lib/rsa/rsa-sign.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013, Google Inc.
   3  *
   4  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
   5  */
   6
   7 #include "mkimage.h"
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <string.h>
  10 #include <image.h>
  11 #include <time.h>
  12 #include <openssl/rsa.h>
  13 #include <openssl/pem.h>
  14 #include <openssl/err.h>
  15 #include <openssl/ssl.h>
  16 #include <openssl/evp.h>
  17
  18 #if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x10000000L
  19 #define HAVE_ERR_REMOVE_THREAD_STATE
  20 #endif
  21
  22 static int rsa_err(const char *msg)
  23 {
  24         unsigned long sslErr = ERR_get_error();
  25
  26         fprintf(stderr, "%s", msg);
  27         fprintf(stderr, ": %s\n",
  28                 ERR_error_string(sslErr, 0));
  29
  30         return -1;
  31 }
  32
  33 /**
  34  * rsa_get_pub_key() - read a public key from a .crt file
  35  *
  36  * @keydir:     Directory containins the key
  37  * @name        Name of key file (will have a .crt extension)
  38  * @rsap        Returns RSA object, or NULL on failure
  39  * @return 0 if ok, -ve on error (in which case *rsap will be set to NULL)
  40  */
  41 static int rsa_get_pub_key(const char *keydir, const char *name, RSA **rsap)
  42 {
  43         char path[1024];
  44         EVP_PKEY *key;
  45         X509 *cert;
  46         RSA *rsa;
  47         FILE *f;
  48         int ret;
  49
  50         *rsap = NULL;
  51         snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.crt", keydir, name);
  52         f = fopen(path, "r");
  53         if (!f) {
  54                 fprintf(stderr, "Couldn't open RSA certificate: '%s': %s\n",
  55                         path, strerror(errno));
  56                 return -EACCES;
  57         }
  58
  59         /* Read the certificate */
  60         cert = NULL;
  61         if (!PEM_read_X509(f, &cert, NULL, NULL)) {
  62                 rsa_err("Couldn't read certificate");
  63                 ret = -EINVAL;
  64                 goto err_cert;
  65         }
  66
  67         /* Get the public key from the certificate. */
  68         key = X509_get_pubkey(cert);
  69         if (!key) {
  70                 rsa_err("Couldn't read public key\n");
  71                 ret = -EINVAL;
  72                 goto err_pubkey;
  73         }
  74
  75         /* Convert to a RSA_style key. */
  76         rsa = EVP_PKEY_get1_RSA(key);
  77         if (!rsa) {
  78                 rsa_err("Couldn't convert to a RSA style key");
  79                 goto err_rsa;
  80         }
  81         fclose(f);
  82         EVP_PKEY_free(key);
  83         X509_free(cert);
  84         *rsap = rsa;
  85
  86         return 0;
  87
  88 err_rsa:
  89         EVP_PKEY_free(key);
  90 err_pubkey:
  91         X509_free(cert);
  92 err_cert:
  93         fclose(f);
  94         return ret;
  95 }
  96
  97 /**
  98  * rsa_get_priv_key() - read a private key from a .key file
  99  *
 100  * @keydir:     Directory containins the key
 101  * @name        Name of key file (will have a .key extension)
 102  * @rsap        Returns RSA object, or NULL on failure
 103  * @return 0 if ok, -ve on error (in which case *rsap will be set to NULL)
 104  */
 105 static int rsa_get_priv_key(const char *keydir, const char *name, RSA **rsap)
 106 {
 107         char path[1024];
 108         RSA *rsa;
 109         FILE *f;
 110
 111         *rsap = NULL;
 112         snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.key", keydir, name);
 113         f = fopen(path, "r");
 114         if (!f) {
 115                 fprintf(stderr, "Couldn't open RSA private key: '%s': %s\n",
 116                         path, strerror(errno));
