chiark / gitweb /
base/permute.h, utils/permute.lisp, symm/...: Formalize bit permutations.
[catacomb] / pub / gkcdsa.c
1 /* -*-c-*-
2  *
3  * Generalized version of KCDSA
4  *
5  * (c) 2004 Straylight/Edgeware
6  */
7
8 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
9  *
10  * This file is part of Catacomb.
11  *
12  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
13  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
14  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
15  * License, or (at your option) any later version.
16  *
17  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20  * GNU Library General Public License for more details.
21  *
22  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
23  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
24  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
25  * MA 02111-1307, USA.
26  */
27
28 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
29
30 #include <mLib/macros.h>
31
32 #include "dsa.h"
33 #include "gkcdsa.h"
34 #include "group.h"
35 #include "ghash.h"
36 #include "mpbarrett.h"
37 #include "mprand.h"
38
39 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
40
41 /* --- @gkcdsa_beginhash@ --- *
42  *
43  * Arguments:   @const gkcdsa *c@ = pointer to the context structure
44  *
45  * Returns:     A hashing context for you to hash the message.
46  *
47  * Use:         Initializes a hash function correctly for you to hash a
48  *              message.  Requires @h@, @g@ and @p@.
49  */
50
51 ghash *gkcdsa_beginhash(const gkcdsa *c)
52 {
53   ghash *h = GH_INIT(c->h);
54   mp *v = G_TOINT(c->g, MP_NEW, c->p);
55   size_t sz = c->h->bufsz;
56   void *p = xmalloc(sz);
57   if (/*ouch*/ !v) memset(p, 0, sz);
58   else mp_storeb(v, p, sz);
59   GH_HASH(h, p, sz);
60   mp_drop(v); xfree(p);
61   return (h);
62 }
63
64 /* --- @gkcdsa_endhash@ --- *
65  *
66  * Arguments:   @const gkcdsa *c@ = pointer to the context structure
67  *              @ghash *h@ = the hashing context
68  *
69  * Returns:     ---
70  *
71  * Use:         Does any final thing that KCDSA wants to do when hashing a
72  *              message.  (Actually, there's nothing.)  The hashing context
73  *              isn't finalized.
74  */
75
76 void gkcdsa_endhash(const gkcdsa *c, ghash *h) { ; }
77
78 /* --- @hashge@ --- *
79  *
80  * Arguments:   @group *g@ = abstract group
81  *              @const gchash *hc@ = hash class
82  *              @ge *w@ = a group element
83  *
84  * Returns:     A hash context, with the hash of @w@ in it.
85  */
86
87 static ghash *hashge(group *g, const gchash *hc, ge *w)
88 {
89   ghash *h;
90   size_t sz;
91   void *p;
92   buf b;
93   int rc;
94
95   sz = hc->hashsz;
96   if (sz < g->noctets)
97     sz = g->noctets;
98   p = xmalloc(sz);
99   buf_init(&b, p, sz);
100   rc = G_TORAW(g, &b, w);
101   assert(rc == 0);
102   h = GH_INIT(hc);
103   GH_HASH(h, BBASE(&b), BLEN(&b));
104   xfree(p);
105   return (h);
106 }
107
108 /* --- @gkcdsa_sign@ --- *
109  *
110  * Arguments:   @const gkcdsa *c@ = my context structure
111  *              @gkcdsa_sig *s@ = where to put the signature (initialized)
112  *              @const void *m@ = pointer to message hash
113  *              @mp *k@ = random exponent for this message or null
114  *
115  * Returns:     ---
116  *
117  * Use:         Signs a message.  Requires @g@, @u@, @h@, and @r@ if @k@ is
118  *              null.  This is a better idea than inventing @k@ yourself.
