INCOMPATIBLE PROTOCOL CHANGE, REGENERATE ALL IDENTITY KEYS: use a longer hash for...
[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_H_4_to_s_signature; // 0 when signature is invalid
55         // as hash function H, we get the SHA1 and reinterpret as bignum - yes, it always is < 160 bits
56
57         // temp data
58         d0_bignum_t *rsa_blind_signature_camouflage; // random number blind signature
59
60         d0_bignum_t *r; // random number for schnorr ID
61         d0_bignum_t *other_4_to_r; // for DH key exchange
62         d0_bignum_t *challenge; // challenge
63
64         char msghash[SCHNORR_HASHSIZE]; // init hash
65         char msg[MSGSIZE]; // message
66         size_t msglen; // message length
67 };
68
69 #define CHECK(x) do { if(!(x)) goto fail; } while(0)
70 #define CHECK_ASSIGN(var, value) do { d0_bignum_t *val; val = value; if(!val) goto fail; var = val; } while(0)
71
72 #define USING(x) if(!(ctx->x)) return 0
73 #define REPLACING(x)
74
75 static d0_bignum_t *zero, *one, *four, *temp0, *temp1, *temp2, *temp3, *temp4;
76
77 void d0_blind_id_INITIALIZE(void)
78 {
79         d0_bignum_INITIALIZE();
80         CHECK_ASSIGN(zero, d0_bignum_int(zero, 0));
81         CHECK_ASSIGN(one, d0_bignum_int(one, 1));
82         CHECK_ASSIGN(four, d0_bignum_int(four, 4));
83         CHECK_ASSIGN(temp0, d0_bignum_int(temp0, 0));
84         CHECK_ASSIGN(temp1, d0_bignum_int(temp1, 0));
85         CHECK_ASSIGN(temp2, d0_bignum_int(temp2, 0));
86         CHECK_ASSIGN(temp3, d0_bignum_int(temp3, 0));
87         CHECK_ASSIGN(temp4, d0_bignum_int(temp4, 0));
88 fail:
89         ;
90 }
91
92 void d0_blind_id_SHUTDOWN(void)
93 {
94         d0_bignum_free(zero);
95         d0_bignum_free(one);
96         d0_bignum_free(four);
97         d0_bignum_free(temp0);
98         d0_bignum_free(temp1);
99         d0_bignum_free(temp2);
100         d0_bignum_free(temp3);
101         d0_bignum_free(temp4);
102         d0_bignum_SHUTDOWN();
103 }
104
105 // (G-1)/2
106 d0_bignum_t *d0_dl_get_order(d0_bignum_t *o, const d0_bignum_t *G)
107 {
108         CHECK_ASSIGN(o, d0_bignum_sub(o, G, one));
109         CHECK(d0_bignum_shl(o, o, -1)); // order o = (G-1)/2
110         return o;
111 fail:
112         return NULL;
113 }
114 // 2o+1
115 d0_bignum_t *d0_dl_get_from_order(d0_bignum_t *G, const d0_bignum_t *o)
116 {
117         CHECK_ASSIGN(G, d0_bignum_shl(G, o, 1));
118         CHECK(d0_bignum_add(G, G, one));
119         return G;
120 fail:
121         return NULL;
122 }
123
124 BOOL d0_dl_generate_key(size_t size, d0_bignum_t *G)
125 {
126         // using: temp0
127         if(size < 16)
128                 size = 16;
129         for(;;)
130         {
131                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp0, size-1));
132                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 0) == 0)
133                         continue;
134                 CHECK(d0_dl_get_from_order(G, temp0));
135                 if(d0_bignum_isprime(G, 10) == 0)
136                         continue;
137                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 10) == 0) // finish the previous test
138                         continue;
139                 break;
140         }
141         return 1;
142 fail:
143         return 0;
144 }
145
146 BOOL d0_rsa_generate_key(size_t size, const d0_bignum_t *challenge, d0_bignum_t *d, d0_bignum_t *n)
147 {
148         // uses temp0 to temp4
149         int fail = 0;
150         int gcdfail = 0;
151         int pb = (size + 1)/2;
152         int qb = size - pb;
153         if(pb < 8)
154                 pb = 8;
155         if(qb < 8)
156                 qb = 8;
157         for (;;)
158         {
159                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp0, pb));
160                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 10) == 0)
161                         continue;
162                 CHECK(d0_bignum_sub(temp2, temp0, one));
163                 CHECK(d0_bignum_gcd(temp4, NULL, NULL, temp2, challenge));
164                 if(!d0_bignum_cmp(temp4, one))
165                         break;
166                 if(++gcdfail == 3)
167                         return 0;
168                 ++gcdfail;
169         }
170         gcdfail = 0;
171         for (;;)
172         {
173                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp1, qb));
174                 if(!d0_bignum_cmp(temp1, temp0))
175                 {
176                         if(++fail == 3)
177                                 return 0;
178                 }
179                 fail = 0;
180                 if(d0_bignum_isprime(temp1, 10) == 0)
181                         continue;
182                 CHECK(d0_bignum_sub(temp3, temp1, one));
