initially checkin
[gnupg.git] / cipher / rsa.c
1 /* rsa.c  -  RSA function
2  *      Copyright (c) 1997 by Werner Koch (dd9jn)
3  *
4  * ATTENTION: This code should not be exported from the United States
5  * nor should it be used their without a license agreement with PKP.
6  * The RSA alorithm is protected by U.S. Patent #4,405,829 which
7  * expires on September 20, 2000!
8  *
9  * For a description of the algorithm, see:
10  *   Bruce Schneier: Applied Cryptography. John Wiley & Sons, 1996.
11  *   ISBN 0-471-11709-9. Pages 466 ff.
12  *
13  * This file is part of G10.
14  *
15  * G10 is free software; you can redistribute it and/or modify
16  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
17  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
18  * (at your option) any later version.
19  *
20  * G10 is distributed in the hope that it will be useful,
21  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
23  * GNU General Public License for more details.
24  *
25  * You should have received a copy of the GNU General Public License
26  * along with this program; if not, write to the Free Software
27  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
28  */
29
30 #include <config.h>
31 #include <stdio.h>
32 #include <stdlib.h>
33 #include <string.h>
34 #include "util.h"
35 #include "mpi.h"
36 #include "cipher.h"
37
38
39 void
40 rsa_free_public_key( RSA_public_key *pk )
41 {
42     mpi_free( pk->n ); pk->n = NULL;
43     mpi_free( pk->e ); pk->e = NULL;
44 }
45
46 void
47 rsa_free_secret_key( RSA_secret_key *sk )
48 {
49     mpi_free( sk->e ); sk->e = NULL;
50     mpi_free( sk->n ); sk->n = NULL;
51     mpi_free( sk->p ); sk->p = NULL;
52     mpi_free( sk->q ); sk->q = NULL;
53     mpi_free( sk->d ); sk->d = NULL;
54     mpi_free( sk->u ); sk->u = NULL;
55 }
56
57
58 static void
59 test_keys( RSA_public_key *pk, RSA_secret_key *sk, unsigned nbits )
60 {
61     MPI test = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
62     MPI out1 = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
63     MPI out2 = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
64
65     mpi_set_bytes( test, nbits, get_random_byte, 0 );
66
67     rsa_public( out1, test, pk );
68     rsa_secret( out2, out1, sk );
69     if( mpi_cmp( test, out2 ) )
70         log_fatal("RSA operation: public, secret failed\n");
71     rsa_secret( out1, test, sk );
72     rsa_public( out2, out1, pk );
73     if( mpi_cmp( test, out2 ) )
74         log_fatal("RSA operation: secret, public failed\n");
75     mpi_free( test );
76     mpi_free( out1 );
77     mpi_free( out2 );
78 }
79
80 /****************
81  * Generate a key pair with a key of size NBITS
82  * Returns: 2 structures filles with all needed values
83  */
84 void
85 rsa_generate( RSA_public_key *pk, RSA_secret_key *sk, unsigned nbits )
86 {
87     MPI p, q; /* the two primes */
88     MPI d;    /* the private key */
89     MPI u;
90     MPI t1, t2;
91     MPI n;    /* the public key */
92     MPI e;    /* the exponent */
93     MPI phi;  /* helper: (p-a)(q-1) */
94
95     /* select two (very secret) primes */
96     p = generate_random_prime( nbits / 2 );
97     q = generate_random_prime( nbits / 2 );
98     if( mpi_cmp( p, q ) > 0 ) /* p shall be smaller than q */
99         mpi_swap(p,q);
100     /* calculate phi = (p-1)(q-1) */
101     t1 = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(p) );
102     t2 = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(p) );
103     phi = mpi_alloc_secure( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB  );
104     mpi_sub_ui( t1, p, 1 );
105     mpi_sub_ui( t2, q, 1 );
106     mpi_mul( phi, t1, t2 );
107     /* multiply them to make the private key */
108     n = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
109     mpi_mul( n, p, q );
110     /* find a public exponent  */
111     e = mpi_alloc(1);
112     mpi_set_ui( e, 17); /* start with 17 */
113     while( !mpi_gcd(t1, e, phi) ) { /* (while gcd is not 1) */
114         if( DBG_CIPHER )
115             log_mpidump("trying e=", e);
116         mpi_add_ui( e, e, 2);
117     }
118     /* calculate the secret key d = e^1 mod phi */
119     d = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
120     mpi_inv_mod(d, e, phi );
121     /* calculate the inverse of p and q (used for chinese remainder theorem)*/
122     u = mpi_alloc( nbits / BITS_PER_MPI_LIMB );
123     mpi_inv_mod(u, p, q );
124
125     if( DBG_CIPHER ) {
126         log_mpidump("p=", p );
127         log_mpidump("q=", q );
128         log_mpidump("phi=", phi );
129         log_mpidump("n=", n );
130         log_mpidump("e=", e );
131         log_mpidump("d=", d );
132         log_mpidump("u=", u );
133     }
134
135     mpi_free(t1);
136     mpi_free(t2);
137     mpi_free(phi);
138
139     pk->n = mpi_copy(n);
140     pk->e = mpi_copy(e);
141     sk->n = n;
142     sk->e = e;
143     sk->p = p;
144     sk->q = q;
145     sk->d = d;
146     sk->u = u;
147
148     /* now we can test our keys (this should never fail!) */
149     test_keys( pk, sk, nbits - 16 );
150 }
151
152
153
154
155 /****************
156  * Public key operation. Encrypt INPUT with PKEY and put result into OUTPUT.
157  *
158  *      c = m^e mod n
159  *
160  * Where c is OUTPUT, m is INPUT and e,n are elements of PKEY.
161  */
162 void
163 rsa_public(MPI output, MPI input, RSA_public_key *pkey )
164 {
165     if( output == input ) { /* powm doesn't like output and input the same */
166         MPI x = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(input)*2 );
167         mpi_powm( x, input, pkey->e, pkey->n );
168         mpi_set(output, x);
169         mpi_free(x);
170     }
171     else
172         mpi_powm( output, input, pkey->e, pkey->n );
173 }
174
175 /****************
176  * Secret key operation. Encrypt INPUT with SKEY and put result into OUTPUT.
177  *
178  *      m = c^d mod n
179  *
180  * Where m is OUTPUT, c is INPUT and d,n are elements of PKEY.
181  *
182  * FIXME: We should better use the Chinese Remainder Theorem
183  */
184 void
185 rsa_secret(MPI output, MPI input, RSA_secret_key *skey )
186 {
187     mpi_powm( output, input, skey->d, skey->n );
188 }
189
190
191