chiark - git - mdw - catacomb/blob - rsa-gen.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: rsa-gen.c,v 1.3 2000/07/01 11:22:22 mdw Exp $
   4  *
   5  * RSA parameter generation
   6  *
   7  * (c) 1999 Straylight/Edgeware
   8  */
   9
  10 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
  11  *
  12  * This file is part of Catacomb.
  13  *
  14  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
  15  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
  16  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  17  * License, or (at your option) any later version.
  18  *
  19  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
  20  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  21  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  22  * GNU Library General Public License for more details.
  23  *
  24  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  25  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
  26  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
  27  * MA 02111-1307, USA.
  28  */
  29
  30 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  31  *
  32  * $Log: rsa-gen.c,v $
  33  * Revision 1.3  2000/07/01 11:22:22  mdw
  34  * Remove bad type name `rsa_param'.
  35  *
  36  * Revision 1.2  2000/06/17 12:05:15  mdw
  37  * Lots of changes:
  38  *
  39  *   * Apply limits on %$\gcd(p - 1, q - 1)$% to reduce the space of
  40  *     equivalent decryption exponents.
  41  *
  42  *   * Force %$e = F_4 = 2^{16} + 1$% to avoid small-encryption-exponent
  43  *     attacks.
  44  *
  45  *   * Ensure that %$p > q$% and that %$p - q$% is large to deter
  46  *     square-root-based factoring methods.
  47  *
  48  *   * Use %$e d \equiv 1 \pmod{\lambda(n)}$%, where %$\lambda(n)$% is
  49  *     %$\lcm(p - 1, q - 1)$%, as recommended in PKCS#1, rather than the
  50  *     more usual %$\varphi(n) = (p - 1)(q - 1)$%.
  51  *
  52  *   * Handle aborts from pgen_jump.
  53  *
  54  * Revision 1.1  1999/12/22 15:50:45  mdw
  55  * Initial RSA support.
  56  *
  57  */
  58
  59 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  60
  61 #include <mLib/dstr.h>
  62
  63 #include "grand.h"
  64 #include "mp.h"
  65 #include "mpint.h"
  66 #include "pgen.h"
  67 #include "rsa.h"
  68 #include "strongprime.h"
  69
  70 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  71
  72 /* --- @rsa_gen@ --- *
  73  *
  74  * Arguments:   @rsa_priv *rp@ = pointer to block to be filled in
  75  *              @unsigned nbits@ = required modulus size in bits
  76  *              @grand *r@ = random number source
  77  *              @unsigned n@ = number of attempts to make
  78  *              @pgen_proc *event@ = event handler function
  79  *              @void *ectx@ = argument for the event handler
  80  *
  81  * Returns:     Zero if all went well, nonzero otherwise.
  82  *
  83  * Use:         Constructs a pair of strong RSA primes and other useful RSA
  84  *              parameters.  A small encryption exponent is chosen if
  85  *              possible.
  86  */
  87
  88 int rsa_gen(rsa_priv *rp, unsigned nbits, grand *r, unsigned n,
  89             pgen_proc *event, void *ectx)
  90 {
  91   pgen_gcdstepctx g;
  92   mp *phi = MP_NEW;
  93
  94   /* --- Bits of initialization --- */
  95
  96   rp->e = mp_fromulong(MP_NEW, 0x10001);
  97   rp->d = MP_NEW;
  98
  99   /* --- Generate strong primes %$p$% and %$q$% --- *
 100    *
 101    * Constrain the GCD of @q@ to ensure that overly small private exponents
 102    * are impossible.  Current results suggest that if %$d < n^{0.29}$% then
 103    * it can be guessed fairly easily.  This implementation is rather more
 104    * conservative about that sort of thing.
