crypto/ecrdsa.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
   2 /*
   3  * Elliptic Curve (Russian) Digital Signature Algorithm for Cryptographic API
   4  *
   5  * Copyright (c) 2019 Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>
   6  *
   7  * References:
   8  * GOST 34.10-2018, GOST R 34.10-2012, RFC 7091, ISO/IEC 14888-3:2018.
   9  *
  10  * Historical references:
  11  * GOST R 34.10-2001, RFC 4357, ISO/IEC 14888-3:2006/Amd 1:2010.
  12  *
  13  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  14  * under the terms of the GNU General Public License as published by the Free
  15  * Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option)
  16  * any later version.
  17  */
  18
  19 #include <linux/module.h>
  20 #include <linux/crypto.h>
  21 #include <crypto/streebog.h>
  22 #include <crypto/internal/akcipher.h>
  23 #include <crypto/internal/ecc.h>
  24 #include <crypto/akcipher.h>
  25 #include <linux/oid_registry.h>
  26 #include <linux/scatterlist.h>
  27 #include "ecrdsa_params.asn1.h"
  28 #include "ecrdsa_pub_key.asn1.h"
  29 #include "ecrdsa_defs.h"
  30
  31 #define ECRDSA_MAX_SIG_SIZE (2 * 512 / 8)
  32 #define ECRDSA_MAX_DIGITS (512 / 64)
  33
  34 struct ecrdsa_ctx {
  35         enum OID algo_oid; /* overall public key oid */
  36         enum OID curve_oid; /* parameter */
  37         enum OID digest_oid; /* parameter */
  38         const struct ecc_curve *curve; /* curve from oid */
  39         unsigned int digest_len; /* parameter (bytes) */
  40         const char *digest; /* digest name from oid */
  41         unsigned int key_len; /* @key length (bytes) */
  42         const char *key; /* raw public key */
  43         struct ecc_point pub_key;
  44         u64 _pubp[2][ECRDSA_MAX_DIGITS]; /* point storage for @pub_key */
  45 };
  46
  47 static const struct ecc_curve *get_curve_by_oid(enum OID oid)
  48 {
  49         switch (oid) {
  50         case OID_gostCPSignA:
  51         case OID_gostTC26Sign256B:
  52                 return &gost_cp256a;
  53         case OID_gostCPSignB:
  54         case OID_gostTC26Sign256C:
  55                 return &gost_cp256b;
  56         case OID_gostCPSignC:
  57         case OID_gostTC26Sign256D:
  58                 return &gost_cp256c;
  59         case OID_gostTC26Sign512A:
  60                 return &gost_tc512a;
  61         case OID_gostTC26Sign512B:
  62                 return &gost_tc512b;
  63         /* The following two aren't implemented: */
  64         case OID_gostTC26Sign256A:
  65         case OID_gostTC26Sign512C:
  66         default:
  67                 return NULL;
  68         }
  69 }
  70
  71 static int ecrdsa_verify(struct akcipher_request *req)
  72 {
  73         struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
  74         struct ecrdsa_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
  75         unsigned char sig[ECRDSA_MAX_SIG_SIZE];
  76         unsigned char digest[STREEBOG512_DIGEST_SIZE];
  77         unsigned int ndigits = req->dst_len / sizeof(u64);
  78         u64 r[ECRDSA_MAX_DIGITS]; /* witness (r) */
  79         u64 _r[ECRDSA_MAX_DIGITS]; /* -r */
  80         u64 s[ECRDSA_MAX_DIGITS]; /* second part of sig (s) */
  81         u64 e[ECRDSA_MAX_DIGITS]; /* h \mod q */
  82         u64 *v = e;               /* e^{-1} \mod q */
  83         u64 z1[ECRDSA_MAX_DIGITS];
  84         u64 *z2 = _r;
  85         struct ecc_point cc = ECC_POINT_INIT(s, e, ndigits); /* reuse s, e */
  86
  87         /*
  88          * Digest value, digest algorithm, and curve (modulus) should have the
  89          * same length (256 or 512 bits), public key and signature should be
  90          * twice bigger.
