src/key.cpp

   1 // Copyright (c) 2009-2012 The Bitcoin developers
   2 // Distributed under the MIT/X11 software license, see the accompanying
   3 // file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
   4
   5 #include <map>
   6
   7 #include <openssl/ecdsa.h>
   8 #include <openssl/evp.h>
   9 #include <openssl/obj_mac.h>
  10
  11 #include "key.h"
  12 #include "base58.h"
  13
  14 // Generate a private key from just the secret parameter
  15 int EC_KEY_regenerate_key(EC_KEY *eckey, BIGNUM *priv_key)
  16 {
  17     int ok = 0;
  18     BN_CTX *ctx = NULL;
  19     EC_POINT *pub_key = NULL;
  20
  21     if (!eckey) return 0;
  22
  23     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(eckey);
  24
  25     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
  26         goto err;
  27
  28     pub_key = EC_POINT_new(group);
  29
  30     if (pub_key == NULL)
  31         goto err;
  32
  33     if (!EC_POINT_mul(group, pub_key, priv_key, NULL, NULL, ctx))
  34         goto err;
  35
  36     EC_KEY_set_private_key(eckey,priv_key);
  37     EC_KEY_set_public_key(eckey,pub_key);
  38
  39     ok = 1;
  40
  41 err:
  42
  43     if (pub_key)
  44         EC_POINT_free(pub_key);
  45     if (ctx != NULL)
  46         BN_CTX_free(ctx);
  47
  48     return(ok);
  49 }
  50
  51 // Perform ECDSA key recovery (see SEC1 4.1.6) for curves over (mod p)-fields
  52 // recid selects which key is recovered
  53 // if check is non-zero, additional checks are performed
  54 int ECDSA_SIG_recover_key_GFp(EC_KEY *eckey, ECDSA_SIG *ecsig, const unsigned char *msg, int msglen, int recid, int check)
  55 {
  56     if (!eckey) return 0;
  57
  58     int ret = 0;
  59     BN_CTX *ctx = NULL;
  60
  61     BIGNUM *x = NULL;
  62     BIGNUM *e = NULL;
  63     BIGNUM *order = NULL;
  64     BIGNUM *sor = NULL;
  65     BIGNUM *eor = NULL;
  66     BIGNUM *field = NULL;
  67     EC_POINT *R = NULL;
  68     EC_POINT *O = NULL;
  69     EC_POINT *Q = NULL;
  70     BIGNUM *rr = NULL;
  71     BIGNUM *zero = NULL;
  72     int n = 0;
  73     int i = recid / 2;
  74
  75     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(eckey);
  76     if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL) { ret = -1; goto err; }
  77     BN_CTX_start(ctx);
  78     order = BN_CTX_get(ctx);
  79     if (!EC_GROUP_get_order(group, order, ctx)) { ret = -2; goto err; }
  80     x = BN_CTX_get(ctx);
  81     if (!BN_copy(x, order)) { ret=-1; goto err; }
  82     if (!BN_mul_word(x, i)) { ret=-1; goto err; }
  83     if (!BN_add(x, x, ecsig->r)) { ret=-1; goto err; }
  84     field = BN_CTX_get(ctx);
  85     if (!EC_GROUP_get_curve_GFp(group, field, NULL, NULL, ctx)) { ret=-2; goto err; }
  86     if (BN_cmp(x, field) >= 0) { ret=0; goto err; }
  87     if ((R = EC_POINT_new(group)) == NULL) { ret = -2; goto err; }
  88     if (!EC_POINT_set_compressed_coordinates_GFp(group, R, x, recid % 2, ctx)) { ret=0; goto err; }
  89     if (check)
  90     {
  91         if ((O = EC_POINT_new(group)) == NULL) { ret = -2; goto err; }
  92         if (!EC_POINT_mul(group, O, NULL, R, order, ctx)) { ret=-2; goto err; }
  93         if (!EC_POINT_is_at_infinity(group, O)) { ret = 0; goto err; }
  94     }
  95     if ((Q = EC_POINT_new(group)) == NULL) { ret = -2; goto err; }
  96     n = EC_GROUP_get_degree(group);
  97     e = BN_CTX_get(ctx);
  98     if (!BN_bin2bn(msg, msglen, e)) { ret=-1; goto err; }
  99     if (8*msglen > n) BN_rshift(e, e, 8-(n & 7));
 100     zero = BN_CTX_get(ctx);
 101     if (!BN_zero(zero)) { ret=-1; goto err; }
 102     if (!BN_mod_sub(e, zero, e, order, ctx)) { ret=-1; goto err; }
 103     rr = BN_CTX_get(ctx);
 104     if (!BN_mod_inverse(rr, ecsig->r, order, ctx)) { ret=-1; goto err; }
 105     sor = BN_CTX_get(ctx);
 106     if (!BN_mod_mul(sor, ecsig->s, rr, order, ctx)) { ret=-1; goto err; }
 107     eor = BN_CTX_get(ctx);
 108     if (!BN_mod_mul(eor, e, rr, order, ctx)) { ret=-1; goto err; }
 109     if (!EC_POINT_mul(group, Q, eor, R, sor, ctx)) { ret=-2; goto err; }
 110     if (!EC_KEY_set_public_key(eckey, Q)) { ret=-2; goto err; }
 111
 112     ret = 1;
 113
 114 err:
 115     if (ctx) {
 116         BN_CTX_end(ctx);
 117         BN_CTX_free(ctx);
 118     }
 119     if (R != NULL) EC_POINT_free(R);
 120     if (O != NULL) EC_POINT_free(O);
 121     if (Q != NULL) EC_POINT_free(Q);
 122     return ret;
 123 }
 124
 125 int CompareBigEndian(const unsigned char *c1, size_t c1len, const unsigned char *c2, size_t c2len) {
 126     while (c1len > c2len) {
 127         if (*c1)
 128             return 1;
 129         c1++;
 130         c1len--;
 131     }
 132     while (c2len > c1len) {
 133         if (*c2)
 134             return -1;
 135         c2++;
 136         c2len--;
 137     }
 138     while (c1len > 0) {
 139         if (*c1 > *c2)
 140             return 1;
 141         if (*c2 > *c1)
 142             return -1;
 143         c1++;
 144         c2++;
 145         c1len--;
 146     }
 147     return 0;
 148 }
 149
 150 // Order of secp256k1's generator minus 1.
