xref: /linux/crypto/rsa.c (revision 021bc4b9) 
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /* RSA asymmetric public-key algorithm [RFC3447]
3  *
4  * Copyright (c) 2015, Intel Corporation
5  * Authors: Tadeusz Struk <tadeusz.struk@intel.com>
6  */
7 
8 #include <linux/fips.h>
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/mpi.h>
11 #include <crypto/internal/rsa.h>
12 #include <crypto/internal/akcipher.h>
13 #include <crypto/akcipher.h>
14 #include <crypto/algapi.h>
15 
16 struct rsa_mpi_key {
17 	MPI n;
18 	MPI e;
19 	MPI d;
20 	MPI p;
21 	MPI q;
22 	MPI dp;
23 	MPI dq;
24 	MPI qinv;
25 };
26 
27 /*
28  * RSAEP function [RFC3447 sec 5.1.1]
29  * c = m^e mod n;
30  */
31 static int _rsa_enc(const struct rsa_mpi_key *key, MPI c, MPI m)
32 {
33 	/* (1) Validate 0 <= m < n */
34 	if (mpi_cmp_ui(m, 0) < 0 || mpi_cmp(m, key->n) >= 0)
35 		return -EINVAL;
36 
37 	/* (2) c = m^e mod n */
38 	return mpi_powm(c, m, key->e, key->n);
39 }
40 
41 /*
42  * RSADP function [RFC3447 sec 5.1.2]
43  * m_1 = c^dP mod p;
44  * m_2 = c^dQ mod q;
45  * h = (m_1 - m_2) * qInv mod p;
46  * m = m_2 + q * h;
47  */
48 static int _rsa_dec_crt(const struct rsa_mpi_key *key, MPI m_or_m1_or_h, MPI c)
49 {
50 	MPI m2, m12_or_qh;
51 	int ret = -ENOMEM;
52 
53 	/* (1) Validate 0 <= c < n */
54 	if (mpi_cmp_ui(c, 0) < 0 || mpi_cmp(c, key->n) >= 0)
55 		return -EINVAL;
56 
57 	m2 = mpi_alloc(0);
58 	m12_or_qh = mpi_alloc(0);
59 	if (!m2 || !m12_or_qh)
60 		goto err_free_mpi;
61 
62 	/* (2i) m_1 = c^dP mod p */
63 	ret = mpi_powm(m_or_m1_or_h, c, key->dp, key->p);
64 	if (ret)
65 		goto err_free_mpi;
66 
67 	/* (2i) m_2 = c^dQ mod q */
68 	ret = mpi_powm(m2, c, key->dq, key->q);
69 	if (ret)
70 		goto err_free_mpi;
71 
72 	/* (2iii) h = (m_1 - m_2) * qInv mod p */
73 	mpi_sub(m12_or_qh, m_or_m1_or_h, m2);
74 	mpi_mulm(m_or_m1_or_h, m12_or_qh, key->qinv, key->p);
75 
76 	/* (2iv) m = m_2 + q * h */
77 	mpi_mul(m12_or_qh, key->q, m_or_m1_or_h);
78 	mpi_addm(m_or_m1_or_h, m2, m12_or_qh, key->n);
79 
80 	ret = 0;
81 
82 err_free_mpi:
83 	mpi_free(m12_or_qh);
84 	mpi_free(m2);
85 	return ret;
86 }
87 
88 static inline struct rsa_mpi_key *rsa_get_key(struct crypto_akcipher *tfm)
89 {
90 	return akcipher_tfm_ctx(tfm);
91 }
92 
93 static int rsa_enc(struct akcipher_request *req)
94 {
95 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
96 	const struct rsa_mpi_key *pkey = rsa_get_key(tfm);
97 	MPI m, c = mpi_alloc(0);
98 	int ret = 0;
99 	int sign;
100 
101 	if (!c)
102 		return -ENOMEM;
103 
104 	if (unlikely(!pkey->n || !pkey->e)) {
105 		ret = -EINVAL;
106 		goto err_free_c;
107 	}
108 
109 	ret = -ENOMEM;
110 	m = mpi_read_raw_from_sgl(req->src, req->src_len);
111 	if (!m)
112 		goto err_free_c;
113 
114 	ret = _rsa_enc(pkey, c, m);
115 	if (ret)
116 		goto err_free_m;
117 
118 	ret = mpi_write_to_sgl(c, req->dst, req->dst_len, &sign);
119 	if (ret)
120 		goto err_free_m;
121 
122 	if (sign < 0)
123 		ret = -EBADMSG;
124 
125 err_free_m:
126 	mpi_free(m);
127 err_free_c:
128 	mpi_free(c);
129 	return ret;
130 }
131 
132 static int rsa_dec(struct akcipher_request *req)
133 {
