xref: /freebsd/contrib/wpa/src/tls/rsa.c (revision f05cddf940dbfc5b657f5e9beb9de2c31e509e5b)
139beb93cSSam Leffler /*
239beb93cSSam Leffler  * RSA
339beb93cSSam Leffler  * Copyright (c) 2006, Jouni Malinen <j@w1.fi>
439beb93cSSam Leffler  *
5*f05cddf9SRui Paulo  * This software may be distributed under the terms of the BSD license.
6*f05cddf9SRui Paulo  * See README for more details.
739beb93cSSam Leffler  */
839beb93cSSam Leffler 
939beb93cSSam Leffler #include "includes.h"
1039beb93cSSam Leffler 
1139beb93cSSam Leffler #include "common.h"
1239beb93cSSam Leffler #include "asn1.h"
1339beb93cSSam Leffler #include "bignum.h"
1439beb93cSSam Leffler #include "rsa.h"
1539beb93cSSam Leffler 
1639beb93cSSam Leffler 
1739beb93cSSam Leffler struct crypto_rsa_key {
1839beb93cSSam Leffler 	int private_key; /* whether private key is set */
1939beb93cSSam Leffler 	struct bignum *n; /* modulus (p * q) */
2039beb93cSSam Leffler 	struct bignum *e; /* public exponent */
2139beb93cSSam Leffler 	/* The following parameters are available only if private_key is set */
2239beb93cSSam Leffler 	struct bignum *d; /* private exponent */
2339beb93cSSam Leffler 	struct bignum *p; /* prime p (factor of n) */
2439beb93cSSam Leffler 	struct bignum *q; /* prime q (factor of n) */
2539beb93cSSam Leffler 	struct bignum *dmp1; /* d mod (p - 1); CRT exponent */
2639beb93cSSam Leffler 	struct bignum *dmq1; /* d mod (q - 1); CRT exponent */
2739beb93cSSam Leffler 	struct bignum *iqmp; /* 1 / q mod p; CRT coefficient */
2839beb93cSSam Leffler };
2939beb93cSSam Leffler 
3039beb93cSSam Leffler 
3139beb93cSSam Leffler static const u8 * crypto_rsa_parse_integer(const u8 *pos, const u8 *end,
3239beb93cSSam Leffler 					   struct bignum *num)
3339beb93cSSam Leffler {
3439beb93cSSam Leffler 	struct asn1_hdr hdr;
3539beb93cSSam Leffler 
3639beb93cSSam Leffler 	if (pos == NULL)
3739beb93cSSam Leffler 		return NULL;
3839beb93cSSam Leffler 
3939beb93cSSam Leffler 	if (asn1_get_next(pos, end - pos, &hdr) < 0 ||
4039beb93cSSam Leffler 	    hdr.class != ASN1_CLASS_UNIVERSAL || hdr.tag != ASN1_TAG_INTEGER) {
4139beb93cSSam Leffler 		wpa_printf(MSG_DEBUG, "RSA: Expected INTEGER - found class %d "
4239beb93cSSam Leffler 			   "tag 0x%x", hdr.class, hdr.tag);
4339beb93cSSam Leffler 		return NULL;
4439beb93cSSam Leffler 	}
4539beb93cSSam Leffler 
4639beb93cSSam Leffler 	if (bignum_set_unsigned_bin(num, hdr.payload, hdr.length) < 0) {
4739beb93cSSam Leffler 		wpa_printf(MSG_DEBUG, "RSA: Failed to parse INTEGER");
4839beb93cSSam Leffler 		return NULL;
4939beb93cSSam Leffler 	}
5039beb93cSSam Leffler 
5139beb93cSSam Leffler 	return hdr.payload + hdr.length;
5239beb93cSSam Leffler }
5339beb93cSSam Leffler 
5439beb93cSSam Leffler 
5539beb93cSSam Leffler /**
5639beb93cSSam Leffler  * crypto_rsa_import_public_key - Import an RSA public key
5739beb93cSSam Leffler  * @buf: Key buffer (DER encoded RSA public key)
5839beb93cSSam Leffler  * @len: Key buffer length in bytes
5939beb93cSSam Leffler  * Returns: Pointer to the public key or %NULL on failure
6039beb93cSSam Leffler  */
6139beb93cSSam Leffler struct crypto_rsa_key *
6239beb93cSSam Leffler crypto_rsa_import_public_key(const u8 *buf, size_t len)
6339beb93cSSam Leffler {
6439beb93cSSam Leffler 	struct crypto_rsa_key *key;
