improve variable naming in the context struct
[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_generate_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx)
318 {
319         USING(rsa_n);
320         REPLACING(schnorr_G);
321
322         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_bignum_zero(ctx->schnorr_G));
323         CHECK(d0_dl_generate_key(d0_bignum_size(ctx->rsa_n)-1, ctx->schnorr_G));
324         return 1;
325 fail:
326         return 0;
327 }
328
329 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
330 {
331         d0_iobuf_t *in = NULL;
332
333         REPLACING(schnorr_G);
334
335         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
336         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_G));
337         return d0_iobuf_close(in, NULL);
338
339 fail:
340         d0_iobuf_close(in, NULL);
341         return 0;
342 }
343
344 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
345 {
346         d0_iobuf_t *out = NULL;
347
348         USING(schnorr_G);
349
350         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
351         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_G));
352         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
353
354 fail:
355         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
356         return 0;
357 }
358
359 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_start(d0_blind_id_t *ctx)
360 {
361         // temps: temp0 = order
362         USING(schnorr_G);
363         REPLACING(schnorr_s); REPLACING(schnorr_4_to_s);
364
365         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
366         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_bignum_rand_range(ctx->schnorr_s, zero, temp0));
367         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_bignum_mod_pow(ctx->schnorr_4_to_s, four, ctx->schnorr_s, ctx->schnorr_G));
368         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_bignum_zero(ctx->schnorr_4_to_s_signature));
369         return 1;
370
371 fail:
372         return 0;
373 }
374
375 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
376 {
377         d0_iobuf_t *out = NULL;
378
379         // temps: temp0 rsa_blind_signature_camouflage^challenge, temp1 (4^s)*rsa_blind_signature_camouflage^challenge
380         USING(rsa_n); USING(rsa_e); USING(schnorr_4_to_s);
381         REPLACING(rsa_blind_signature_camouflage);
382
383         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
384
385         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_rand_bit_atmost(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_size(ctx->rsa_n)));
386         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->rsa_blind_signature_camouflage, ctx->rsa_e, ctx->rsa_n));
387         CHECK(d0_bignum_mod_mul(temp1, ctx->schnorr_4_to_s, temp0, ctx->rsa_n));
388         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp1));
389         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
390
391 fail:
392         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
393         return 0;
394 }
395
396 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)
397 {
398         d0_iobuf_t *in = NULL;
399         d0_iobuf_t *out = NULL;
400
401         // temps: temp0 input, temp1 temp0^d
402         USING(rsa_d); USING(rsa_n);
403
404         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
405         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
406
407         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
408         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp1, temp0, ctx->rsa_d, ctx->rsa_n));
409         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp1));
410
411         d0_iobuf_close(in, NULL);
412         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
413
414 fail:
415         d0_iobuf_close(in, NULL);
416         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
417         return 0;
418 }
419
420 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_finish_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
421 {
422         d0_iobuf_t *in = NULL;
423
424         // temps: temp0 input, temp1 rsa_blind_signature_camouflage^-1
425         USING(rsa_blind_signature_camouflage); USING(rsa_n);
426         REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
427
428         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
429
430         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
431         CHECK(d0_bignum_mod_inv(temp1, ctx->rsa_blind_signature_camouflage, ctx->rsa_n));
432         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_bignum_mod_mul(ctx->schnorr_4_to_s_signature, temp0, temp1, ctx->rsa_n));
433
434         return d0_iobuf_close(in, NULL);
435
436 fail:
437         d0_iobuf_close(in, NULL);
438         return 0;
439 }
440
441 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
442 {
443         d0_iobuf_t *in = NULL;
444
445         REPLACING(schnorr_s); REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
446
447         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
448
449         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_s));
450         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
451         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
452
453         return d0_iobuf_close(in, NULL);
454
455 fail:
456         d0_iobuf_close(in, NULL);
457         return 0;
458 }
459
460 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_public_id(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
461 {
462         d0_iobuf_t *in = NULL;
463
464         REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
465
466         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
467
468         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
469         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
470
471         return d0_iobuf_close(in, NULL);
472
473 fail:
474         d0_iobuf_close(in, NULL);
475         return 0;
476 }
477
478 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
479 {
480         d0_iobuf_t *out = NULL;
481
482         USING(schnorr_s); USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
483
484         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
485
486         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_s));
487         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
488         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
489
490         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
491
492 fail:
493         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
494         return 0;
495 }
496
497 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_public_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
498 {
499         d0_iobuf_t *out = NULL;
500
501         USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
502
503         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
504
505         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
506         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
507
508         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
509
510 fail:
511         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
512         return 0;
513 }
514
515 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)
516 // start =
517 //   first run: send 4^s, 4^s signature
518 //   1. get random r, send HASH(4^r)
519 {
520         d0_iobuf_t *out = NULL;
521         static unsigned char convbuf[1024];
522         d0_iobuf_t *conv = NULL;
523         size_t sz = 0;
524
525         // temps: temp0 order, temp0 4^r
526         if(is_first)
527         {
528                 USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
529         }
530         USING(schnorr_G);
531         REPLACING(r);
532
533         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
534
535         if(is_first)
536         {
537                 // send ID
538                 if(send_modulus)
539                         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_G));
540                 CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
541                 CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
542         }
543
544         // start schnorr ID scheme
545         // generate random number r; x = g^r; send hash of x, remember r, forget x
546         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
547         CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_rand_range(ctx->r, zero, temp0));
548         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, four, ctx->r, ctx->schnorr_G));
549
550         // hash it, hash it, everybody hash it
551         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
552         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
553         CHECK(d0_iobuf_write_packet(conv, msg, msglen));
554         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
555         d0_iobuf_close(conv, &sz);
556         conv = NULL;
557         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), SCHNORR_HASHSIZE) == SCHNORR_HASHSIZE);
558         CHECK(d0_iobuf_write_packet(out, msg, msglen));
559
560         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
561
562 fail:
563         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
564         return 0;
565 }
566
567 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)
568 //   first run: get 4^s, 4^s signature
569 //   1. check sig
570 //   2. save HASH(4^r)
571 //   3. send challenge challenge of SCHNORR_BITS
572 {
573         d0_iobuf_t *in = NULL;
574         d0_iobuf_t *out = NULL;
575
576         // temps: temp0 order, temp0 signature check
577         if(is_first)
578         {
579                 REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_4_to_s_signature);
580                 if(recv_modulus)
581                         REPLACING(schnorr_G);
582                 else
583                         USING(schnorr_G);
584         }
585         else
586         {
587                 USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_4_to_s_signature);
588                 USING(schnorr_G);
589         }
590         USING(rsa_e); USING(rsa_n);
591         REPLACING(challenge); REPLACING(msg); REPLACING(msglen); REPLACING(msghash); REPLACING(r);
592
593         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
594         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
595
596         if(is_first)
597         {
598                 if(recv_modulus)
599                 {
600                         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_G));
601                         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_G, zero) > 0);
602                         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_G, ctx->rsa_n) < 0);
603                 }
604                 CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
605                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s, zero) > 0);
606                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s, ctx->schnorr_G) < 0);
607                 CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s_signature));
608                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, zero) >= 0);
609                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, ctx->rsa_n) < 0);
610
611                 // check signature of key (t = k^d, so, t^challenge = k)
612                 CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->schnorr_4_to_s_signature, ctx->rsa_e, ctx->rsa_n));
613                 if(d0_bignum_cmp(temp0, ctx->schnorr_4_to_s))
614                 {
615                         // accept the key anyway, but mark as failed signature! will later return 0 in status
616                         CHECK(d0_bignum_zero(ctx->schnorr_4_to_s_signature));
617                 }
618         }
619
620         CHECK(d0_iobuf_read_raw(in, ctx->msghash, SCHNORR_HASHSIZE));
621         ctx->msglen = MSGSIZE;
622         CHECK(d0_iobuf_read_packet(in, ctx->msg, &ctx->msglen));
623
624         // send challenge
625         CHECK_ASSIGN(ctx->challenge, d0_bignum_rand_bit_atmost(ctx->challenge, SCHNORR_BITS));
626
627         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->challenge));
628
629         // Diffie Hellmann
630         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
631         CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_rand_range(ctx->r, zero, temp0));
632         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, four, ctx->r, ctx->schnorr_G));
633         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp0));
634
635         if(status)
636                 *status = !!d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, zero);
637
638         d0_iobuf_close(in, NULL);
639         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
640
641 fail:
642         d0_iobuf_close(in, NULL);
643         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
644         return 0;
645 }
646