183                 CHECK(d0_bignum_gcd(temp4, NULL, NULL, temp3, challenge));
184                 if(!d0_bignum_cmp(temp4, one))
185                         break;
186                 if(++gcdfail == 3)
187                         return 0;
188                 ++gcdfail;
189         }
190
191         // n = temp0*temp1
192         CHECK(d0_bignum_mul(n, temp0, temp1));
193
194         // d = challenge^-1 mod (temp0-1)(temp1-1)
195         CHECK(d0_bignum_mul(temp0, temp2, temp3));
196         CHECK(d0_bignum_mod_inv(d, challenge, temp0));
197         return 1;
198 fail:
199         return 0;
200 }
201
202 BOOL d0_rsa_generate_key_fastreject(size_t size, d0_fastreject_function reject, d0_blind_id_t *ctx, void *pass)
203 {
204         // uses temp0 to temp4
205         int fail = 0;
206         int gcdfail = 0;
207         int pb = (size + 1)/2;
208         int qb = size - pb;
209         if(pb < 8)
210                 pb = 8;
211         if(qb < 8)
212                 qb = 8;
213         for (;;)
214         {
215                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp0, pb));
216                 if(d0_bignum_isprime(temp0, 10) == 0)
217                         continue;
218                 CHECK(d0_bignum_sub(temp2, temp0, one));
219                 CHECK(d0_bignum_gcd(temp4, NULL, NULL, temp2, ctx->rsa_e));
220                 if(!d0_bignum_cmp(temp4, one))
221                         break;
222                 if(++gcdfail == 3)
223                         return 0;
224                 ++gcdfail;
225         }
226         gcdfail = 0;
227         for (;;)
228         {
229                 CHECK(d0_bignum_rand_bit_exact(temp1, qb));
230                 if(!d0_bignum_cmp(temp1, temp0))
231                 {
232                         if(++fail == 3)
233                                 return 0;
234                 }
235                 fail = 0;
236
237                 // n = temp0*temp1
238                 CHECK(d0_bignum_mul(ctx->rsa_n, temp0, temp1));
239                 if(reject(ctx, pass))
240                         continue;
241
242                 if(d0_bignum_isprime(temp1, 10) == 0)
243                         continue;
244                 CHECK(d0_bignum_sub(temp3, temp1, one));
245                 CHECK(d0_bignum_gcd(temp4, NULL, NULL, temp3, ctx->rsa_e));
246                 if(!d0_bignum_cmp(temp4, one))
247                         break;
248                 if(++gcdfail == 3)
249                         return 0;
250                 ++gcdfail;
251         }
252
253         // ctx->rsa_d = ctx->rsa_e^-1 mod (temp0-1)(temp1-1)
254         CHECK(d0_bignum_mul(temp0, temp2, temp3));
255         CHECK(d0_bignum_mod_inv(ctx->rsa_d, ctx->rsa_e, temp0));
256         return 1;
257 fail:
258         return 0;
259 }
260
261 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_longhash_destructive(d0_bignum_t *clobberme, char *outbuf, size_t outbuflen)
262 {
263         d0_iobuf_t *out = NULL;
264         static unsigned char convbuf[1024];
265         size_t n, sz;
266
267         n = outbuflen;
268         while(n > SHA_DIGESTSIZE)
269         {
270                 sz = (d0_bignum_size(clobberme) + 7) / 8;
271                 CHECK(d0_bignum_export_unsigned(clobberme, convbuf, sizeof(convbuf)) >= 0);
272                 memcpy(outbuf, sha(convbuf, sz), SHA_DIGESTSIZE);
273                 outbuf += SHA_DIGESTSIZE;
274                 n -= SHA_DIGESTSIZE;
275                 CHECK(d0_bignum_add(clobberme, clobberme, one));
276         }
277         sz = (d0_bignum_size(clobberme) + 7) / 8;
278         CHECK(d0_bignum_export_unsigned(clobberme, convbuf, sizeof(convbuf)) >= 0);
279         memcpy(outbuf, sha(convbuf, sz), n);
280         return 1;
281
282 fail:
283         return 0;
284 }
285
286 void d0_blind_id_clear(d0_blind_id_t *ctx)
287 {
288         if(ctx->rsa_n) d0_bignum_free(ctx->rsa_n);
289         if(ctx->rsa_e) d0_bignum_free(ctx->rsa_e);
290         if(ctx->rsa_d) d0_bignum_free(ctx->rsa_d);
291         if(ctx->schnorr_G) d0_bignum_free(ctx->schnorr_G);
292         if(ctx->schnorr_s) d0_bignum_free(ctx->schnorr_s);
293         if(ctx->schnorr_4_to_s) d0_bignum_free(ctx->schnorr_4_to_s);
294         if(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature) d0_bignum_free(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature);
295         if(ctx->rsa_blind_signature_camouflage) d0_bignum_free(ctx->rsa_blind_signature_camouflage);
296         if(ctx->r) d0_bignum_free(ctx->r);
297         if(ctx->challenge) d0_bignum_free(ctx->challenge);
298         if(ctx->other_4_to_r) d0_bignum_free(ctx->other_4_to_r);
299         memset(ctx, 0, sizeof(*ctx));
300 }
301