6539beb93cSSam Leffler 	struct asn1_hdr hdr;
6639beb93cSSam Leffler 	const u8 *pos, *end;
6739beb93cSSam Leffler 
6839beb93cSSam Leffler 	key = os_zalloc(sizeof(*key));
6939beb93cSSam Leffler 	if (key == NULL)
7039beb93cSSam Leffler 		return NULL;
7139beb93cSSam Leffler 
7239beb93cSSam Leffler 	key->n = bignum_init();
7339beb93cSSam Leffler 	key->e = bignum_init();
7439beb93cSSam Leffler 	if (key->n == NULL || key->e == NULL) {
7539beb93cSSam Leffler 		crypto_rsa_free(key);
7639beb93cSSam Leffler 		return NULL;
7739beb93cSSam Leffler 	}
7839beb93cSSam Leffler 
7939beb93cSSam Leffler 	/*
8039beb93cSSam Leffler 	 * PKCS #1, 7.1:
8139beb93cSSam Leffler 	 * RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
8239beb93cSSam Leffler 	 *     modulus INTEGER, -- n
8339beb93cSSam Leffler 	 *     publicExponent INTEGER -- e
8439beb93cSSam Leffler 	 * }
8539beb93cSSam Leffler 	 */
8639beb93cSSam Leffler 
8739beb93cSSam Leffler 	if (asn1_get_next(buf, len, &hdr) < 0 ||
8839beb93cSSam Leffler 	    hdr.class != ASN1_CLASS_UNIVERSAL ||
8939beb93cSSam Leffler 	    hdr.tag != ASN1_TAG_SEQUENCE) {
9039beb93cSSam Leffler 		wpa_printf(MSG_DEBUG, "RSA: Expected SEQUENCE "
9139beb93cSSam Leffler 			   "(public key) - found class %d tag 0x%x",
9239beb93cSSam Leffler 			   hdr.class, hdr.tag);
9339beb93cSSam Leffler 		goto error;
9439beb93cSSam Leffler 	}
9539beb93cSSam Leffler 	pos = hdr.payload;
9639beb93cSSam Leffler 	end = pos + hdr.length;
9739beb93cSSam Leffler 
9839beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->n);
9939beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->e);
10039beb93cSSam Leffler 
10139beb93cSSam Leffler 	if (pos == NULL)
10239beb93cSSam Leffler 		goto error;
10339beb93cSSam Leffler 
10439beb93cSSam Leffler 	if (pos != end) {
10539beb93cSSam Leffler 		wpa_hexdump(MSG_DEBUG,
10639beb93cSSam Leffler 			    "RSA: Extra data in public key SEQUENCE",
10739beb93cSSam Leffler 			    pos, end - pos);
10839beb93cSSam Leffler 		goto error;
10939beb93cSSam Leffler 	}
11039beb93cSSam Leffler 
11139beb93cSSam Leffler 	return key;
11239beb93cSSam Leffler 
11339beb93cSSam Leffler error:
11439beb93cSSam Leffler 	crypto_rsa_free(key);
11539beb93cSSam Leffler 	return NULL;
11639beb93cSSam Leffler }
11739beb93cSSam Leffler 
11839beb93cSSam Leffler 
11939beb93cSSam Leffler /**
12039beb93cSSam Leffler  * crypto_rsa_import_private_key - Import an RSA private key
12139beb93cSSam Leffler  * @buf: Key buffer (DER encoded RSA private key)
12239beb93cSSam Leffler  * @len: Key buffer length in bytes
12339beb93cSSam Leffler  * Returns: Pointer to the private key or %NULL on failure
12439beb93cSSam Leffler  */
12539beb93cSSam Leffler struct crypto_rsa_key *
12639beb93cSSam Leffler crypto_rsa_import_private_key(const u8 *buf, size_t len)
12739beb93cSSam Leffler {
12839beb93cSSam Leffler 	struct crypto_rsa_key *key;
12939beb93cSSam Leffler 	struct bignum *zero;
13039beb93cSSam Leffler 	struct asn1_hdr hdr;
13139beb93cSSam Leffler 	const u8 *pos, *end;
13239beb93cSSam Leffler 
13339beb93cSSam Leffler 	key = os_zalloc(sizeof(*key));
13439beb93cSSam Leffler 	if (key == NULL)
13539beb93cSSam Leffler 		return NULL;
13639beb93cSSam Leffler 
13739beb93cSSam Leffler 	key->private_key = 1;
13839beb93cSSam Leffler 