  91          */
  92         if (!ctx->curve ||
  93             !ctx->digest ||
  94             !req->src ||
  95             !ctx->pub_key.x ||
  96             req->dst_len != ctx->digest_len ||
  97             req->dst_len != ctx->curve->g.ndigits * sizeof(u64) ||
  98             ctx->pub_key.ndigits != ctx->curve->g.ndigits ||
  99             req->dst_len * 2 != req->src_len ||
 100             WARN_ON(req->src_len > sizeof(sig)) ||
 101             WARN_ON(req->dst_len > sizeof(digest)))
 102                 return -EBADMSG;
 103
 104         sg_copy_to_buffer(req->src, sg_nents_for_len(req->src, req->src_len),
 105                           sig, req->src_len);
 106         sg_pcopy_to_buffer(req->src,
 107                            sg_nents_for_len(req->src,
 108                                             req->src_len + req->dst_len),
 109                            digest, req->dst_len, req->src_len);
 110
 111         vli_from_be64(s, sig, ndigits);
 112         vli_from_be64(r, sig + ndigits * sizeof(u64), ndigits);
 113
 114         /* Step 1: verify that 0 < r < q, 0 < s < q */
 115         if (vli_is_zero(r, ndigits) ||
 116             vli_cmp(r, ctx->curve->n, ndigits) >= 0 ||
 117             vli_is_zero(s, ndigits) ||
 118             vli_cmp(s, ctx->curve->n, ndigits) >= 0)
 119                 return -EKEYREJECTED;
 120
 121         /* Step 2: calculate hash (h) of the message (passed as input) */
 122         /* Step 3: calculate e = h \mod q */
 123         vli_from_le64(e, digest, ndigits);
 124         if (vli_cmp(e, ctx->curve->n, ndigits) >= 0)
 125                 vli_sub(e, e, ctx->curve->n, ndigits);
 126         if (vli_is_zero(e, ndigits))
 127                 e[0] = 1;
 128
 129         /* Step 4: calculate v = e^{-1} \mod q */
 130         vli_mod_inv(v, e, ctx->curve->n, ndigits);
 131
 132         /* Step 5: calculate z_1 = sv \mod q, z_2 = -rv \mod q */
 133         vli_mod_mult_slow(z1, s, v, ctx->curve->n, ndigits);
 134         vli_sub(_r, ctx->curve->n, r, ndigits);
 135         vli_mod_mult_slow(z2, _r, v, ctx->curve->n, ndigits);
 136
 137         /* Step 6: calculate point C = z_1P + z_2Q, and R = x_c \mod q */
 138         ecc_point_mult_shamir(&cc, z1, &ctx->curve->g, z2, &ctx->pub_key,
 139                               ctx->curve);
 140         if (vli_cmp(cc.x, ctx->curve->n, ndigits) >= 0)
 141                 vli_sub(cc.x, cc.x, ctx->curve->n, ndigits);
 142
 143         /* Step 7: if R == r signature is valid */
 144         if (!vli_cmp(cc.x, r, ndigits))
 145                 return 0;
 146         else
 147                 return -EKEYREJECTED;
 148 }
 149
 150 int ecrdsa_param_curve(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
 151                        const void *value, size_t vlen)
 152 {
 153         struct ecrdsa_ctx *ctx = context;
 154
 155         ctx->curve_oid = look_up_OID(value, vlen);
 156         if (!ctx->curve_oid)
 157                 return -EINVAL;
 158         ctx->curve = get_curve_by_oid(ctx->curve_oid);
 159         return 0;
 160 }
 161
 162 /* Optional. If present should match expected digest algo OID. */
 163 int ecrdsa_param_digest(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
 164                         const void *value, size_t vlen)
 165 {
 166         struct ecrdsa_ctx *ctx = context;
 167         int digest_oid = look_up_OID(value, vlen);
 168
 169         if (digest_oid != ctx->digest_oid)
 170                 return -EINVAL;
 171         return 0;
 172 }
 173
 174 int ecrdsa_parse_pub_key(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
 175                          const void *value, size_t vlen)
 176 {
 177         struct ecrdsa_ctx *ctx = context;
 178
 179         ctx->key = value;
 180         ctx->key_len = vlen;
 181         return 0;
 182 }
 183
 184 static u8 *ecrdsa_unpack_u32(u32 *dst, void *src)
 185 {
 186         memcpy(dst, src, sizeof(u32));
 187         return src + sizeof(u32);
 188 }
 189
 190 /* Parse BER encoded subjectPublicKey. */
 191 static int ecrdsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