302 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_copy(d0_blind_id_t *ctx, const d0_blind_id_t *src)
303 {
304         d0_blind_id_clear(ctx);
305         if(src->rsa_n) CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_n));
306         if(src->rsa_e) CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_e));
307         if(src->rsa_d) CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_d, d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_d));
308         if(src->schnorr_G) CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_G));
309         if(src->schnorr_s) CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_s));
310         if(src->schnorr_4_to_s) CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_4_to_s));
311         if(src->schnorr_H_4_to_s_signature) CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, d0_bignum_mov(NULL, src->schnorr_H_4_to_s_signature));
312         if(src->rsa_blind_signature_camouflage) CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_mov(NULL, src->rsa_blind_signature_camouflage));
313         if(src->r) CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_mov(NULL, src->r));
314         if(src->challenge) CHECK_ASSIGN(ctx->challenge, d0_bignum_mov(NULL, src->challenge));
315         if(src->other_4_to_r) CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_bignum_mov(NULL, src->other_4_to_r));
316         memcpy(ctx->msg, src->msg, sizeof(ctx->msg));
317         ctx->msglen = src->msglen;
318         memcpy(ctx->msghash, src->msghash, sizeof(ctx->msghash));
319         return 1;
320 fail:
321         d0_blind_id_clear(ctx);
322         return 0;
323 }
324
325 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_key_fastreject(d0_blind_id_t *ctx, int k, d0_fastreject_function reject, void *pass)
326 {
327         REPLACING(rsa_e); REPLACING(rsa_d); REPLACING(rsa_n);
328
329         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_bignum_int(ctx->rsa_e, 65537));
330         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_d, d0_bignum_zero(ctx->rsa_d));
331         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_bignum_zero(ctx->rsa_n));
332         if(reject)
333                 CHECK(d0_rsa_generate_key_fastreject(k+1, reject, ctx, pass)); // must fit G for sure
334         else
335                 CHECK(d0_rsa_generate_key(k+1, ctx->rsa_e, ctx->rsa_d, ctx->rsa_n)); // must fit G for sure
336         return 1;
337 fail:
338         return 0;
339 }
340
341 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_key(d0_blind_id_t *ctx, int k)
342 {
343         return d0_blind_id_generate_private_key_fastreject(ctx, k, NULL, NULL);
344 }
345
346 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_key(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
347 {
348         d0_iobuf_t *in = NULL;
349
350         REPLACING(rsa_n); REPLACING(rsa_e); REPLACING(rsa_d);
351
352         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
353
354         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_n));
355         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_e));
356         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_d, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_d));
357         return d0_iobuf_close(in, NULL);
358
359 fail:
360         d0_iobuf_close(in, NULL);
361         return 0;
362 }
363
364 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_public_key(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
365 {
366         d0_iobuf_t *in = NULL;
367
368         REPLACING(rsa_n); REPLACING(rsa_e);
369
370         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
371         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_n, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_n));
372         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_e, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_e));
373         return d0_iobuf_close(in, NULL);
374
375 fail:
376         d0_iobuf_close(in, NULL);
377         return 0;
378 }
379
380 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_key(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
381 {
382         d0_iobuf_t *out = NULL;
383
384         USING(rsa_n); USING(rsa_e); USING(rsa_d);
385
386         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
387         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_n));
388         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_e));
389         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_d));
390         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
391
392 fail:
393         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
394         return 0;
395 }
396
397 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_public_key(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
