add d0_blind_id_fingerprint64_public_key
[xonotic/d0_blind_id.git] / d0_blind_id.c
1 /*
2 Blind-ID library for user identification using RSA blind signatures
3 Copyright (C) 2010  Rudolf Polzer
4
5 This library is free software; you can redistribute it and/or
6 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
7 License as published by the Free Software Foundation; either
8 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
9
10 This library is distributed in the hope that it will be useful,
11 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13 Lesser General Public License for more details.
14
15 You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
16 License along with this library; if not, write to the Free Software
17 Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
18 */
19
20 #include "d0_blind_id.h"
21
22 #include <stdio.h>
23 #include <string.h>
24 #include "d0_bignum.h"
25 #include "sha1.h"
26
27 // for zero knowledge, we need multiple instances of schnorr ID scheme... should normally be sequential
28 // parallel schnorr ID is not provably zero knowledge :(
29 //   (evil verifier can know all questions in advance, so sequential is disadvantage for him)
30 // we'll just live with a 1:1048576 chance of cheating, and support reauthenticating
31
32 #define SCHNORR_BITS 20
33 // probability of cheat: 2^(-bits+1)
34
35 #define SCHNORR_HASHSIZE 3
36 // cannot be >= SHA_DIGEST_LENGTH
37 // *8 must be >= SCHNORR_BITS
38
39 #define MSGSIZE 640 // ought to be enough for anyone
40
41 struct d0_blind_id_s
42 {
43         // signing (Xonotic pub and priv key)
44         d0_bignum_t *rsa_n, *rsa_e, *rsa_d;
45
46         // public data (Schnorr ID)
47         d0_bignum_t *schnorr_G;
48
49         // private data (player ID private key)
50         d0_bignum_t *schnorr_s;
51
52         // public data (player ID public key, this is what the server gets to know)
53         d0_bignum_t *schnorr_4_to_s;
54         d0_bignum_t *schnorr_4_to_s_signature; // 0 when signature is invalid
55
56         // temp data
57         d0_bignum_t *rsa_blind_signature_camouflage; // random number blind signature
58
59         d0_bignum_t *r; // random number for schnorr ID
60         d0_bignum_t *other_4_to_r; // for DH key exchange
61         d0_bignum_t *challenge; // challenge
62
63         char msghash[SCHNORR_HASHSIZE]; // init hash
64         char msg[MSGSIZE]; // message
65         size_t msglen; // message length
66 };
67
68 #define CHECK(x) do { if(!(x)) goto fail; } while(0)
69 #define CHECK_ASSIGN(var, value) do { d0_bignum_t *val; val = value; if(!val) goto fail; var = val; } while(0)
70
71 #define USING(x) if(!(ctx->x)) return 0
72 #define REPLACING(x)
73
74 static d0_bignum_t *zero, *one, *four, *temp0, *temp1, *temp2, *temp3, *temp4;
75
76 void d0_blind_id_INITIALIZE(void)
77 {
78         d0_bignum_INITIALIZE();
79         CHECK_ASSIGN(zero, d0_bignum_int(zero, 0));
80         CHECK_ASSIGN(one, d0_bignum_int(one, 1));
81         CHECK_ASSIGN(four, d0_bignum_int(four, 4));
82         CHECK_ASSIGN(temp0, d0_bignum_int(temp0, 0));
83         CHECK_ASSIGN(temp1, d0_bignum_int(temp1, 0));
84         CHECK_ASSIGN(temp2, d0_bignum_int(temp2, 0));
85         CHECK_ASSIGN(temp3, d0_bignum_int(temp3, 0));
86         CHECK_ASSIGN(temp4, d0_bignum_int(temp4, 0));
87 fail:
88         ;
89 }
90
91 void d0_blind_id_SHUTDOWN(void)
92 {
93         d0_bignum_free(zero);
94         d0_bignum_free(one);
95         d0_bignum_free(four);
96         d0_bignum_free(temp0);
97         d0_bignum_free(temp1);
98         d0_bignum_free(temp2);
99         d0_bignum_free(temp3);
100         d0_bignum_free(temp4);
101         d0_bignum_SHUTDOWN();
102 }
103
104 // (G-1)/2
105 d0_bignum_t *d0_dl_get_order(d0_bignum_t *o, const d0_bignum_t *G)
106 {
107         CHECK_ASSIGN(o, d0_bignum_sub(o, G, one));
108         CHECK(d0_bignum_shl(o, o, -1)); // order o = (G-1)/2
109         return o;
110 fail:
111         return NULL;
112 }
113 // 2o+1
114 d0_bignum_t *d0_dl_get_from_order(d0_bignum_t *G, const d0_bignum_t *o)
115 {
116         CHECK_ASSIGN(G, d0_bignum_shl(G, o, 1));
117         CHECK(d0_bignum_add(G, G, one));
118         return G;
119 fail:
120         return NULL;
121 }
122
123 BOOL d0_dl_generate_key(size_t size, d0_bignum_t *G)
124 {
125         // using: temp0
126         if(size < 16)
127                 size = 16;
128         for(;;)
129         {
130                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp0, size-1));
131                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 0) == 0)
132                         continue;
133                 CHECK(d0_dl_get_from_order(G, temp0));
134                 if(d0_bignum_isprime(G, 10) == 0)
135                         continue;
136                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 10) == 0) // finish the previous test