134 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
135 	const struct rsa_mpi_key *pkey = rsa_get_key(tfm);
136 	MPI c, m = mpi_alloc(0);
137 	int ret = 0;
138 	int sign;
139 
140 	if (!m)
141 		return -ENOMEM;
142 
143 	if (unlikely(!pkey->n || !pkey->d)) {
144 		ret = -EINVAL;
145 		goto err_free_m;
146 	}
147 
148 	ret = -ENOMEM;
149 	c = mpi_read_raw_from_sgl(req->src, req->src_len);
150 	if (!c)
151 		goto err_free_m;
152 
153 	ret = _rsa_dec_crt(pkey, m, c);
154 	if (ret)
155 		goto err_free_c;
156 
157 	ret = mpi_write_to_sgl(m, req->dst, req->dst_len, &sign);
158 	if (ret)
159 		goto err_free_c;
160 
161 	if (sign < 0)
162 		ret = -EBADMSG;
163 err_free_c:
164 	mpi_free(c);
165 err_free_m:
166 	mpi_free(m);
167 	return ret;
168 }
169 
170 static void rsa_free_mpi_key(struct rsa_mpi_key *key)
171 {
172 	mpi_free(key->d);
173 	mpi_free(key->e);
174 	mpi_free(key->n);
175 	mpi_free(key->p);
176 	mpi_free(key->q);
177 	mpi_free(key->dp);
178 	mpi_free(key->dq);
179 	mpi_free(key->qinv);
180 	key->d = NULL;
181 	key->e = NULL;
182 	key->n = NULL;
183 	key->p = NULL;
184 	key->q = NULL;
185 	key->dp = NULL;
186 	key->dq = NULL;
187 	key->qinv = NULL;
188 }
189 
190 static int rsa_check_key_length(unsigned int len)
191 {
192 	switch (len) {
193 	case 512:
194 	case 1024:
195 	case 1536:
196 		if (fips_enabled)
197 			return -EINVAL;
198 		fallthrough;
199 	case 2048:
200 	case 3072:
201 	case 4096:
202 		return 0;
203 	}
204 
205 	return -EINVAL;
206 }
207 
208 static int rsa_check_exponent_fips(MPI e)
209 {
210 	MPI e_max = NULL;
211 
212 	/* check if odd */
213 	if (!mpi_test_bit(e, 0)) {
214 		return -EINVAL;
215 	}
216 
217 	/* check if 2^16 < e < 2^256. */
218 	if (mpi_cmp_ui(e, 65536) <= 0) {
219 		return -EINVAL;
220 	}
221 
222 	e_max = mpi_alloc(0);
223 	if (!e_max)
224 		return -ENOMEM;
225 	mpi_set_bit(e_max, 256);
226 
227 	if (mpi_cmp(e, e_max) >= 0) {
228 		mpi_free(e_max);
229 		return -EINVAL;
230 	}
231 
232 	mpi_free(e_max);
233 	return 0;
234 }
235 
236 static int rsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
237 			   unsigned int keylen)
238 {
239 	struct rsa_mpi_key *mpi_key = akcipher_tfm_ctx(tfm);
240 	struct rsa_key raw_key = {0};
241 	int ret;
242 
243 	/* Free the old MPI key if any */
244 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
245 
246 	ret = rsa_parse_pub_key(&raw_key, key, keylen);
247 	if (ret)
248 		return ret;
249 
250 	mpi_key->e = mpi_read_raw_data(raw_key.e, raw_key.e_sz);
251 	if (!mpi_key->e)
252 		goto err;
253 
254 	mpi_key->n = mpi_read_raw_data(raw_key.n, raw_key.n_sz);
255 	if (!mpi_key->n)
256 		goto err;
257 
258 	if (rsa_check_key_length(mpi_get_size(mpi_key->n) << 3)) {
259 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
260 		return -EINVAL;
261 	}
262 
263 	if (fips_enabled && rsa_check_exponent_fips(mpi_key->e)) {
264 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
265 		return -EINVAL;
266 	}
267 
268 	return 0;
269 
270 err:
271 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
272 	return -ENOMEM;
273 }
274 
275 static int rsa_set_priv_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