398 {
399         d0_iobuf_t *out = NULL;
400
401         USING(rsa_n); USING(rsa_e);
402
403         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
404         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_n));
405         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_e));
406         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
407
408 fail:
409         if(!d0_iobuf_close(out, outbuflen))
410                 return 0;
411         return 0;
412 }
413
414 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_fingerprint64_public_key(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
415 {
416         d0_iobuf_t *out = NULL;
417         static unsigned char convbuf[2048];
418         d0_iobuf_t *conv = NULL;
419         size_t sz, n;
420
421         USING(rsa_n); USING(rsa_e);
422
423         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
424         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
425
426         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->rsa_n));
427         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->rsa_e));
428         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
429         conv = NULL;
430
431         n = (*outbuflen / 4) * 3;
432         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
433                 n = SHA_DIGESTSIZE;
434         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
435         CHECK(d0_iobuf_conv_base64_out(out));
436
437         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
438
439 fail:
440         if(conv)
441                 d0_iobuf_close(conv, &sz);
442         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
443         return 0;
444 }
445
446 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx)
447 {
448         USING(rsa_n);
449         REPLACING(schnorr_G);
450
451         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_bignum_zero(ctx->schnorr_G));
452         CHECK(d0_dl_generate_key(d0_bignum_size(ctx->rsa_n)-1, ctx->schnorr_G));
453         return 1;
454 fail:
455         return 0;
456 }
457
458 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id_modulus(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
459 {
460         d0_iobuf_t *in = NULL;
461
462         REPLACING(schnorr_G);
463
464         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
465         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_G));
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_write_private_id_modulus(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
474 {
475         d0_iobuf_t *out = NULL;
476
477         USING(schnorr_G);
478
479         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
480         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_G));
481         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
482
483 fail:
484         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
485         return 0;
486 }
487
488 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_start(d0_blind_id_t *ctx)
489 {
490         // temps: temp0 = order
491         USING(schnorr_G);
492         REPLACING(schnorr_s); REPLACING(schnorr_4_to_s);
493
494         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
495         CHECK(d0_bignum_shl(temp1, ctx->schnorr_G, -1));
496         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_bignum_rand_range(ctx->schnorr_s, zero, temp0));
497         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_bignum_mod_pow(ctx->schnorr_4_to_s, four, ctx->schnorr_s, ctx->schnorr_G));
498         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, d0_bignum_zero(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
499         return 1;
500
501 fail:
502         return 0;
503 }
504
505 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_generate_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
506 {
507         d0_iobuf_t *out = NULL;
508         static unsigned char convbuf[2048], shabuf[2048];
509         size_t sz;
510
511         // temps: temp0 rsa_blind_signature_camouflage^challenge, temp1 (4^s)*rsa_blind_signature_camouflage^challenge
512         USING(rsa_n); USING(rsa_e); USING(schnorr_4_to_s);
513         REPLACING(rsa_blind_signature_camouflage);
514
515         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
516
517         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_rand_bit_atmost(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_bignum_size(ctx->rsa_n)));
518         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->rsa_blind_signature_camouflage, ctx->rsa_e, ctx->rsa_n));
519
520         // we will actually sign HA(4^s) to prevent a malleability attack!
