crypto/ecdsa.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
   2 /*
   3  * Copyright (c) 2021 IBM Corporation
   4  */
   5
   6 #include <linux/module.h>
   7 #include <crypto/internal/akcipher.h>
   8 #include <crypto/internal/ecc.h>
   9 #include <crypto/akcipher.h>
  10 #include <crypto/ecdh.h>
  11 #include <linux/asn1_decoder.h>
  12 #include <linux/scatterlist.h>
  13
  14 #include "ecdsasignature.asn1.h"
  15
  16 struct ecc_ctx {
  17         unsigned int curve_id;
  18         const struct ecc_curve *curve;
  19
  20         bool pub_key_set;
  21         u64 x[ECC_MAX_DIGITS]; /* pub key x and y coordinates */
  22         u64 y[ECC_MAX_DIGITS];
  23         struct ecc_point pub_key;
  24 };
  25
  26 struct ecdsa_signature_ctx {
  27         const struct ecc_curve *curve;
  28         u64 r[ECC_MAX_DIGITS];
  29         u64 s[ECC_MAX_DIGITS];
  30 };
  31
  32 /*
  33  * Get the r and s components of a signature from the X509 certificate.
  34  */
  35 static int ecdsa_get_signature_rs(u64 *dest, size_t hdrlen, unsigned char tag,
  36                                   const void *value, size_t vlen, unsigned int ndigits)
  37 {
  38         size_t keylen = ndigits * sizeof(u64);
  39         ssize_t diff = vlen - keylen;
  40         const char *d = value;
  41         u8 rs[ECC_MAX_BYTES];
  42
  43         if (!value || !vlen)
  44                 return -EINVAL;
  45
  46         /* diff = 0: 'value' has exacly the right size
  47          * diff > 0: 'value' has too many bytes; one leading zero is allowed that
  48          *           makes the value a positive integer; error on more
  49          * diff < 0: 'value' is missing leading zeros, which we add
  50          */
  51         if (diff > 0) {
  52                 /* skip over leading zeros that make 'value' a positive int */
  53                 if (*d == 0) {
  54                         vlen -= 1;
  55                         diff--;
  56                         d++;
  57                 }
  58                 if (diff)
  59                         return -EINVAL;
  60         }
  61         if (-diff >= keylen)
  62                 return -EINVAL;
  63
  64         if (diff) {
  65                 /* leading zeros not given in 'value' */
  66                 memset(rs, 0, -diff);
  67         }
  68
  69         memcpy(&rs[-diff], d, vlen);
  70
  71         ecc_swap_digits((u64 *)rs, dest, ndigits);
  72
  73         return 0;
  74 }
  75
  76 int ecdsa_get_signature_r(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
  77                           const void *value, size_t vlen)
  78 {
  79         struct ecdsa_signature_ctx *sig = context;
  80
  81         return ecdsa_get_signature_rs(sig->r, hdrlen, tag, value, vlen,
  82                                       sig->curve->g.ndigits);
  83 }
  84
  85 int ecdsa_get_signature_s(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
  86                           const void *value, size_t vlen)
  87 {
  88         struct ecdsa_signature_ctx *sig = context;
  89
  90         return ecdsa_get_signature_rs(sig->s, hdrlen, tag, value, vlen,
  91                                       sig->curve->g.ndigits);
  92 }
  93
  94 static int _ecdsa_verify(struct ecc_ctx *ctx, const u64 *hash, const u64 *r, const u64 *s)
  95 {
  96         const struct ecc_curve *curve = ctx->curve;
  97         unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
  98         u64 s1[ECC_MAX_DIGITS];
  99         u64 u1[ECC_MAX_DIGITS];
 100         u64 u2[ECC_MAX_DIGITS];
 101         u64 x1[ECC_MAX_DIGITS];
 102         u64 y1[ECC_MAX_DIGITS];
 103         struct ecc_point res = ECC_POINT_INIT(x1, y1, ndigits);
 104
 105         /* 0 < r < n  and 0 < s < n */
 106         if (vli_is_zero(r, ndigits) || vli_cmp(r, curve->n, ndigits) >= 0 ||
 107             vli_is_zero(s, ndigits) || vli_cmp(s, curve->n, ndigits) >= 0)
 108                 return -EBADMSG;
 109
 110         /* hash is given */
 111         pr_devel("hash : %016llx %016llx ... %016llx\n",
 112                  hash[ndigits - 1], hash[ndigits - 2], hash[0]);
 113
 114         /* s1 = (s^-1) mod n */
 115         vli_mod_inv(s1, s, curve->n, ndigits);
 116         /* u1 = (hash * s1) mod n */
 117         vli_mod_mult_slow(u1, hash, s1, curve->n, ndigits);
 118         /* u2 = (r * s1) mod n */
 119         vli_mod_mult_slow(u2, r, s1, curve->n, ndigits);
 120         /* res = u1*G + u2 * pub_key */
 121         ecc_point_mult_shamir(&res, u1, &curve->g, u2, &ctx->pub_key, curve);
 122
 123         /* res.x = res.x mod n (if res.x > order) */
 124         if (unlikely(vli_cmp(res.x, curve->n, ndigits) == 1))
 125                 /* faster alternative for NIST p384, p256 & p192 */
 126                 vli_sub(res.x, res.x, curve->n, ndigits);
 127
 128         if (!vli_cmp(res.x, r, ndigits))
 129                 return 0;
 130
 131         return -EKEYREJECTED;
 132 }
 133
 134 /*
 135  * Verify an ECDSA signature.