13939beb93cSSam Leffler 	key->n = bignum_init();
14039beb93cSSam Leffler 	key->e = bignum_init();
14139beb93cSSam Leffler 	key->d = bignum_init();
14239beb93cSSam Leffler 	key->p = bignum_init();
14339beb93cSSam Leffler 	key->q = bignum_init();
14439beb93cSSam Leffler 	key->dmp1 = bignum_init();
14539beb93cSSam Leffler 	key->dmq1 = bignum_init();
14639beb93cSSam Leffler 	key->iqmp = bignum_init();
14739beb93cSSam Leffler 
14839beb93cSSam Leffler 	if (key->n == NULL || key->e == NULL || key->d == NULL ||
14939beb93cSSam Leffler 	    key->p == NULL || key->q == NULL || key->dmp1 == NULL ||
15039beb93cSSam Leffler 	    key->dmq1 == NULL || key->iqmp == NULL) {
15139beb93cSSam Leffler 		crypto_rsa_free(key);
15239beb93cSSam Leffler 		return NULL;
15339beb93cSSam Leffler 	}
15439beb93cSSam Leffler 
15539beb93cSSam Leffler 	/*
15639beb93cSSam Leffler 	 * PKCS #1, 7.2:
15739beb93cSSam Leffler 	 * RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
15839beb93cSSam Leffler 	 *    version Version,
15939beb93cSSam Leffler 	 *    modulus INTEGER, -- n
16039beb93cSSam Leffler 	 *    publicExponent INTEGER, -- e
16139beb93cSSam Leffler 	 *    privateExponent INTEGER, -- d
16239beb93cSSam Leffler 	 *    prime1 INTEGER, -- p
16339beb93cSSam Leffler 	 *    prime2 INTEGER, -- q
16439beb93cSSam Leffler 	 *    exponent1 INTEGER, -- d mod (p-1)
16539beb93cSSam Leffler 	 *    exponent2 INTEGER, -- d mod (q-1)
16639beb93cSSam Leffler 	 *    coefficient INTEGER -- (inverse of q) mod p
16739beb93cSSam Leffler 	 * }
16839beb93cSSam Leffler 	 *
16939beb93cSSam Leffler 	 * Version ::= INTEGER -- shall be 0 for this version of the standard
17039beb93cSSam Leffler 	 */
17139beb93cSSam Leffler 	if (asn1_get_next(buf, len, &hdr) < 0 ||
17239beb93cSSam Leffler 	    hdr.class != ASN1_CLASS_UNIVERSAL ||
17339beb93cSSam Leffler 	    hdr.tag != ASN1_TAG_SEQUENCE) {
17439beb93cSSam Leffler 		wpa_printf(MSG_DEBUG, "RSA: Expected SEQUENCE "
17539beb93cSSam Leffler 			   "(public key) - found class %d tag 0x%x",
17639beb93cSSam Leffler 			   hdr.class, hdr.tag);
17739beb93cSSam Leffler 		goto error;
17839beb93cSSam Leffler 	}
17939beb93cSSam Leffler 	pos = hdr.payload;
18039beb93cSSam Leffler 	end = pos + hdr.length;
18139beb93cSSam Leffler 
18239beb93cSSam Leffler 	zero = bignum_init();
18339beb93cSSam Leffler 	if (zero == NULL)
18439beb93cSSam Leffler 		goto error;
18539beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, zero);
18639beb93cSSam Leffler 	if (pos == NULL || bignum_cmp_d(zero, 0) != 0) {
18739beb93cSSam Leffler 		wpa_printf(MSG_DEBUG, "RSA: Expected zero INTEGER in the "
18839beb93cSSam Leffler 			   "beginning of private key; not found");
18939beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(zero);
19039beb93cSSam Leffler 		goto error;
19139beb93cSSam Leffler 	}
19239beb93cSSam Leffler 	bignum_deinit(zero);
19339beb93cSSam Leffler 
19439beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->n);
19539beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->e);
19639beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->d);
19739beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->p);
19839beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->q);
19939beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->dmp1);