 151 const unsigned char vchMaxModOrder[32] = {
 152     0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
 153     0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,
 154     0xBA,0xAE,0xDC,0xE6,0xAF,0x48,0xA0,0x3B,
 155     0xBF,0xD2,0x5E,0x8C,0xD0,0x36,0x41,0x40
 156 };
 157
 158 // Half of the order of secp256k1's generator minus 1.
 159 const unsigned char vchMaxModHalfOrder[32] = {
 160     0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
 161     0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
 162     0x5D,0x57,0x6E,0x73,0x57,0xA4,0x50,0x1D,
 163     0xDF,0xE9,0x2F,0x46,0x68,0x1B,0x20,0xA0
 164 };
 165
 166 const unsigned char *vchZero = NULL;
 167
 168 void CKey::SetCompressedPubKey()
 169 {
 170     EC_KEY_set_conv_form(pkey, POINT_CONVERSION_COMPRESSED);
 171     fCompressedPubKey = true;
 172 }
 173
 174 void CKey::Reset()
 175 {
 176     fCompressedPubKey = fSet = false;
 177     if (pkey != NULL)
 178         EC_KEY_free(pkey);
 179     pkey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 180     if (pkey == NULL)
 181         throw key_error("CKey::CKey() : EC_KEY_new_by_curve_name failed");
 182 }
 183
 184 CKey::CKey()
 185 {
 186     pkey = NULL;
 187     Reset();
 188 }
 189
 190 CKey::CKey(const CKey& b)
 191 {
 192     pkey = EC_KEY_dup(b.pkey);
 193     if (pkey == NULL)
 194         throw key_error("CKey::CKey(const CKey&) : EC_KEY_dup failed");
 195     fSet = b.fSet;
 196     fCompressedPubKey = b.fCompressedPubKey;
 197 }
 198
 199 CKey::CKey(const CSecret& b, bool fCompressed)
 200 {
 201     pkey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 202     if (pkey == NULL)
 203         throw key_error("CKey::CKey(const CKey&) : EC_KEY_dup failed");
 204     SetSecret(b, fCompressed);
 205 }
 206
 207 CKey& CKey::operator=(const CKey& b)
 208 {
 209     if (!EC_KEY_copy(pkey, b.pkey))
 210         throw key_error("CKey::operator=(const CKey&) : EC_KEY_copy failed");
 211     fSet = b.fSet;
 212     fCompressedPubKey = b.fCompressedPubKey;
 213     return (*this);
 214 }
 215
 216 CKey::~CKey()
 217 {
 218     if (pkey != NULL)
 219         EC_KEY_free(pkey);
 220 }
 221
 222 bool CKey::IsNull() const
 223 {
 224     return !fSet;
 225 }
 226
 227 bool CKey::IsCompressed() const
 228 {
 229     return fCompressedPubKey;
 230 }
 231
 232 bool CKey::CheckSignatureElement(const unsigned char *vch, int len, bool half) {
 233     return CompareBigEndian(vch, len, vchZero, 0) > 0 &&
 234         CompareBigEndian(vch, len, half ? vchMaxModHalfOrder : vchMaxModOrder, 32) <= 0;
 235 }
 236
 237 bool CPubKey::ReserealizeSignature(std::vector<unsigned char>& vchSig)
 238 {
 239     if (vchSig.empty())
 240         return false;
 241
 242     unsigned char *pos = &vchSig[0];
 243     ECDSA_SIG *sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, (const unsigned char **)&pos, vchSig.size());
 244     if (sig == NULL)
 245         return false;
 246
 247     bool ret = false;
 248     int nSize = i2d_ECDSA_SIG(sig, NULL);
 249     if (nSize > 0) {
 250         vchSig.resize(nSize); // grow or shrink as needed
 251
 252         pos = &vchSig[0];
 253         i2d_ECDSA_SIG(sig, &pos);
 254
 255         ret = true;
 256     }
 257
 258     ECDSA_SIG_free(sig);
 259
 260     return ret;
 261 }
 262
 263 void CKey::MakeNewKey(bool fCompressed)
 264 {
 265     if (!EC_KEY_generate_key(pkey))
 266         throw key_error("CKey::MakeNewKey() : EC_KEY_generate_key failed");
 267     if (fCompressed)
 268         SetCompressedPubKey();
 269     fSet = true;
 270 }
 271
 272 bool CKey::SetPrivKey(const CPrivKey& vchPrivKey)
 273 {
 274     const unsigned char* pbegin = &vchPrivKey[0];
 275     if (d2i_ECPrivateKey(&pkey, &pbegin, vchPrivKey.size()))
 276     {
 277         // In testing, d2i_ECPrivateKey can return true
 278         // but fill in pkey with a key that fails
 279         // EC_KEY_check_key, so:
 280         if (EC_KEY_check_key(pkey))
 281         {
 282             fSet = true;
 283             return true;
 284         }
 285     }
 286     // If vchPrivKey data is bad d2i_ECPrivateKey() can
 287     // leave pkey in a state where calling EC_KEY_free()
 288     // crashes. To avoid that, set pkey to NULL and
 289     // leak the memory (a leak is better than a crash)
 290     pkey = NULL;
 291     Reset();
 292     return false;
 293 }
 294
 295 bool CKey::SetSecret(const CSecret& vchSecret, bool fCompressed)
 296 {
 297     EC_KEY_free(pkey);
