Renamed to GNUPG
[gnupg.git] / cipher / dsa.c
1 /* dsa.c  -  DSA signature scheme
2  *      Copyright (C) 1998 Free Software Foundation, Inc.
3  *
4  * This file is part of GNUPG.
5  *
6  * GNUPG is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9  * (at your option) any later version.
10  *
11  * GNUPG is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
19  */
20
21 #include <config.h>
22 #include <stdio.h>
23 #include <stdlib.h>
24 #include <string.h>
25 #include "util.h"
26 #include "mpi.h"
27 #include "cipher.h"
28 #include "dsa.h"
29
30
31 void
32 dsa_free_public_key( DSA_public_key *pk )
33 {
34     mpi_free( pk->p ); pk->p = NULL;
35     mpi_free( pk->g ); pk->g = NULL;
36     mpi_free( pk->y ); pk->y = NULL;
37 }
38
39 void
40 dsa_free_secret_key( DSA_secret_key *sk )
41 {
42     mpi_free( sk->p ); sk->p = NULL;
43     mpi_free( sk->g ); sk->g = NULL;
44     mpi_free( sk->y ); sk->y = NULL;
45     mpi_free( sk->x ); sk->x = NULL;
46 }
47
48
49 static void
50 test_keys( DSA_public_key *pk, DSA_secret_key *sk, unsigned nbits )
51 {
52     MPI test = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
53     MPI out1_a = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
54     MPI out1_b = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
55     MPI out2 = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
56
57     mpi_set_bytes( test, nbits, get_random_byte, 0 );
58
59     dsa_sign( out1_a, out1_b, test, sk );
60     if( !dsa_verify( out1_a, out1_b, test, pk ) )
61         log_fatal("DSA operation: sign, verify failed\n");
62
63     mpi_free( test );
64     mpi_free( out1_a );
65     mpi_free( out1_b );
66     mpi_free( out2 );
67 }
68
69
70 /****************
71  * generate a random secret exponent k from prime p, so
72  * that k is relatively prime to p-1
73  */
74 static MPI
75 gen_k( MPI p )
76 {
77     MPI k = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(p) );
78     MPI temp = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(p) );
79     MPI p_1 = mpi_copy(p);
80     unsigned nbits = mpi_get_nbits(p);
81
82     if( DBG_CIPHER )
83         log_debug("choosing a random k ");
84     mpi_sub_ui( p_1, p, 1);
85     for(;;) {
86         if( DBG_CIPHER )
87             fputc('.', stderr);
88         mpi_set_bytes( k, nbits, get_random_byte, 1 );
89         mpi_set_highbit( k, nbits-1 ); /* make sure it's high (really needed?) */
90         if( mpi_cmp( k, p_1 ) >= 0 )
91             continue; /* is not smaller than (p-1) */
92         if( mpi_gcd( temp, k, p_1 ) )
93             break;  /* okay, k is relatively prime to (p-1) */
94     }
95     if( DBG_CIPHER )
96         fputc('\n', stderr);
97     mpi_free(p_1);
98     mpi_free(temp);
99
100     return k;
101 }
102
103 /****************
104  * Generate a key pair with a key of size NBITS
105  * Returns: 2 structures filles with all needed values
106  */
107 void
108 dsa_generate( DSA_public_key *pk, DSA_secret_key *sk, unsigned nbits )
109 {
110     MPI p;    /* the prime */
111     MPI g;
112     MPI x;    /* the secret exponent */
113     MPI y;
114
115     p = generate_public_prime( nbits );
116     /* FIXME: check wether we shall assert that (p-1)/2 is also prime
117      *        Schneier votes against it
118      */
119     g = mpi_alloc_set_ui(3);
120
121     /* select a random number */
122     x = mpi_alloc_secure( nbits/BITS_PER_MPI_LIMB );
123     if( DBG_CIPHER )
124         log_debug("choosing a random x ");
125     do {
126         if( DBG_CIPHER )
127             fputc('.', stderr);
128         mpi_set_bytes( x, nbits, get_random_byte, 1 ); /* fixme: should be 2 */
129         mpi_set_highbit( x, nbits-1 ); /* make sure it's high (needed?) */
130     } while( mpi_cmp( x, p ) >= 0 );  /* x must be smaller than p */
131
132     y = mpi_alloc(nbits/BITS_PER_MPI_LIMB);
133     mpi_powm( y, g, x, p );
134
135     if( DBG_CIPHER ) {
136         fputc('\n', stderr);
137         log_mpidump("dsa  p= ", p );
138         log_mpidump("dsa  g= ", g );
139         log_mpidump("dsa  y= ", y );
140         log_mpidump("dsa  x= ", x );
141     }
142
143
144     /* copy the stuff to the key structures */
145     pk->p = mpi_copy(p);
146     pk->g = mpi_copy(g);
147     pk->y = mpi_copy(y);
148     sk->p = p;
149     sk->g = g;
150     sk->y = y;
151     sk->x = x;
152
153     /* now we can test our keys (this should never fail!) */
154     test_keys( pk, sk, nbits - 64 );
155 }
156
157
158 /****************
159  * Test wether the secret key is valid.