20039beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->dmq1);
20139beb93cSSam Leffler 	pos = crypto_rsa_parse_integer(pos, end, key->iqmp);
20239beb93cSSam Leffler 
20339beb93cSSam Leffler 	if (pos == NULL)
20439beb93cSSam Leffler 		goto error;
20539beb93cSSam Leffler 
20639beb93cSSam Leffler 	if (pos != end) {
20739beb93cSSam Leffler 		wpa_hexdump(MSG_DEBUG,
20839beb93cSSam Leffler 			    "RSA: Extra data in public key SEQUENCE",
20939beb93cSSam Leffler 			    pos, end - pos);
21039beb93cSSam Leffler 		goto error;
21139beb93cSSam Leffler 	}
21239beb93cSSam Leffler 
21339beb93cSSam Leffler 	return key;
21439beb93cSSam Leffler 
21539beb93cSSam Leffler error:
21639beb93cSSam Leffler 	crypto_rsa_free(key);
21739beb93cSSam Leffler 	return NULL;
21839beb93cSSam Leffler }
21939beb93cSSam Leffler 
22039beb93cSSam Leffler 
22139beb93cSSam Leffler /**
22239beb93cSSam Leffler  * crypto_rsa_get_modulus_len - Get the modulus length of the RSA key
22339beb93cSSam Leffler  * @key: RSA key
22439beb93cSSam Leffler  * Returns: Modulus length of the key
22539beb93cSSam Leffler  */
22639beb93cSSam Leffler size_t crypto_rsa_get_modulus_len(struct crypto_rsa_key *key)
22739beb93cSSam Leffler {
22839beb93cSSam Leffler 	return bignum_get_unsigned_bin_len(key->n);
22939beb93cSSam Leffler }
23039beb93cSSam Leffler 
23139beb93cSSam Leffler 
23239beb93cSSam Leffler /**
23339beb93cSSam Leffler  * crypto_rsa_exptmod - RSA modular exponentiation
23439beb93cSSam Leffler  * @in: Input data
23539beb93cSSam Leffler  * @inlen: Input data length
23639beb93cSSam Leffler  * @out: Buffer for output data
23739beb93cSSam Leffler  * @outlen: Maximum size of the output buffer and used size on success
23839beb93cSSam Leffler  * @key: RSA key
23939beb93cSSam Leffler  * @use_private: 1 = Use RSA private key, 0 = Use RSA public key
24039beb93cSSam Leffler  * Returns: 0 on success, -1 on failure
24139beb93cSSam Leffler  */
24239beb93cSSam Leffler int crypto_rsa_exptmod(const u8 *in, size_t inlen, u8 *out, size_t *outlen,
24339beb93cSSam Leffler 		       struct crypto_rsa_key *key, int use_private)
24439beb93cSSam Leffler {
24539beb93cSSam Leffler 	struct bignum *tmp, *a = NULL, *b = NULL;
24639beb93cSSam Leffler 	int ret = -1;
24739beb93cSSam Leffler 	size_t modlen;
24839beb93cSSam Leffler 
24939beb93cSSam Leffler 	if (use_private && !key->private_key)
25039beb93cSSam Leffler 		return -1;
25139beb93cSSam Leffler 
25239beb93cSSam Leffler 	tmp = bignum_init();
25339beb93cSSam Leffler 	if (tmp == NULL)
25439beb93cSSam Leffler 		return -1;
25539beb93cSSam Leffler 
25639beb93cSSam Leffler 	if (bignum_set_unsigned_bin(tmp, in, inlen) < 0)
25739beb93cSSam Leffler 		goto error;
25839beb93cSSam Leffler 	if (bignum_cmp(key->n, tmp) < 0) {
25939beb93cSSam Leffler 		/* Too large input value for the RSA key modulus */
26039beb93cSSam Leffler 		goto error;
26139beb93cSSam Leffler 	}
26239beb93cSSam Leffler 
26339beb93cSSam Leffler 	if (use_private) {
26439beb93cSSam Leffler 		/*
26539beb93cSSam Leffler 		 * Decrypt (or sign) using Chinese remainer theorem to speed
26639beb93cSSam Leffler 		 * up calculation. This is equivalent to tmp = tmp^d mod n
26739beb93cSSam Leffler 		 * (which would require more CPU to calculate directly).