 298     pkey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 299     if (pkey == NULL)
 300         throw key_error("CKey::SetSecret() : EC_KEY_new_by_curve_name failed");
 301
 302     if (vchSecret.size() != 32)
 303         throw key_error("CKey::SetSecret() : secret must be 32 bytes");
 304     BIGNUM *bn = BN_bin2bn(&vchSecret[0],32,BN_new());
 305     if (bn == NULL)
 306         throw key_error("CKey::SetSecret() : BN_bin2bn failed");
 307     if (!EC_KEY_regenerate_key(pkey,bn))
 308     {
 309         BN_clear_free(bn);
 310         throw key_error("CKey::SetSecret() : EC_KEY_regenerate_key failed");
 311     }
 312     BN_clear_free(bn);
 313     fSet = true;
 314     if (fCompressed || fCompressedPubKey)
 315         SetCompressedPubKey();
 316     return true;
 317 }
 318
 319 CSecret CKey::GetSecret(bool &fCompressed) const
 320 {
 321     CSecret vchRet;
 322     vchRet.resize(32);
 323     const BIGNUM *bn = EC_KEY_get0_private_key(pkey);
 324     int nBytes = BN_num_bytes(bn);
 325     if (bn == NULL)
 326         throw key_error("CKey::GetSecret() : EC_KEY_get0_private_key failed");
 327     int n=BN_bn2bin(bn,&vchRet[32 - nBytes]);
 328     if (n != nBytes)
 329         throw key_error("CKey::GetSecret(): BN_bn2bin failed");
 330     fCompressed = fCompressedPubKey;
 331     return vchRet;
 332 }
 333
 334 bool CKey::WritePEM(BIO *streamObj, const SecureString &strPassKey) const // dumppem 4KJLA99FyqMMhjjDe7KnRXK4sjtv9cCtNS /tmp/test.pem 123
 335 {
 336     EVP_PKEY *evpKey = EVP_PKEY_new();
 337     if (!EVP_PKEY_assign_EC_KEY(evpKey, pkey))
 338         return error("CKey::WritePEM() : Error initializing EVP_PKEY instance.");
 339
 340     if(!PEM_write_bio_PKCS8PrivateKey(streamObj, evpKey, EVP_aes_256_cbc(), (char *)&strPassKey[0], strPassKey.size(), NULL, NULL))
 341         return error("CKey::WritePEM() : Error writing private key data to stream object");
 342
 343     if(!PEM_write_bio_PUBKEY(streamObj, evpKey))
 344         return error("CKey::WritePEM() : Error writing public key data to stream object");
 345
 346     return true;
 347 }
 348
 349 CSecret CKey::GetSecret() const
 350 {
 351     bool fCompressed;
 352     return GetSecret(fCompressed);
 353 }
 354
 355 CPrivKey CKey::GetPrivKey() const
 356 {
 357     int nSize = i2d_ECPrivateKey(pkey, NULL);
 358     if (!nSize)
 359         throw key_error("CKey::GetPrivKey() : i2d_ECPrivateKey failed");
 360     CPrivKey vchPrivKey(nSize, 0);
 361     unsigned char* pbegin = &vchPrivKey[0];
 362     if (i2d_ECPrivateKey(pkey, &pbegin) != nSize)
 363         throw key_error("CKey::GetPrivKey() : i2d_ECPrivateKey returned unexpected size");
 364     return vchPrivKey;
 365 }
 366
 367 CPubKey CKey::GetPubKey() const
 368 {
 369     int nSize = i2o_ECPublicKey(pkey, NULL);
 370     if (!nSize)
 371         throw key_error("CKey::GetPubKey() : i2o_ECPublicKey failed");
 372     std::vector<unsigned char> vchPubKey(nSize, 0);
 373     unsigned char* pbegin = &vchPubKey[0];
 374     if (i2o_ECPublicKey(pkey, &pbegin) != nSize)
 375         throw key_error("CKey::GetPubKey() : i2o_ECPublicKey returned unexpected size");
 376     return CPubKey(vchPubKey);
 377 }
 378
 379 bool CKey::Sign(uint256 hash, std::vector<unsigned char>& vchSig)
 380 {
 381     vchSig.clear();
 382     ECDSA_SIG *sig = ECDSA_do_sign((unsigned char*)&hash, sizeof(hash), pkey);
 383     if (sig==NULL)
 384         return false;
 385     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(pkey);
 386     CBigNum order, halforder;
 387     EC_GROUP_get_order(group, &order, NULL);
 388     BN_rshift1(&halforder, &order);
 389     // enforce low S values, by negating the value (modulo the order) if above order/2.
 390     if (BN_cmp(sig->s, &halforder) > 0) {
 391         BN_sub(sig->s, &order, sig->s);
 392     }
 393     unsigned int nSize = ECDSA_size(pkey);
 394     vchSig.resize(nSize); // Make sure it is big enough
 395     unsigned char *pos = &vchSig[0];
 396     nSize = i2d_ECDSA_SIG(sig, &pos);
 397     ECDSA_SIG_free(sig);
 398     vchSig.resize(nSize); // Shrink to fit actual size
 399     // Testing our new signature
 400     if (ECDSA_verify(0, (unsigned char*)&hash, sizeof(hash), &vchSig[0], vchSig.size(), pkey) != 1) {
 401         vchSig.clear();
 402         return false;
 403     }
 404     return true;
 405 }
 406
 407 // create a compact signature (65 bytes), which allows reconstructing the used public key
 408 // The format is one header byte, followed by two times 32 bytes for the serialized r and s values.