160  * Returns: if this is a valid key.
161  */
162 int
163 dsa_check_secret_key( DSA_secret_key *sk )
164 {
165     int rc;
166     MPI y = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(sk->y) );
167
168     mpi_powm( y, sk->g, sk->x, sk->p );
169     rc = !mpi_cmp( y, sk->y );
170     mpi_free( y );
171     return rc;
172 }
173
174
175
176 /****************
177  * Make an Elgamal signature out of INPUT
178  */
179
180 void
181 dsa_sign(MPI a, MPI b, MPI input, DSA_secret_key *skey )
182 {
183     MPI k;
184     MPI t   = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(a) );
185     MPI inv = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(a) );
186     MPI p_1 = mpi_copy(skey->p);
187
188    /*
189     * b = (t * inv) mod (p-1)
190     * b = (t * inv(k,(p-1),(p-1)) mod (p-1)
191     * b = (((M-x*a) mod (p-1)) * inv(k,(p-1),(p-1))) mod (p-1)
192     *
193     */
194     mpi_sub_ui(p_1, p_1, 1);
195     k = gen_k( skey->p );
196     mpi_powm( a, skey->g, k, skey->p );
197     mpi_mul(t, skey->x, a );
198     mpi_subm(t, input, t, p_1 );
199     while( mpi_is_neg(t) )
200         mpi_add(t, t, p_1);
201     mpi_invm(inv, k, p_1 );
202     mpi_mulm(b, t, inv, p_1 );
203
204   #if 0
205     if( DBG_CIPHER ) {
206         log_mpidump("dsa sign p= ", skey->p);
207         log_mpidump("dsa sign g= ", skey->g);
208         log_mpidump("dsa sign y= ", skey->y);
209         log_mpidump("dsa sign x= ", skey->x);
210         log_mpidump("dsa sign k= ", k);
211         log_mpidump("dsa sign M= ", input);
212         log_mpidump("dsa sign a= ", a);
213         log_mpidump("dsa sign b= ", b);
214     }
215   #endif
216     mpi_free(k);
217     mpi_free(t);
218     mpi_free(inv);
219     mpi_free(p_1);
220 }
221
222
223 /****************
224  * Returns true if the signature composed from A and B is valid.
225  */
226 int
227 dsa_verify(MPI a, MPI b, MPI input, DSA_public_key *pkey )
228 {
229     int rc;
230     MPI t1 = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(a) );
231     MPI t2 = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(a) );
232
233     mpi_powm( t1, pkey->y, a, pkey->p );
234     mpi_powm( t2, a, b, pkey->p );
235     mpi_mulm( t1, t1, t2, pkey->p );
236
237     mpi_powm( t2, pkey->g, input, pkey->p );
238
239     rc = !mpi_cmp( t1, t2 );
240
241     mpi_free(t1);
242     mpi_free(t2);
243     return rc;
244 }
245