bufhelp: use one-byte aligned type for unaligned memory accesses
[libgcrypt.git] / cipher / rsa.c
1 /* rsa.c - RSA implementation
2  * Copyright (C) 1997, 1998, 1999 by Werner Koch (dd9jn)
3  * Copyright (C) 2000, 2001, 2002, 2003, 2008 Free Software Foundation, Inc.
4  *
5  * This file is part of Libgcrypt.
6  *
7  * Libgcrypt is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU Lesser General Public License as
9  * published by the Free Software Foundation; either version 2.1 of
10  * the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * Libgcrypt is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15  * GNU Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  */
20
21 /* This code uses an algorithm protected by U.S. Patent #4,405,829
22    which expired on September 20, 2000.  The patent holder placed that
23    patent into the public domain on Sep 6th, 2000.
24 */
25
26 #include <config.h>
27 #include <stdio.h>
28 #include <stdlib.h>
29 #include <string.h>
30 #include <errno.h>
31
32 #include "g10lib.h"
33 #include "mpi.h"
34 #include "cipher.h"
35 #include "pubkey-internal.h"
36
37
38 typedef struct
39 {
40   gcry_mpi_t n;     /* modulus */
41   gcry_mpi_t e;     /* exponent */
42 } RSA_public_key;
43
44
45 typedef struct
46 {
47   gcry_mpi_t n;     /* public modulus */
48   gcry_mpi_t e;     /* public exponent */
49   gcry_mpi_t d;     /* exponent */
50   gcry_mpi_t p;     /* prime  p. */
51   gcry_mpi_t q;     /* prime  q. */
52   gcry_mpi_t u;     /* inverse of p mod q. */
53 } RSA_secret_key;
54
55
56 static const char *rsa_names[] =
57   {
58     "rsa",
59     "openpgp-rsa",
60     "oid.1.2.840.113549.1.1.1",
61     NULL,
62   };
63
64
65 /* A sample 1024 bit RSA key used for the selftests.  */
66 static const char sample_secret_key[] =
67 "(private-key"
68 " (rsa"
69 "  (n #00e0ce96f90b6c9e02f3922beada93fe50a875eac6bcc18bb9a9cf2e84965caa"
70 "      2d1ff95a7f542465c6c0c19d276e4526ce048868a7a914fd343cc3a87dd74291"
71 "      ffc565506d5bbb25cbac6a0e2dd1f8bcaab0d4a29c2f37c950f363484bf269f7"
72 "      891440464baf79827e03a36e70b814938eebdc63e964247be75dc58b014b7ea251#)"
73 "  (e #010001#)"
74 "  (d #046129f2489d71579be0a75fe029bd6cdb574ebf57ea8a5b0fda942cab943b11"
75 "      7d7bb95e5d28875e0f9fc5fcc06a72f6d502464dabded78ef6b716177b83d5bd"
76 "      c543dc5d3fed932e59f5897e92e6f58a0f33424106a3b6fa2cbf877510e4ac21"
77 "      c3ee47851e97d12996222ac3566d4ccb0b83d164074abf7de655fc2446da1781#)"
78 "  (p #00e861b700e17e8afe6837e7512e35b6ca11d0ae47d8b85161c67baf64377213"
79 "      fe52d772f2035b3ca830af41d8a4120e1c1c70d12cc22f00d28d31dd48a8d424f1#)"
80 "  (q #00f7a7ca5367c661f8e62df34f0d05c10c88e5492348dd7bddc942c9a8f369f9"
81 "      35a07785d2db805215ed786e4285df1658eed3ce84f469b81b50d358407b4ad361#)"
82 "  (u #304559a9ead56d2309d203811a641bb1a09626bc8eb36fffa23c968ec5bd891e"
83 "      ebbafc73ae666e01ba7c8990bae06cc2bbe10b75e69fcacb353a6473079d8e9b#)))";
84 /* A sample 1024 bit RSA key used for the selftests (public only).  */
85 static const char sample_public_key[] =
86 "(public-key"
87 " (rsa"
88 "  (n #00e0ce96f90b6c9e02f3922beada93fe50a875eac6bcc18bb9a9cf2e84965caa"
89 "      2d1ff95a7f542465c6c0c19d276e4526ce048868a7a914fd343cc3a87dd74291"
90 "      ffc565506d5bbb25cbac6a0e2dd1f8bcaab0d4a29c2f37c950f363484bf269f7"
91 "      891440464baf79827e03a36e70b814938eebdc63e964247be75dc58b014b7ea251#)"
92 "  (e #010001#)))";
93
94
95
96 \f
97 static int test_keys (RSA_secret_key *sk, unsigned nbits);
98 static int  check_secret_key (RSA_secret_key *sk);
99 static void public (gcry_mpi_t output, gcry_mpi_t input, RSA_public_key *skey);
100 static void secret (gcry_mpi_t output, gcry_mpi_t input, RSA_secret_key *skey);
101 static unsigned int rsa_get_nbits (gcry_sexp_t parms);
102
103
104 /* Check that a freshly generated key actually works.  Returns 0 on success. */
105 static int
106 test_keys (RSA_secret_key *sk, unsigned int nbits)
107 {
108   int result = -1; /* Default to failure.  */
109   RSA_public_key pk;
110   gcry_mpi_t plaintext = mpi_new (nbits);
111   gcry_mpi_t ciphertext = mpi_new (nbits);
112   gcry_mpi_t decr_plaintext = mpi_new (nbits);
113   gcry_mpi_t signature = mpi_new (nbits);
114
115   /* Put the relevant parameters into a public key structure.  */
116   pk.n = sk->n;
117   pk.e = sk->e;
118
119   /* Create a random plaintext.  */
120   _gcry_mpi_randomize (plaintext, nbits, GCRY_WEAK_RANDOM);
121
122   /* Encrypt using the public key.  */
123   public (ciphertext, plaintext, &pk);
124
125   /* Check that the cipher text does not match the plaintext.  */
126   if (!mpi_cmp (ciphertext, plaintext))
127     goto leave; /* Ciphertext is identical to the plaintext.  */
128
129   /* Decrypt using the secret key.  */
130   secret (decr_plaintext, ciphertext, sk);
131
132   /* Check that the decrypted plaintext matches the original plaintext.  */
133   if (mpi_cmp (decr_plaintext, plaintext))
134     goto leave; /* Plaintext does not match.  */
135
136   /* Create another random plaintext as data for signature checking.  */
137   _gcry_mpi_randomize (plaintext, nbits, GCRY_WEAK_RANDOM);
138
139   /* Use the RSA secret function to create a signature of the plaintext.  */
140   secret (signature, plaintext, sk);
141
142   /* Use the RSA public function to verify this signature.  */
143   public (decr_plaintext, signature, &pk);
144   if (mpi_cmp (decr_plaintext, plaintext))
145     goto leave; /* Signature does not match.  */
146
147   /* Modify the signature and check that the signing fails.  */
148   mpi_add_ui (signature, signature, 1);
149   public (decr_plaintext, signature, &pk);
150   if (!mpi_cmp (decr_plaintext, plaintext))
151     goto leave; /* Signature matches but should not.  */
152
153   result = 0; /* All tests succeeded.  */
154
155  leave:
156   _gcry_mpi_release (signature);
157   _gcry_mpi_release (decr_plaintext);
158   _gcry_mpi_release (ciphertext);
159   _gcry_mpi_release (plaintext);
160   return result;
161 }
162
163
164 /* Callback used by the prime generation to test whether the exponent
165    is suitable. Returns 0 if the test has been passed. */
166 static int
167 check_exponent (void *arg, gcry_mpi_t a)
168 {
169   gcry_mpi_t e = arg;
170   gcry_mpi_t tmp;
171   int result;
172
173   mpi_sub_ui (a, a, 1);
174   tmp = _gcry_mpi_alloc_like (a);
175   result = !mpi_gcd(tmp, e, a); /* GCD is not 1. */
176   _gcry_mpi_release (tmp);
177   mpi_add_ui (a, a, 1);
178   return result;
179 }
180
181 /****************
182  * Generate a key pair with a key of size NBITS.