647 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)
648 //   1. read challenge challenge of SCHNORR_BITS
649 //   2. reply with r + s * challenge mod order
650 {
651         d0_iobuf_t *in = NULL;
652         d0_iobuf_t *out = NULL;
653
654         // temps: 0 order, 1 prod, 2 y, 3 challenge
655         REPLACING(other_4_to_r);
656         USING(schnorr_G); USING(schnorr_s); USING(r);
657
658         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
659         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
660
661         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp3));
662         CHECK(d0_bignum_cmp(temp3, zero) >= 0);
663         CHECK(d0_bignum_size(temp3) <= SCHNORR_BITS);
664
665         // Diffie Hellmann
666         CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->other_4_to_r));
667         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->other_4_to_r, zero) > 0);
668         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->other_4_to_r, ctx->schnorr_G) < 0);
669
670         // send response for schnorr ID scheme
671         // i.challenge. r + ctx->schnorr_s * temp3
672         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
673         CHECK(d0_bignum_mod_mul(temp1, ctx->schnorr_s, temp3, temp0));
674         CHECK(d0_bignum_mod_add(temp2, temp1, ctx->r, temp0));
675         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp2));
676
677         d0_iobuf_close(in, NULL);
678         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
679
680 fail:
681         d0_iobuf_close(in, NULL);
682         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
683         return 0;
684 }
685
686 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)
687 //   1. read y = r + s * challenge mod order
688 //   2. verify: g^y (g^s)^-challenge = g^(r+s*challenge-s*challenge) = g^r
689 //      (check using H(g^r) which we know)
690 {
691         d0_iobuf_t *in = NULL;
692         static unsigned char convbuf[1024];
693         d0_iobuf_t *conv = NULL;
694         size_t sz;
695
696         // temps: 0 y 1 order
697         USING(challenge); USING(schnorr_G);
698         REPLACING(other_4_to_r);
699
700         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
701
702         CHECK(d0_dl_get_order(temp1, ctx->schnorr_G));
703         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
704         CHECK(d0_bignum_cmp(temp0, zero) >= 0);
705         CHECK(d0_bignum_cmp(temp0, temp1) < 0);
706
707         // verify schnorr ID scheme
708         // we need 4^temp0 (g^s)^-challenge
709         CHECK(d0_bignum_neg(temp1, ctx->challenge));
710         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp2, ctx->schnorr_4_to_s, temp1, ctx->schnorr_G));
711         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp1, four, temp0, ctx->schnorr_G));
712         CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_bignum_mod_mul(ctx->other_4_to_r, temp1, temp2, ctx->schnorr_G));
713         // hash must be equal to msghash
714
715         // hash it, hash it, everybody hash it
716         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
717         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->other_4_to_r));
718         CHECK(d0_iobuf_write_packet(conv, ctx->msg, ctx->msglen));
719         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->other_4_to_r));
720         d0_iobuf_close(conv, &sz);
721         conv = NULL;
722         if(memcmp(sha(convbuf, sz), ctx->msghash, SCHNORR_HASHSIZE))
723         {
724                 // FAIL (not owned by player)
725                 goto fail;
726         }
727
728         if(status)
729                 *status = !!d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s_signature, zero);
730
731         if(ctx->msglen <= *msglen)
732                 memcpy(msg, ctx->msg, ctx->msglen);
733         else
734                 memcpy(msg, ctx->msg, *msglen);
735         *msglen = ctx->msglen;
736
737         d0_iobuf_close(in, NULL);
738         return 1;
739
740 fail:
741         d0_iobuf_close(in, NULL);
742         return 0;
743 }
744
745 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_fingerprint64_public_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
746 {
747         d0_iobuf_t *out = NULL;
748         static unsigned char convbuf[1024];
749         d0_iobuf_t *conv = NULL;
750         size_t sz, n;
751
752         USING(schnorr_4_to_s);
753
754         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
755         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
756
757         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->schnorr_4_to_s));
758         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
759         conv = NULL;
760
761         n = (*outbuflen / 4) * 3;
762         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
763                 n = SHA_DIGESTSIZE;
764         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
765         CHECK(d0_iobuf_conv_base64_out(out));
766
767         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
768
769 fail:
770         if(conv)
771                 d0_iobuf_close(conv, &sz);
772         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
773         return 0;
774 }
775
776 BOOL d0_blind_id_sessionkey_public_id(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
777 {
778         d0_iobuf_t *out = NULL;
779         static unsigned char convbuf[1024];
780         d0_iobuf_t *conv = NULL;
781         size_t n, sz;
782
783         USING(r); USING(other_4_to_r); USING(schnorr_G);
784
785         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
786         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
787
788         // temps: temp0 result
789         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->other_4_to_r, ctx->r, ctx->schnorr_G));
790         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
791         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
792         conv = NULL;
793
794         n = *outbuflen;
795         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
796                 n = SHA_DIGESTSIZE;
797         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
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 d0_blind_id_t *d0_blind_id_new(void)
809 {
810         d0_blind_id_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_blind_id_t));
811         memset(b, 0, sizeof(*b));
812         return b;
813 }
814
815 void d0_blind_id_free(d0_blind_id_t *a)
816 {
817         d0_blind_id_clear(a);
818         d0_free(a);
819 }