137                         continue;
138                 break;
139         }
140         return 1;
141 fail:
142         return 0;
143 }
144
145 BOOL d0_rsa_generate_key(size_t size, const d0_bignum_t *challenge, d0_bignum_t *d, d0_bignum_t *n)
146 {
147         // uses temp0 to temp4
148         int fail = 0;
149         int gcdfail = 0;
150         int pb = (size + 1)/2;
151         int qb = size - pb;
152         if(pb < 8)
153                 pb = 8;
154         if(qb < 8)
155                 qb = 8;
156         for (;;)
157         {
158                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp0, pb));
159                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 10) == 0)
160                         continue;
161                 CHECK(d0_bignum_sub(temp2, temp0, one));
162                 CHECK(d0_bignum_gcd(temp4, NULL, NULL, temp2, challenge));
163                 if(!d0_bignum_cmp(temp4, one))
164                         break;
165                 if(++gcdfail == 3)
166                         return 0;
167                 ++gcdfail;
168         }
169         gcdfail = 0;
170         for (;;)
171         {
172                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp1, qb));
173                 if(!d0_bignum_cmp(temp1, temp0))
174                 {
175                         if(++fail == 3)
176                                 return 0;
177                 }
178                 fail = 0;
179                 if(d0_bignum_isprime(temp1, 10) == 0)
180                         continue;
181                 CHECK(d0_bignum_sub(temp3, temp1, one));
182                 CHECK(d0_bignum_gcd(temp4, NULL, NULL, temp3, challenge));
183                 if(!d0_bignum_cmp(temp4, one))
184                         break;
185                 if(++gcdfail == 3)
186                         return 0;
187                 ++gcdfail;
188         }
189
190         // n = temp0*temp1
191         CHECK(d0_bignum_mul(n, temp0, temp1));
192                 
193         // d = challenge^-1 mod (temp0-1)(temp1-1)
194         CHECK(d0_bignum_mul(temp0, temp2, temp3));
195         CHECK(d0_bignum_mod_inv(d, challenge, temp0));
196         return 1;
197 fail:
198         return 0;
199 }
200
201 void d0_blind_id_clear(d0_blind_id_t *ctx)
202 {
203         if(ctx->rsa_n) d0_bignum_free(ctx->rsa_n);
204         if(ctx->rsa_e) d0_bignum_free(ctx->rsa_e);
205         if(ctx->rsa_d) d0_bignum_free(ctx->rsa_d);
206         if(ctx->schnorr_G) d0_bignum_free(ctx->schnorr_G);
207         if(ctx->schnorr_s) d0_bignum_free(ctx->schnorr_s);
208         if(ctx->schnorr_4_to_s) d0_bignum_free(ctx->schnorr_4_to_s);
209         if(ctx->schnorr_4_to_s_signature) d0_bignum_free(ctx->schnorr_4_to_s_signature);
210         if(ctx->rsa_blind_signature_camouflage) d0_bignum_free(ctx->rsa_blind_signature_camouflage);
211         if(ctx->r) d0_bignum_free(ctx->r);
212         if(ctx->challenge) d0_bignum_free(ctx->challenge);
213         if(ctx->other_4_to_r) d0_bignum_free(ctx->other_4_to_r);
214         memset(ctx, 0, sizeof(*ctx));
215 }
216
217 void d0_blind_id_copy(d0_blind_id_t *ctx, const d0_blind_id_t *src)
218 {
219         d0_blind_id_clear(ctx);
220         if(src->rsa_n) ctx->rsa_n = d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_n);
221         if(src->rsa_e) ctx->rsa_e = d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_e);
222         if(src->rsa_d) ctx->rsa_d = d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_d);
223         if(src->schnorr_G) ctx->schnorr_G = d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_G);
224         if(src->schnorr_s) ctx->schnorr_s = d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_s);
225         if(src->schnorr_4_to_s) ctx->schnorr_4_to_s = d0_bignum_mov(NULL, ctx->schnorr_G);
226         if(src->schnorr_4_to_s_signature) ctx->schnorr_4_to_s_signature = d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_4_to_s_signature);
227         if(src->rsa_blind_signature_camouflage) ctx->rsa_blind_signature_camouflage = d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_blind_signature_camouflage);
228         if(src->r) ctx->r = d0_bignum_mov(NULL, src->r);
229         if(src->challenge) ctx->challenge = d0_bignum_mov(NULL, src->challenge);
230         if(src->other_4_to_r) ctx->other_4_to_r = d0_bignum_mov(NULL, src->other_4_to_r);
231         memcpy(ctx->msg, src->msg, sizeof(ctx->msg));
232         ctx->msglen = src->msglen;
233         memcpy(ctx->msghash, src->msghash, sizeof(ctx->msghash));
234 }
235
236 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_key(d0_blind_id_t *ctx, int k)
237 {
238         REPLACING(rsa_e); REPLACING(rsa_d); REPLACING(rsa_n);
239
240         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_bignum_int(ctx->rsa_e, 65537));
241         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_d, d0_bignum_zero(ctx->rsa_d));
