x8e\xc0\xdd\x5e\x24\x2d\x3b\xdf",
 116         .kek_len = 64,
 117     },
 118 };
 119
 120 static EVP_PKEY *load_private_key(int key_nid, int param_nid, const char *pk,
 121                                   const char *pub)
 122 {
 123
 124     EVP_PKEY_CTX *ctx;
 125     T(ctx = EVP_PKEY_CTX_new_id(key_nid, NULL));
 126     T(EVP_PKEY_paramgen_init(ctx));
 127     T(EVP_PKEY_CTX_ctrl(ctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_GOST_PARAMSET, param_nid,
 128                         NULL));
 129     EVP_PKEY *key = NULL;
 130     T((EVP_PKEY_paramgen(ctx, &key)) == 1);
 131     EVP_PKEY_CTX_free(ctx);
 132
 133     EC_KEY *ec;
 134     T(ec = EVP_PKEY_get0(key));
 135
 136     const int len = EVP_PKEY_bits(key) / 8;
 137     BN_CTX *bc;
 138     T(bc = BN_CTX_secure_new());
 139     BN_CTX_start(bc);
 140     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ec);
 141     EC_POINT *pkey = NULL;
 142     if (pk) {
 143         /* Read private key. */
 144         BIGNUM *d = NULL;
 145         T(d = BN_lebin2bn((const unsigned char *)pk, len, NULL));
 146         T(EC_KEY_set_private_key(ec, d));
 147
 148         /* Compute public key. */
 149         T(pkey = EC_POINT_new(group));
 150         T(EC_POINT_mul(group, pkey, d, NULL, NULL, bc));
 151         BN_free(d);
 152         T(EC_KEY_set_public_key(ec, pkey));
 153     } else {
 154         /* Read public key. */
 155         BIGNUM *x, *y;
 156         T(x = BN_lebin2bn((const unsigned char *)pub, len, NULL));
 157         T(y = BN_lebin2bn((const unsigned char *)pub + len, len, NULL));
 158         EC_POINT *xy = EC_POINT_new(group);
 159         T(EC_POINT_set_affine_coordinates(group, xy, x, y, bc));
 160         BN_free(x);
 161         BN_free(y);
 162         T(EC_KEY_set_public_key(ec, xy));
 163         EC_POINT_free(xy);
 164     }
 165
 166 #ifdef DEBUG
 167     BIO *bp = BIO_new_fd(1, BIO_NOCLOSE);
 168     if (pk)
 169         PEM_write_bio_PrivateKey(bp, key, NULL, NULL, 0, NULL, NULL);
 170     PEM_write_bio_PUBKEY(bp, key);
 171     BIO_free(bp);
 172 #endif
 173
 174     /* Verify public key. */
 175     if (pk && pub) {
 176         BIGNUM *x, *y;
 177         T(x = BN_lebin2bn((const unsigned char *)pub, len, NULL));
 178         T(y = BN_lebin2bn((const unsigned char *)pub + len, len, NULL));
 179         EC_POINT *xy = EC_POINT_new(group);
 180         T(EC_POINT_set_affine_coordinates(group, xy, x, y, bc));
 181         BN_free(x);
 182         BN_free(y);
 183         if (EC_POINT_cmp(group, pkey, xy, bc) == 0)
 184             printf("Public key %08x matches private key %08x\n",
 185                    *(int *)pub, *(int *)pk);
 186         else {
 187             printf(cRED "Public key mismatch!" cNORM "\n");
 188             exit(1);
 189         }
 190         EC_POINT_free(xy);
 191     }
 192     EC_POINT_free(pkey);
 193     BN_CTX_end(bc);
 194     BN_CTX_free(bc);
 195
 196     return key;
 197 }
 198
 199 int test_derive(struct test_derive *t, const char *name)
 200 {
 201     int ret = 0;
 202
 203     printf(cBLUE "Test %s" cNORM " for %s\n", t->descr, name);
 204