276 			    unsigned int keylen)
277 {
278 	struct rsa_mpi_key *mpi_key = akcipher_tfm_ctx(tfm);
279 	struct rsa_key raw_key = {0};
280 	int ret;
281 
282 	/* Free the old MPI key if any */
283 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
284 
285 	ret = rsa_parse_priv_key(&raw_key, key, keylen);
286 	if (ret)
287 		return ret;
288 
289 	mpi_key->d = mpi_read_raw_data(raw_key.d, raw_key.d_sz);
290 	if (!mpi_key->d)
291 		goto err;
292 
293 	mpi_key->e = mpi_read_raw_data(raw_key.e, raw_key.e_sz);
294 	if (!mpi_key->e)
295 		goto err;
296 
297 	mpi_key->n = mpi_read_raw_data(raw_key.n, raw_key.n_sz);
298 	if (!mpi_key->n)
299 		goto err;
300 
301 	mpi_key->p = mpi_read_raw_data(raw_key.p, raw_key.p_sz);
302 	if (!mpi_key->p)
303 		goto err;
304 
305 	mpi_key->q = mpi_read_raw_data(raw_key.q, raw_key.q_sz);
306 	if (!mpi_key->q)
307 		goto err;
308 
309 	mpi_key->dp = mpi_read_raw_data(raw_key.dp, raw_key.dp_sz);
310 	if (!mpi_key->dp)
311 		goto err;
312 
313 	mpi_key->dq = mpi_read_raw_data(raw_key.dq, raw_key.dq_sz);
314 	if (!mpi_key->dq)
315 		goto err;
316 
317 	mpi_key->qinv = mpi_read_raw_data(raw_key.qinv, raw_key.qinv_sz);
318 	if (!mpi_key->qinv)
319 		goto err;
320 
321 	if (rsa_check_key_length(mpi_get_size(mpi_key->n) << 3)) {
322 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
323 		return -EINVAL;
324 	}
325 
326 	if (fips_enabled && rsa_check_exponent_fips(mpi_key->e)) {
327 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
328 		return -EINVAL;
329 	}
330 
331 	return 0;
332 
333 err:
334 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
335 	return -ENOMEM;
336 }
337 
338 static unsigned int rsa_max_size(struct crypto_akcipher *tfm)
339 {
340 	struct rsa_mpi_key *pkey = akcipher_tfm_ctx(tfm);
341 
342 	return mpi_get_size(pkey->n);
343 }
344 
345 static void rsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
346 {
347 	struct rsa_mpi_key *pkey = akcipher_tfm_ctx(tfm);
348 
349 	rsa_free_mpi_key(pkey);
350 }
351 
352 static struct akcipher_alg rsa = {
353 	.encrypt = rsa_enc,
354 	.decrypt = rsa_dec,
355 	.set_priv_key = rsa_set_priv_key,
356 	.set_pub_key = rsa_set_pub_key,
357 	.max_size = rsa_max_size,
358 	.exit = rsa_exit_tfm,
359 	.base = {
360 		.cra_name = "rsa",
361 		.cra_driver_name = "rsa-generic",
362 		.cra_priority = 100,
363 		.cra_module = THIS_MODULE,
364 		.cra_ctxsize = sizeof(struct rsa_mpi_key),
365 	},
366 };
367 
368 static int __init rsa_init(void)
369 {
370 	int err;
371 
372 	err = crypto_register_akcipher(&rsa);
373 	if (err)
374 		return err;
375 
376 	err = crypto_register_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
377 	if (err) {
378 		crypto_unregister_akcipher(&rsa);
379 		return err;
380 	}
381 
382 	return 0;
383 }
384 
385 static void __exit rsa_exit(void)
386 {
387 	crypto_unregister_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
388 	crypto_unregister_akcipher(&rsa);
389 }
390 
391 subsys_initcall(rsa_init);
392 module_exit(rsa_exit);
393 MODULE_ALIAS_CRYPTO("rsa");
394 MODULE_LICENSE("GPL");
395 MODULE_DESCRIPTION("RSA generic algorithm");
396