xref: /freebsd/contrib/libfido2/src/es256.c (revision eba230afba4932f02a1ca44efc797cf7499a5cb0)
1 /*
2  * Copyright (c) 2018-2022 Yubico AB. All rights reserved.
3  * Use of this source code is governed by a BSD-style
4  * license that can be found in the LICENSE file.
5  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause
6  */
7 
8 #include <openssl/bn.h>
9 #include <openssl/ecdsa.h>
10 #include <openssl/obj_mac.h>
11 
12 #include "fido.h"
13 #include "fido/es256.h"
14 
15 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x30000000
16 #define get0_EC_KEY(x)	EVP_PKEY_get0_EC_KEY((x))
17 #else
18 #define get0_EC_KEY(x)	EVP_PKEY_get0((x))
19 #endif
20 
21 static const int es256_nid = NID_X9_62_prime256v1;
22 
23 static int
24 decode_coord(const cbor_item_t *item, void *xy, size_t xy_len)
25 {
26 	if (cbor_isa_bytestring(item) == false ||
27 	    cbor_bytestring_is_definite(item) == false ||
28 	    cbor_bytestring_length(item) != xy_len) {
29 		fido_log_debug("%s: cbor type", __func__);
30 		return (-1);
31 	}
32 
33 	memcpy(xy, cbor_bytestring_handle(item), xy_len);
34 
35 	return (0);
36 }
37 
38 static int
39 decode_pubkey_point(const cbor_item_t *key, const cbor_item_t *val, void *arg)
40 {
41 	es256_pk_t *k = arg;
42 
43 	if (cbor_isa_negint(key) == false ||
44 	    cbor_int_get_width(key) != CBOR_INT_8)
45 		return (0); /* ignore */
46 
47 	switch (cbor_get_uint8(key)) {
48 	case 1: /* x coordinate */
49 		return (decode_coord(val, &k->x, sizeof(k->x)));
50 	case 2: /* y coordinate */
51 		return (decode_coord(val, &k->y, sizeof(k->y)));
52 	}
53 
54 	return (0); /* ignore */
55 }
56 
57 int
58 es256_pk_decode(const cbor_item_t *item, es256_pk_t *k)
59 {
60 	if (cbor_isa_map(item) == false ||
61 	    cbor_map_is_definite(item) == false ||
62 	    cbor_map_iter(item, k, decode_pubkey_point) < 0) {
63 		fido_log_debug("%s: cbor type", __func__);
64 		return (-1);
65 	}
66 
67 	return (0);
68 }
69 
70 cbor_item_t *
71 es256_pk_encode(const es256_pk_t *pk, int ecdh)
72 {
73 	cbor_item_t		*item = NULL;
74 	struct cbor_pair	 argv[5];
75 	int			 alg;
76 	int			 ok = -1;
77 
78 	memset(argv, 0, sizeof(argv));
79 
80 	if ((item = cbor_new_definite_map(5)) == NULL)
81 		goto fail;
82 
83 	/* kty */
84 	if ((argv[0].key = cbor_build_uint8(1)) == NULL ||
85 	    (argv[0].value = cbor_build_uint8(2)) == NULL ||
86 	    !cbor_map_add(item, argv[0]))
87 		goto fail;
88 
89 	/*
90 	 * "The COSEAlgorithmIdentifier used is -25 (ECDH-ES +
91 	 * HKDF-256) although this is NOT the algorithm actually
92 	 * used. Setting this to a different value may result in
93 	 * compatibility issues."