 205     EVP_PKEY *keyA = load_private_key(t->key_nid, t->param_nid,
 206                                       t->key_a_priv, t->key_a_pub);
 207     EVP_PKEY *keyB = load_private_key(t->key_nid, t->param_nid,
 208                                       NULL, t->key_b_pub);
 209
 210     EVP_PKEY_CTX *ctx;
 211     T(ctx = EVP_PKEY_CTX_new(keyA, NULL));
 212     T(EVP_PKEY_derive_init(ctx));
 213     T(EVP_PKEY_derive_set_peer(ctx, keyB));
 214     if (t->dgst_nid)
 215         T(EVP_PKEY_CTX_ctrl(ctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_SET_VKO,
 216                             t->dgst_nid, NULL));
 217     T(EVP_PKEY_CTX_ctrl(ctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_SET_IV,
 218                         t->ukm_len, (unsigned char *)t->ukm));
 219
 220     size_t skeylen;
 221     unsigned char *skey;
 222     T(EVP_PKEY_derive(ctx, NULL, &skeylen));
 223     T(skey = OPENSSL_malloc(skeylen));
 224
 225     T(EVP_PKEY_derive(ctx, skey, &skeylen));
 226 #ifdef DEBUG
 227     BIO_dump_fp(stdout, skey, skeylen);
 228 #endif
 229
 230     EVP_PKEY_CTX_free(ctx);
 231     EVP_PKEY_free(keyA);
 232     EVP_PKEY_free(keyB);
 233
 234     if (t->kek_len == skeylen && memcmp(t->kek, skey, skeylen) == 0)
 235         printf(cGREEN "KEK match etalon" cNORM "\n");
 236     else {
 237         printf(cRED "KEK mismatch etalon" cNORM "\n");
 238         ret = 1;
 239     }
 240     OPENSSL_free(skey);
 241     return ret;
 242 }
 243
 244 int test_derive_pair(struct test_derive *t)
 245 {
 246     int ret = 0;
 247     struct test_derive tt = *t;
 248
 249     tt.key_b_priv = NULL;
 250     ret |= test_derive(&tt, "A");
 251     /* Test swapped keys. */
 252     tt.key_a_priv = t->key_b_priv;
 253     tt.key_a_pub  = t->key_b_pub;
 254     tt.key_b_priv = NULL;
 255     tt.key_b_pub  = t->key_a_pub;
 256     ret |= test_derive(&tt, "B");
 257     return ret;
 258 }
 259
 260 static EVP_PKEY *keygen(const char *algo, const char *param)
 261 {
 262     EVP_PKEY *key = NULL;
 263
 264     EVP_PKEY *tkey = EVP_PKEY_new();
 265     T(EVP_PKEY_set_type_str(tkey, algo, -1));
 266     int pkey_id = EVP_PKEY_id(tkey);
 267     EVP_PKEY_free(tkey);
 268
 269     EVP_PKEY_CTX *ctx;
 270     T((ctx = EVP_PKEY_CTX_new_id(pkey_id, NULL)));
 271     T(EVP_PKEY_keygen_init(ctx));
 272     T(EVP_PKEY_CTX_ctrl_str(ctx, "paramset", param));
 273     T(EVP_PKEY_keygen(ctx, &key));
 274     EVP_PKEY_CTX_free(ctx);
 275     return key;
 276 }
 277
 278 unsigned char *derive(EVP_PKEY *keyA, EVP_PKEY *keyB, int dgst_nid,
 279                       int ukm_len, size_t *len)
 280 {
 281     EVP_PKEY_CTX *ctx;
 282     T(ctx = EVP_PKEY_CTX_new(keyA, NULL));
 283     T(EVP_PKEY_derive_init(ctx));
 284     T(EVP_PKEY_derive_set_peer(ctx, keyB));
 285     if (dgst_nid)
 286         T(EVP_PKEY_CTX_ctrl(ctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_SET_VKO,
 287                             dgst_nid, NULL));
 288     if (ukm_len) {
 289         unsigned char ukm[32] = { 1 };
 290
 291         OPENSSL_assert(ukm_len <= sizeof(ukm));
 292         T(EVP_PKEY_CTX_ctrl(ctx, -1, -1, EVP_PKEY_CTRL_SET_IV,