 136  */
 137 static int ecdsa_verify(struct akcipher_request *req)
 138 {
 139         struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
 140         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 141         size_t keylen = ctx->curve->g.ndigits * sizeof(u64);
 142         struct ecdsa_signature_ctx sig_ctx = {
 143                 .curve = ctx->curve,
 144         };
 145         u8 rawhash[ECC_MAX_BYTES];
 146         u64 hash[ECC_MAX_DIGITS];
 147         unsigned char *buffer;
 148         ssize_t diff;
 149         int ret;
 150
 151         if (unlikely(!ctx->pub_key_set))
 152                 return -EINVAL;
 153
 154         buffer = kmalloc(req->src_len + req->dst_len, GFP_KERNEL);
 155         if (!buffer)
 156                 return -ENOMEM;
 157
 158         sg_pcopy_to_buffer(req->src,
 159                 sg_nents_for_len(req->src, req->src_len + req->dst_len),
 160                 buffer, req->src_len + req->dst_len, 0);
 161
 162         ret = asn1_ber_decoder(&ecdsasignature_decoder, &sig_ctx,
 163                                buffer, req->src_len);
 164         if (ret < 0)
 165                 goto error;
 166
 167         /* if the hash is shorter then we will add leading zeros to fit to ndigits */
 168         diff = keylen - req->dst_len;
 169         if (diff >= 0) {
 170                 if (diff)
 171                         memset(rawhash, 0, diff);
 172                 memcpy(&rawhash[diff], buffer + req->src_len, req->dst_len);
 173         } else if (diff < 0) {
 174                 /* given hash is longer, we take the left-most bytes */
 175                 memcpy(&rawhash, buffer + req->src_len, keylen);
 176         }
 177
 178         ecc_swap_digits((u64 *)rawhash, hash, ctx->curve->g.ndigits);
 179
 180         ret = _ecdsa_verify(ctx, hash, sig_ctx.r, sig_ctx.s);
 181
 182 error:
 183         kfree(buffer);
 184
 185         return ret;
 186 }
 187
 188 static int ecdsa_ecc_ctx_init(struct ecc_ctx *ctx, unsigned int curve_id)
 189 {
 190         ctx->curve_id = curve_id;
 191         ctx->curve = ecc_get_curve(curve_id);
 192         if (!ctx->curve)
 193                 return -EINVAL;
 194
 195         return 0;
 196 }
 197
 198
 199 static void ecdsa_ecc_ctx_deinit(struct ecc_ctx *ctx)
 200 {
 201         ctx->pub_key_set = false;
 202 }
 203
 204 static int ecdsa_ecc_ctx_reset(struct ecc_ctx *ctx)
 205 {
 206         unsigned int curve_id = ctx->curve_id;
 207         int ret;
 208
 209         ecdsa_ecc_ctx_deinit(ctx);
 210         ret = ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, curve_id);
 211         if (ret == 0)
 212                 ctx->pub_key = ECC_POINT_INIT(ctx->x, ctx->y,
 213                                               ctx->curve->g.ndigits);
 214         return ret;
 215 }
 216
 217 /*
 218  * Set the public key given the raw uncompressed key data from an X509
 219  * certificate. The key data contain the concatenated X and Y coordinates of
 220  * the public key.