183  * USE_E = 0 let Libcgrypt decide what exponent to use.
184  *       = 1 request the use of a "secure" exponent; this is required by some
185  *           specification to be 65537.
186  *       > 2 Use this public exponent.  If the given exponent
187  *           is not odd one is internally added to it.
188  * TRANSIENT_KEY:  If true, generate the primes using the standard RNG.
189  * Returns: 2 structures filled with all needed values
190  */
191 static gpg_err_code_t
192 generate_std (RSA_secret_key *sk, unsigned int nbits, unsigned long use_e,
193               int transient_key)
194 {
195   gcry_mpi_t p, q; /* the two primes */
196   gcry_mpi_t d;    /* the private key */
197   gcry_mpi_t u;
198   gcry_mpi_t t1, t2;
199   gcry_mpi_t n;    /* the public key */
200   gcry_mpi_t e;    /* the exponent */
201   gcry_mpi_t phi;  /* helper: (p-1)(q-1) */
202   gcry_mpi_t g;
203   gcry_mpi_t f;
204   gcry_random_level_t random_level;
205
206   if (fips_mode ())
207     {
208       if (nbits < 1024)
209         return GPG_ERR_INV_VALUE;
210       if (transient_key)
211         return GPG_ERR_INV_VALUE;
212     }
213
214   /* The random quality depends on the transient_key flag.  */
215   random_level = transient_key ? GCRY_STRONG_RANDOM : GCRY_VERY_STRONG_RANDOM;
216
217   /* Make sure that nbits is even so that we generate p, q of equal size. */
218   if ( (nbits&1) )
219     nbits++;
220
221   if (use_e == 1)   /* Alias for a secure value */
222     use_e = 65537;  /* as demanded by Sphinx. */
223
224   /* Public exponent:
225      In general we use 41 as this is quite fast and more secure than the
226      commonly used 17.  Benchmarking the RSA verify function
227      with a 1024 bit key yields (2001-11-08):
228      e=17    0.54 ms
229      e=41    0.75 ms
230      e=257   0.95 ms
231      e=65537 1.80 ms
232   */
233   e = mpi_alloc( (32+BITS_PER_MPI_LIMB-1)/BITS_PER_MPI_LIMB );
234   if (!use_e)
235     mpi_set_ui (e, 41);     /* This is a reasonable secure and fast value */
236   else
237     {
238       use_e |= 1; /* make sure this is odd */
239       mpi_set_ui (e, use_e);
240     }
241
242   n = mpi_new (nbits);
243
244   p = q = NULL;
245   do
246     {
247       /* select two (very secret) primes */
248       if (p)
249         _gcry_mpi_release (p);
250       if (q)
251         _gcry_mpi_release (q);
252       if (use_e)
253         { /* Do an extra test to ensure that the given exponent is
254              suitable. */
255           p = _gcry_generate_secret_prime (nbits/2, random_level,
256                                            check_exponent, e);
257           q = _gcry_generate_secret_prime (nbits/2, random_level,
258                                            check_exponent, e);
259         }
260       else
261         { /* We check the exponent later. */
262           p = _gcry_generate_secret_prime (nbits/2, random_level, NULL, NULL);
263           q = _gcry_generate_secret_prime (nbits/2, random_level, NULL, NULL);
264         }
265       if (mpi_cmp (p, q) > 0 ) /* p shall be smaller than q (for calc of u)*/
266         mpi_swap(p,q);
267       /* calculate the modulus */
268       mpi_mul( n, p, q );
269     }
270   while ( mpi_get_nbits(n) != nbits );
271
272   /* calculate Euler totient: phi = (p-1)(q-1) */
273   t1 = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(p) );
274   t2 = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(p) );
275   phi   = mpi_snew ( nbits );
276   g     = mpi_snew ( nbits );
277   f     = mpi_snew ( nbits );
278   mpi_sub_ui( t1, p, 1 );
279   mpi_sub_ui( t2, q, 1 );
280   mpi_mul( phi, t1, t2 );
281   mpi_gcd (g, t1, t2);
282   mpi_fdiv_q(f, phi, g);
283
284   while (!mpi_gcd(t1, e, phi)) /* (while gcd is not 1) */
285     {
286       if (use_e)
287         BUG (); /* The prime generator already made sure that we
288                    never can get to here. */
289       mpi_add_ui (e, e, 2);
290     }
291
292   /* calculate the secret key d = e^1 mod phi */
293   d = mpi_snew ( nbits );
294   mpi_invm (d, e, f );
295   /* calculate the inverse of p and q (used for chinese remainder theorem)*/
296   u = mpi_snew ( nbits );
297   mpi_invm(u, p, q );
298
299   if( DBG_CIPHER )
300     {
301       log_mpidump("  p= ", p );
302       log_mpidump("  q= ", q );
303       log_mpidump("phi= ", phi );
304       log_mpidump("  g= ", g );
305       log_mpidump("  f= ", f );
306       log_mpidump("  n= ", n );
307       log_mpidump("  e= ", e );
308       log_mpidump("  d= ", d );
309       log_mpidump("  u= ", u );
310     }
311
312   _gcry_mpi_release (t1);
313   _gcry_mpi_release (t2);
314   _gcry_mpi_release (phi);
315   _gcry_mpi_release (f);
316   _gcry_mpi_release (g);
317
318   sk->n = n;
319   sk->e = e;
320   sk->p = p;
321   sk->q = q;
322   sk->d = d;
323   sk->u = u;
324
325   /* Now we can test our keys. */
326   if (test_keys (sk, nbits - 64))
327     {
328       _gcry_mpi_release (sk->n); sk->n = NULL;
329       _gcry_mpi_release (sk->e); sk->e = NULL;
330       _gcry_mpi_release (sk->p); sk->p = NULL;
331       _gcry_mpi_release (sk->q); sk->q = NULL;
332       _gcry_mpi_release (sk->d); sk->d = NULL;
333       _gcry_mpi_release (sk->u); sk->u = NULL;
334       fips_signal_error ("self-test after key generation failed");
335       return GPG_ERR_SELFTEST_FAILED;
336     }
337
338   return 0;
339 }
340
341
342 /* Helper for generate_x931.  */
343 static gcry_mpi_t
344 gen_x931_parm_xp (unsigned int nbits)
345 {
346   gcry_mpi_t xp;
347
348   xp = mpi_snew (nbits);
349   _gcry_mpi_randomize (xp, nbits, GCRY_VERY_STRONG_RANDOM);
350
351   /* The requirement for Xp is:
352
353        sqrt{2}*2^{nbits-1} <= xp <= 2^{nbits} - 1
354
355      We set the two high order bits to 1 to satisfy the lower bound.
356      By using mpi_set_highbit we make sure that the upper bound is
357      satisfied as well.  */
358   mpi_set_highbit (xp, nbits-1);
359   mpi_set_bit (xp, nbits-2);
360   gcry_assert ( mpi_get_nbits (xp) == nbits );
361
362   return xp;
363 }
364
365
366 /* Helper for generate_x931.  */
367 static gcry_mpi_t
368 gen_x931_parm_xi (void)
369 {
370   gcry_mpi_t xi;
371
372   xi = mpi_snew (101);
373   _gcry_mpi_randomize (xi, 101, GCRY_VERY_STRONG_RANDOM);
374   mpi_set_highbit (xi, 100);
375   gcry_assert ( mpi_get_nbits (xi) == 101 );
376
377   return xi;
378 }
379
380
381
382 /* Variant of the standard key generation code using the algorithm
383    from X9.31.  Using this algorithm has the advantage that the
384    generation can be made deterministic which is required for CAVS
385    testing.  */
386 static gpg_err_code_t
387 generate_x931 (RSA_secret_key *sk, unsigned int nbits, unsigned long e_value,
388                gcry_sexp_t deriveparms, int *swapped)
389 {
390   gcry_mpi_t p, q; /* The two primes.  */
391   gcry_mpi_t e;    /* The public exponent.  */
392   gcry_mpi_t n;    /* The public key.  */
393   gcry_mpi_t d;    /* The private key */
394   gcry_mpi_t u;    /* The inverse of p and q.  */
395   gcry_mpi_t pm1;  /* p - 1  */
396   gcry_mpi_t qm1;  /* q - 1  */
397   gcry_mpi_t phi;  /* Euler totient.  */
398   gcry_mpi_t f, g; /* Helper.  */
399
400   *swapped = 0;
401
402   if (e_value == 1)   /* Alias for a secure value. */
403     e_value = 65537;
404
405   /* Point 1 of section 4.1:  k = 1024 + 256s with S >= 0  */
406   if (nbits < 1024 || (nbits % 256))
407     return GPG_ERR_INV_VALUE;
408
409   /* Point 2:  2 <= bitlength(e) < 2^{k-2}
410      Note that we do not need to check the upper bound because we use
411      an unsigned long for E and thus there is no way for E to reach
412      that limit.  */
413   if (e_value < 3)
414     return GPG_ERR_INV_VALUE;
415
416   /* Our implementaion requires E to be odd.  */
417   if (!(e_value & 1))
418     return GPG_ERR_INV_VALUE;
419
420   /* Point 3:  e > 0 or e 0 if it is to be randomly generated.
421      We support only a fixed E and thus there is no need for an extra test.  */
422
423
424   /* Compute or extract the derive parameters.  */
425   {
426     gcry_mpi_t xp1 = NULL;
427     gcry_mpi_t xp2 = NULL;
428     gcry_mpi_t xp  = NULL;
429     gcry_mpi_t xq1 = NULL;
430     gcry_mpi_t xq2 = NULL;
431     gcry_mpi_t xq  = NULL;
432     gcry_mpi_t tmpval;
433
434     if (!deriveparms)
435       {
436         /* Not given: Generate them.  */
437         xp = gen_x931_parm_xp (nbits/2);
438         /* Make sure that |xp - xq| > 2^{nbits - 100} holds.  */
439         tmpval = mpi_snew (nbits/2);
440         do
441           {
442             _gcry_mpi_release (xq);
443             xq = gen_x931_parm_xp (nbits/2);
444             mpi_sub (tmpval, xp, xq);
445           }
446         while (mpi_get_nbits (tmpval) <= (nbits/2 - 100));
447         _gcry_mpi_release (tmpval);
448
449         xp1 = gen_x931_parm_xi ();
450         xp2 = gen_x931_parm_xi ();
451         xq1 = gen_x931_parm_xi ();
452         xq2 = gen_x931_parm_xi ();
453
454       }
455     else
456       {
457         /* Parameters to derive the key are given.  */
458         /* Note that we explicitly need to setup the values of tbl
459            because some compilers (e.g. OpenWatcom, IRIX) don't allow
460            to initialize a structure with automatic variables.  */
461         struct { const char *name; gcry_mpi_t *value; } tbl[] = {
462           { "Xp1" },
463           { "Xp2" },
464           { "Xp"  },
465           { "Xq1" },
466           { "Xq2" },
467           { "Xq"  },
468           { NULL }
469         };
470         int idx;
471         gcry_sexp_t oneparm;
472
473         tbl[0].value = &xp1;
474         tbl[1].value = &xp2;
475         tbl[2].value = &xp;
476         tbl[3].value = &xq1;
477         tbl[4].value = &xq2;
478         tbl[5].value = &xq;
479
480         for (idx=0; tbl[idx].name; idx++)
481           {
482             oneparm = sexp_find_token (deriveparms, tbl[idx].name, 0);
483             if (oneparm)
484               {
485                 *tbl[idx].value = sexp_nth_mpi (oneparm, 1, GCRYMPI_FMT_USG);
486                 sexp_release (oneparm);
487               }
488           }
489         for (idx=0; tbl[idx].name; idx++)
490           if (!*tbl[idx].value)
491             break;
492         if (tbl[idx].name)
493           {
494             /* At least one parameter is missing.  */
495             for (idx=0; tbl[idx].name; idx++)
496               _gcry_mpi_release (*tbl[idx].value);
497             return GPG_ERR_MISSING_VALUE;
498           }
499       }
500
501     e = mpi_alloc_set_ui (e_value);
502
503     /* Find two prime numbers.  */
504     p = _gcry_derive_x931_prime (xp, xp1, xp2, e, NULL, NULL);
505     q = _gcry_derive_x931_prime (xq, xq1, xq2, e, NULL, NULL);
506     _gcry_mpi_release (xp);  xp  = NULL;
507     _gcry_mpi_release (xp1); xp1 = NULL;
508     _gcry_mpi_release (xp2); xp2 = NULL;
509     _gcry_mpi_release (xq);  xq  = NULL;
510     _gcry_mpi_release (xq1); xq1 = NULL;
511     _gcry_mpi_release (xq2); xq2 = NULL;
512     if (!p || !q)
513       {
514         _gcry_mpi_release (p);
515         _gcry_mpi_release (q);
516         _gcry_mpi_release (e);
517         return GPG_ERR_NO_PRIME;
518       }
519   }
520
521
522   /* Compute the public modulus.  We make sure that p is smaller than
523      q to allow the use of the CRT.  */
524   if (mpi_cmp (p, q) > 0 )
525     {
526       mpi_swap (p, q);
527       *swapped = 1;
528     }
529   n = mpi_new (nbits);
530   mpi_mul (n, p, q);
531
532   /* Compute the Euler totient:  phi = (p-1)(q-1)  */
533   pm1 = mpi_snew (nbits/2);
534   qm1 = mpi_snew (nbits/2);
535   phi = mpi_snew (nbits);
536   mpi_sub_ui (pm1, p, 1);
537   mpi_sub_ui (qm1, q, 1);
538   mpi_mul (phi, pm1, qm1);
539
540   g = mpi_snew (nbits);
541   gcry_assert (mpi_gcd (g, e, phi));
542
543   /* Compute: f = lcm(p-1,q-1) = phi / gcd(p-1,q-1) */
544   mpi_gcd (g, pm1, qm1);
545   f = pm1; pm1 = NULL;
546   _gcry_mpi_release (qm1); qm1 = NULL;
547   mpi_fdiv_q (f, phi, g);
548   _gcry_mpi_release (phi); phi = NULL;
549   d = g; g = NULL;
550   /* Compute the secret key:  d = e^{-1} mod lcm(p-1,q-1) */
551   mpi_invm (d, e, f);
552
553   /* Compute the inverse of p and q.  */
554   u = f; f = NULL;
555   mpi_invm (u, p, q );
556
557   if( DBG_CIPHER )
558     {
559       if (*swapped)
560         log_debug ("p and q are swapped\n");
561       log_mpidump("  p", p );
562       log_mpidump("  q", q );
563       log_mpidump("  n", n );
564       log_mpidump("  e", e );
565       log_mpidump("  d", d );
566       log_mpidump("  u", u );
567     }
568
569
570   sk->n = n;
571   sk->e = e;
572   sk->p = p;
573   sk->q = q;
574   sk->d = d;
575   sk->u = u;
576
577   /* Now we can test our keys. */
578   if (test_keys (sk, nbits - 64))
579     {
580       _gcry_mpi_release (sk->n); sk->n = NULL;
581       _gcry_mpi_release (sk->e); sk->e = NULL;
582       _gcry_mpi_release (sk->p); sk->p = NULL;
583       _gcry_mpi_release (sk->q); sk->q = NULL;
584       _gcry_mpi_release (sk->d); sk->d = NULL;
585       _gcry_mpi_release (sk->u); sk->u = NULL;
586       fips_signal_error ("self-test after key generation failed");
587       return GPG_ERR_SELFTEST_FAILED;
588     }
589
590   return 0;
591 }
592
593
594 /****************
595  * Test whether the secret key is valid.