94 	 */
95 	if (ecdh)
96 		alg = COSE_ECDH_ES256;
97 	else
98 		alg = COSE_ES256;
99 
100 	/* alg */
101 	if ((argv[1].key = cbor_build_uint8(3)) == NULL ||
102 	    (argv[1].value = cbor_build_negint8((uint8_t)(-alg - 1))) == NULL ||
103 	    !cbor_map_add(item, argv[1]))
104 		goto fail;
105 
106 	/* crv */
107 	if ((argv[2].key = cbor_build_negint8(0)) == NULL ||
108 	    (argv[2].value = cbor_build_uint8(1)) == NULL ||
109 	    !cbor_map_add(item, argv[2]))
110 		goto fail;
111 
112 	/* x */
113 	if ((argv[3].key = cbor_build_negint8(1)) == NULL ||
114 	    (argv[3].value = cbor_build_bytestring(pk->x,
115 	    sizeof(pk->x))) == NULL || !cbor_map_add(item, argv[3]))
116 		goto fail;
117 
118 	/* y */
119 	if ((argv[4].key = cbor_build_negint8(2)) == NULL ||
120 	    (argv[4].value = cbor_build_bytestring(pk->y,
121 	    sizeof(pk->y))) == NULL || !cbor_map_add(item, argv[4]))
122 		goto fail;
123 
124 	ok = 0;
125 fail:
126 	if (ok < 0) {
127 		if (item != NULL) {
128 			cbor_decref(&item);
129 			item = NULL;
130 		}
131 	}
132 
133 	for (size_t i = 0; i < 5; i++) {
134 		if (argv[i].key)
135 			cbor_decref(&argv[i].key);
136 		if (argv[i].value)
137 			cbor_decref(&argv[i].value);
138 	}
139 
140 	return (item);
141 }
142 
143 es256_sk_t *
144 es256_sk_new(void)
145 {
146 	return (calloc(1, sizeof(es256_sk_t)));
147 }
148 
149 void
150 es256_sk_free(es256_sk_t **skp)
151 {
152 	es256_sk_t *sk;
153 
154 	if (skp == NULL || (sk = *skp) == NULL)
155 		return;
156 
157 	freezero(sk, sizeof(*sk));
158 	*skp = NULL;
159 }
160 
161 es256_pk_t *
162 es256_pk_new(void)
163 {
164 	return (calloc(1, sizeof(es256_pk_t)));
165 }
166 
167 void
168 es256_pk_free(es256_pk_t **pkp)
169 {
170 	es256_pk_t *pk;
171 
172 	if (pkp == NULL || (pk = *pkp) == NULL)
173 		return;
174 
175 	freezero(pk, sizeof(*pk));
176 	*pkp = NULL;
177 }
178 
179 int
180 es256_pk_from_ptr(es256_pk_t *pk, const void *ptr, size_t len)
181 {
182 	const uint8_t	*p = ptr;
183 	EVP_PKEY	*pkey;
184 
185 	if (len < sizeof(*pk))
186 		return (FIDO_ERR_INVALID_ARGUMENT);
187 
188 	if (len == sizeof(*pk) + 1 && *p == 0x04)
189 		memcpy(pk, ++p, sizeof(*pk)); /* uncompressed format */
190 	else
191 		memcpy(pk, ptr, sizeof(*pk)); /* libfido2 x||y format */
192 
193 	if ((pkey = es256_pk_to_EVP_PKEY(pk)) == NULL) {
194 		fido_log_debug("%s: es256_pk_to_EVP_PKEY", __func__);
195 		explicit_bzero(pk, sizeof(*pk));
196 		return (FIDO_ERR_INVALID_ARGUMENT);
197 	}
198 
199 	EVP_PKEY_free(pkey);
200 
201 	return (FIDO_OK);
202 }
203 
204 int
205 es256_pk_set_x(es256_pk_t *pk, const unsigned char *x)
206 {
207 	memcpy(pk->x, x, sizeof(pk->x));
208 
209 	return (0);
210 }
211 
212 int
213 es256_pk_set_y(es256_pk_t *pk, const unsigned char *y)
214 {
215 	memcpy(pk->y, y, sizeof(pk->y));