 117                 return -ENOENT;
 118         }
 119
 120         rsa = PEM_read_RSAPrivateKey(f, 0, NULL, path);
 121         if (!rsa) {
 122                 rsa_err("Failure reading private key");
 123                 fclose(f);
 124                 return -EPROTO;
 125         }
 126         fclose(f);
 127         *rsap = rsa;
 128
 129         return 0;
 130 }
 131
 132 static int rsa_init(void)
 133 {
 134         int ret;
 135
 136         ret = SSL_library_init();
 137         if (!ret) {
 138                 fprintf(stderr, "Failure to init SSL library\n");
 139                 return -1;
 140         }
 141         SSL_load_error_strings();
 142
 143         OpenSSL_add_all_algorithms();
 144         OpenSSL_add_all_digests();
 145         OpenSSL_add_all_ciphers();
 146
 147         return 0;
 148 }
 149
 150 static void rsa_remove(void)
 151 {
 152         CRYPTO_cleanup_all_ex_data();
 153         ERR_free_strings();
 154 #ifdef HAVE_ERR_REMOVE_THREAD_STATE
 155         ERR_remove_thread_state(NULL);
 156 #else
 157         ERR_remove_state(0);
 158 #endif
 159         EVP_cleanup();
 160 }
 161
 162 static int rsa_sign_with_key(RSA *rsa, const struct image_region region[],
 163                 int region_count, uint8_t **sigp, uint *sig_size)
 164 {
 165         EVP_PKEY *key;
 166         EVP_MD_CTX *context;
 167         int size, ret = 0;
 168         uint8_t *sig;
 169         int i;
 170
 171         key = EVP_PKEY_new();
 172         if (!key)
 173                 return rsa_err("EVP_PKEY object creation failed");
 174
 175         if (!EVP_PKEY_set1_RSA(key, rsa)) {
 176                 ret = rsa_err("EVP key setup failed");
 177                 goto err_set;
 178         }
 179
 180         size = EVP_PKEY_size(key);
 181         sig = malloc(size);
 182         if (!sig) {
 183                 fprintf(stderr, "Out of memory for signature (%d bytes)\n",
 184                         size);
 185                 ret = -ENOMEM;
 186                 goto err_alloc;
 187         }
 188
 189         context = EVP_MD_CTX_create();
 190         if (!context) {
 191                 ret = rsa_err("EVP context creation failed");
 192                 goto err_create;
 193         }
 194         EVP_MD_CTX_init(context);
 195         if (!EVP_SignInit(context, EVP_sha1())) {
 196                 ret = rsa_err("Signer setup failed");
 197                 goto err_sign;
 198         }
 199
 200         for (i = 0; i < region_count; i++) {
 201                 if (!EVP_SignUpdate(context, region[i].data, region[i].size)) {
 202                         ret = rsa_err("Signing data failed");
 203                         goto err_sign;
 204                 }
 205         }
 206
 207         if (!EVP_SignFinal(context, sig, sig_size, key)) {
 208                 ret = rsa_err("Could not obtain signature");
 209                 goto err_sign;
 210         }
 211         EVP_MD_CTX_cleanup(context);
 212         EVP_MD_CTX_destroy(context);
 213         EVP_PKEY_free(key);
 214
 215         debug("Got signature: %d bytes, expected %d\n", *sig_size, size);
 216         *sigp = sig;
 217         *sig_size = size;
 218
 219         return 0;
 220
 221 err_sign:
 222         EVP_MD_CTX_destroy(context);
 223 err_create:
 224         free(sig);
 225 err_alloc:
 226 err_set:
 227         EVP_PKEY_free(key);
 228         return ret;
 229 }
 230
 231 int rsa_sign(struct image_sign_info *info,
 232              const struct image_region region[], int region_count,
 233              uint8_t **sigp, uint *sig_len)
 234 {
 235         RSA *rsa;
 236         int ret;
 237
 238         ret = rsa_init();
 239         if (ret)
 240                 return ret;
 241