242         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_bignum_zero(ctx->rsa_n));
243         CHECK(d0_rsa_generate_key(k+1, ctx->rsa_e, ctx->rsa_d, ctx->rsa_n)); // must fit G for sure
244         return 1;
245 fail:
246         return 0;
247 }
248
249 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_key(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
250 {
251         d0_iobuf_t *in = NULL;
252
253         REPLACING(rsa_n); REPLACING(rsa_e); REPLACING(rsa_d);
254
255         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
256
257         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_n));
258         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_e));
259         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_d, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_d));
260         return d0_iobuf_close(in, NULL);
261
262 fail:
263         d0_iobuf_close(in, NULL);
264         return 0;
265 }
266
267 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_public_key(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
268 {
269         d0_iobuf_t *in = NULL;
270
271         REPLACING(rsa_n); REPLACING(rsa_e);
272
273         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
274         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_n));
275         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_e));
276         return d0_iobuf_close(in, NULL);
277
278 fail:
279         d0_iobuf_close(in, NULL);
280         return 0;
281 }
282
283 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_key(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
284 {
285         d0_iobuf_t *out = NULL;
286
287         USING(rsa_n); USING(rsa_e); USING(rsa_d);
288
289         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
290         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_n));
291         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_e));
292         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_d));
293         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
294
295 fail:
296         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
297         return 0;
298 }
299
300 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_public_key(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
301 {
302         d0_iobuf_t *out = NULL;
303
304         USING(rsa_n); USING(rsa_e);
305
306         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
307         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_n));
308         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_e));
309         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
310
311 fail:
312         if(!d0_iobuf_close(out, outbuflen))
313                 return 0;
314         return 0;
315 }
316
317 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_fingerprint64_public_key(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
318 {
319         d0_iobuf_t *out = NULL;
320         static unsigned char convbuf[2048];
321         d0_iobuf_t *conv = NULL;
322         size_t sz, n;
323
324         USING(schnorr_4_to_s);
325
326         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
327         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
328
329         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->rsa_n));
330         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->rsa_e));
331         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
332         conv = NULL;
333
334         n = (*outbuflen / 4) * 3;
335         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
336                 n = SHA_DIGESTSIZE;
337         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
338         CHECK(d0_iobuf_conv_base64_out(out));
339
340         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
341
342 fail:
343         if(conv)
344                 d0_iobuf_close(conv, &sz);
345         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
346         return 0;
347 }
348
349 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx)
350 {
351         USING(rsa_n);
352         REPLACING(schnorr_G);
353
354         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_bignum_zero(ctx->schnorr_G));
355         CHECK(d0_dl_generate_key(d0_bignum_size(ctx->rsa_n)-1, ctx->schnorr_G));
356         return 1;
357 fail:
358         return 0;
359 }
360
361 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
362 {
363         d0_iobuf_t *in = NULL;
364
365         REPLACING(schnorr_G);
366
367         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
368         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_G));
369         return d0_iobuf_close(in, NULL);
370
371 fail:
372         d0_iobuf_close(in, NULL);
373         return 0;
374 }
375
376 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
377 {