119  */
120
121 void gkcdsa_sign(const gkcdsa *c, gkcdsa_sig *s, const void *m, mp *k)
122 {
123   group *g = c->g;
124   mp *x, *y;
125   ge *z = G_CREATE(g);
126   size_t hsz = c->h->hashsz;
127   ghash *h;
128
129   if (k) { MP_COPY(k); goto have_k; }
130 new_k:
131   k = dsa_nonce(k, g->r, c->u, m, c->h, c->r);
132 have_k:
133   if (MP_ZEROP(k)) goto new_k;
134   G_EXP(g, z, g->g, k);
135   if (!s->r) s->r = xmalloc(hsz);
136   h = hashge(g, c->h, z); GH_DONE(h, s->r);
137
138   x = mp_loadb(s->s, m, hsz);
139   y = mp_loadb(MP_NEW, s->r, hsz);
140   x = mp_xor(x, x, y);
141   mp_div(0, &x, x, g->r);
142   x = mp_sub(x, g->r, x);
143   x = mp_add(x, x, k);
144   if (MP_CMP(x, >=, g->r)) x = mp_sub(x, x, g->r);
145   x = mp_mul(x, x, c->u); mp_div(0, &x, x, g->r);
146   s->s = x;
147   mp_drop(k); mp_drop(y); GH_DESTROY(h); G_DESTROY(g, z);
148 }
149
150 /* --- @gkcdsa_verify@ --- *
151  *
152  * Arguments:   @const gkcdsa *c@ = my context structure
153  *              @const gkcdsa_sig *s@ = the signature to verify
154  *              @const void *m@ = pointer to message hash
155  *
156  * Returns:     Zero if OK, negative on failure.
157  *
158  * Use:         Checks a signature on a message,  Requires @g@, @p@, @h@.
159  */
160
161 int gkcdsa_verify(const gkcdsa *c, const gkcdsa_sig *s, const void *m)
162 {
163   group *g = c->g;
164   size_t hsz = c->h->hashsz;
165   group_expfactor e[2];
166   mp *x, *y;
167   ghash *h;
168   ge *z;
169   octet *p;
170   int rc = -1;
171
172   if (MP_CMP(s->s, <, MP_ONE) || MP_CMP(s->s, >=, g->r))
173     return (-1);
174   x = mp_loadb(MP_NEW, m, hsz); y = mp_loadb(MP_NEW, s->r, hsz);
175   x = mp_xor(x, x, y); mp_div(0, &x, x, g->r);
176   e[0].base = c->p; e[0].exp = s->s;
177   e[1].base = g->g; e[1].exp = x;
178   z = G_CREATE(g); G_MEXP(g, z, e, 2);
179   h = hashge(g, c->h, z); p = GH_DONE(h, 0);
180   if (MEMCMP(p, ==, s->r, hsz)) rc = 0;
181   mp_drop(x); mp_drop(y); G_DESTROY(g, z); GH_DESTROY(h);
182   return (rc);
183 }
184
185 /*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
186
187 #ifdef TEST_RIG
188
189 #include "rand.h"
190
191 static group *getgroup(const char *p) {
192   group *g; qd_parse qd;
193   qd.p = p; qd.e = 0; g = group_parse(&qd);
194   if (g && !qd_eofp(&qd)) { G_DESTROYGROUP(g); g = 0; qd.e = "junk at eof"; }
195   if (!g) {
196     fprintf(stderr, "bad group string `%.*s|%s': %s\n",
197             (int)(qd.p - p), p, qd.p, qd.e);
198     exit(1);
199   }
200   return (g);
201 }
202
203 static ge *getge(group *g, const char *p) {
204   ge *x = G_CREATE(g);
205   if (group_readstring(g, x, p, 0)) {
206     fprintf(stderr, "bad group element `%s'\n", p);
207     exit(1);
208   }
209   return (x);
210 }
211
212 static void showge(group *g, const char *p, ge *x) {
213   fprintf(stderr, "*** %s = ", p); group_writefile(g, x, stderr);
214   putc('\n', stderr);
215 }
216
217 static void showmp(const char *p, mp *x, int r) {
218   fprintf(stderr, "*** %s = ", p); mp_writefile(x, stderr, r);
219   putc('\n', stderr);
220 }
221
222 static int tsign(dstr *v)
223 {
224   gdsa c;
225   gkcdsa_sig s, ss = GKCDSA_SIG_INIT;
226   ghash *h;
227   octet *m;
228   mp *k;
229   dstr d = DSTR_INIT;
230   mp *x;
231   int ok = 1;
232
233   c.g = getgroup(v[0].buf); c.h = ghash_byname(v[1].buf);
234   c.u = *(mp **)v[2].buf; k = *(mp **)v[4].buf;
235   s.r = (octet *)v[5].buf; s.s = *(mp **)v[6].buf;
236   DENSURE(&d, c.h->hashsz); d.len = c.h->hashsz; memset(d.buf, 0, d.len);
237   ss.r = (octet *)d.buf;
238