596  * Returns: true if this is a valid key.
597  */
598 static int
599 check_secret_key( RSA_secret_key *sk )
600 {
601   int rc;
602   gcry_mpi_t temp = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(sk->p)*2 );
603
604   mpi_mul(temp, sk->p, sk->q );
605   rc = mpi_cmp( temp, sk->n );
606   mpi_free(temp);
607   return !rc;
608 }
609
610
611
612 /****************
613  * Public key operation. Encrypt INPUT with PKEY and put result into OUTPUT.
614  *
615  *      c = m^e mod n
616  *
617  * Where c is OUTPUT, m is INPUT and e,n are elements of PKEY.
618  */
619 static void
620 public(gcry_mpi_t output, gcry_mpi_t input, RSA_public_key *pkey )
621 {
622   if( output == input )  /* powm doesn't like output and input the same */
623     {
624       gcry_mpi_t x = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(input)*2 );
625       mpi_powm( x, input, pkey->e, pkey->n );
626       mpi_set(output, x);
627       mpi_free(x);
628     }
629   else
630     mpi_powm( output, input, pkey->e, pkey->n );
631 }
632
633 #if 0
634 static void
635 stronger_key_check ( RSA_secret_key *skey )
636 {
637   gcry_mpi_t t = mpi_alloc_secure ( 0 );
638   gcry_mpi_t t1 = mpi_alloc_secure ( 0 );
639   gcry_mpi_t t2 = mpi_alloc_secure ( 0 );
640   gcry_mpi_t phi = mpi_alloc_secure ( 0 );
641
642   /* check that n == p * q */
643   mpi_mul( t, skey->p, skey->q);
644   if (mpi_cmp( t, skey->n) )
645     log_info ( "RSA Oops: n != p * q\n" );
646
647   /* check that p is less than q */
648   if( mpi_cmp( skey->p, skey->q ) > 0 )
649     {
650       log_info ("RSA Oops: p >= q - fixed\n");
651       _gcry_mpi_swap ( skey->p, skey->q);
652     }
653
654     /* check that e divides neither p-1 nor q-1 */
655     mpi_sub_ui(t, skey->p, 1 );
656     mpi_fdiv_r(t, t, skey->e );
657     if ( !mpi_cmp_ui( t, 0) )
658         log_info ( "RSA Oops: e divides p-1\n" );
659     mpi_sub_ui(t, skey->q, 1 );
660     mpi_fdiv_r(t, t, skey->e );
661     if ( !mpi_cmp_ui( t, 0) )
662         log_info ( "RSA Oops: e divides q-1\n" );
663
664     /* check that d is correct */
665     mpi_sub_ui( t1, skey->p, 1 );
666     mpi_sub_ui( t2, skey->q, 1 );
667     mpi_mul( phi, t1, t2 );
668     gcry_mpi_gcd(t, t1, t2);
669     mpi_fdiv_q(t, phi, t);
670     mpi_invm(t, skey->e, t );
671     if ( mpi_cmp(t, skey->d ) )
672       {
673         log_info ( "RSA Oops: d is wrong - fixed\n");
674         mpi_set (skey->d, t);
675         log_printmpi ("  fixed d", skey->d);
676       }
677
678     /* check for correctness of u */
679     mpi_invm(t, skey->p, skey->q );
680     if ( mpi_cmp(t, skey->u ) )
681       {
682         log_info ( "RSA Oops: u is wrong - fixed\n");
683         mpi_set (skey->u, t);
684         log_printmpi ("  fixed u", skey->u);
685       }
686
687     log_info ( "RSA secret key check finished\n");
688
689     mpi_free (t);
690     mpi_free (t1);
691     mpi_free (t2);
692     mpi_free (phi);
693 }
694 #endif
695
696
697
698 /****************
699  * Secret key operation. Encrypt INPUT with SKEY and put result into OUTPUT.
700  *
701  *      m = c^d mod n
702  *
703  * Or faster:
704  *
705  *      m1 = c ^ (d mod (p-1)) mod p
706  *      m2 = c ^ (d mod (q-1)) mod q
707  *      h = u * (m2 - m1) mod q
708  *      m = m1 + h * p
709  *
710  * Where m is OUTPUT, c is INPUT and d,n,p,q,u are elements of SKEY.
711  */
712 static void
713 secret (gcry_mpi_t output, gcry_mpi_t input, RSA_secret_key *skey )
714 {
715   /* Remove superfluous leading zeroes from INPUT.  */
716   mpi_normalize (input);
717
718   if (!skey->p || !skey->q || !skey->u)
719     {
720       mpi_powm (output, input, skey->d, skey->n);
721     }
722   else
723     {
724       gcry_mpi_t m1 = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(skey->n)+1 );
725       gcry_mpi_t m2 = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(skey->n)+1 );
726       gcry_mpi_t h  = mpi_alloc_secure( mpi_get_nlimbs(skey->n)+1 );
727
728       /* m1 = c ^ (d mod (p-1)) mod p */
729       mpi_sub_ui( h, skey->p, 1  );
730       mpi_fdiv_r( h, skey->d, h );
731       mpi_powm( m1, input, h, skey->p );
732       /* m2 = c ^ (d mod (q-1)) mod q */
733       mpi_sub_ui( h, skey->q, 1  );
734       mpi_fdiv_r( h, skey->d, h );
735       mpi_powm( m2, input, h, skey->q );
736       /* h = u * ( m2 - m1 ) mod q */
737       mpi_sub( h, m2, m1 );
738       if ( mpi_has_sign ( h ) )
739         mpi_add ( h, h, skey->q );
740       mpi_mulm( h, skey->u, h, skey->q );
741       /* m = m2 + h * p */
742       mpi_mul ( h, h, skey->p );
743       mpi_add ( output, m1, h );
744
745       mpi_free ( h );
746       mpi_free ( m1 );
747       mpi_free ( m2 );
748     }
749 }
750
751
752
753 /*********************************************
754  **************  interface  ******************
755  *********************************************/
756
757 static gcry_err_code_t
758 rsa_generate (const gcry_sexp_t genparms, gcry_sexp_t *r_skey)
759 {
760   gpg_err_code_t ec;
761   unsigned int nbits;
762   unsigned long evalue;
763   RSA_secret_key sk;
764   gcry_sexp_t deriveparms;
765   int flags = 0;
766   gcry_sexp_t l1;
767   gcry_sexp_t swap_info = NULL;
768
769   memset (&sk, 0, sizeof sk);
770
771   ec = _gcry_pk_util_get_nbits (genparms, &nbits);
772   if (ec)
773     return ec;
774
775   ec = _gcry_pk_util_get_rsa_use_e (genparms, &evalue);
776   if (ec)
777     return ec;
778
779   /* Parse the optional flags list.  */
780   l1 = sexp_find_token (genparms, "flags", 0);
781   if (l1)
782     {
783       ec = _gcry_pk_util_parse_flaglist (l1, &flags, NULL);
784       sexp_release (l1);
785       if (ec)
786         return ec;
787     }
788
789   deriveparms = (genparms?