 409 // The header byte: 0x1B = first key with even y, 0x1C = first key with odd y,
 410 //                  0x1D = second key with even y, 0x1E = second key with odd y
 411 bool CKey::SignCompact(uint256 hash, std::vector<unsigned char>& vchSig)
 412 {
 413     bool fOk = false;
 414     ECDSA_SIG *sig = ECDSA_do_sign((unsigned char*)&hash, sizeof(hash), pkey);
 415     if (sig==NULL)
 416         return false;
 417     const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(pkey);
 418     CBigNum order, halforder;
 419     EC_GROUP_get_order(group, &order, NULL);
 420     BN_rshift1(&halforder, &order);
 421     // enforce low S values, by negating the value (modulo the order) if above order/2.
 422     if (BN_cmp(sig->s, &halforder) > 0) {
 423         BN_sub(sig->s, &order, sig->s);
 424     }
 425     vchSig.clear();
 426     vchSig.resize(65,0);
 427     int nBitsR = BN_num_bits(sig->r);
 428     int nBitsS = BN_num_bits(sig->s);
 429     if (nBitsR <= 256 && nBitsS <= 256)
 430     {
 431         int8_t nRecId = -1;
 432         for (int8_t i=0; i<4; i++)
 433         {
 434             CKey keyRec;
 435             keyRec.fSet = true;
 436             if (fCompressedPubKey)
 437                 keyRec.SetCompressedPubKey();
 438             if (ECDSA_SIG_recover_key_GFp(keyRec.pkey, sig, (unsigned char*)&hash, sizeof(hash), i, 1) == 1)
 439                 if (keyRec.GetPubKey() == this->GetPubKey())
 440                 {
 441                     nRecId = i;
 442                     break;
 443                 }
 444         }
 445
 446         if (nRecId == -1)
 447         {
 448             ECDSA_SIG_free(sig);
 449             throw key_error("CKey::SignCompact() : unable to construct recoverable key");
 450         }
 451
 452         vchSig[0] = nRecId+27+(fCompressedPubKey ? 4 : 0);
 453         BN_bn2bin(sig->r,&vchSig[33-(nBitsR+7)/8]);
 454         BN_bn2bin(sig->s,&vchSig[65-(nBitsS+7)/8]);
 455         fOk = true;
 456     }
 457     ECDSA_SIG_free(sig);
 458     return fOk;
 459 }
 460
 461 // reconstruct public key from a compact signature
 462 // This is only slightly more CPU intensive than just verifying it.
 463 // If this function succeeds, the recovered public key is guaranteed to be valid
 464 // (the signature is a valid signature of the given data for that key)
 465 bool CPubKey::SetCompactSignature(uint256 hash, const std::vector<unsigned char>& vchSig)
 466 {
 467     if (vchSig.size() != 65)
 468         return false;
 469     int nV = vchSig[0];
 470     if (nV<27 || nV>=35)
 471         return false;
 472     ECDSA_SIG *sig = ECDSA_SIG_new();
 473     BN_bin2bn(&vchSig[1],32,sig->r);
 474     BN_bin2bn(&vchSig[33],32,sig->s);
 475
 476     EC_KEY* pkey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 477     if (nV >= 31)
 478     {
 479         nV -= 4;
 480         EC_KEY_set_conv_form(pkey, POINT_CONVERSION_COMPRESSED);
 481     }
 482
 483     do
 484     {
 485         if (ECDSA_SIG_recover_key_GFp(pkey, sig, (unsigned char*)&hash, sizeof(hash), nV - 27, 0) != 1)
 486             break;
 487         ECDSA_SIG_free(sig);
 488
 489         int nSize = i2o_ECPublicKey(pkey, NULL);
 490         if (!nSize)
 491             break;
 492         std::vector<unsigned char> vchPubKey(nSize, 0);
 493         unsigned char* pbegin = &vchPubKey[0];
 494         if (i2o_ECPublicKey(pkey, &pbegin) != nSize)
 495             break;
 496         Set(vchPubKey.begin(), vchPubKey.end());
 497         return IsValid();
 498
 499     } while (false);
 500
 501     ECDSA_SIG_free(sig);
 502     Invalidate();
 503     return false;
 504 }
 505
 506 bool CPubKey::Verify(const uint256 &hash, const std::vector<unsigned char>& vchSig) const
 507 {
 508     if (vchSig.empty() || !IsValid())
 509         return false;
 510
 511     const unsigned char* pbegin = &vbytes[0];
 512     EC_KEY *pkey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 513     if (!o2i_ECPublicKey(&pkey, &pbegin, size()))
 514         return false; // Unable to parse public key
 515
 516     // New versions of OpenSSL will reject non-canonical DER signatures. de/re-serialize first.
 517     unsigned char *norm_der = NULL;
 518     ECDSA_SIG *norm_sig = ECDSA_SIG_new();
 519     const unsigned char* sigptr = &vchSig[0];
 520     assert(norm_sig);
 521     if (d2i_ECDSA_SIG(&norm_sig, &sigptr, vchSig.size()) == NULL)
 522     {
 523         /* As of OpenSSL 1.0.0p d2i_ECDSA_SIG frees and nulls the pointer on
 524         * error. But OpenSSL's own use of this function redundantly frees the
 525         * result. As ECDSA_SIG_free(NULL) is a no-op, and in the absence of a
 526         * clear contract for the function behaving the same way is more
 527         * conservative.