378         d0_iobuf_t *out = NULL;
379
380         USING(schnorr_G);
381
382         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
383         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_G));
384         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
385
386 fail:
387         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
388         return 0;
389 }
390
391 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_start(d0_blind_id_t *ctx)
392 {
393         // temps: temp0 = order
394         USING(schnorr_G);
395         REPLACING(schnorr_s); REPLACING(schnorr_4_to_s);
396
397         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
398         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_bignum_rand_range(ctx->schnorr_s, zero, temp0));
399         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_bignum_mod_pow(ctx->schnorr_4_to_s, four, ctx->schnorr_s, ctx->schnorr_G));
400         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_bignum_zero(ctx->schnorr_4_to_s_signature));
401         return 1;
402
403 fail:
404         return 0;
405 }
406
407 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
408 {
409         d0_iobuf_t *out = NULL;
410
411         // temps: temp0 rsa_blind_signature_camouflage^challenge, temp1 (4^s)*rsa_blind_signature_camouflage^challenge
412         USING(rsa_n); USING(rsa_e); USING(schnorr_4_to_s);
413         REPLACING(rsa_blind_signature_camouflage);
414
415         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
416
417         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_rand_bit_atmost(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_size(ctx->rsa_n)));
418         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->rsa_blind_signature_camouflage, ctx->rsa_e, ctx->rsa_n));
419         CHECK(d0_bignum_mod_mul(temp1, ctx->schnorr_4_to_s, temp0, ctx->rsa_n));
420         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp1));
421         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
422
423 fail:
424         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
425         return 0;
426 }
427
428 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_answer_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen, char *outbuf, size_t *outbuflen)
429 {
430         d0_iobuf_t *in = NULL;
431         d0_iobuf_t *out = NULL;
432
433         // temps: temp0 input, temp1 temp0^d
434         USING(rsa_d); USING(rsa_n);
435
436         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
437         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
438
439         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
440         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp1, temp0, ctx->rsa_d, ctx->rsa_n));
441         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp1));
442
443         d0_iobuf_close(in, NULL);
444         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
445
446 fail:
447         d0_iobuf_close(in, NULL);
448         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
449         return 0;
450 }
451
452 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_finish_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
453 {
454         d0_iobuf_t *in = NULL;
455
456         // temps: temp0 input, temp1 rsa_blind_signature_camouflage^-1
457         USING(rsa_blind_signature_camouflage); USING(rsa_n);
458         REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
459
460         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
461
462         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
463         CHECK(d0_bignum_mod_inv(temp1, ctx->rsa_blind_signature_camouflage, ctx->rsa_n));
464         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_bignum_mod_mul(ctx->schnorr_4_to_s_signature, temp0, temp1, ctx->rsa_n));
465
466         return d0_iobuf_close(in, NULL);
467
468 fail:
469         d0_iobuf_close(in, NULL);
470         return 0;
471 }
472
473 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
474 {
475         d0_iobuf_t *in = NULL;
476
477         REPLACING(schnorr_s); REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
478
479         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
480
481         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_s));
482         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
483         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
484
485         return d0_iobuf_close(in, NULL);
486
487 fail:
488         d0_iobuf_close(in, NULL);
489         return 0;
490 }
491
492 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_public_id(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
493 {
494         d0_iobuf_t *in = NULL;
495
496         REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
497
498         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
499