216 
217 	return (0);
218 }
219 
220 int
221 es256_sk_create(es256_sk_t *key)
222 {
223 	EVP_PKEY_CTX	*pctx = NULL;
224 	EVP_PKEY_CTX	*kctx = NULL;
225 	EVP_PKEY	*p = NULL;
226 	EVP_PKEY	*k = NULL;
227 	const EC_KEY	*ec;
228 	const BIGNUM	*d;
229 	int		 n;
230 	int		 ok = -1;
231 
232 	if ((pctx = EVP_PKEY_CTX_new_id(EVP_PKEY_EC, NULL)) == NULL ||
233 	    EVP_PKEY_paramgen_init(pctx) <= 0 ||
234 	    EVP_PKEY_CTX_set_ec_paramgen_curve_nid(pctx, es256_nid) <= 0 ||
235 	    EVP_PKEY_paramgen(pctx, &p) <= 0) {
236 		fido_log_debug("%s: EVP_PKEY_paramgen", __func__);
237 		goto fail;
238 	}
239 
240 	if ((kctx = EVP_PKEY_CTX_new(p, NULL)) == NULL ||
241 	    EVP_PKEY_keygen_init(kctx) <= 0 || EVP_PKEY_keygen(kctx, &k) <= 0) {
242 		fido_log_debug("%s: EVP_PKEY_keygen", __func__);
243 		goto fail;
244 	}
245 
246 	if ((ec = EVP_PKEY_get0_EC_KEY(k)) == NULL ||
247 	    (d = EC_KEY_get0_private_key(ec)) == NULL ||
248 	    (n = BN_num_bytes(d)) < 0 || (size_t)n > sizeof(key->d) ||
249 	    (n = BN_bn2bin(d, key->d)) < 0 || (size_t)n > sizeof(key->d)) {
250 		fido_log_debug("%s: EC_KEY_get0_private_key", __func__);
251 		goto fail;
252 	}
253 
254 	ok = 0;
255 fail:
256 	if (p != NULL)
257 		EVP_PKEY_free(p);
258 	if (k != NULL)
259 		EVP_PKEY_free(k);
260 	if (pctx != NULL)
261 		EVP_PKEY_CTX_free(pctx);
262 	if (kctx != NULL)
263 		EVP_PKEY_CTX_free(kctx);
264 
265 	return (ok);
266 }
267 
268 EVP_PKEY *
269 es256_pk_to_EVP_PKEY(const es256_pk_t *k)
270 {
271 	BN_CTX		*bnctx = NULL;
272 	EC_KEY		*ec = NULL;
273 	EC_POINT	*q = NULL;
274 	EVP_PKEY	*pkey = NULL;
275 	BIGNUM		*x = NULL;
276 	BIGNUM		*y = NULL;
277 	const EC_GROUP	*g = NULL;
278 	int		 ok = -1;
279 
280 	if ((bnctx = BN_CTX_new()) == NULL)
281 		goto fail;
282 
283 	BN_CTX_start(bnctx);
284 
285 	if ((x = BN_CTX_get(bnctx)) == NULL ||
286 	    (y = BN_CTX_get(bnctx)) == NULL)
287 		goto fail;
288 
289 	if (BN_bin2bn(k->x, sizeof(k->x), x) == NULL ||
290 	    BN_bin2bn(k->y, sizeof(k->y), y) == NULL) {
291 		fido_log_debug("%s: BN_bin2bn", __func__);
292 		goto fail;
293 	}
294 
295 	if ((ec = EC_KEY_new_by_curve_name(es256_nid)) == NULL ||
296 	    (g = EC_KEY_get0_group(ec)) == NULL) {
297 		fido_log_debug("%s: EC_KEY init", __func__);
298 		goto fail;
299 	}
300 
301 	if ((q = EC_POINT_new(g)) == NULL ||
302 	    EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp(g, q, x, y, bnctx) == 0 ||
303 	    EC_KEY_set_public_key(ec, q) == 0) {
304 		fido_log_debug("%s: EC_KEY_set_public_key", __func__);
305 		goto fail;
306 	}
307 
308 	if ((pkey = EVP_PKEY_new()) == NULL ||
309 	    EVP_PKEY_assign_EC_KEY(pkey, ec) == 0) {
310 		fido_log_debug("%s: EVP_PKEY_assign_EC_KEY", __func__);
311 		goto fail;
312 	}
313 
314 	ec = NULL; /* at this point, ec belongs to evp */
