xref: /linux/crypto/ecdsa.c (revision a1ff5a7d78a036d6c2178ee5acd6ba4946243800)
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  */
ecdsa_get_signature_rs(u64 * dest,size_t hdrlen,unsigned char tag,const void * value,size_t vlen,unsigned int ndigits)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 bufsize = ndigits * sizeof(u64);
39 	ssize_t diff = vlen - bufsize;
40 	const char *d = value;
41 
42 	if (!value || !vlen)
43 		return -EINVAL;
44 
45 	/* diff = 0: 'value' has exacly the right size
46 	 * diff > 0: 'value' has too many bytes; one leading zero is allowed that
47 	 *           makes the value a positive integer; error on more
48 	 * diff < 0: 'value' is missing leading zeros
49 	 */
50 	if (diff > 0) {
51 		/* skip over leading zeros that make 'value' a positive int */
52 		if (*d == 0) {
53 			vlen -= 1;
54 			diff--;
55 			d++;
56 		}
57 		if (diff)
58 			return -EINVAL;
59 	}
60 	if (-diff >= bufsize)
61 		return -EINVAL;
62 
63 	ecc_digits_from_bytes(d, vlen, dest, ndigits);
64 
65 	return 0;
66 }
67 
ecdsa_get_signature_r(void * context,size_t hdrlen,unsigned char tag,const void * value,size_t vlen)68 int ecdsa_get_signature_r(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
69 			  const void *value, size_t vlen)
70 {
71 	struct ecdsa_signature_ctx *sig = context;
72 
73 	return ecdsa_get_signature_rs(sig->r, hdrlen, tag, value, vlen,
74 				      sig->curve->g.ndigits);
75 }
76 
ecdsa_get_signature_s(void * context,size_t hdrlen,unsigned char tag,const void * value,size_t vlen)77 int ecdsa_get_signature_s(void *context, size_t hdrlen, unsigned char tag,
78 			  const void *value, size_t vlen)
79 {
80 	struct ecdsa_signature_ctx *sig = context;
81 
82 	return ecdsa_get_signature_rs(sig->s, hdrlen, tag, value, vlen,
83 				      sig->curve->g.ndigits);
84 }
85 
_ecdsa_verify(struct ecc_ctx * ctx,const u64 * hash,const u64 * r,const u64 * s)86 static int _ecdsa_verify(struct ecc_ctx *ctx, const u64 *hash, const u64 *r, const u64 *s)
87 {
88 	const struct ecc_curve *curve = ctx->curve;
89 	unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
90 	u64 s1[ECC_MAX_DIGITS];
91 	u64 u1[ECC_MAX_DIGITS];
92 	u64 u2[ECC_MAX_DIGITS];
93 	u64 x1[ECC_MAX_DIGITS];
94 	u64 y1[ECC_MAX_DIGITS];
95 	struct ecc_point res = ECC_POINT_INIT(x1, y1, ndigits);
96 
97 	/* 0 < r < n  and 0 < s < n */
98 	if (vli_is_zero(r, ndigits) || vli_cmp(r, curve->n, ndigits) >= 0 ||
99 	    vli_is_zero(s, ndigits) || vli_cmp(s, curve->n, ndigits) >= 0)
100 		return -EBADMSG;
101 
102 	/* hash is given */
103 	pr_devel("hash : %016llx %016llx ... %016llx\n",
104 		 hash[ndigits - 1], hash[ndigits - 2], hash[0]);
105 
106 	/* s1 = (s^-1) mod n */
107 	vli_mod_inv(s1, s, curve->n, ndigits);
108 	/* u1 = (hash * s1) mod n */
109 	vli_mod_mult_slow(u1, hash, s1, curve->n, ndigits);
110 	/* u2 = (r * s1) mod n */
111 	vli_mod_mult_slow(u2, r, s1, curve->n, ndigits);
112 	/* res = u1*G + u2 * pub_key */
113 	ecc_point_mult_shamir(&res, u1, &curve->g, u2, &ctx->pub_key, curve);
114 
115 	/* res.x = res.x mod n (if res.x > order) */
116 	if (unlikely(vli_cmp(res.x, curve->n, ndigits) == 1))
117 		/* faster alternative for NIST p521, p384, p256 & p192 */
118 		vli_sub(res.x, res.x, curve->n, ndigits);
119 
120 	if (!vli_cmp(res.x, r, ndigits))
121 		return 0;
122 
123 	return -EKEYREJECTED;
124 }
125 
126 /*
127  * Verify an ECDSA signature.