790                  sexp_find_token (genparms, "derive-parms", 0) : NULL);
791   if (!deriveparms)
792     {
793       /* Parse the optional "use-x931" flag. */
794       l1 = sexp_find_token (genparms, "use-x931", 0);
795       if (l1)
796         {
797           flags |= PUBKEY_FLAG_USE_X931;
798           sexp_release (l1);
799         }
800     }
801
802   if (deriveparms || (flags & PUBKEY_FLAG_USE_X931) || fips_mode ())
803     {
804       int swapped;
805       ec = generate_x931 (&sk, nbits, evalue, deriveparms, &swapped);
806       sexp_release (deriveparms);
807       if (!ec && swapped)
808         ec = sexp_new (&swap_info, "(misc-key-info(p-q-swapped))", 0, 1);
809     }
810   else
811     {
812       /* Parse the optional "transient-key" flag. */
813       if (!(flags & PUBKEY_FLAG_TRANSIENT_KEY))
814         {
815           l1 = sexp_find_token (genparms, "transient-key", 0);
816           if (l1)
817             {
818               flags |= PUBKEY_FLAG_TRANSIENT_KEY;
819               sexp_release (l1);
820             }
821         }
822       /* Generate.  */
823       ec = generate_std (&sk, nbits, evalue,
824                          !!(flags & PUBKEY_FLAG_TRANSIENT_KEY));
825     }
826
827   if (!ec)
828     {
829       ec = sexp_build (r_skey, NULL,
830                        "(key-data"
831                        " (public-key"
832                        "  (rsa(n%m)(e%m)))"
833                        " (private-key"
834                        "  (rsa(n%m)(e%m)(d%m)(p%m)(q%m)(u%m)))"
835                        " %S)",
836                        sk.n, sk.e,
837                        sk.n, sk.e, sk.d, sk.p, sk.q, sk.u,
838                        swap_info);
839     }
840
841   mpi_free (sk.n);
842   mpi_free (sk.e);
843   mpi_free (sk.p);
844   mpi_free (sk.q);
845   mpi_free (sk.d);
846   mpi_free (sk.u);
847   sexp_release (swap_info);
848
849   return ec;
850 }
851
852
853 static gcry_err_code_t
854 rsa_check_secret_key (gcry_sexp_t keyparms)
855 {
856   gcry_err_code_t rc;
857   RSA_secret_key sk = {NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
858
859   /* To check the key we need the optional parameters. */
860   rc = sexp_extract_param (keyparms, NULL, "nedpqu",
861                            &sk.n, &sk.e, &sk.d, &sk.p, &sk.q, &sk.u,
862                            NULL);
863   if (rc)
864     goto leave;
865
866   if (!check_secret_key (&sk))
867     rc = GPG_ERR_BAD_SECKEY;
868
869  leave:
870   _gcry_mpi_release (sk.n);
871   _gcry_mpi_release (sk.e);
872   _gcry_mpi_release (sk.d);
873   _gcry_mpi_release (sk.p);
874   _gcry_mpi_release (sk.q);
875   _gcry_mpi_release (sk.u);
876   if (DBG_CIPHER)
877     log_debug ("rsa_testkey    => %s\n", gpg_strerror (rc));
878   return rc;
879 }
880
881
882 static gcry_err_code_t
883 rsa_encrypt (gcry_sexp_t *r_ciph, gcry_sexp_t s_data, gcry_sexp_t keyparms)
884 {
885   gcry_err_code_t rc;
886   struct pk_encoding_ctx ctx;
887   gcry_mpi_t data = NULL;
888   RSA_public_key pk = {NULL, NULL};
889   gcry_mpi_t ciph = NULL;
890
891   _gcry_pk_util_init_encoding_ctx (&ctx, PUBKEY_OP_ENCRYPT,
892                                    rsa_get_nbits (keyparms));
893
894   /* Extract the data.  */
895   rc = _gcry_pk_util_data_to_mpi (s_data, &data, &ctx);
896   if (rc)
897     goto leave;
898   if (DBG_CIPHER)
899     log_mpidump ("rsa_encrypt data", data);
900   if (mpi_is_opaque (data))
901     {
902       rc = GPG_ERR_INV_DATA;
903       goto leave;
904     }
905
906   /* Extract the key.  */
907   rc = sexp_extract_param (keyparms, NULL, "ne", &pk.n, &pk.e, NULL);
908   if (rc)
909     goto leave;
910   if (DBG_CIPHER)
911     {
912       log_mpidump ("rsa_encrypt    n", pk.n);
913       log_mpidump ("rsa_encrypt    e", pk.e);
914     }
915
916   /* Do RSA computation and build result.  */
917   ciph = mpi_new (0);
918   public (ciph, data, &pk);
919   if (DBG_CIPHER)
920     log_mpidump ("rsa_encrypt  res", ciph);
921   if ((ctx.flags & PUBKEY_FLAG_FIXEDLEN))
922     {
923       /* We need to make sure to return the correct length to avoid
924          problems with missing leading zeroes.  */
925       unsigned char *em;
926       size_t emlen = (mpi_get_nbits (pk.n)+7)/8;
927
928       rc = _gcry_mpi_to_octet_string (&em, NULL, ciph, emlen);
929       if (!rc)
930         {
931           rc = sexp_build (r_ciph, NULL, "(enc-val(rsa(a%b)))", (int)emlen, em);
932           xfree (em);
933         }
934     }
935   else
936     rc = sexp_build (r_ciph, NULL, "(enc-val(rsa(a%m)))", ciph);
937
938  leave:
939   _gcry_mpi_release (ciph);
940   _gcry_mpi_release (pk.n);
941   _gcry_mpi_release (pk.e);
942   _gcry_mpi_release (data);
943   _gcry_pk_util_free_encoding_ctx (&ctx);
944   if (DBG_CIPHER)
945     log_debug ("rsa_encrypt    => %s\n", gpg_strerror (rc));
946   return rc;
947 }
948
949
950 static gcry_err_code_t
951 rsa_decrypt (gcry_sexp_t *r_plain, gcry_sexp_t s_data, gcry_sexp_t keyparms)
952
953 {
954   gpg_err_code_t rc;
955   struct pk_encoding_ctx ctx;
956   gcry_sexp_t l1 = NULL;
957   gcry_mpi_t data = NULL;
958   RSA_secret_key sk = {NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
959   gcry_mpi_t plain = NULL;
960   gcry_mpi_t r = NULL;     /* Random number needed for blinding.  */
961   gcry_mpi_t ri = NULL;    /* Modular multiplicative inverse of r.  */
962   gcry_mpi_t bldata = NULL;/* Blinded data to decrypt.  */
963   unsigned char *unpad = NULL;
964   size_t unpadlen = 0;
965
966   _gcry_pk_util_init_encoding_ctx (&ctx, PUBKEY_OP_DECRYPT,
967                                    rsa_get_nbits (keyparms));
968
969   /* Extract the data.  */
970   rc = _gcry_pk_util_preparse_encval (s_data, rsa_names, &l1, &ctx);
971   if (rc)
972     goto leave;
973   rc = sexp_extract_param (l1, NULL, "a", &data, NULL);
974   if (rc)
975     goto leave;
976   if (DBG_CIPHER)
977     log_printmpi ("rsa_decrypt data", data);
978   if (mpi_is_opaque (data))
979     {
980       rc = GPG_ERR_INV_DATA;
981       goto leave;
982     }
983
984   /* Extract the key.  */
985   rc = sexp_extract_param (keyparms, NULL, "nedp?q?u?",
986                            &sk.n, &sk.e, &sk.d, &sk.p, &sk.q, &sk.u,
987                            NULL);
988   if (rc)
989     goto leave;
990   if (DBG_CIPHER)
991     {
992       log_printmpi ("rsa_decrypt    n", sk.n);
993       log_printmpi ("rsa_decrypt    e", sk.e);
994       if (!fips_mode ())
995         {
996           log_printmpi ("rsa_decrypt    d", sk.d);
997           log_printmpi ("rsa_decrypt    p", sk.p);
998           log_printmpi ("rsa_decrypt    q", sk.q);
999           log_printmpi ("rsa_decrypt    u", sk.u);
1000         }
1001     }
1002
1003   /* Better make sure that there are no superfluous leading zeroes in
1004      the input and it has not been "padded" using multiples of N.