500         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
501         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
502
503         return d0_iobuf_close(in, NULL);
504
505 fail:
506         d0_iobuf_close(in, NULL);
507         return 0;
508 }
509
510 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
511 {
512         d0_iobuf_t *out = NULL;
513
514         USING(schnorr_s); USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
515
516         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
517
518         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_s));
519         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
520         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
521
522         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
523
524 fail:
525         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
526         return 0;
527 }
528
529 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_public_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
530 {
531         d0_iobuf_t *out = NULL;
532
533         USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
534
535         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
536
537         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
538         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
539
540         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
541
542 fail:
543         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
544         return 0;
545 }
546
547 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_authenticate_with_private_id_start(d0_blind_id_t *ctx, BOOL is_first, BOOL send_modulus, char *msg, size_t msglen, char *outbuf, size_t *outbuflen)
548 // start =
549 //   first run: send 4^s, 4^s signature
550 //   1. get random r, send HASH(4^r)
551 {
552         d0_iobuf_t *out = NULL;
553         static unsigned char convbuf[1024];
554         d0_iobuf_t *conv = NULL;
555         size_t sz = 0;
556
557         // temps: temp0 order, temp0 4^r
558         if(is_first)
559         {
560                 USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
561         }
562         USING(schnorr_G);
563         REPLACING(r);
564
565         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
566
567         if(is_first)
568         {
569                 // send ID
570                 if(send_modulus)
571                         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_G));
572                 CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
573                 CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
574         }
575
576         // start schnorr ID scheme
577         // generate random number r; x = g^r; send hash of x, remember r, forget x
578         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
579         CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_rand_range(ctx->r, zero, temp0));
580         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, four, ctx->r, ctx->schnorr_G));
581
582         // hash it, hash it, everybody hash it
583         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
584         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
585         CHECK(d0_iobuf_write_packet(conv, msg, msglen));
586         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
587         d0_iobuf_close(conv, &sz);
588         conv = NULL;
589         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), SCHNORR_HASHSIZE) == SCHNORR_HASHSIZE);
590         CHECK(d0_iobuf_write_packet(out, msg, msglen));
591
592         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
593
594 fail:
595         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
596         return 0;
597 }
598
599 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_authenticate_with_private_id_challenge(d0_blind_id_t *ctx, BOOL is_first, BOOL recv_modulus, const char *inbuf, size_t inbuflen, char *outbuf, size_t *outbuflen, BOOL *status)
600 //   first run: get 4^s, 4^s signature
601 //   1. check sig
602 //   2. save HASH(4^r)
603 //   3. send challenge challenge of SCHNORR_BITS
604 {
605         d0_iobuf_t *in = NULL;
606         d0_iobuf_t *out = NULL;
607
608         // temps: temp0 order, temp0 signature check
609         if(is_first)
610         {
611                 REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
612                 if(recv_modulus)
613                         REPLACING(schnorr_G);
614                 else
615                         USING(schnorr_G);
616         }
617         else
618         {
619                 USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
620                 USING(schnorr_G);
621         }
622         USING(rsa_e); USING(rsa_n);
623         REPLACING(challenge); REPLACING(msg); REPLACING(msglen); REPLACING(msghash); REPLACING(r);