521         CHECK(d0_bignum_mov(temp2, ctx->schnorr_4_to_s));
522         sz = (d0_bignum_size(ctx->rsa_n) + 7) / 8; // this is too long, so we have to take the value % rsa_n when "decrypting"
523         if(sz > sizeof(shabuf))
524                 sz = sizeof(shabuf);
525         CHECK(d0_longhash_destructive(temp2, shabuf, sz));
526         CHECK(d0_bignum_import_unsigned(temp2, shabuf, sz));
527
528         // hash complete
529         CHECK(d0_bignum_mod_mul(temp1, temp2, temp0, ctx->rsa_n));
530         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp1));
531         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
532
533 fail:
534         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
535         return 0;
536 }
537
538 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_answer_private_id_request(const d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen, char *outbuf, size_t *outbuflen)
539 {
540         d0_iobuf_t *in = NULL;
541         d0_iobuf_t *out = NULL;
542
543         // temps: temp0 input, temp1 temp0^d
544         USING(rsa_d); USING(rsa_n);
545
546         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
547         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
548
549         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
550         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp1, temp0, ctx->rsa_d, ctx->rsa_n));
551         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp1));
552
553         d0_iobuf_close(in, NULL);
554         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
555
556 fail:
557         d0_iobuf_close(in, NULL);
558         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
559         return 0;
560 }
561
562 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_finish_private_id_request(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
563 {
564         d0_iobuf_t *in = NULL;
565
566         // temps: temp0 input, temp1 rsa_blind_signature_camouflage^-1
567         USING(rsa_blind_signature_camouflage); USING(rsa_n);
568         REPLACING(schnorr_H_4_to_s_signature);
569
570         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
571
572         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
573         CHECK(d0_bignum_mod_inv(temp1, ctx->rsa_blind_signature_camouflage, ctx->rsa_n));
574         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, d0_bignum_mod_mul(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, temp0, temp1, ctx->rsa_n));
575
576         return d0_iobuf_close(in, NULL);
577
578 fail:
579         d0_iobuf_close(in, NULL);
580         return 0;
581 }
582
583 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id_request_camouflage(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
584 {
585         d0_iobuf_t *in = NULL;
586
587         REPLACING(rsa_blind_signature_camouflage);
588
589         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
590
591         CHECK_ASSIGN(ctx->rsa_blind_signature_camouflage, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->rsa_blind_signature_camouflage));
592
593         return d0_iobuf_close(in, NULL);
594
595 fail:
596         d0_iobuf_close(in, NULL);
597         return 0;
598 }
599
600 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_id_request_camouflage(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
601 {
602         d0_iobuf_t *out = NULL;
603
604         USING(rsa_blind_signature_camouflage);
605
606         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
607
608         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->rsa_blind_signature_camouflage));
609
610         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
611
612 fail:
613         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
614         return 0;
615 }
616
617 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_private_id(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
618 {
619         d0_iobuf_t *in = NULL;
620
621         REPLACING(schnorr_s); REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_H_4_to_s_signature);
622
623         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
624
625         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_s));
626         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
627         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
628
629         return d0_iobuf_close(in, NULL);
630
631 fail:
632         d0_iobuf_close(in, NULL);
633         return 0;
634 }
635
636 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_read_public_id(d0_blind_id_t *ctx, const char *inbuf, size_t inbuflen)
637 {
638         d0_iobuf_t *in = NULL;
639
640         REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_H_4_to_s_signature);
641
642         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
643
644         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
645         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
646
647         return d0_iobuf_close(in, NULL);
648
649 fail:
650         d0_iobuf_close(in, NULL);
651         return 0;
652 }
653
654 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_private_id(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
655 {
656         d0_iobuf_t *out = NULL;
657
658         USING(schnorr_s); USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_H_4_to_s_signature);
659
660         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
661
662         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_s));
663         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