1005      This mitigates side-channel attacks (CVE-2013-4576).  */
1006   mpi_normalize (data);
1007   mpi_fdiv_r (data, data, sk.n);
1008
1009   /* Allocate MPI for the plaintext.  */
1010   plain = mpi_snew (ctx.nbits);
1011
1012   /* We use blinding by default to mitigate timing attacks which can
1013      be practically mounted over the network as shown by Brumley and
1014      Boney in 2003.  */
1015   if (!(ctx.flags & PUBKEY_FLAG_NO_BLINDING))
1016     {
1017       /* First, we need a random number r between 0 and n - 1, which
1018          is relatively prime to n (i.e. it is neither p nor q).  The
1019          random number needs to be only unpredictable, thus we employ
1020          the gcry_create_nonce function by using GCRY_WEAK_RANDOM with
1021          gcry_mpi_randomize.  */
1022       r  = mpi_snew (ctx.nbits);
1023       ri = mpi_snew (ctx.nbits);
1024       bldata = mpi_snew (ctx.nbits);
1025
1026       do
1027         {
1028           _gcry_mpi_randomize (r, ctx.nbits, GCRY_WEAK_RANDOM);
1029           mpi_mod (r, r, sk.n);
1030         }
1031       while (!mpi_invm (ri, r, sk.n));
1032
1033       /* Do blinding.  We calculate: y = (x * r^e) mod n, where r is
1034          the random number, e is the public exponent, x is the
1035          non-blinded data and n is the RSA modulus.  */
1036       mpi_powm (bldata, r, sk.e, sk.n);
1037       mpi_mulm (bldata, bldata, data, sk.n);
1038
1039       /* Perform decryption.  */
1040       secret (plain, bldata, &sk);
1041       _gcry_mpi_release (bldata); bldata = NULL;
1042
1043       /* Undo blinding.  Here we calculate: y = (x * r^-1) mod n,
1044          where x is the blinded decrypted data, ri is the modular
1045          multiplicative inverse of r and n is the RSA modulus.  */
1046       mpi_mulm (plain, plain, ri, sk.n);
1047
1048       _gcry_mpi_release (r); r = NULL;
1049       _gcry_mpi_release (ri); ri = NULL;
1050     }
1051   else
1052     secret (plain, data, &sk);
1053
1054   if (DBG_CIPHER)
1055     log_printmpi ("rsa_decrypt  res", plain);
1056
1057   /* Reverse the encoding and build the s-expression.  */
1058   switch (ctx.encoding)
1059     {
1060     case PUBKEY_ENC_PKCS1:
1061       rc = _gcry_rsa_pkcs1_decode_for_enc (&unpad, &unpadlen, ctx.nbits, plain);
1062       mpi_free (plain);
1063       plain = NULL;
1064       if (!rc)
1065         rc = sexp_build (r_plain, NULL, "(value %b)", (int)unpadlen, unpad);
1066       break;
1067
1068     case PUBKEY_ENC_OAEP:
1069       rc = _gcry_rsa_oaep_decode (&unpad, &unpadlen,
1070                                   ctx.nbits, ctx.hash_algo,
1071                                   plain, ctx.label, ctx.labellen);
1072       mpi_free (plain);
1073       plain = NULL;
1074       if (!rc)
1075         rc = sexp_build (r_plain, NULL, "(value %b)", (int)unpadlen, unpad);
1076       break;
1077
1078     default:
1079       /* Raw format.  For backward compatibility we need to assume a
1080          signed mpi by using the sexp format string "%m".  */
1081       rc = sexp_build (r_plain, NULL,
1082                        (ctx.flags & PUBKEY_FLAG_LEGACYRESULT)
1083                        ? "%m":"(value %m)", plain);
1084       break;
1085     }
1086
1087  leave:
1088   xfree (unpad);
1089   _gcry_mpi_release (plain);
1090   _gcry_mpi_release (sk.n);
1091   _gcry_mpi_release (sk.e);
1092   _gcry_mpi_release (sk.d);
1093   _gcry_mpi_release (sk.p);
1094   _gcry_mpi_release (sk.q);
1095   _gcry_mpi_release (sk.u);
1096   _gcry_mpi_release (data);
1097   _gcry_mpi_release (r);
1098   _gcry_mpi_release (ri);
1099   _gcry_mpi_release (bldata);
1100   sexp_release (l1);
1101   _gcry_pk_util_free_encoding_ctx (&ctx);
1102   if (DBG_CIPHER)
1103     log_debug ("rsa_decrypt    => %s\n", gpg_strerror (rc));
1104   return rc;
1105 }
1106
1107
1108 static gcry_err_code_t
1109 rsa_sign (gcry_sexp_t *r_sig, gcry_sexp_t s_data, gcry_sexp_t keyparms)
1110 {
1111   gpg_err_code_t rc;
1112   struct pk_encoding_ctx ctx;
1113   gcry_mpi_t data = NULL;
1114   RSA_secret_key sk = {NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
1115   gcry_mpi_t sig = NULL;
1116
1117   _gcry_pk_util_init_encoding_ctx (&ctx, PUBKEY_OP_SIGN,
1118                                    rsa_get_nbits (keyparms));
1119
1120   /* Extract the data.  */
1121   rc = _gcry_pk_util_data_to_mpi (s_data, &data, &ctx);
1122   if (rc)
1123     goto leave;
1124   if (DBG_CIPHER)
1125     log_printmpi ("rsa_sign   data", data);
1126   if (mpi_is_opaque (data))
1127     {
1128       rc = GPG_ERR_INV_DATA;
1129       goto leave;
1130     }
1131
1132   /* Extract the key.  */
1133   rc = sexp_extract_param (keyparms, NULL, "nedp?q?u?",
1134                            &sk.n, &sk.e, &sk.d, &sk.p, &sk.q, &sk.u,
1135                            NULL);
1136   if (rc)
1137     goto leave;
1138   if (DBG_CIPHER)
1139     {
1140       log_printmpi ("rsa_sign      n", sk.n);
1141       log_printmpi ("rsa_sign      e", sk.e);
1142       if (!fips_mode ())
1143         {
1144           log_printmpi ("rsa_sign      d", sk.d);
1145           log_printmpi ("rsa_sign      p", sk.p);
1146           log_printmpi ("rsa_sign      q", sk.q);
1147           log_printmpi ("rsa_sign      u", sk.u);
1148         }
1149     }
1150
