xref: /linux/crypto/rsa.c (revision fcb3ad4366b9c810cbb9da34c076a9a52d8aa1e0)
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /* RSA asymmetric public-key algorithm [RFC3447]
3  *
4  * Copyright (c) 2015, Intel Corporation
5  * Authors: Tadeusz Struk <tadeusz.struk@intel.com>
6  */
7 
8 #include <linux/fips.h>
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/mpi.h>
11 #include <crypto/internal/rsa.h>
12 #include <crypto/internal/akcipher.h>
13 #include <crypto/akcipher.h>
14 #include <crypto/algapi.h>
15 
16 struct rsa_mpi_key {
17 	MPI n;
18 	MPI e;
19 	MPI d;
20 	MPI p;
21 	MPI q;
22 	MPI dp;
23 	MPI dq;
24 	MPI qinv;
25 };
26 
27 static int rsa_check_payload(MPI x, MPI n)
28 {
29 	MPI n1;
30 
31 	if (mpi_cmp_ui(x, 1) <= 0)
32 		return -EINVAL;
33 
34 	n1 = mpi_alloc(0);
35 	if (!n1)
36 		return -ENOMEM;
37 
38 	if (mpi_sub_ui(n1, n, 1) || mpi_cmp(x, n1) >= 0) {
39 		mpi_free(n1);
40 		return -EINVAL;
41 	}
42 
43 	mpi_free(n1);
44 	return 0;
45 }
46 
47 /*
48  * RSAEP function [RFC3447 sec 5.1.1]
49  * c = m^e mod n;
50  */
51 static int _rsa_enc(const struct rsa_mpi_key *key, MPI c, MPI m)
52 {
53 	/*
54 	 * Even though (1) in RFC3447 only requires 0 <= m <= n - 1, we are
55 	 * slightly more conservative and require 1 < m < n - 1. This is in line
56 	 * with SP 800-56Br2, Section 7.1.1.
57 	 */
58 	if (rsa_check_payload(m, key->n))
59 		return -EINVAL;
60 
61 	/* (2) c = m^e mod n */
62 	return mpi_powm(c, m, key->e, key->n);
63 }
64 
65 /*
66  * RSADP function [RFC3447 sec 5.1.2]
67  * m_1 = c^dP mod p;
68  * m_2 = c^dQ mod q;
69  * h = (m_1 - m_2) * qInv mod p;
70  * m = m_2 + q * h;
71  */
72 static int _rsa_dec_crt(const struct rsa_mpi_key *key, MPI m_or_m1_or_h, MPI c)
73 {
74 	MPI m2, m12_or_qh;
75 	int ret = -ENOMEM;
76 
77 	/*
78 	 * Even though (1) in RFC3447 only requires 0 <= c <= n - 1, we are
79 	 * slightly more conservative and require 1 < c < n - 1. This is in line
80 	 * with SP 800-56Br2, Section 7.1.2.
81 	 */
82 	if (rsa_check_payload(c, key->n))
83 		return -EINVAL;
84 
85 	m2 = mpi_alloc(0);
86 	m12_or_qh = mpi_alloc(0);
87 	if (!m2 || !m12_or_qh)
88 		goto err_free_mpi;
89 
90 	/* (2i) m_1 = c^dP mod p */
91 	ret = mpi_powm(m_or_m1_or_h, c, key->dp, key->p);
92 	if (ret)
93 		goto err_free_mpi;
94 
95 	/* (2i) m_2 = c^dQ mod q */
96 	ret = mpi_powm(m2, c, key->dq, key->q);
97 	if (ret)
98 		goto err_free_mpi;
99 
100 	/* (2iii) h = (m_1 - m_2) * qInv mod p */
101 	ret = mpi_sub(m12_or_qh, m_or_m1_or_h, m2) ?:
102 	      mpi_mulm(m_or_m1_or_h, m12_or_qh, key->qinv, key->p);
103 
104 	/* (2iv) m = m_2 + q * h */
105 	ret = ret ?:
106 	      mpi_mul(m12_or_qh, key->q, m_or_m1_or_h) ?:
107 	      mpi_addm(m_or_m1_or_h, m2, m12_or_qh, key->n);
108 
109 err_free_mpi:
110 	mpi_free(m12_or_qh);
111 	mpi_free(m2);
112 	return ret;
113 }
114 
115 static inline struct rsa_mpi_key *rsa_get_key(struct crypto_akcipher *tfm)
116 {
117 	return akcipher_tfm_ctx(tfm);
118 }
119 
120 static int rsa_enc(struct akcipher_request *req)
121 {
122 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
123 	const struct rsa_mpi_key *pkey = rsa_get_key(tfm);
124 	MPI m, c = mpi_alloc(0);
125 	int ret = 0;
126 	int sign;
127 
128 	if (!c)
129 		return -ENOMEM;
130 
131 	if (unlikely(!pkey->n || !pkey->e)) {
132 		ret = -EINVAL;
133 		goto err_free_c;
134 	}
135 
136 	ret = -ENOMEM;
137 	m = mpi_read_raw_from_sgl(req->src, req->src_len);
138 	if (!m)
139 		goto err_free_c;
140 
141 	ret = _rsa_enc(pkey, c, m);
142 	if (ret)