 293                             ukm_len, ukm));
 294     }
 295
 296     T(EVP_PKEY_derive(ctx, NULL, len));
 297     unsigned char *skey;
 298     T(skey = OPENSSL_malloc(*len));
 299
 300     T(EVP_PKEY_derive(ctx, skey, len));
 301 #ifdef DEBUG
 302     BIO_dump_fp(stdout, skey, *len);
 303 #endif
 304     EVP_PKEY_CTX_free(ctx);
 305     return skey;
 306 }
 307
 308 int test_derive_alg(const char *algo, const char *param, int mode)
 309 {
 310     int ret = 0;
 311
 312     char *name = NULL;
 313     int dgst_nid = 0;
 314     int ukm_len = 0;
 315     switch (mode) {
 316     case 0:
 317         dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_256;
 318         name = "VKO256";
 319         ukm_len = 1;
 320         break;
 321     case 1:
 322         dgst_nid = NID_id_GostR3411_2012_512;
 323         name = "VKO512";
 324         ukm_len = 1;
 325         break;
 326     case 2:
 327         name = "VKO";
 328         ukm_len = 8;
 329         break;
 330     case 3:
 331         if (!strcmp(algo, "gost2001"))
 332             return 0; /* Skip. */
 333         name = "KEG";
 334         ukm_len = 32;
 335         break;
 336 #define NR_MODES 4
 337     default:
 338         abort();
 339     }
 340     printf(cBLUE "Test %s for %s %s" cNORM " - ", name, algo, param);
 341
 342     EVP_PKEY *keyA = keygen(algo, param);
 343     EVP_PKEY *keyB = keygen(algo, param);
 344
 345     size_t skeyA_len, skeyB_len;
 346     unsigned char *skeyA = derive(keyA, keyB, dgst_nid, ukm_len, &skeyA_len);
 347     unsigned char *skeyB = derive(keyB, keyA, dgst_nid, ukm_len, &skeyB_len);
 348
 349     ret = memcmp(skeyA, skeyB, skeyA_len);
 350     if (!ret)
 351         printf(cGREEN "KEK match" cNORM "\n");
 352     else
 353         printf(cRED "KEK mismatch" cNORM "\n");
 354
 355     EVP_PKEY_free(keyA);
 356     EVP_PKEY_free(keyB);
 357     OPENSSL_free(skeyA);
 358     OPENSSL_free(skeyB);
 359     return ret;
 360 }
 361
 362 int main(int argc, char **argv)
 363 {
 364     int ret = 0;
 365
 366     OPENSSL_add_all_algorithms_conf();
 367
 368     int i;
 369     for (i = 0; i < OSSL_NELEM(derive_tests); i++)
 370         ret |= test_derive_pair(&derive_tests[i]);
 371
 372     for (i = 0; i < NR_MODES; i++) {
 373         ret |= test_derive_alg("gost2001", "A", i);
 374         ret |= test_derive_alg("gost2001", "B", i);
 375         ret |= test_derive_alg("gost2001", "C", i);
 376         ret |= test_derive_alg("gost2012_256", "A", i);
 377         ret |= test_derive_alg("gost2012_256", "B", i);
 378         ret |= test_derive_alg("gost2012_256", "C", i);
 379         ret |= test_derive_alg("gost2012_256", "TCA", i);
 380         ret |= test_derive_alg("gost2012_512", "A", i);
 381         ret |= test_derive_alg("gost2012_512", "B", i);
 382         ret |= test_derive_alg("gost2012_512", "C", i);
 383     }
 384
 385     if (ret)
 386         printf(cDRED "= Some tests FAILED!" cNORM "\n");
 387     else
 388         printf(cDGREEN "= All tests passed!" cNORM "\n");
 389     return ret;
 390 }
 391 /* vim: set expandtab cinoptions=\:0,l1,t0,g0,(0 sw=4 : */