 528         */
 529         ECDSA_SIG_free(norm_sig);
 530         return false;
 531     }
 532     int derlen = i2d_ECDSA_SIG(norm_sig, &norm_der);
 533     ECDSA_SIG_free(norm_sig);
 534     if (derlen <= 0)
 535         return false;
 536
 537     // -1 = error, 0 = bad sig, 1 = good
 538     bool ret = ECDSA_verify(0, (unsigned char*)&hash, sizeof(hash), norm_der, derlen, pkey) == 1;
 539     OPENSSL_free(norm_der);
 540     return ret;
 541 }
 542
 543 bool CPubKey::VerifyCompact(uint256 hash, const std::vector<unsigned char>& vchSig)
 544 {
 545     CPubKey key;
 546     if (!key.SetCompactSignature(hash, vchSig))
 547         return false;
 548     return true;
 549 }
 550
 551 bool CKey::IsValid()
 552 {
 553     if (!fSet)
 554         return false;
 555
 556     if (!EC_KEY_check_key(pkey))
 557         return false;
 558
 559     bool fCompr;
 560     CSecret secret = GetSecret(fCompr);
 561     CKey key2;
 562     key2.SetSecret(secret, fCompr);
 563
 564     return GetPubKey() == key2.GetPubKey();
 565 }
 566
 567 CPoint::CPoint()
 568 {
 569     std::string err;
 570     group = NULL;
 571     point = NULL;
 572     ctx   = NULL;
 573
 574     group = EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 575     if (!group) {
 576         err = "EC_KEY_new_by_curve_name failed.";
 577         goto finish;
 578     }
 579
 580     point = EC_POINT_new(group);
 581     if (!point) {
 582         err = "EC_POINT_new failed.";
 583         goto finish;
 584     }
 585
 586     ctx = BN_CTX_new();
 587     if (!ctx) {
 588         err = "BN_CTX_new failed.";
 589         goto finish;
 590     }
 591
 592     return;
 593
 594 finish:
 595     if (group) EC_GROUP_free(group);
 596     if (point) EC_POINT_free(point);
 597     throw std::runtime_error(std::string("CPoint::CPoint() :  - ") + err);
 598 }
 599
 600 bool CPoint::operator!=(const CPoint &a)
 601 {
 602     if (EC_POINT_cmp(group, point, a.point, ctx) != 0)
 603         return true;
 604     return false;
 605 }
 606 CPoint::~CPoint()
 607 {
 608     if (point) EC_POINT_free(point);
 609     if (group) EC_GROUP_free(group);
 610     if (ctx)   BN_CTX_free(ctx);
 611 }
 612
 613 // Initialize from octets stream
 614 bool CPoint::setBytes(const std::vector<unsigned char> &vchBytes)
 615 {
 616     if (!EC_POINT_oct2point(group, point, &vchBytes[0], vchBytes.size(), ctx)) {
 617         return false;
 618     }
 619     return true;
 620 }
 621
 622 // Initialize from octets stream
 623 bool CPoint::setPubKey(const CPubKey &key)
 624 {
 625     std::vector<uint8_t> vchPubKey(key.begin(), key.end());
 626     return setBytes(vchPubKey);
 627 }
 628
 629 // Serialize to octets stream
 630 bool CPoint::getBytes(std::vector<unsigned char> &vchBytes)
 631 {
 632     size_t nSize = EC_POINT_point2oct(group, point, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, NULL, 0, ctx);
 633     vchBytes.resize(nSize);
 634     if (!(nSize == EC_POINT_point2oct(group, point, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, &vchBytes[0], nSize, ctx))) {
 635         return false;
 636     }
 637     return true;
 638 }
 639
 640 // ECC multiplication by specified multiplier
 641 bool CPoint::ECMUL(const CBigNum &bnMultiplier)
 642 {
 643     if (!EC_POINT_mul(group, point, NULL, point, &bnMultiplier, NULL)) {
 644         printf("CPoint::ECMUL() : EC_POINT_mul failed");
 645         return false;
 646     }
 647
 648     return true;
 649 }
 650
 651 // Calculate G*m + q
 652 bool CPoint::ECMULGEN(const CBigNum &bnMultiplier, const CPoint &qPoint)
 653 {
 654     if (!EC_POINT_mul(group, point, &bnMultiplier, qPoint.point, BN_value_one(), NULL)) {
 655         printf("CPoint::ECMULGEN() : EC_POINT_mul failed.");
 656         return false;
 657     }
 658
 659     return true;
 660 }
 661
 662 // CMalleablePubKey
 663
 664 void CMalleablePubKey::GetVariant(CPubKey &R, CPubKey &vchPubKeyVariant)
 665 {
 666     EC_KEY *eckey = NULL;
 667     eckey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
 668     if (eckey == NULL) {
 669         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : EC_KEY_new_by_curve_name failed");
 670     }
 671
 672     // Use standard key generation function to get r and R values.
 673     //
 674     // r will be presented by private key;
 675     // R is ECDSA public key which calculated as G*r
 676     if (!EC_KEY_generate_key(eckey)) {
 677         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : EC_KEY_generate_key failed");
 678     }
 679
 680     EC_KEY_set_conv_form(eckey, POINT_CONVERSION_COMPRESSED);
 681
 682     int nSize = i2o_ECPublicKey(eckey, NULL);
 683     if (!nSize) {
 684         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : i2o_ECPublicKey failed");
 685     }
 686
 687     std::vector<unsigned char> vchPubKey(nSize, 0);
 688     unsigned char* pbegin_R = &vchPubKey[0];
 689
 690     if (i2o_ECPublicKey(eckey, &pbegin_R) != nSize) {
 691         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : i2o_ECPublicKey returned unexpected size");
 692     }
 693
 694     // R = G*r
 695     R = CPubKey(vchPubKey);
 696
 697     // OpenSSL BIGNUM representation of r value
 698     CBigNum bnr;
 699     bnr = *(CBigNum*) EC_KEY_get0_private_key(eckey);
 700     EC_KEY_free(eckey);
 701
 702     CPoint point;
 703     if (!point.setPubKey(pubKeyL)) {
 704         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : Unable to decode L value");
 705     }
 706
 707     // Calculate L*r
 708     point.ECMUL(bnr);
 709
 710     std::vector<unsigned char> vchLr;
 711     if (!point.getBytes(vchLr)) {
 712         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : Unable to convert Lr value");
 713     }
 714
 715     // Calculate Hash(L*r) and then get a BIGNUM representation of hash value.