 105    */
 106
 107 again:
 108   if ((rp->p = strongprime("p", MP_NEWSEC, nbits/2, r, n, event, ectx)) == 0)
 109     goto fail_p;
 110
 111   /* --- Do painful fiddling with GCD steppers --- */
 112
 113   {
 114     mp *q;
 115     rabin rb;
 116
 117     if ((q = strongprime_setup("q", MP_NEWSEC, &g.jp, nbits / 2,
 118                                r, n, event, ectx)) == 0)
 119       goto fail_q;
 120     g.r = mp_lsr(MP_NEW, rp->p, 1);
 121     g.g = MP_NEW;
 122     g.max = MP_256;
 123     q = pgen("q", q, q, event, ectx, n, pgen_gcdstep, &g,
 124                  rabin_iters(nbits/2), pgen_test, &rb);
 125     pfilt_destroy(&g.jp);
 126     mp_drop(g.r);
 127     if (!q) {
 128       mp_drop(g.g);
 129       if (n)
 130         goto fail_q;
 131       mp_drop(rp->p);
 132       goto again;
 133     }
 134     rp->q = q;
 135   }
 136
 137   /* --- Ensure that %$p > q$% --- *
 138    *
 139    * Also ensure that %$p$% and %$q$% are sufficiently different to deter
 140    * square-root-based factoring methods.
 141    */
 142
 143   phi = mp_sub(phi, rp->p, rp->q);
 144   if (MP_LEN(phi) * 4 < MP_LEN(rp->p) * 3 ||
 145       MP_LEN(phi) * 4 < MP_LEN(rp->q) * 3) {
 146     mp_drop(rp->p);
 147     mp_drop(g.g);
 148     if (n)
 149       goto fail_q;
 150     mp_drop(rp->q);
 151     goto again;
 152   }
 153
 154   if (phi->f & MP_NEG) {
 155     mp *z = rp->p;
 156     rp->p = rp->q;
 157     rp->q = z;
 158   }
 159
 160   /* --- Work out the modulus and the CRT coefficient --- */
 161
 162   rp->n = mp_mul(MP_NEW, rp->p, rp->q);
 163   rp->q_inv = MP_NEW; mp_gcd(0, 0, &rp->q_inv, rp->p, rp->q);
 164
 165   /* --- Work out %$\varphi(n) = (p - 1)(q - 1)$% --- *
 166    *
 167    * Save on further multiplications by noting that %$n = pq$% is known and
 168    * that %$(p - 1)(q - 1) = pq - p - q + 1$%.  To minimize the size of @d@
 169    * (useful for performance reasons, although not very because an overly
 170    * small @d@ will be rejected for security reasons) this is then divided by
 171    * %$\gcd(p - 1, q - 1)$%.
 172    */
 173
 174   phi = mp_sub(phi, rp->n, rp->p);
 175   phi = mp_sub(phi, phi, rp->q);
 176   phi = mp_add(phi, phi, MP_ONE);
 177   phi = mp_lsr(phi, phi, 1);
 178   mp_div(&phi, 0, phi, g.g);
 179
 180   /* --- Decide on a public exponent --- *
 181    *
 182    * Simultaneously compute the private exponent.
 183    */
 184
 185   mp_gcd(&g.g, 0, &rp->d, phi, rp->e);
 186   if (MP_CMP(g.g, !=, MP_ONE) && MP_LEN(rp->d) * 4 > MP_LEN(rp->n) * 3)
 187     goto fail_e;
 188
 189   /* --- Work out exponent residues --- */
 190
 191   rp->dp = MP_NEW; phi = mp_sub(phi, rp->p, MP_ONE);
 192   mp_div(0, &rp->dp, rp->d, phi);
 193
 194   rp->dq = MP_NEW; phi = mp_sub(phi, rp->q, MP_ONE);
 195   mp_div(0, &rp->dq, rp->d, phi);
 196
 197   /* --- Done --- */
 198
 199   mp_drop(phi);
 200   mp_drop(g.g);
 201   return (0);
 202
 203   /* --- Tidy up when something goes wrong --- */
 204
 205 fail_e:
 206   mp_drop(g.g);
 207   mp_drop(phi);
 208   mp_drop(rp->n);
 209   mp_drop(rp->q_inv);
 210   mp_drop(rp->q);
 211 fail_q:
 212   mp_drop(rp->p);
 213 fail_p:
 214   mp_drop(rp->e);
 215   if (rp->d)
 216     mp_drop(rp->d);
 217   return (-1);
 218 }
 219
 220 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/