26839beb93cSSam Leffler 		 *
26939beb93cSSam Leffler 		 * dmp1 = (1/e) mod (p-1)
27039beb93cSSam Leffler 		 * dmq1 = (1/e) mod (q-1)
27139beb93cSSam Leffler 		 * iqmp = (1/q) mod p, where p > q
27239beb93cSSam Leffler 		 * m1 = c^dmp1 mod p
27339beb93cSSam Leffler 		 * m2 = c^dmq1 mod q
27439beb93cSSam Leffler 		 * h = q^-1 (m1 - m2) mod p
27539beb93cSSam Leffler 		 * m = m2 + hq
27639beb93cSSam Leffler 		 */
27739beb93cSSam Leffler 		a = bignum_init();
27839beb93cSSam Leffler 		b = bignum_init();
27939beb93cSSam Leffler 		if (a == NULL || b == NULL)
28039beb93cSSam Leffler 			goto error;
28139beb93cSSam Leffler 
28239beb93cSSam Leffler 		/* a = tmp^dmp1 mod p */
28339beb93cSSam Leffler 		if (bignum_exptmod(tmp, key->dmp1, key->p, a) < 0)
28439beb93cSSam Leffler 			goto error;
28539beb93cSSam Leffler 
28639beb93cSSam Leffler 		/* b = tmp^dmq1 mod q */
28739beb93cSSam Leffler 		if (bignum_exptmod(tmp, key->dmq1, key->q, b) < 0)
28839beb93cSSam Leffler 			goto error;
28939beb93cSSam Leffler 
29039beb93cSSam Leffler 		/* tmp = (a - b) * (1/q mod p) (mod p) */
29139beb93cSSam Leffler 		if (bignum_sub(a, b, tmp) < 0 ||
29239beb93cSSam Leffler 		    bignum_mulmod(tmp, key->iqmp, key->p, tmp) < 0)
29339beb93cSSam Leffler 			goto error;
29439beb93cSSam Leffler 
29539beb93cSSam Leffler 		/* tmp = b + q * tmp */
29639beb93cSSam Leffler 		if (bignum_mul(tmp, key->q, tmp) < 0 ||
29739beb93cSSam Leffler 		    bignum_add(tmp, b, tmp) < 0)
29839beb93cSSam Leffler 			goto error;
29939beb93cSSam Leffler 	} else {
30039beb93cSSam Leffler 		/* Encrypt (or verify signature) */
30139beb93cSSam Leffler 		/* tmp = tmp^e mod N */
30239beb93cSSam Leffler 		if (bignum_exptmod(tmp, key->e, key->n, tmp) < 0)
30339beb93cSSam Leffler 			goto error;
30439beb93cSSam Leffler 	}
30539beb93cSSam Leffler 
30639beb93cSSam Leffler 	modlen = crypto_rsa_get_modulus_len(key);
30739beb93cSSam Leffler 	if (modlen > *outlen) {
30839beb93cSSam Leffler 		*outlen = modlen;
30939beb93cSSam Leffler 		goto error;
31039beb93cSSam Leffler 	}
31139beb93cSSam Leffler 
31239beb93cSSam Leffler 	if (bignum_get_unsigned_bin_len(tmp) > modlen)
31339beb93cSSam Leffler 		goto error; /* should never happen */
31439beb93cSSam Leffler 
31539beb93cSSam Leffler 	*outlen = modlen;
31639beb93cSSam Leffler 	os_memset(out, 0, modlen);
31739beb93cSSam Leffler 	if (bignum_get_unsigned_bin(
31839beb93cSSam Leffler 		    tmp, out +
31939beb93cSSam Leffler 		    (modlen - bignum_get_unsigned_bin_len(tmp)), NULL) < 0)
32039beb93cSSam Leffler 		goto error;
32139beb93cSSam Leffler 
32239beb93cSSam Leffler 	ret = 0;
32339beb93cSSam Leffler 
32439beb93cSSam Leffler error:
32539beb93cSSam Leffler 	bignum_deinit(tmp);
32639beb93cSSam Leffler 	bignum_deinit(a);
32739beb93cSSam Leffler 	bignum_deinit(b);
32839beb93cSSam Leffler 	return ret;
32939beb93cSSam Leffler }
33039beb93cSSam Leffler 
33139beb93cSSam Leffler 
33239beb93cSSam Leffler /**
33339beb93cSSam Leffler  * crypto_rsa_free - Free RSA key
33439beb93cSSam Leffler  * @key: RSA key to be freed
33539beb93cSSam Leffler  *
33639beb93cSSam Leffler  * This function frees an RSA key imported with either
33739beb93cSSam Leffler  * crypto_rsa_import_public_key() or crypto_rsa_import_private_key().
33839beb93cSSam Leffler  */
33939beb93cSSam Leffler void crypto_rsa_free(struct crypto_rsa_key *key)
34039beb93cSSam Leffler {
34139beb93cSSam Leffler 	if (key) {
34239beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->n);
34339beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->e);
34439beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->d);
34539beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->p);
34639beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->q);
34739beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->dmp1);
34839beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->dmq1);
34939beb93cSSam Leffler 		bignum_deinit(key->iqmp);
35039beb93cSSam Leffler 		os_free(key);
35139beb93cSSam Leffler 	}
35239beb93cSSam Leffler }
353