 716     CBigNum bnHash;
 717     bnHash.setuint160(Hash160(vchLr));
 718
 719     CPoint pointH;
 720     pointH.setPubKey(pubKeyH);
 721
 722     CPoint P;
 723     // Calculate P = Hash(L*r)*G + H
 724     P.ECMULGEN(bnHash, pointH);
 725
 726     if (P.IsInfinity()) {
 727         throw key_error("CMalleablePubKey::GetVariant() : P is infinity");
 728     }
 729
 730     std::vector<unsigned char> vchResult;
 731     P.getBytes(vchResult);
 732
 733     vchPubKeyVariant = CPubKey(vchResult);
 734 }
 735
 736 std::string CMalleablePubKey::ToString() const
 737 {
 738     CDataStream ssKey(SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
 739     ssKey << *this;
 740     std::vector<unsigned char> vch(ssKey.begin(), ssKey.end());
 741
 742     return EncodeBase58Check(vch);
 743 }
 744
 745 bool CMalleablePubKey::setvch(const std::vector<unsigned char> &vchPubKeyPair)
 746 {
 747     CDataStream ssKey(vchPubKeyPair, SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
 748     ssKey >> *this;
 749
 750     return IsValid();
 751 }
 752
 753 std::vector<unsigned char> CMalleablePubKey::Raw() const
 754 {
 755     CDataStream ssKey(SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
 756     ssKey << *this;
 757     std::vector<unsigned char> vch(ssKey.begin(), ssKey.end());
 758
 759     return vch;
 760 }
 761
 762 bool CMalleablePubKey::SetString(const std::string& strMalleablePubKey)
 763 {
 764     std::vector<unsigned char> vchTemp;
 765     if (!DecodeBase58Check(strMalleablePubKey, vchTemp)) {
 766         throw key_error("CMalleablePubKey::SetString() : Provided key data seems corrupted.");
 767     }
 768
 769     CDataStream ssKey(vchTemp, SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
 770     ssKey >> *this;
 771
 772     return IsValid();
 773 }
 774
 775 bool CMalleablePubKey::operator==(const CMalleablePubKey &b)
 776 {
 777     return pubKeyL == b.pubKeyL && pubKeyH == b.pubKeyH;
 778 }
 779
 780
 781 // CMalleableKey
 782
 783 void CMalleableKey::Reset()
 784 {
 785     vchSecretL.clear();
 786     vchSecretH.clear();
 787 }
 788
 789 void CMalleableKey::MakeNewKeys()
 790 {
 791     Reset();
 792
 793     CKey keyL, keyH;
 794     keyL.MakeNewKey();
 795     keyH.MakeNewKey();
 796
 797     vchSecretL = keyL.GetSecret();
 798     vchSecretH = keyH.GetSecret();
 799 }
 800
 801 CMalleableKey::CMalleableKey()
 802 {
 803     Reset();
 804 }
 805
 806 CMalleableKey::CMalleableKey(const CMalleableKey &b)
 807 {
 808     SetSecrets(b.vchSecretL, b.vchSecretH);
 809 }
 810
 811 CMalleableKey::CMalleableKey(const CSecret &L, const CSecret &H)
 812 {
 813     SetSecrets(L, H);
 814 }
 815
 816 CMalleableKey::~CMalleableKey()
 817 {
 818 }
 819
 820 bool CMalleableKey::IsNull() const
 821 {
 822     return vchSecretL.size() != 32 || vchSecretH.size() != 32;
 823 }
 824
 825 bool CMalleableKey::SetSecrets(const CSecret &pvchSecretL, const CSecret &pvchSecretH)
 826 {
 827     Reset();
 828
 829     CKey keyL(pvchSecretL);
 830     CKey keyH(pvchSecretH);
 831
 832     if (!keyL.IsValid() || !keyH.IsValid())
 833         return false;
 834
 835     vchSecretL = pvchSecretL;
 836     vchSecretH = pvchSecretH;
 837
 838     return true;
 839 }
 840
 841 CMalleablePubKey CMalleableKey::GetMalleablePubKey() const
 842 {
 843     CKey L(vchSecretL), H(vchSecretH);
 844     return CMalleablePubKey(L.GetPubKey(), H.GetPubKey());
 845 }
 846
 847 // Check ownership
 848 bool CMalleableKey::CheckKeyVariant(const CPubKey &R, const CPubKey &vchPubKeyVariant) const
 849 {
 850     if (IsNull()) {
 851         throw key_error("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Attempting to run on NULL key object.");
 852     }
 853
 854     if (!R.IsValid()) {
 855         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : R is invalid");
 856         return false;
 857     }
 858
 859     if (!vchPubKeyVariant.IsValid()) {
 860         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : public key variant is invalid");
 861         return false;
 862     }
 863
 864     CPoint point_R;
 865     if (!point_R.setPubKey(R)) {
 866         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to decode R value");
 867         return false;
 868     }
 869
 870     CKey H(vchSecretH);
 871     CPubKey vchPubKeyH = H.GetPubKey();
 872
 873     CPoint point_H;
 874     if (!point_H.setPubKey(vchPubKeyH)) {
 875         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to decode H value");
 876         return false;
 877     }
 878
 879     CPoint point_P;
 880     if (!point_P.setPubKey(vchPubKeyVariant)) {
 881         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to decode P value");
 882         return false;
 883     }
 884
 885     // Infinity points are senseless
 886     if (point_P.IsInfinity()) {
 887         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : P is infinity");
 888         return false;
 889     }
 890
 891     CBigNum bnl;
 892     bnl.setBytes(std::vector<unsigned char>(vchSecretL.begin(), vchSecretL.end()));
 893
 894     point_R.ECMUL(bnl);
 895
 896     std::vector<unsigned char> vchRl;
 897     if (!point_R.getBytes(vchRl)) {
 898         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to convert Rl value");
 899         return false;
 900     }
 901
 902     // Calculate Hash(R*l)
 903     CBigNum bnHash;