143 		goto err_free_m;
144 
145 	ret = mpi_write_to_sgl(c, req->dst, req->dst_len, &sign);
146 	if (ret)
147 		goto err_free_m;
148 
149 	if (sign < 0)
150 		ret = -EBADMSG;
151 
152 err_free_m:
153 	mpi_free(m);
154 err_free_c:
155 	mpi_free(c);
156 	return ret;
157 }
158 
159 static int rsa_dec(struct akcipher_request *req)
160 {
161 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
162 	const struct rsa_mpi_key *pkey = rsa_get_key(tfm);
163 	MPI c, m = mpi_alloc(0);
164 	int ret = 0;
165 	int sign;
166 
167 	if (!m)
168 		return -ENOMEM;
169 
170 	if (unlikely(!pkey->n || !pkey->d)) {
171 		ret = -EINVAL;
172 		goto err_free_m;
173 	}
174 
175 	ret = -ENOMEM;
176 	c = mpi_read_raw_from_sgl(req->src, req->src_len);
177 	if (!c)
178 		goto err_free_m;
179 
180 	ret = _rsa_dec_crt(pkey, m, c);
181 	if (ret)
182 		goto err_free_c;
183 
184 	ret = mpi_write_to_sgl(m, req->dst, req->dst_len, &sign);
185 	if (ret)
186 		goto err_free_c;
187 
188 	if (sign < 0)
189 		ret = -EBADMSG;
190 err_free_c:
191 	mpi_free(c);
192 err_free_m:
193 	mpi_free(m);
194 	return ret;
195 }
196 
197 static void rsa_free_mpi_key(struct rsa_mpi_key *key)
198 {
199 	mpi_free(key->d);
200 	mpi_free(key->e);
201 	mpi_free(key->n);
202 	mpi_free(key->p);
203 	mpi_free(key->q);
204 	mpi_free(key->dp);
205 	mpi_free(key->dq);
206 	mpi_free(key->qinv);
207 	key->d = NULL;
208 	key->e = NULL;
209 	key->n = NULL;
210 	key->p = NULL;
211 	key->q = NULL;
212 	key->dp = NULL;
213 	key->dq = NULL;
214 	key->qinv = NULL;
215 }
216 
217 static int rsa_check_key_length(unsigned int len)
218 {
219 	switch (len) {
220 	case 512:
221 	case 1024:
222 	case 1536:
223 		if (fips_enabled)
224 			return -EINVAL;
225 		fallthrough;
226 	case 2048:
227 	case 3072:
228 	case 4096:
229 		return 0;
230 	}
231 
232 	return -EINVAL;
233 }
234 
235 static int rsa_check_exponent_fips(MPI e)
236 {
237 	MPI e_max = NULL;
238 	int err;
239 
240 	/* check if odd */
241 	if (!mpi_test_bit(e, 0)) {
242 		return -EINVAL;
243 	}
244 
245 	/* check if 2^16 < e < 2^256. */
246 	if (mpi_cmp_ui(e, 65536) <= 0) {
247 		return -EINVAL;
248 	}
249 
250 	e_max = mpi_alloc(0);
251 	if (!e_max)
252 		return -ENOMEM;
253 
254 	err = mpi_set_bit(e_max, 256);
255 	if (err) {
256 		mpi_free(e_max);
257 		return err;
258 	}
259 
260 	if (mpi_cmp(e, e_max) >= 0) {
261 		mpi_free(e_max);
262 		return -EINVAL;
263 	}
264 
265 	mpi_free(e_max);
266 	return 0;
267 }
268 
269 static int rsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
270 			   unsigned int keylen)
271 {
272 	struct rsa_mpi_key *mpi_key = akcipher_tfm_ctx(tfm);
273 	struct rsa_key raw_key = {0};
274 	int ret;
275 
276 	/* Free the old MPI key if any */
277 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
278 
279 	ret = rsa_parse_pub_key(&raw_key, key, keylen);
280 	if (ret)
281 		return ret;
282 
283 	mpi_key->e = mpi_read_raw_data(raw_key.e, raw_key.e_sz);
284 	if (!mpi_key->e)
285 		goto err;
286 
287 	mpi_key->n = mpi_read_raw_data(raw_key.n, raw_key.n_sz);
288 	if (!mpi_key->n)
289 		goto err;
290 
291 	if (rsa_check_key_length(mpi_get_size(mpi_key->n) << 3)) {
292 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
293 		return -EINVAL;
294 	}
295 
296 	if (fips_enabled && rsa_check_exponent_fips(mpi_key->e)) {
297 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
298 		return -EINVAL;
299 	}
300 
301 	return 0;
302 
303 err:
304 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
305 	return -ENOMEM;
306 }
307 