624
625         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
626         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
627
628         if(is_first)
629         {
630                 if(recv_modulus)
631                 {
632                         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_G));
633                         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_G, zero) > 0);
634                         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_G, ctx->rsa_n) < 0);
635                 }
636                 CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
637                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s, zero) > 0);
638                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s, ctx->schnorr_G) < 0);
639                 CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
640                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, zero) >= 0);
641                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, ctx->rsa_n) < 0);
642
643                 // check signature of key (t = k^d, so, t^challenge = k)
644                 CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->schnorr_4_to_s_signature, ctx->rsa_e, ctx->rsa_n));
645                 if(d0_bignum_cmp(temp0, ctx->schnorr_4_to_s))
646                 {
647                         // accept the key anyway, but mark as failed signature! will later return 0 in status
648                         CHECK(d0_bignum_zero(ctx->schnorr_4_to_s_signature));
649                 }
650         }
651
652         CHECK(d0_iobuf_read_raw(in, ctx->msghash, SCHNORR_HASHSIZE));
653         ctx->msglen = MSGSIZE;
654         CHECK(d0_iobuf_read_packet(in, ctx->msg, &ctx->msglen));
655
656         // send challenge
657         CHECK_ASSIGN(ctx->challenge, d0_bignum_rand_bit_atmost(ctx->challenge, SCHNORR_BITS));
658
659         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->challenge));
660
661         // Diffie Hellmann
662         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
663         CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_rand_range(ctx->r, zero, temp0));
664         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, four, ctx->r, ctx->schnorr_G));
665         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp0));
666
667         if(status)
668                 *status = !!d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, zero);
669
670         d0_iobuf_close(in, NULL);
671         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
672
673 fail:
674         d0_iobuf_close(in, NULL);
675         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
676         return 0;
677 }
678
679 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_authenticate_with_private_id_response(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen, char *outbuf, size_t *outbuflen)
680 //   1. read challenge challenge of SCHNORR_BITS
681 //   2. reply with r + s * challenge mod order
682 {
683         d0_iobuf_t *in = NULL;
684         d0_iobuf_t *out = NULL;
685
686         // temps: 0 order, 1 prod, 2 y, 3 challenge
687         REPLACING(other_4_to_r);
688         USING(schnorr_G); USING(schnorr_s); USING(r);
689
690         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
691         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
692
693         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp3));
694         CHECK(d0_bignum_cmp(temp3, zero) >= 0);
695         CHECK(d0_bignum_size(temp3) <= SCHNORR_BITS);
696
697         // Diffie Hellmann
698         CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->other_4_to_r));
699         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->other_4_to_r, zero) > 0);
700         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->other_4_to_r, ctx->schnorr_G) < 0);
701
702         // send response for schnorr ID scheme
703         // i.challenge. r + ctx->schnorr_s * temp3
704         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
705         CHECK(d0_bignum_mod_mul(temp1, ctx->schnorr_s, temp3, temp0));
706         CHECK(d0_bignum_mod_add(temp2, temp1, ctx->r, temp0));
707         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp2));
708
709         d0_iobuf_close(in, NULL);
710         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
711
712 fail:
713         d0_iobuf_close(in, NULL);
714         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
715         return 0;
716 }
717
718 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_authenticate_with_private_id_verify(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen, char *msg, size_t *msglen, BOOL *status)
719 //   1. read y = r + s * challenge mod order
720 //   2. verify: g^y (g^s)^-challenge = g^(r+s*challenge-s*challenge) = g^r
721 //      (check using H(g^r) which we know)