1151   /* Do RSA computation and build the result.  */
1152   sig = mpi_new (0);
1153   secret (sig, data, &sk);
1154   if (DBG_CIPHER)
1155     log_printmpi ("rsa_sign    res", sig);
1156   if ((ctx.flags & PUBKEY_FLAG_FIXEDLEN))
1157     {
1158       /* We need to make sure to return the correct length to avoid
1159          problems with missing leading zeroes.  */
1160       unsigned char *em;
1161       size_t emlen = (mpi_get_nbits (sk.n)+7)/8;
1162
1163       rc = _gcry_mpi_to_octet_string (&em, NULL, sig, emlen);
1164       if (!rc)
1165         {
1166           rc = sexp_build (r_sig, NULL, "(sig-val(rsa(s%b)))", (int)emlen, em);
1167           xfree (em);
1168         }
1169     }
1170   else
1171     rc = sexp_build (r_sig, NULL, "(sig-val(rsa(s%M)))", sig);
1172
1173
1174  leave:
1175   _gcry_mpi_release (sig);
1176   _gcry_mpi_release (sk.n);
1177   _gcry_mpi_release (sk.e);
1178   _gcry_mpi_release (sk.d);
1179   _gcry_mpi_release (sk.p);
1180   _gcry_mpi_release (sk.q);
1181   _gcry_mpi_release (sk.u);
1182   _gcry_mpi_release (data);
1183   _gcry_pk_util_free_encoding_ctx (&ctx);
1184   if (DBG_CIPHER)
1185     log_debug ("rsa_sign      => %s\n", gpg_strerror (rc));
1186   return rc;
1187 }
1188
1189
1190 static gcry_err_code_t
1191 rsa_verify (gcry_sexp_t s_sig, gcry_sexp_t s_data, gcry_sexp_t keyparms)
1192 {
1193   gcry_err_code_t rc;
1194   struct pk_encoding_ctx ctx;
1195   gcry_sexp_t l1 = NULL;
1196   gcry_mpi_t sig = NULL;
1197   gcry_mpi_t data = NULL;
1198   RSA_public_key pk = { NULL, NULL };
1199   gcry_mpi_t result = NULL;
1200
1201   _gcry_pk_util_init_encoding_ctx (&ctx, PUBKEY_OP_VERIFY,
1202                                    rsa_get_nbits (keyparms));
1203
1204   /* Extract the data.  */
1205   rc = _gcry_pk_util_data_to_mpi (s_data, &data, &ctx);
1206   if (rc)
1207     goto leave;
1208   if (DBG_CIPHER)
1209     log_printmpi ("rsa_verify data", data);
1210   if (mpi_is_opaque (data))
1211     {
1212       rc = GPG_ERR_INV_DATA;
1213       goto leave;
1214     }
1215
1216   /* Extract the signature value.  */
1217   rc = _gcry_pk_util_preparse_sigval (s_sig, rsa_names, &l1, NULL);
1218   if (rc)
1219     goto leave;
1220   rc = sexp_extract_param (l1, NULL, "s", &sig, NULL);
1221   if (rc)
1222     goto leave;
1223   if (DBG_CIPHER)
1224     log_printmpi ("rsa_verify  sig", sig);
1225
1226   /* Extract the key.  */
1227   rc = sexp_extract_param (keyparms, NULL, "ne", &pk.n, &pk.e, NULL);
1228   if (rc)
1229     goto leave;
1230   if (DBG_CIPHER)
1231     {
1232       log_printmpi ("rsa_verify    n", pk.n);
1233       log_printmpi ("rsa_verify    e", pk.e);
1234     }
1235
1236   /* Do RSA computation and compare.  */
1237   result = mpi_new (0);
1238   public (result, sig, &pk);
1239   if (DBG_CIPHER)
1240     log_printmpi ("rsa_verify  cmp", result);
1241   if (ctx.verify_cmp)
1242     rc = ctx.verify_cmp (&ctx, result);
1243   else
1244     rc = mpi_cmp (result, data) ? GPG_ERR_BAD_SIGNATURE : 0;
1245
1246  leave:
1247   _gcry_mpi_release (result);
1248   _gcry_mpi_release (pk.n);
1249   _gcry_mpi_release (pk.e);
1250   _gcry_mpi_release (data);
1251   _gcry_mpi_release (sig);
1252   sexp_release (l1);
1253   _gcry_pk_util_free_encoding_ctx (&ctx);
1254   if (DBG_CIPHER)
1255     log_debug ("rsa_verify    => %s\n", rc?gpg_strerror (rc):"Good");
1256   return rc;
1257 }
1258
1259
1260
1261 /* Return the number of bits for the key described by PARMS.  On error
1262  * 0 is returned.  The format of PARMS starts with the algorithm name;
1263  * for example:
1264  *
1265  *   (rsa
1266  *     (n <mpi>)
1267  *     (e <mpi>))
1268  *
1269  * More parameters may be given but we only need N here.
1270  */
1271 static unsigned int
1272 rsa_get_nbits (gcry_sexp_t parms)
1273 {
1274   gcry_sexp_t l1;
1275   gcry_mpi_t n;
1276   unsigned int nbits;
1277
1278   l1 = sexp_find_token (parms, "n", 1);
1279   if (!l1)
1280     return 0; /* Parameter N not found.  */
1281
1282   n = sexp_nth_mpi (l1, 1, GCRYMPI_FMT_USG);
1283   sexp_release (l1);
1284   nbits = n? mpi_get_nbits (n) : 0;
1285   _gcry_mpi_release (n);
1286   return nbits;
1287 }
1288
1289
1290 /* Compute a keygrip.  MD is the hash context which we are going to
1291    update.  KEYPARAM is an S-expression with the key parameters, this
1292    is usually a public key but may also be a secret key.  An example
1293    of such an S-expression is:
1294
1295       (rsa
1296         (n #00B...#)
1297         (e #010001#))
1298
1299    PKCS-15 says that for RSA only the modulus should be hashed -
1300    however, it is not clear whether this is meant to use the raw bytes
1301    (assuming this is an unsigned integer) or whether the DER required
1302    0 should be prefixed.  We hash the raw bytes.  */
1303 static gpg_err_code_t
1304 compute_keygrip (gcry_md_hd_t md, gcry_sexp_t keyparam)
1305 {
1306   gcry_sexp_t l1;
1307   const char *data;
1308   size_t datalen;
1309
1310   l1 = sexp_find_token (keyparam, "n", 1);
1311   if (!l1)
1312     return GPG_ERR_NO_OBJ;
1313
1314   data = sexp_nth_data (l1, 1, &datalen);
1315   if (!data)
1316     {
1317       sexp_release (l1);
1318       return GPG_ERR_NO_OBJ;
1319     }
1320
1321   _gcry_md_write (md, data, datalen);
1322   sexp_release (l1);
1323
1324   return 0;