 221  */
 222 static int ecdsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key, unsigned int keylen)
 223 {
 224         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 225         const unsigned char *d = key;
 226         const u64 *digits = (const u64 *)&d[1];
 227         unsigned int ndigits;
 228         int ret;
 229
 230         ret = ecdsa_ecc_ctx_reset(ctx);
 231         if (ret < 0)
 232                 return ret;
 233
 234         if (keylen < 1 || (((keylen - 1) >> 1) % sizeof(u64)) != 0)
 235                 return -EINVAL;
 236         /* we only accept uncompressed format indicated by '4' */
 237         if (d[0] != 4)
 238                 return -EINVAL;
 239
 240         keylen--;
 241         ndigits = (keylen >> 1) / sizeof(u64);
 242         if (ndigits != ctx->curve->g.ndigits)
 243                 return -EINVAL;
 244
 245         ecc_swap_digits(digits, ctx->pub_key.x, ndigits);
 246         ecc_swap_digits(&digits[ndigits], ctx->pub_key.y, ndigits);
 247         ret = ecc_is_pubkey_valid_full(ctx->curve, &ctx->pub_key);
 248
 249         ctx->pub_key_set = ret == 0;
 250
 251         return ret;
 252 }
 253
 254 static void ecdsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
 255 {
 256         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 257
 258         ecdsa_ecc_ctx_deinit(ctx);
 259 }
 260
 261 static unsigned int ecdsa_max_size(struct crypto_akcipher *tfm)
 262 {
 263         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 264
 265         return ctx->pub_key.ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
 266 }
 267
 268 static int ecdsa_nist_p384_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
 269 {
 270         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 271
 272         return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P384);
 273 }
 274
 275 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p384 = {
 276         .verify = ecdsa_verify,
 277         .set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
 278         .max_size = ecdsa_max_size,
 279         .init = ecdsa_nist_p384_init_tfm,
 280         .exit = ecdsa_exit_tfm,
 281         .base = {
 282                 .cra_name = "ecdsa-nist-p384",
 283                 .cra_driver_name = "ecdsa-nist-p384-generic",
 284                 .cra_priority = 100,
 285                 .cra_module = THIS_MODULE,
 286                 .cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
 287         },
 288 };
 289
 290 static int ecdsa_nist_p256_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
 291 {
 292         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 293
 294         return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P256);
 295 }
 296
 297 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p256 = {
 298         .verify = ecdsa_verify,
 299         .set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
 300         .max_size = ecdsa_max_size,
 301         .init = ecdsa_nist_p256_init_tfm,
 302         .exit = ecdsa_exit_tfm,
 303         .base = {
 304                 .cra_name = "ecdsa-nist-p256",
 305                 .cra_driver_name = "ecdsa-nist-p256-generic",
 306                 .cra_priority = 100,
 307                 .cra_module = THIS_MODULE,
 308                 .cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
 309         },
 310 };
 311
 312 static int ecdsa_nist_p192_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
 313 {
 314         struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 315
 316         return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P192);
 317 }
 318
 319 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p192 = {
 320         .verify = ecdsa_verify,
 321         .set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
 322         .max_size = ecdsa_max_size,
 323         .init = ecdsa_nist_p192_init_tfm,
 324         .exit = ecdsa_exit_tfm,
 325         .base = {
 326                 .cra_name = "ecdsa-nist-p192",
 327                 .cra_driver_name = "ecdsa-nist-p192-generic",
 328                 .cra_priority = 100,
 329                 .cra_module = THIS_MODULE,
 330                 .cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
 331         },
 332 };
 333 static bool ecdsa_nist_p192_registered;
 334
 335 static int __init ecdsa_init(void)
 336 {
 337         int ret;
 338
 339         /* NIST p192 may not be available in FIPS mode */
 340         ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p192);
 341         ecdsa_nist_p192_registered = ret == 0;
 342
 343         ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p256);
 344         if (ret)
 345                 goto nist_p256_error;
 346
 347         ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p384);
 348         if (ret)
 349                 goto nist_p384_error;
 350
 351         return 0;
 352
 353 nist_p384_error:
 354         crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p256);
 355
 356 nist_p256_error:
 357         if (ecdsa_nist_p192_registered)
 358                 crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p192);
 359         return ret;
 360 }
 361
 362 static void __exit ecdsa_exit(void)
 363 {
 364         if (ecdsa_nist_p192_registered)
 365                 crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p192);
 366         crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p256);
 367         crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p384);
 368 }
 369
 370 subsys_initcall(ecdsa_init);
 371 module_exit(ecdsa_exit);
 372
 373 MODULE_LICENSE("GPL");
 374 MODULE_AUTHOR("Stefan Berger <stefanb@linux.ibm.com>");
 375 MODULE_DESCRIPTION("ECDSA generic algorithm");
 376 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecdsa-generic");