664         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
665
666         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
667
668 fail:
669         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
670         return 0;
671 }
672
673 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_write_public_id(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
674 {
675         d0_iobuf_t *out = NULL;
676
677         USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_H_4_to_s_signature);
678
679         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
680
681         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
682         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
683
684         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
685
686 fail:
687         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
688         return 0;
689 }
690
691 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)
692 // start =
693 //   first run: send 4^s, 4^s signature
694 //   1. get random r, send HASH(4^r)
695 {
696         d0_iobuf_t *out = NULL;
697         static unsigned char convbuf[1024];
698         d0_iobuf_t *conv = NULL;
699         size_t sz = 0;
700
701         // temps: temp0 order, temp0 4^r
702         if(is_first)
703         {
704                 USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_H_4_to_s_signature);
705         }
706         USING(schnorr_G);
707         REPLACING(r);
708
709         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
710
711         if(is_first)
712         {
713                 // send ID
714                 if(send_modulus)
715                         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_G));
716                 CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_4_to_s));
717                 CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
718         }
719
720         // start schnorr ID scheme
721         // generate random number r; x = g^r; send hash of x, remember r, forget x
722         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
723         CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_rand_range(ctx->r, zero, temp0));
724         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, four, ctx->r, ctx->schnorr_G));
725
726         // hash it, hash it, everybody hash it
727         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
728         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
729         CHECK(d0_iobuf_write_packet(conv, msg, msglen));
730         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, temp0));
731         d0_iobuf_close(conv, &sz);
732         conv = NULL;
733         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), SCHNORR_HASHSIZE) == SCHNORR_HASHSIZE);
734         CHECK(d0_iobuf_write_packet(out, msg, msglen));
735
736         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
737
738 fail:
739         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
740         return 0;
741 }
742
743 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)
744 //   first run: get 4^s, 4^s signature
745 //   1. check sig
746 //   2. save HASH(4^r)
747 //   3. send challenge challenge of SCHNORR_BITS
748 {
749         d0_iobuf_t *in = NULL;
750         d0_iobuf_t *out = NULL;
751         static unsigned char shabuf[2048];
752         size_t sz;
753
754         // temps: temp0 order, temp0 signature check
755         if(is_first)
756         {
757                 REPLACING(schnorr_4_to_s); REPLACING(schnorr_H_4_to_s_signature);
758                 if(recv_modulus)
759                         REPLACING(schnorr_G);
760                 else
761                         USING(schnorr_G);
762         }
763         else
764         {
765                 USING(schnorr_4_to_s); USING(schnorr_H_4_to_s_signature);
766                 USING(schnorr_G);
767         }
768         USING(rsa_e); USING(rsa_n);
769         REPLACING(challenge); REPLACING(msg); REPLACING(msglen); REPLACING(msghash); REPLACING(r);
770
771         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
772         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
773
774         if(is_first)
775         {
776                 if(recv_modulus)
777                 {
778                         CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_G, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_G));
779                         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_G, zero) > 0);
780                         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_G, ctx->rsa_n) < 0);
781                 }
782                 CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_4_to_s, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_4_to_s));
783                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s, zero) >= 0);
784                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_4_to_s, ctx->schnorr_G) < 0);
785                 CHECK_ASSIGN(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
786                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, zero) >= 0);
787                 CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, ctx->rsa_n) < 0);
788
789                 // check signature of key (t = k^d, so, t^challenge = k)
790                 CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, ctx->rsa_e, ctx->rsa_n));
791
792                 // we will actually sign SHA(4^s) to prevent a malleability attack!