 242         ret = rsa_get_priv_key(info->keydir, info->keyname, &rsa);
 243         if (ret)
 244                 goto err_priv;
 245         ret = rsa_sign_with_key(rsa, region, region_count, sigp, sig_len);
 246         if (ret)
 247                 goto err_sign;
 248
 249         RSA_free(rsa);
 250         rsa_remove();
 251
 252         return ret;
 253
 254 err_sign:
 255         RSA_free(rsa);
 256 err_priv:
 257         rsa_remove();
 258         return ret;
 259 }
 260
 261 /*
 262  * rsa_get_params(): - Get the important parameters of an RSA public key
 263  */
 264 int rsa_get_params(RSA *key, uint32_t *n0_invp, BIGNUM **modulusp,
 265                    BIGNUM **r_squaredp)
 266 {
 267         BIGNUM *big1, *big2, *big32, *big2_32;
 268         BIGNUM *n, *r, *r_squared, *tmp;
 269         BN_CTX *bn_ctx = BN_CTX_new();
 270         int ret = 0;
 271
 272         /* Initialize BIGNUMs */
 273         big1 = BN_new();
 274         big2 = BN_new();
 275         big32 = BN_new();
 276         r = BN_new();
 277         r_squared = BN_new();
 278         tmp = BN_new();
 279         big2_32 = BN_new();
 280         n = BN_new();
 281         if (!big1 || !big2 || !big32 || !r || !r_squared || !tmp || !big2_32 ||
 282             !n) {
 283                 fprintf(stderr, "Out of memory (bignum)\n");
 284                 return -ENOMEM;
 285         }
 286
 287         if (!BN_copy(n, key->n) || !BN_set_word(big1, 1L) ||
 288             !BN_set_word(big2, 2L) || !BN_set_word(big32, 32L))
 289                 ret = -1;
 290
 291         /* big2_32 = 2^32 */
 292         if (!BN_exp(big2_32, big2, big32, bn_ctx))
 293                 ret = -1;
 294
 295         /* Calculate n0_inv = -1 / n[0] mod 2^32 */
 296         if (!BN_mod_inverse(tmp, n, big2_32, bn_ctx) ||
 297             !BN_sub(tmp, big2_32, tmp))
 298                 ret = -1;
 299         *n0_invp = BN_get_word(tmp);
 300
 301         /* Calculate R = 2^(# of key bits) */
 302         if (!BN_set_word(tmp, BN_num_bits(n)) ||
 303             !BN_exp(r, big2, tmp, bn_ctx))
 304                 ret = -1;
 305
 306         /* Calculate r_squared = R^2 mod n */
 307         if (!BN_copy(r_squared, r) ||
 308             !BN_mul(tmp, r_squared, r, bn_ctx) ||
 309             !BN_mod(r_squared, tmp, n, bn_ctx))
 310                 ret = -1;
 311
 312         *modulusp = n;
 313         *r_squaredp = r_squared;
 314
 315         BN_free(big1);
 316         BN_free(big2);
 317         BN_free(big32);
 318         BN_free(r);
 319         BN_free(tmp);
 320         BN_free(big2_32);
 321         if (ret) {
 322                 fprintf(stderr, "Bignum operations failed\n");
 323                 return -ENOMEM;
 324         }
 325
 326         return ret;
 327 }
 328
 329 static int fdt_add_bignum(void *blob, int noffset, const char *prop_name,
 330                           BIGNUM *num, int num_bits)
 331 {
 332         int nwords = num_bits / 32;
 333         int size;
 334         uint32_t *buf, *ptr;
 335         BIGNUM *tmp, *big2, *big32, *big2_32;
 336         BN_CTX *ctx;
 337         int ret;
 338
 339         tmp = BN_new();
 340         big2 = BN_new();
 341         big32 = BN_new();
 342         big2_32 = BN_new();
 343         if (!tmp || !big2 || !big32 || !big2_32) {
 344                 fprintf(stderr, "Out of memory (bignum)\n");
 345                 return -ENOMEM;
 346         }
 347         ctx = BN_CTX_new();
 348         if (!tmp) {
 349                 fprintf(stderr, "Out of memory (bignum context)\n");
 350                 return -ENOMEM;
 351         }
 352         BN_set_word(big2, 2L);
 353         BN_set_word(big32, 32L);
 354         BN_exp(big2_32, big2, big32, ctx); /* B = 2^32 */
 355