239   x = mp_modinv(MP_NEW, c.u, c.g->r);
240   c.p = G_CREATE(c.g); G_EXP(c.g, c.p, c.g->g, x);
241   h = gkcdsa_beginhash(&c);
242   GH_HASH(h, v[3].buf, v[3].len);
243   gkcdsa_endhash(&c, h);
244   gkcdsa_sign(&c, &ss, GH_DONE(h, 0), k);
245   GH_DESTROY(h);
246   if (MEMCMP(s.r, !=, ss.r, c.h->hashsz) || !MP_EQ(s.s, ss.s)) {
247     ok = 0;
248     fprintf(stderr, "*** sign failed!\n");
249     fprintf(stderr, "*** group: %s\n", v[0].buf);
250     fprintf(stderr, "*** hash: %s\n", c.h->name);
251     showmp("private key", c.u, 16);
252     showge(c.g, "public key", c.p);
253     fprintf(stderr, "*** message: `%s'\n", v[3].buf);
254     fprintf(stderr, "*** computed r = ");
255     type_hex.dump(&d, stderr); putc('\n', stderr);
256     showmp("computed s", ss.s, 16);
257     fprintf(stderr, "*** expected r = ");
258     type_hex.dump(&v[5], stderr); putc('\n', stderr);
259     showmp("expected s", s.s, 16);
260   }
261
262   c.r = &rand_global;
263   h = gkcdsa_beginhash(&c);
264   GH_HASH(h, v[3].buf, v[3].len);
265   m = GH_DONE(h, 0);
266   GH_DESTROY(h);
267   gkcdsa_sign(&c, &ss, m, 0);
268   if (gkcdsa_verify(&c, &ss, m)) {
269     ok = 0;
270     fprintf(stderr, "*** sign cross-check failed!\n");
271     fprintf(stderr, "*** group: %s\n", v[0].buf);
272     fprintf(stderr, "*** hash: %s\n", c.h->name);
273     showmp("private key", c.u, 16);
274     showge(c.g, "public key", c.p);
275     fprintf(stderr, "*** message: `%s'\n", v[3].buf);
276     fprintf(stderr, "*** computed r = ");
277     type_hex.dump(&d, stderr); putc('\n', stderr);
278     showmp("computed s", ss.s, 16);
279   }
280
281   mp_drop(s.s); mp_drop(x); mp_drop(k); dstr_destroy(&d); mp_drop(ss.s);
282   mp_drop(c.u); G_DESTROY(c.g, c.p); G_DESTROYGROUP(c.g);
283   assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
284   return (ok);
285 }
286
287 static int tverify(dstr *v)
288 {
289   gkcdsa c;
290   gkcdsa_sig s;
291   ghash *h;
292   int rc, erc;
293   int ok = 1;
294
295   c.g = getgroup(v[0].buf); c.h = ghash_byname(v[1].buf);
296   c.p = getge(c.g, v[2].buf);
297   s.r = (octet *)v[4].buf; s.s = *(mp **)v[5].buf;
298   erc = *(int *)v[6].buf;
299
300   h = gkcdsa_beginhash(&c);
301   GH_HASH(h, v[3].buf, v[3].len);
302   gkcdsa_endhash(&c, h);
303   rc = gkcdsa_verify(&c, &s, GH_DONE(h, 0));
304   if (!rc != !erc) {
305     ok = 0;
306     fprintf(stderr, "*** verify failed!\n");
307     fprintf(stderr, "*** group: %s\n", v[0].buf);
308     fprintf(stderr, "*** hash: %s\n", c.h->name);
309     showge(c.g, "public key", c.p);
310     fprintf(stderr, "*** message: `%s'\n", v[3].buf);
311     fprintf(stderr, "*** sig r = ");
312     type_hex.dump(&v[4], stderr); putc('\n', stderr);
313     showmp("sig s", s.s, 16);
314     fprintf(stderr, "*** expected %s\n", !erc ? "pass" : "fail");
315   }
316   mp_drop(s.s); G_DESTROY(c.g, c.p); G_DESTROYGROUP(c.g);
317   GH_DESTROY(h);
318   assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
319   return (ok);
320 }
321
322 static const test_chunk tests[] = {
323   { "sign", tsign, { &type_string, &type_string, &type_mp, &type_string,
324                      &type_mp, &type_hex, &type_mp } },
325   { "verify", tverify, { &type_string, &type_string, &type_string,
326                          &type_string, &type_hex, &type_mp, &type_int } },
327   { 0 }
328 };
329
330 int main(int argc, char *argv[])
331 {
332   sub_init();
333   test_run(argc, argv, tests, SRCDIR "/t/gkcdsa");
334   return (0);
335 }
336
337 #endif
338
339 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/