793                 CHECK(d0_bignum_mov(temp2, ctx->schnorr_4_to_s));
794                 sz = (d0_bignum_size(ctx->rsa_n) + 7) / 8; // this is too long, so we have to take the value % rsa_n when "decrypting"
795                 if(sz > sizeof(shabuf))
796                         sz = sizeof(shabuf);
797                 CHECK(d0_longhash_destructive(temp2, shabuf, sz));
798                 CHECK(d0_bignum_import_unsigned(temp2, shabuf, sz));
799
800                 // + 7 / 8 is too large, so let's mod it
801                 CHECK(d0_bignum_divmod(NULL, temp1, temp2, ctx->rsa_n));
802
803                 // hash complete
804                 if(d0_bignum_cmp(temp0, temp1))
805                 {
806                         // accept the key anyway, but mark as failed signature! will later return 0 in status
807                         CHECK(d0_bignum_zero(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature));
808                 }
809         }
810
811         CHECK(d0_iobuf_read_raw(in, ctx->msghash, SCHNORR_HASHSIZE));
812         ctx->msglen = MSGSIZE;
813         CHECK(d0_iobuf_read_packet(in, ctx->msg, &ctx->msglen));
814
815         // send challenge
816         CHECK_ASSIGN(ctx->challenge, d0_bignum_rand_bit_atmost(ctx->challenge, SCHNORR_BITS));
817
818         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, ctx->challenge));
819
820         // Diffie Hellmann
821         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
822         CHECK_ASSIGN(ctx->r, d0_bignum_rand_range(ctx->r, zero, temp0));
823         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, four, ctx->r, ctx->schnorr_G));
824         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp0));
825
826         if(status)
827                 *status = !!d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, zero);
828
829         d0_iobuf_close(in, NULL);
830         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
831
832 fail:
833         d0_iobuf_close(in, NULL);
834         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
835         return 0;
836 }
837
838 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)
839 //   1. read challenge challenge of SCHNORR_BITS
840 //   2. reply with r + s * challenge mod order
841 {
842         d0_iobuf_t *in = NULL;
843         d0_iobuf_t *out = NULL;
844
845         // temps: 0 order, 1 prod, 2 y, 3 challenge
846         REPLACING(other_4_to_r);
847         USING(schnorr_G); USING(schnorr_s); USING(r);
848
849         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
850         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
851
852         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp3));
853         CHECK(d0_bignum_cmp(temp3, zero) >= 0);
854         CHECK(d0_bignum_size(temp3) <= SCHNORR_BITS);
855
856         // Diffie Hellmann
857         CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_iobuf_read_bignum(in, ctx->other_4_to_r));
858         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->other_4_to_r, zero) > 0);
859         CHECK(d0_bignum_cmp(ctx->other_4_to_r, ctx->schnorr_G) < 0);
860
861         // send response for schnorr ID scheme
862         // i.challenge. r + ctx->schnorr_s * temp3
863         CHECK(d0_dl_get_order(temp0, ctx->schnorr_G));
864         CHECK(d0_bignum_mod_mul(temp1, ctx->schnorr_s, temp3, temp0));
865         CHECK(d0_bignum_mod_add(temp2, temp1, ctx->r, temp0));
866         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(out, temp2));
867
868         d0_iobuf_close(in, NULL);
869         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
870
871 fail:
872         d0_iobuf_close(in, NULL);
873         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
874         return 0;
875 }
876
877 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)
878 //   1. read y = r + s * challenge mod order
879 //   2. verify: g^y (g^s)^-challenge = g^(r+s*challenge-s*challenge) = g^r