308 static int rsa_set_priv_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
309 			    unsigned int keylen)
310 {
311 	struct rsa_mpi_key *mpi_key = akcipher_tfm_ctx(tfm);
312 	struct rsa_key raw_key = {0};
313 	int ret;
314 
315 	/* Free the old MPI key if any */
316 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
317 
318 	ret = rsa_parse_priv_key(&raw_key, key, keylen);
319 	if (ret)
320 		return ret;
321 
322 	mpi_key->d = mpi_read_raw_data(raw_key.d, raw_key.d_sz);
323 	if (!mpi_key->d)
324 		goto err;
325 
326 	mpi_key->e = mpi_read_raw_data(raw_key.e, raw_key.e_sz);
327 	if (!mpi_key->e)
328 		goto err;
329 
330 	mpi_key->n = mpi_read_raw_data(raw_key.n, raw_key.n_sz);
331 	if (!mpi_key->n)
332 		goto err;
333 
334 	mpi_key->p = mpi_read_raw_data(raw_key.p, raw_key.p_sz);
335 	if (!mpi_key->p)
336 		goto err;
337 
338 	mpi_key->q = mpi_read_raw_data(raw_key.q, raw_key.q_sz);
339 	if (!mpi_key->q)
340 		goto err;
341 
342 	mpi_key->dp = mpi_read_raw_data(raw_key.dp, raw_key.dp_sz);
343 	if (!mpi_key->dp)
344 		goto err;
345 
346 	mpi_key->dq = mpi_read_raw_data(raw_key.dq, raw_key.dq_sz);
347 	if (!mpi_key->dq)
348 		goto err;
349 
350 	mpi_key->qinv = mpi_read_raw_data(raw_key.qinv, raw_key.qinv_sz);
351 	if (!mpi_key->qinv)
352 		goto err;
353 
354 	if (rsa_check_key_length(mpi_get_size(mpi_key->n) << 3)) {
355 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
356 		return -EINVAL;
357 	}
358 
359 	if (fips_enabled && rsa_check_exponent_fips(mpi_key->e)) {
360 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
361 		return -EINVAL;
362 	}
363 
364 	return 0;
365 
366 err:
367 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
368 	return -ENOMEM;
369 }
370 
371 static unsigned int rsa_max_size(struct crypto_akcipher *tfm)
372 {
373 	struct rsa_mpi_key *pkey = akcipher_tfm_ctx(tfm);
374 
375 	return mpi_get_size(pkey->n);
376 }
377 
378 static void rsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
379 {
380 	struct rsa_mpi_key *pkey = akcipher_tfm_ctx(tfm);
381 
382 	rsa_free_mpi_key(pkey);
383 }
384 
385 static struct akcipher_alg rsa = {
386 	.encrypt = rsa_enc,
387 	.decrypt = rsa_dec,
388 	.set_priv_key = rsa_set_priv_key,
389 	.set_pub_key = rsa_set_pub_key,
390 	.max_size = rsa_max_size,
391 	.exit = rsa_exit_tfm,
392 	.base = {
393 		.cra_name = "rsa",
394 		.cra_driver_name = "rsa-generic",
395 		.cra_priority = 100,
396 		.cra_module = THIS_MODULE,
397 		.cra_ctxsize = sizeof(struct rsa_mpi_key),
398 	},
399 };
400 
401 static int __init rsa_init(void)
402 {
403 	int err;
404 
405 	err = crypto_register_akcipher(&rsa);
406 	if (err)
407 		return err;
408 
409 	err = crypto_register_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
410 	if (err)
411 		goto err_unregister_rsa;
412 
413 	err = crypto_register_template(&rsassa_pkcs1_tmpl);
414 	if (err)
415 		goto err_unregister_rsa_pkcs1pad;
416 
417 	return 0;
418 
419 err_unregister_rsa_pkcs1pad:
420 	crypto_unregister_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
421 err_unregister_rsa:
422 	crypto_unregister_akcipher(&rsa);
423 	return err;
424 }
425 
426 static void __exit rsa_exit(void)
427 {
428 	crypto_unregister_template(&rsassa_pkcs1_tmpl);
429 	crypto_unregister_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
430 	crypto_unregister_akcipher(&rsa);
431 }
432 
433 subsys_initcall(rsa_init);
434 module_exit(rsa_exit);
435 MODULE_ALIAS_CRYPTO("rsa");
436 MODULE_LICENSE("GPL");
437 MODULE_DESCRIPTION("RSA generic algorithm");
438