315 
316 	ok = 0;
317 fail:
318 	if (bnctx != NULL) {
319 		BN_CTX_end(bnctx);
320 		BN_CTX_free(bnctx);
321 	}
322 
323 	if (ec != NULL)
324 		EC_KEY_free(ec);
325 	if (q != NULL)
326 		EC_POINT_free(q);
327 
328 	if (ok < 0 && pkey != NULL) {
329 		EVP_PKEY_free(pkey);
330 		pkey = NULL;
331 	}
332 
333 	return (pkey);
334 }
335 
336 int
337 es256_pk_from_EC_KEY(es256_pk_t *pk, const EC_KEY *ec)
338 {
339 	BN_CTX		*bnctx = NULL;
340 	BIGNUM		*x = NULL;
341 	BIGNUM		*y = NULL;
342 	const EC_POINT	*q = NULL;
343 	EC_GROUP	*g = NULL;
344 	size_t		 dx;
345 	size_t		 dy;
346 	int		 ok = FIDO_ERR_INTERNAL;
347 	int		 nx;
348 	int		 ny;
349 
350 	if ((q = EC_KEY_get0_public_key(ec)) == NULL ||
351 	    (g = EC_GROUP_new_by_curve_name(es256_nid)) == NULL ||
352 	    (bnctx = BN_CTX_new()) == NULL)
353 		goto fail;
354 
355 	BN_CTX_start(bnctx);
356 
357 	if ((x = BN_CTX_get(bnctx)) == NULL ||
358 	    (y = BN_CTX_get(bnctx)) == NULL)
359 		goto fail;
360 
361 	if (EC_POINT_is_on_curve(g, q, bnctx) != 1) {
362 		fido_log_debug("%s: EC_POINT_is_on_curve", __func__);
363 		ok = FIDO_ERR_INVALID_ARGUMENT;
364 		goto fail;
365 	}
366 
367 	if (EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(g, q, x, y, bnctx) == 0 ||
368 	    (nx = BN_num_bytes(x)) < 0 || (size_t)nx > sizeof(pk->x) ||
369 	    (ny = BN_num_bytes(y)) < 0 || (size_t)ny > sizeof(pk->y)) {
370 		fido_log_debug("%s: EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp",
371 		    __func__);
372 		goto fail;
373 	}
374 
375 	dx = sizeof(pk->x) - (size_t)nx;
376 	dy = sizeof(pk->y) - (size_t)ny;
377 
378 	if ((nx = BN_bn2bin(x, pk->x + dx)) < 0 || (size_t)nx > sizeof(pk->x) ||
379 	    (ny = BN_bn2bin(y, pk->y + dy)) < 0 || (size_t)ny > sizeof(pk->y)) {
380 		fido_log_debug("%s: BN_bn2bin", __func__);
381 		goto fail;
382 	}
383 
384 	ok = FIDO_OK;
385 fail:
386 	EC_GROUP_free(g);
387 
388 	if (bnctx != NULL) {
389 		BN_CTX_end(bnctx);
390 		BN_CTX_free(bnctx);
391 	}
392 
393 	return (ok);
394 }
395 
396 int
397 es256_pk_from_EVP_PKEY(es256_pk_t *pk, const EVP_PKEY *pkey)
398 {
399 	const EC_KEY *ec;
400 
401 	if (EVP_PKEY_base_id(pkey) != EVP_PKEY_EC ||
402 	    (ec = get0_EC_KEY(pkey)) == NULL)
403 		return (FIDO_ERR_INVALID_ARGUMENT);
404 
405 	return (es256_pk_from_EC_KEY(pk, ec));
406 }
407 
408 EVP_PKEY *
409 es256_sk_to_EVP_PKEY(const es256_sk_t *k)
410 {
411 	BN_CTX		*bnctx = NULL;
412 	EC_KEY		*ec = NULL;
413 	EVP_PKEY	*pkey = NULL;
414 	BIGNUM		*d = NULL;
415 	int		 ok = -1;
416 
417 	if ((bnctx = BN_CTX_new()) == NULL)
418 		goto fail;
419 
420 	BN_CTX_start(bnctx);
421 
422 	if ((d = BN_CTX_get(bnctx)) == NULL ||
423 	    BN_bin2bn(k->d, sizeof(k->d), d) == NULL) {
424 		fido_log_debug("%s: BN_bin2bn", __func__);