880 //      (check using H(g^r) which we know)
881 {
882         d0_iobuf_t *in = NULL;
883         static unsigned char convbuf[1024];
884         d0_iobuf_t *conv = NULL;
885         size_t sz;
886
887         // temps: 0 y 1 order
888         USING(challenge); USING(schnorr_G);
889         REPLACING(other_4_to_r);
890
891         in = d0_iobuf_open_read(inbuf, inbuflen);
892
893         CHECK(d0_dl_get_order(temp1, ctx->schnorr_G));
894         CHECK(d0_iobuf_read_bignum(in, temp0));
895         CHECK(d0_bignum_cmp(temp0, zero) >= 0);
896         CHECK(d0_bignum_cmp(temp0, temp1) < 0);
897
898         // verify schnorr ID scheme
899         // we need 4^temp0 (g^s)^-challenge
900         CHECK(d0_bignum_neg(temp1, ctx->challenge));
901         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp2, ctx->schnorr_4_to_s, temp1, ctx->schnorr_G));
902         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp1, four, temp0, ctx->schnorr_G));
903         CHECK_ASSIGN(ctx->other_4_to_r, d0_bignum_mod_mul(ctx->other_4_to_r, temp1, temp2, ctx->schnorr_G));
904         // hash must be equal to msghash
905
906         // hash it, hash it, everybody hash it
907         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
908         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->other_4_to_r));
909         CHECK(d0_iobuf_write_packet(conv, ctx->msg, ctx->msglen));
910         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->other_4_to_r));
911         d0_iobuf_close(conv, &sz);
912         conv = NULL;
913         if(memcmp(sha(convbuf, sz), ctx->msghash, SCHNORR_HASHSIZE))
914         {
915                 // FAIL (not owned by player)
916                 goto fail;
917         }
918
919         if(status)
920                 *status = !!d0_bignum_cmp(ctx->schnorr_H_4_to_s_signature, zero);
921
922         if(ctx->msglen <= *msglen)
923                 memcpy(msg, ctx->msg, ctx->msglen);
924         else
925                 memcpy(msg, ctx->msg, *msglen);
926         *msglen = ctx->msglen;
927
928         d0_iobuf_close(in, NULL);
929         return 1;
930
931 fail:
932         d0_iobuf_close(in, NULL);
933         return 0;
934 }
935
936 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_blind_id_fingerprint64_public_id(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
937 {
938         d0_iobuf_t *out = NULL;
939         static unsigned char convbuf[1024];
940         d0_iobuf_t *conv = NULL;
941         size_t sz, n;
942
943         USING(schnorr_4_to_s);
944
945         out = d0_iobuf_open_write(outbuf, *outbuflen);
946         conv = d0_iobuf_open_write(convbuf, sizeof(convbuf));
947
948         CHECK(d0_iobuf_write_bignum(conv, ctx->schnorr_4_to_s));
949         CHECK(d0_iobuf_close(conv, &sz));
950         conv = NULL;
951
952         n = (*outbuflen / 4) * 3;
953         if(n > SHA_DIGESTSIZE)
954                 n = SHA_DIGESTSIZE;
955         CHECK(d0_iobuf_write_raw(out, sha(convbuf, sz), n) == n);
956         CHECK(d0_iobuf_conv_base64_out(out));
957
958         return d0_iobuf_close(out, outbuflen);
959
960 fail:
961         if(conv)
962                 d0_iobuf_close(conv, &sz);
963         d0_iobuf_close(out, outbuflen);
964         return 0;
965 }
966
967 BOOL d0_blind_id_sessionkey_public_id(const d0_blind_id_t *ctx, char *outbuf, size_t *outbuflen)
968 {
969         USING(r); USING(other_4_to_r); USING(schnorr_G);
970
971         // temps: temp0 result
972         CHECK(d0_bignum_mod_pow(temp0, ctx->other_4_to_r, ctx->r, ctx->schnorr_G));
973         return d0_longhash_destructive(temp0, outbuf, *outbuflen);
974
975 fail:
976         return 0;
977 }
978
979 d0_blind_id_t *d0_blind_id_new(void)
980 {
981         d0_blind_id_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_blind_id_t));
982         memset(b, 0, sizeof(*b));
983         return b;
984 }
985
986 void d0_blind_id_free(d0_blind_id_t *a)
987 {
988         d0_blind_id_clear(a);
989         d0_free(a);
990 }