1325 }
1326
1327
1328
1329 \f
1330 /*
1331      Self-test section.
1332  */
1333
1334 static const char *
1335 selftest_sign_1024 (gcry_sexp_t pkey, gcry_sexp_t skey)
1336 {
1337   static const char sample_data[] =
1338     "(data (flags pkcs1)"
1339     " (hash sha1 #11223344556677889900aabbccddeeff10203040#))";
1340   static const char sample_data_bad[] =
1341     "(data (flags pkcs1)"
1342     " (hash sha1 #11223344556677889900aabbccddeeff80203040#))";
1343
1344   const char *errtxt = NULL;
1345   gcry_error_t err;
1346   gcry_sexp_t data = NULL;
1347   gcry_sexp_t data_bad = NULL;
1348   gcry_sexp_t sig = NULL;
1349
1350   err = sexp_sscan (&data, NULL, sample_data, strlen (sample_data));
1351   if (!err)
1352     err = sexp_sscan (&data_bad, NULL,
1353                       sample_data_bad, strlen (sample_data_bad));
1354   if (err)
1355     {
1356       errtxt = "converting data failed";
1357       goto leave;
1358     }
1359
1360   err = _gcry_pk_sign (&sig, data, skey);
1361   if (err)
1362     {
1363       errtxt = "signing failed";
1364       goto leave;
1365     }
1366   err = _gcry_pk_verify (sig, data, pkey);
1367   if (err)
1368     {
1369       errtxt = "verify failed";
1370       goto leave;
1371     }
1372   err = _gcry_pk_verify (sig, data_bad, pkey);
1373   if (gcry_err_code (err) != GPG_ERR_BAD_SIGNATURE)
1374     {
1375       errtxt = "bad signature not detected";
1376       goto leave;
1377     }
1378
1379
1380  leave:
1381   sexp_release (sig);
1382   sexp_release (data_bad);
1383   sexp_release (data);
1384   return errtxt;
1385 }
1386
1387
1388
1389 /* Given an S-expression ENCR_DATA of the form:
1390
1391    (enc-val
1392     (rsa
1393      (a a-value)))
1394
1395    as returned by gcry_pk_decrypt, return the the A-VALUE.  On error,
1396    return NULL.  */
1397 static gcry_mpi_t
1398 extract_a_from_sexp (gcry_sexp_t encr_data)
1399 {
1400   gcry_sexp_t l1, l2, l3;
1401   gcry_mpi_t a_value;
1402
1403   l1 = sexp_find_token (encr_data, "enc-val", 0);
1404   if (!l1)
1405     return NULL;
1406   l2 = sexp_find_token (l1, "rsa", 0);
1407   sexp_release (l1);
1408   if (!l2)
1409     return NULL;
1410   l3 = sexp_find_token (l2, "a", 0);
1411   sexp_release (l2);
1412   if (!l3)
1413     return NULL;
1414   a_value = sexp_nth_mpi (l3, 1, 0);
1415   sexp_release (l3);
1416
1417   return a_value;
1418 }
1419
1420
1421 static const char *
1422 selftest_encr_1024 (gcry_sexp_t pkey, gcry_sexp_t skey)
1423 {
1424   const char *errtxt = NULL;
1425   gcry_error_t err;
1426   const unsigned int nbits = 1000; /* Encrypt 1000 random bits.  */
1427   gcry_mpi_t plaintext = NULL;
1428   gcry_sexp_t plain = NULL;
1429   gcry_sexp_t encr  = NULL;
1430   gcry_mpi_t  ciphertext = NULL;
1431   gcry_sexp_t decr  = NULL;
1432   gcry_mpi_t  decr_plaintext = NULL;
1433   gcry_sexp_t tmplist = NULL;
1434
1435   /* Create plaintext.  The plaintext is actually a big integer number.  */
1436   plaintext = mpi_new (nbits);
1437   _gcry_mpi_randomize (plaintext, nbits, GCRY_WEAK_RANDOM);
1438
1439   /* Put the plaintext into an S-expression.  */
1440   err = sexp_build (&plain, NULL, "(data (flags raw) (value %m))", plaintext);
1441   if (err)
1442     {
1443       errtxt = "converting data failed";
1444       goto leave;
1445     }
1446
1447   /* Encrypt.  */
1448   err = _gcry_pk_encrypt (&encr, plain, pkey);
1449   if (err)
1450     {
1451       errtxt = "encrypt failed";
1452       goto leave;
1453     }
1454
1455   /* Extraxt the ciphertext from the returned S-expression.  */
1456   /*sexp_dump (encr);*/
1457   ciphertext = extract_a_from_sexp (encr);
1458   if (!ciphertext)
1459     {
1460       errtxt = "gcry_pk_decrypt returned garbage";
1461       goto leave;
1462     }
1463
1464   /* Check that the ciphertext does no match the plaintext.  */
1465   /* _gcry_log_printmpi ("plaintext", plaintext); */
1466   /* _gcry_log_printmpi ("ciphertxt", ciphertext); */
1467   if (!mpi_cmp (plaintext, ciphertext))
1468     {
1469       errtxt = "ciphertext matches plaintext";
1470       goto leave;
1471     }
1472
1473   /* Decrypt.  */
1474   err = _gcry_pk_decrypt (&decr, encr, skey);
1475   if (err)
1476     {
1477       errtxt = "decrypt failed";
1478       goto leave;
1479     }
1480
1481   /* Extract the decrypted data from the S-expression.  Note that the
1482      output of gcry_pk_decrypt depends on whether a flags lists occurs
1483      in its input data.  Because we passed the output of
1484      gcry_pk_encrypt directly to gcry_pk_decrypt, such a flag value
1485      won't be there as of today.  To be prepared for future changes we
1486      take care of it anyway.  */
1487   tmplist = sexp_find_token (decr, "value", 0);
1488   if (tmplist)
1489     decr_plaintext = sexp_nth_mpi (tmplist, 1, GCRYMPI_FMT_USG);
1490   else
1491     decr_plaintext = sexp_nth_mpi (decr, 0, GCRYMPI_FMT_USG);
1492   if (!decr_plaintext)
1493     {
1494       errtxt = "decrypt returned no plaintext";
1495       goto leave;
1496     }
1497
1498   /* Check that the decrypted plaintext matches the original  plaintext.  */
1499   if (mpi_cmp (plaintext, decr_plaintext))
1500     {
1501       errtxt = "mismatch";
1502       goto leave;
1503     }
1504
1505  leave:
1506   sexp_release (tmplist);
1507   _gcry_mpi_release (decr_plaintext);
1508   sexp_release (decr);
1509   _gcry_mpi_release (ciphertext);
1510   sexp_release (encr);
1511   sexp_release (plain);
1512   _gcry_mpi_release (plaintext);
1513   return errtxt;
1514 }
1515
1516
1517 static gpg_err_code_t
1518 selftests_rsa (selftest_report_func_t report)
1519 {
1520   const char *what;
1521   const char *errtxt;
1522   gcry_error_t err;
1523   gcry_sexp_t skey = NULL;
1524   gcry_sexp_t pkey = NULL;
1525
1526   /* Convert the S-expressions into the internal representation.  */
1527   what = "convert";
1528   err = sexp_sscan (&skey, NULL, sample_secret_key, strlen (sample_secret_key));
1529   if (!err)
1530     err = sexp_sscan (&pkey, NULL,
1531                       sample_public_key, strlen (sample_public_key));
1532   if (err)
1533     {
1534       errtxt = _gcry_strerror (err);
1535       goto failed;
1536     }
1537
1538   what = "key consistency";
1539   err = _gcry_pk_testkey (skey);
1540   if (err)
1541     {
1542       errtxt = _gcry_strerror (err);
1543       goto failed;
1544     }
1545
1546   what = "sign";
1547   errtxt = selftest_sign_1024 (pkey, skey);
1548   if (errtxt)
1549     goto failed;
1550
1551   what = "encrypt";
1552   errtxt = selftest_encr_1024 (pkey, skey);
1553   if (errtxt)
1554     goto failed;
1555
1556   sexp_release (pkey);
1557   sexp_release (skey);
1558   return 0; /* Succeeded. */
1559
1560  failed:
1561   sexp_release (pkey);
1562   sexp_release (skey);
1563   if (report)
1564     report ("pubkey", GCRY_PK_RSA, what, errtxt);
1565   return GPG_ERR_SELFTEST_FAILED;
1566 }
1567
1568
1569 /* Run a full self-test for ALGO and return 0 on success.  */
1570 static gpg_err_code_t
1571 run_selftests (int algo, int extended, selftest_report_func_t report)
1572 {
1573   gpg_err_code_t ec;
1574
1575   (void)extended;
1576
1577   switch (algo)
1578     {
1579     case GCRY_PK_RSA:
1580       ec = selftests_rsa (report);
1581       break;
1582     default:
1583       ec = GPG_ERR_PUBKEY_ALGO;
1584       break;
1585
1586     }
1587   return ec;
1588 }
1589
1590
1591
1592 \f
1593 gcry_pk_spec_t _gcry_pubkey_spec_rsa =
1594   {
1595     GCRY_PK_RSA, { 0, 1 },
1596     (GCRY_PK_USAGE_SIGN | GCRY_PK_USAGE_ENCR),
1597     "RSA", rsa_names,
1598     "ne", "nedpqu", "a", "s", "n",
1599     rsa_generate,
1600     rsa_check_secret_key,
1601     rsa_encrypt,
1602     rsa_decrypt,
1603     rsa_sign,
1604     rsa_verify,
1605     rsa_get_nbits,
1606     run_selftests,
1607     compute_keygrip
1608   };