 192                               unsigned int keylen)
 193 {
 194         struct ecrdsa_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 195         unsigned int ndigits;
 196         u32 algo, paramlen;
 197         u8 *params;
 198         int err;
 199
 200         err = asn1_ber_decoder(&ecrdsa_pub_key_decoder, ctx, key, keylen);
 201         if (err < 0)
 202                 return err;
 203
 204         /* Key parameters is in the key after keylen. */
 205         params = ecrdsa_unpack_u32(&paramlen,
 206                           ecrdsa_unpack_u32(&algo, (u8 *)key + keylen));
 207
 208         if (algo == OID_gost2012PKey256) {
 209                 ctx->digest     = "streebog256";
 210                 ctx->digest_oid = OID_gost2012Digest256;
 211                 ctx->digest_len = 256 / 8;
 212         } else if (algo == OID_gost2012PKey512) {
 213                 ctx->digest     = "streebog512";
 214                 ctx->digest_oid = OID_gost2012Digest512;
 215                 ctx->digest_len = 512 / 8;
 216         } else
 217                 return -ENOPKG;
 218         ctx->algo_oid = algo;
 219
 220         /* Parse SubjectPublicKeyInfo.AlgorithmIdentifier.parameters. */
 221         err = asn1_ber_decoder(&ecrdsa_params_decoder, ctx, params, paramlen);
 222         if (err < 0)
 223                 return err;
 224         /*
 225          * Sizes of algo (set in digest_len) and curve should match
 226          * each other.
 227          */
 228         if (!ctx->curve ||
 229             ctx->curve->g.ndigits * sizeof(u64) != ctx->digest_len)
 230                 return -ENOPKG;
 231         /*
 232          * Key is two 256- or 512-bit coordinates which should match
 233          * curve size.
 234          */
 235         if ((ctx->key_len != (2 * 256 / 8) &&
 236              ctx->key_len != (2 * 512 / 8)) ||
 237             ctx->key_len != ctx->curve->g.ndigits * sizeof(u64) * 2)
 238                 return -ENOPKG;
 239
 240         ndigits = ctx->key_len / sizeof(u64) / 2;
 241         ctx->pub_key = ECC_POINT_INIT(ctx->_pubp[0], ctx->_pubp[1], ndigits);
 242         vli_from_le64(ctx->pub_key.x, ctx->key, ndigits);
 243         vli_from_le64(ctx->pub_key.y, ctx->key + ndigits * sizeof(u64),
 244                       ndigits);
 245
 246         if (ecc_is_pubkey_valid_partial(ctx->curve, &ctx->pub_key))
 247                 return -EKEYREJECTED;
 248
 249         return 0;
 250 }
 251
 252 static unsigned int ecrdsa_max_size(struct crypto_akcipher *tfm)
 253 {
 254         struct ecrdsa_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
 255
 256         /*
 257          * Verify doesn't need any output, so it's just informational
 258          * for keyctl to determine the key bit size.
 259          */
 260         return ctx->pub_key.ndigits * sizeof(u64);
 261 }
 262
 263 static void ecrdsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
 264 {
 265 }
 266
 267 static struct akcipher_alg ecrdsa_alg = {
 268         .verify         = ecrdsa_verify,
 269         .set_pub_key    = ecrdsa_set_pub_key,
 270         .max_size       = ecrdsa_max_size,
 271         .exit           = ecrdsa_exit_tfm,
 272         .base = {
 273                 .cra_name        = "ecrdsa",
 274                 .cra_driver_name = "ecrdsa-generic",
 275                 .cra_priority    = 100,
 276                 .cra_module      = THIS_MODULE,
 277                 .cra_ctxsize     = sizeof(struct ecrdsa_ctx),
 278         },
 279 };
 280
 281 static int __init ecrdsa_mod_init(void)
 282 {
 283         return crypto_register_akcipher(&ecrdsa_alg);
 284 }
 285
 286 static void __exit ecrdsa_mod_fini(void)
 287 {
 288         crypto_unregister_akcipher(&ecrdsa_alg);
 289 }
 290
 291 module_init(ecrdsa_mod_init);
 292 module_exit(ecrdsa_mod_fini);
 293
 294 MODULE_LICENSE("GPL");
 295 MODULE_AUTHOR("Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>");
 296 MODULE_DESCRIPTION("EC-RDSA generic algorithm");
 297 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecrdsa-generic");