425 		goto fail;
426 	}
427 
428 	if ((ec = EC_KEY_new_by_curve_name(es256_nid)) == NULL ||
429 	    EC_KEY_set_private_key(ec, d) == 0) {
430 		fido_log_debug("%s: EC_KEY_set_private_key", __func__);
431 		goto fail;
432 	}
433 
434 	if ((pkey = EVP_PKEY_new()) == NULL ||
435 	    EVP_PKEY_assign_EC_KEY(pkey, ec) == 0) {
436 		fido_log_debug("%s: EVP_PKEY_assign_EC_KEY", __func__);
437 		goto fail;
438 	}
439 
440 	ec = NULL; /* at this point, ec belongs to evp */
441 
442 	ok = 0;
443 fail:
444 	if (bnctx != NULL) {
445 		BN_CTX_end(bnctx);
446 		BN_CTX_free(bnctx);
447 	}
448 
449 	if (ec != NULL)
450 		EC_KEY_free(ec);
451 
452 	if (ok < 0 && pkey != NULL) {
453 		EVP_PKEY_free(pkey);
454 		pkey = NULL;
455 	}
456 
457 	return (pkey);
458 }
459 
460 int
461 es256_derive_pk(const es256_sk_t *sk, es256_pk_t *pk)
462 {
463 	BIGNUM		*d = NULL;
464 	EC_KEY		*ec = NULL;
465 	EC_POINT	*q = NULL;
466 	const EC_GROUP	*g = NULL;
467 	int		 ok = -1;
468 
469 	if ((d = BN_bin2bn(sk->d, (int)sizeof(sk->d), NULL)) == NULL ||
470 	    (ec = EC_KEY_new_by_curve_name(es256_nid)) == NULL ||
471 	    (g = EC_KEY_get0_group(ec)) == NULL ||
472 	    (q = EC_POINT_new(g)) == NULL) {
473 		fido_log_debug("%s: get", __func__);
474 		goto fail;
475 	}
476 
477 	if (EC_POINT_mul(g, q, d, NULL, NULL, NULL) == 0 ||
478 	    EC_KEY_set_public_key(ec, q) == 0 ||
479 	    es256_pk_from_EC_KEY(pk, ec) != FIDO_OK) {
480 		fido_log_debug("%s: set", __func__);
481 		goto fail;
482 	}
483 
484 	ok = 0;
485 fail:
486 	if (d != NULL)
487 		BN_clear_free(d);
488 	if (q != NULL)
489 		EC_POINT_free(q);
490 	if (ec != NULL)
491 		EC_KEY_free(ec);
492 
493 	return (ok);
494 }
495 
496 int
497 es256_verify_sig(const fido_blob_t *dgst, EVP_PKEY *pkey,
498     const fido_blob_t *sig)
499 {
500 	EVP_PKEY_CTX	*pctx = NULL;
501 	int		 ok = -1;
502 
503 	if (EVP_PKEY_base_id(pkey) != EVP_PKEY_EC) {
504 		fido_log_debug("%s: EVP_PKEY_base_id", __func__);
505 		goto fail;
506 	}
507 
508 	if ((pctx = EVP_PKEY_CTX_new(pkey, NULL)) == NULL ||
509 	    EVP_PKEY_verify_init(pctx) != 1 ||
510 	    EVP_PKEY_verify(pctx, sig->ptr, sig->len, dgst->ptr,
511 	    dgst->len) != 1) {
512 		fido_log_debug("%s: EVP_PKEY_verify", __func__);
513 		goto fail;
514 	}
515 
516 	ok = 0;
517 fail:
518 	EVP_PKEY_CTX_free(pctx);
519 
520 	return (ok);
521 }
522 
523 int
524 es256_pk_verify_sig(const fido_blob_t *dgst, const es256_pk_t *pk,
525     const fido_blob_t *sig)
526 {
527 	EVP_PKEY	*pkey;
528 	int		 ok = -1;
529 
530 	if ((pkey = es256_pk_to_EVP_PKEY(pk)) == NULL ||
531 	    es256_verify_sig(dgst, pkey, sig) < 0) {
532 		fido_log_debug("%s: es256_verify_sig", __func__);
533 		goto fail;
534 	}
535 
536 	ok = 0;
537 fail:
538 	EVP_PKEY_free(pkey);
539 
540 	return (ok);
541 }
542