 356         size = nwords * sizeof(uint32_t);
 357         buf = malloc(size);
 358         if (!buf) {
 359                 fprintf(stderr, "Out of memory (%d bytes)\n", size);
 360                 return -ENOMEM;
 361         }
 362
 363         /* Write out modulus as big endian array of integers */
 364         for (ptr = buf + nwords - 1; ptr >= buf; ptr--) {
 365                 BN_mod(tmp, num, big2_32, ctx); /* n = N mod B */
 366                 *ptr = cpu_to_fdt32(BN_get_word(tmp));
 367                 BN_rshift(num, num, 32); /*  N = N/B */
 368         }
 369
 370         ret = fdt_setprop(blob, noffset, prop_name, buf, size);
 371         if (ret) {
 372                 fprintf(stderr, "Failed to write public key to FIT\n");
 373                 return -ENOSPC;
 374         }
 375         free(buf);
 376         BN_free(tmp);
 377         BN_free(big2);
 378         BN_free(big32);
 379         BN_free(big2_32);
 380
 381         return ret;
 382 }
 383
 384 int rsa_add_verify_data(struct image_sign_info *info, void *keydest)
 385 {
 386         BIGNUM *modulus, *r_squared;
 387         uint32_t n0_inv;
 388         int parent, node;
 389         char name[100];
 390         int ret;
 391         int bits;
 392         RSA *rsa;
 393
 394         debug("%s: Getting verification data\n", __func__);
 395         ret = rsa_get_pub_key(info->keydir, info->keyname, &rsa);
 396         if (ret)
 397                 return ret;
 398         ret = rsa_get_params(rsa, &n0_inv, &modulus, &r_squared);
 399         if (ret)
 400                 return ret;
 401         bits = BN_num_bits(modulus);
 402         parent = fdt_subnode_offset(keydest, 0, FIT_SIG_NODENAME);
 403         if (parent == -FDT_ERR_NOTFOUND) {
 404                 parent = fdt_add_subnode(keydest, 0, FIT_SIG_NODENAME);
 405                 if (parent < 0) {
 406                         fprintf(stderr, "Couldn't create signature node: %s\n",
 407                                 fdt_strerror(parent));
 408                         return -EINVAL;
 409                 }
 410         }
 411
 412         /* Either create or overwrite the named key node */
 413         snprintf(name, sizeof(name), "key-%s", info->keyname);
 414         node = fdt_subnode_offset(keydest, parent, name);
 415         if (node == -FDT_ERR_NOTFOUND) {
 416                 node = fdt_add_subnode(keydest, parent, name);
 417                 if (node < 0) {
 418                         fprintf(stderr, "Could not create key subnode: %s\n",
 419                                 fdt_strerror(node));
 420                         return -EINVAL;
 421                 }
 422         } else if (node < 0) {
 423                 fprintf(stderr, "Cannot select keys parent: %s\n",
 424                         fdt_strerror(node));
 425                 return -ENOSPC;
 426         }
 427
 428         ret = fdt_setprop_string(keydest, node, "key-name-hint",
 429                                  info->keyname);
 430         ret |= fdt_setprop_u32(keydest, node, "rsa,num-bits", bits);
 431         ret |= fdt_setprop_u32(keydest, node, "rsa,n0-inverse", n0_inv);
 432         ret |= fdt_add_bignum(keydest, node, "rsa,modulus", modulus, bits);
 433         ret |= fdt_add_bignum(keydest, node, "rsa,r-squared", r_squared, bits);
 434         ret |= fdt_setprop_string(keydest, node, FIT_ALGO_PROP,
 435                                   info->algo->name);
 436         if (info->require_keys) {
 437                 fdt_setprop_string(keydest, node, "required",
 438                                    info->require_keys);
 439         }
 440         BN_free(modulus);
 441         BN_free(r_squared);
 442         if (ret)
 443                 return -EIO;
 444
 445         return 0;
 446 }