722 {
723         d0_iobuf_t *in = NULL;
724         static unsigned char convbuf[1024];
725         d0_iobuf_t *conv = NULL;
726         size_t sz;
727
728         // temps: 0 y 1 order
729         USING(challenge); USING(schnorr_G);
730         REPLACING(other_4_to_r);
731
732         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
733
734         CHECK(d0_dl_get_order(temp1, ctx->schnorr_G));
735         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
736         CHECK(d0_bignum_cmp(temp0, zero) >= 0);
737         CHECK(d0_bignum_cmp(temp0, temp1) < 0);
738
739         // verify schnorr ID scheme
740         // we need 4^temp0 (g^s)^-challenge
741         CHECK(d0_bignum_neg(temp1, ctx->challenge));
742         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp2, ctx->schnorr_4_to_s, temp1, ctx->schnorr_G));
743         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp1, four, temp0, ctx->schnorr_G));
744         CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_bignum_mod_mul(ctx->other_4_to_r, temp1, temp2, ctx->schnorr_G));
745         // hash must be equal to msghash
746
747         // hash it, hash it, everybody hash it
748         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
749         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->other_4_to_r));
750         CHECK(d0_iobuf_write_packet(conv, ctx->msg, ctx->msglen));
751         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->other_4_to_r));
752         d0_iobuf_close(conv, &sz);
753         conv = NULL;
754         if(memcmp(sha(convbuf, sz), ctx->msghash, SCHNORR_HASHSIZE))
755         {
756                 // FAIL (not owned by player)
757                 goto fail;
758         }
759
760         if(status)
761                 *status = !!d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, zero);
762
763         if(ctx->msglen <= *msglen)
764                 memcpy(msg, ctx->msg, ctx->msglen);
765         else
766                 memcpy(msg, ctx->msg, *msglen);
767         *msglen = ctx->msglen;
768
769         d0_iobuf_close(in, NULL);
770         return 1;
771
772 fail:
773         d0_iobuf_close(in, NULL);
774         return 0;
775 }
776
777 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_fingerprint64_public_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
778 {
779         d0_iobuf_t *out = NULL;
780         static unsigned char convbuf[1024];
781         d0_iobuf_t *conv = NULL;
782         size_t sz, n;
783
784         USING(schnorr_4_to_s);
785
786         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
787         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
788
789         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->schnorr_4_to_s));
790         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
791         conv = NULL;
792
793         n = (*outbuflen / 4) * 3;
794         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
795                 n = SHA_DIGESTSIZE;
796         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
797         CHECK(d0_iobuf_conv_base64_out(out));
798
799         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
800
801 fail:
802         if(conv)
803                 d0_iobuf_close(conv, &sz);
804         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
805         return 0;
806 }
807
808 BOOL d0_blind_id_sessionkey_public_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
809 {
810         d0_iobuf_t *out = NULL;
811         static unsigned char convbuf[1024];
812         d0_iobuf_t *conv = NULL;
813         size_t n, sz;
814
815         USING(r); USING(other_4_to_r); USING(schnorr_G);
816
817         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
818         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
819
820         // temps: temp0 result
821         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->other_4_to_r, ctx->r, ctx->schnorr_G));
822         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
823         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
824         conv = NULL;
825
826         n = *outbuflen;
827         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
828                 n = SHA_DIGESTSIZE;
829         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
830
831         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
832
833 fail:
834         if(conv)
835                 d0_iobuf_close(conv, &sz);
836         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
837         return 0;
838 }
839
840 d0_blind_id_t *d0_blind_id_new(void)
841 {
842         d0_blind_id_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_blind_id_t));
843         memset(b, 0, sizeof(*b));
844         return b;
845 }
846
847 void d0_blind_id_free(d0_blind_id_t *a)
848 {
849         d0_blind_id_clear(a);
850         d0_free(a);
851 }