128  */
ecdsa_verify(struct akcipher_request * req)129 static int ecdsa_verify(struct akcipher_request *req)
130 {
131 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
132 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
133 	size_t bufsize = ctx->curve->g.ndigits * sizeof(u64);
134 	struct ecdsa_signature_ctx sig_ctx = {
135 		.curve = ctx->curve,
136 	};
137 	u64 hash[ECC_MAX_DIGITS];
138 	unsigned char *buffer;
139 	int ret;
140 
141 	if (unlikely(!ctx->pub_key_set))
142 		return -EINVAL;
143 
144 	buffer = kmalloc(req->src_len + req->dst_len, GFP_KERNEL);
145 	if (!buffer)
146 		return -ENOMEM;
147 
148 	sg_pcopy_to_buffer(req->src,
149 		sg_nents_for_len(req->src, req->src_len + req->dst_len),
150 		buffer, req->src_len + req->dst_len, 0);
151 
152 	ret = asn1_ber_decoder(&ecdsasignature_decoder, &sig_ctx,
153 			       buffer, req->src_len);
154 	if (ret < 0)
155 		goto error;
156 
157 	if (bufsize > req->dst_len)
158 		bufsize = req->dst_len;
159 
160 	ecc_digits_from_bytes(buffer + req->src_len, bufsize,
161 			      hash, ctx->curve->g.ndigits);
162 
163 	ret = _ecdsa_verify(ctx, hash, sig_ctx.r, sig_ctx.s);
164 
165 error:
166 	kfree(buffer);
167 
168 	return ret;
169 }
170 
ecdsa_ecc_ctx_init(struct ecc_ctx * ctx,unsigned int curve_id)171 static int ecdsa_ecc_ctx_init(struct ecc_ctx *ctx, unsigned int curve_id)
172 {
173 	ctx->curve_id = curve_id;
174 	ctx->curve = ecc_get_curve(curve_id);
175 	if (!ctx->curve)
176 		return -EINVAL;
177 
178 	return 0;
179 }
180 
181 
ecdsa_ecc_ctx_deinit(struct ecc_ctx * ctx)182 static void ecdsa_ecc_ctx_deinit(struct ecc_ctx *ctx)
183 {
184 	ctx->pub_key_set = false;
185 }
186 
ecdsa_ecc_ctx_reset(struct ecc_ctx * ctx)187 static int ecdsa_ecc_ctx_reset(struct ecc_ctx *ctx)
188 {
189 	unsigned int curve_id = ctx->curve_id;
190 	int ret;
191 
192 	ecdsa_ecc_ctx_deinit(ctx);
193 	ret = ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, curve_id);
194 	if (ret == 0)
195 		ctx->pub_key = ECC_POINT_INIT(ctx->x, ctx->y,
196 					      ctx->curve->g.ndigits);
197 	return ret;
198 }
199 
200 /*
201  * Set the public ECC key as defined by RFC5480 section 2.2 "Subject Public
202  * Key". Only the uncompressed format is supported.
203  */
ecdsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher * tfm,const void * key,unsigned int keylen)204 static int ecdsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key, unsigned int keylen)
205 {
206 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
207 	unsigned int digitlen, ndigits;
208 	const unsigned char *d = key;
209 	int ret;
210 
211 	ret = ecdsa_ecc_ctx_reset(ctx);
212 	if (ret < 0)
213 		return ret;
214 
215 	if (keylen < 1 || ((keylen - 1) & 1) != 0)
216 		return -EINVAL;
217 	/* we only accept uncompressed format indicated by '4' */
218 	if (d[0] != 4)
219 		return -EINVAL;
220 
221 	keylen--;
222 	digitlen = keylen >> 1;
223 
224 	ndigits = DIV_ROUND_UP(digitlen, sizeof(u64));
225 	if (ndigits != ctx->curve->g.ndigits)
226 		return -EINVAL;
227 
228 	d++;
229 
230 	ecc_digits_from_bytes(d, digitlen, ctx->pub_key.x, ndigits);
231 	ecc_digits_from_bytes(&d[digitlen], digitlen, ctx->pub_key.y, ndigits);
232 
233 	ret = ecc_is_pubkey_valid_full(ctx->curve, &ctx->pub_key);
234 
235 	ctx->pub_key_set = ret == 0;
236 
237 	return ret;
238 }
239 
ecdsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher * tfm)240 static void ecdsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
241 {
242 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
243 
244 	ecdsa_ecc_ctx_deinit(ctx);
245 }
246 
ecdsa_max_size(struct crypto_akcipher * tfm)247 static unsigned int ecdsa_max_size(struct crypto_akcipher *tfm)
248 {
249 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
250 
251 	return DIV_ROUND_UP(ctx->curve->nbits, 8);
252 }
253 
ecdsa_nist_p521_init_tfm(struct crypto_akcipher * tfm)254 static int ecdsa_nist_p521_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
255 {
256 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
257 
258 	return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P521);
259 }
260 
261 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p521 = {
262 	.verify = ecdsa_verify,
263 	.set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
264 	.max_size = ecdsa_max_size,
265 	.init = ecdsa_nist_p521_init_tfm,
266 	.exit = ecdsa_exit_tfm,
267 	.base = {
268 		.cra_name = "ecdsa-nist-p521",