 904     bnHash.setuint160(Hash160(vchRl));
 905
 906     CPoint point_Ps;
 907     // Calculate Ps = Hash(L*r)*G + H
 908     point_Ps.ECMULGEN(bnHash, point_H);
 909
 910     // Infinity points are senseless
 911     if (point_Ps.IsInfinity()) {
 912         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Ps is infinity");
 913         return false;
 914     }
 915
 916     // Check ownership
 917     if (point_Ps != point_P) {
 918         return false;
 919     }
 920
 921     return true;
 922 }
 923
 924 // Check ownership and restore private key
 925 bool CMalleableKey::CheckKeyVariant(const CPubKey &R, const CPubKey &vchPubKeyVariant, CKey &privKeyVariant) const
 926 {
 927     if (IsNull()) {
 928         throw key_error("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Attempting to run on NULL key object.");
 929     }
 930
 931     if (!R.IsValid()) {
 932         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : R is invalid");
 933         return false;
 934     }
 935
 936     if (!vchPubKeyVariant.IsValid()) {
 937         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : public key variant is invalid");
 938         return false;
 939     }
 940
 941     CPoint point_R;
 942     if (!point_R.setPubKey(R)) {
 943         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to decode R value");
 944         return false;
 945     }
 946
 947     CKey H(vchSecretH);
 948     CPubKey vchPubKeyH = H.GetPubKey();
 949
 950     CPoint point_H;
 951     if (!point_H.setPubKey(vchPubKeyH)) {
 952         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to decode H value");
 953         return false;
 954     }
 955
 956     CPoint point_P;
 957     if (!point_P.setPubKey(vchPubKeyVariant)) {
 958         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to decode P value");
 959         return false;
 960     }
 961
 962     // Infinity points are senseless
 963     if (point_P.IsInfinity()) {
 964         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : P is infinity");
 965         return false;
 966     }
 967
 968     CBigNum bnl;
 969     bnl.setBytes(std::vector<unsigned char>(vchSecretL.begin(), vchSecretL.end()));
 970
 971     point_R.ECMUL(bnl);
 972
 973     std::vector<unsigned char> vchRl;
 974     if (!point_R.getBytes(vchRl)) {
 975         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Unable to convert Rl value");
 976         return false;
 977     }
 978
 979     // Calculate Hash(R*l)
 980     CBigNum bnHash;
 981     bnHash.setuint160(Hash160(vchRl));
 982
 983     CPoint point_Ps;
 984     // Calculate Ps = Hash(L*r)*G + H
 985     point_Ps.ECMULGEN(bnHash, point_H);
 986
 987     // Infinity points are senseless
 988     if (point_Ps.IsInfinity()) {
 989         printf("CMalleableKey::CheckKeyVariant() : Ps is infinity");
 990         return false;
 991     }
 992
 993     // Check ownership
 994     if (point_Ps != point_P) {
 995         return false;
 996     }
 997
 998     // OpenSSL BIGNUM representation of the second private key from (l, h) pair
 999     CBigNum bnh;
1000     bnh.setBytes(std::vector<unsigned char>(vchSecretH.begin(), vchSecretH.end()));
1001
1002     // Calculate p = Hash(R*l) + h
1003     CBigNum bnp = bnHash + bnh;
1004
1005     std::vector<unsigned char> vchp = bnp.getBytes();
1006     privKeyVariant.SetSecret(CSecret(vchp.begin(), vchp.end()));
1007
1008     return true;
1009 }
1010
1011 std::string CMalleableKey::ToString() const
1012 {
1013     CDataStream ssKey(SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
1014     ssKey << *this;
1015     std::vector<unsigned char> vch(ssKey.begin(), ssKey.end());
1016
1017     return EncodeBase58Check(vch);
1018 }
1019
1020 std::vector<unsigned char> CMalleableKey::Raw() const
1021 {
1022     CDataStream ssKey(SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
1023     ssKey << *this;
1024     std::vector<unsigned char> vch(ssKey.begin(), ssKey.end());
1025
1026     return vch;
1027 }
1028
1029 bool CMalleableKey::SetString(const std::string& strMutableKey)
1030 {
1031     std::vector<unsigned char> vchTemp;
1032     if (!DecodeBase58Check(strMutableKey, vchTemp)) {
1033         throw key_error("CMalleableKey::SetString() : Provided key data seems corrupted.");
1034     }
1035
1036     CDataStream ssKey(vchTemp, SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
1037     ssKey >> *this;
1038
1039     return IsValid();
1040 }
1041
1042 // CMalleableKeyView
1043
1044 CMalleableKeyView::CMalleableKeyView(const std::string &strMalleableKey)
1045 {
1046     SetString(strMalleableKey);
1047 }
1048
1049 CMalleableKeyView::CMalleableKeyView(const CMalleableKey &b)
1050 {
1051     if (b.vchSecretL.size() != 32)
1052         throw key_error("CMalleableKeyView::CMalleableKeyView() : L size must be 32 bytes");
1053
1054     if (b.vchSecretH.size() != 32)
1055         throw key_error("CMalleableKeyView::CMalleableKeyView() : H size must be 32 bytes");
1056
1057     vchSecretL = b.vchSecretL;
1058
1059     CKey H(b.vchSecretH);
1060     vchPubKeyH = H.GetPubKey();
1061 }
1062
1063 CMalleableKeyView::CMalleableKeyView(const CMalleableKeyView &b)
1064 {
1065     vchSecretL = b.vchSecretL;
1066     vchPubKeyH = b.vchPubKeyH;
1067 }
1068
1069 CMalleableKeyView& CMalleableKeyView::operator=(const CMalleableKey &b)
1070 {