269 		.cra_driver_name = "ecdsa-nist-p521-generic",
270 		.cra_priority = 100,
271 		.cra_module = THIS_MODULE,
272 		.cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
273 	},
274 };
275 
ecdsa_nist_p384_init_tfm(struct crypto_akcipher * tfm)276 static int ecdsa_nist_p384_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
277 {
278 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
279 
280 	return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P384);
281 }
282 
283 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p384 = {
284 	.verify = ecdsa_verify,
285 	.set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
286 	.max_size = ecdsa_max_size,
287 	.init = ecdsa_nist_p384_init_tfm,
288 	.exit = ecdsa_exit_tfm,
289 	.base = {
290 		.cra_name = "ecdsa-nist-p384",
291 		.cra_driver_name = "ecdsa-nist-p384-generic",
292 		.cra_priority = 100,
293 		.cra_module = THIS_MODULE,
294 		.cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
295 	},
296 };
297 
ecdsa_nist_p256_init_tfm(struct crypto_akcipher * tfm)298 static int ecdsa_nist_p256_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
299 {
300 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
301 
302 	return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P256);
303 }
304 
305 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p256 = {
306 	.verify = ecdsa_verify,
307 	.set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
308 	.max_size = ecdsa_max_size,
309 	.init = ecdsa_nist_p256_init_tfm,
310 	.exit = ecdsa_exit_tfm,
311 	.base = {
312 		.cra_name = "ecdsa-nist-p256",
313 		.cra_driver_name = "ecdsa-nist-p256-generic",
314 		.cra_priority = 100,
315 		.cra_module = THIS_MODULE,
316 		.cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
317 	},
318 };
319 
ecdsa_nist_p192_init_tfm(struct crypto_akcipher * tfm)320 static int ecdsa_nist_p192_init_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
321 {
322 	struct ecc_ctx *ctx = akcipher_tfm_ctx(tfm);
323 
324 	return ecdsa_ecc_ctx_init(ctx, ECC_CURVE_NIST_P192);
325 }
326 
327 static struct akcipher_alg ecdsa_nist_p192 = {
328 	.verify = ecdsa_verify,
329 	.set_pub_key = ecdsa_set_pub_key,
330 	.max_size = ecdsa_max_size,
331 	.init = ecdsa_nist_p192_init_tfm,
332 	.exit = ecdsa_exit_tfm,
333 	.base = {
334 		.cra_name = "ecdsa-nist-p192",
335 		.cra_driver_name = "ecdsa-nist-p192-generic",
336 		.cra_priority = 100,
337 		.cra_module = THIS_MODULE,
338 		.cra_ctxsize = sizeof(struct ecc_ctx),
339 	},
340 };
341 static bool ecdsa_nist_p192_registered;
342 
ecdsa_init(void)343 static int __init ecdsa_init(void)
344 {
345 	int ret;
346 
347 	/* NIST p192 may not be available in FIPS mode */
348 	ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p192);
349 	ecdsa_nist_p192_registered = ret == 0;
350 
351 	ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p256);
352 	if (ret)
353 		goto nist_p256_error;
354 
355 	ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p384);
356 	if (ret)
357 		goto nist_p384_error;
358 
359 	ret = crypto_register_akcipher(&ecdsa_nist_p521);
360 	if (ret)
361 		goto nist_p521_error;
362 
363 	return 0;
364 
365 nist_p521_error:
366 	crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p384);
367 
368 nist_p384_error:
369 	crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p256);
370 
371 nist_p256_error:
372 	if (ecdsa_nist_p192_registered)
373 		crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p192);
374 	return ret;
375 }
376 
ecdsa_exit(void)377 static void __exit ecdsa_exit(void)
378 {
379 	if (ecdsa_nist_p192_registered)
380 		crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p192);
381 	crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p256);
382 	crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p384);
383 	crypto_unregister_akcipher(&ecdsa_nist_p521);
384 }
385 
386 subsys_initcall(ecdsa_init);
387 module_exit(ecdsa_exit);
388 
389 MODULE_LICENSE("GPL");
390 MODULE_AUTHOR("Stefan Berger <stefanb@linux.ibm.com>");
391 MODULE_DESCRIPTION("ECDSA generic algorithm");
392 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecdsa-nist-p192");
393 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecdsa-nist-p256");
394 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecdsa-nist-p384");
395 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecdsa-nist-p521");
396 MODULE_ALIAS_CRYPTO("ecdsa-generic");
397