1071     vchSecretL = b.vchSecretL;
1072
1073     CKey H(b.vchSecretH);
1074     vchPubKeyH = H.GetPubKey();
1075
1076     return (*this);
1077 }
1078
1079 CMalleableKeyView::~CMalleableKeyView()
1080 {
1081 }
1082
1083 CMalleablePubKey CMalleableKeyView::GetMalleablePubKey() const
1084 {
1085     CKey keyL(vchSecretL);
1086     return CMalleablePubKey(keyL.GetPubKey(), vchPubKeyH);
1087 }
1088
1089 // Check ownership
1090 bool CMalleableKeyView::CheckKeyVariant(const CPubKey &R, const CPubKey &vchPubKeyVariant) const
1091 {
1092     if (!IsValid()) {
1093         throw key_error("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : Attempting to run on invalid view object.");
1094     }
1095
1096     if (!R.IsValid()) {
1097         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : R is invalid");
1098         return false;
1099     }
1100
1101     if (!vchPubKeyVariant.IsValid()) {
1102         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : public key variant is invalid");
1103         return false;
1104     }
1105
1106     CPoint point_R;
1107     if (!point_R.setPubKey(R)) {
1108         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : Unable to decode R value");
1109         return false;
1110     }
1111
1112     CPoint point_H;
1113     if (!point_H.setPubKey(vchPubKeyH)) {
1114         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : Unable to decode H value");
1115         return false;
1116     }
1117
1118     CPoint point_P;
1119     if (!point_P.setPubKey(vchPubKeyVariant)) {
1120         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : Unable to decode P value");
1121         return false;
1122     }
1123
1124     // Infinity points are senseless
1125     if (point_P.IsInfinity()) {
1126         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : P is infinity");
1127         return false;
1128     }
1129
1130     CBigNum bnl;
1131     bnl.setBytes(std::vector<unsigned char>(vchSecretL.begin(), vchSecretL.end()));
1132
1133     point_R.ECMUL(bnl);
1134
1135     std::vector<unsigned char> vchRl;
1136     if (!point_R.getBytes(vchRl)) {
1137         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : Unable to convert Rl value");
1138         return false;
1139     }
1140
1141     // Calculate Hash(R*l)
1142     CBigNum bnHash;
1143     bnHash.setuint160(Hash160(vchRl));
1144
1145     CPoint point_Ps;
1146     // Calculate Ps = Hash(L*r)*G + H
1147     point_Ps.ECMULGEN(bnHash, point_H);
1148
1149     // Infinity points are senseless
1150     if (point_Ps.IsInfinity()) {
1151         printf("CMalleableKeyView::CheckKeyVariant() : Ps is infinity");
1152         return false;
1153     }
1154
1155     // Check ownership
1156     if (point_Ps != point_P) {
1157         return false;
1158     }
1159
1160     return true;
1161 }
1162
1163 std::string CMalleableKeyView::ToString() const
1164 {
1165     CDataStream ssKey(SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
1166     ssKey << *this;
1167     std::vector<unsigned char> vch(ssKey.begin(), ssKey.end());
1168
1169     return EncodeBase58Check(vch);
1170 }
1171
1172 bool CMalleableKeyView::SetString(const std::string& strMutableKey)
1173 {
1174     std::vector<unsigned char> vchTemp;
1175     if (!DecodeBase58Check(strMutableKey, vchTemp)) {
1176         throw key_error("CMalleableKeyView::SetString() : Provided key data seems corrupted.");
1177     }
1178
1179     CDataStream ssKey(vchTemp, SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
1180     ssKey >> *this;
1181
1182     return IsValid();
1183 }
1184
1185 std::vector<unsigned char> CMalleableKeyView::Raw() const
1186 {
1187     CDataStream ssKey(SER_NETWORK, PROTOCOL_VERSION);
1188     ssKey << *this;
1189     std::vector<unsigned char> vch(ssKey.begin(), ssKey.end());
1190
1191     return vch;
1192 }
1193
1194
1195 bool CMalleableKeyView::IsValid() const
1196 {
1197     return vchSecretL.size() == 32 && GetMalleablePubKey().IsValid();
1198 }
1199
1200 //// Asymmetric encryption
1201
1202 void CPubKey::EncryptData(const std::vector<unsigned char>& data, std::vector<unsigned char>& encrypted)
1203 {
1204     ies_ctx_t *ctx;
1205     char error[1024] = "Unknown error";
1206     cryptogram_t *cryptogram;
1207
1208     const unsigned char* pbegin = &vbytes[0];
1209     EC_KEY *pkey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
1210     if (!o2i_ECPublicKey(&pkey, &pbegin, size()))
1211         throw key_error("Unable to parse EC key");
1212
1213     ctx = create_context(pkey);
1214     if (!EC_KEY_get0_public_key(ctx->user_key))
1215         throw key_error("Given EC key is not public key");
1216
1217     cryptogram = ecies_encrypt(ctx, (unsigned char*)&data[0], data.size(), error);
1218     if (cryptogram == NULL) {
1219         delete ctx;
1220         ctx = NULL;
1221         throw key_error(std::string("Error in encryption: %s") + error);
1222     }
1223
1224     encrypted.resize(cryptogram_data_sum_length(cryptogram));
1225     unsigned char *key_data = cryptogram_key_data(cryptogram);
1226     memcpy(&encrypted[0], key_data, encrypted.size());
1227     cryptogram_free(cryptogram);
1228     delete ctx;
1229 }
1230
1231 void CKey::DecryptData(const std::vector<unsigned char>& encrypted, std::vector<unsigned char>& data)
1232 {
1233     ies_ctx_t *ctx;
1234     char error[1024] = "Unknown error";
1235     cryptogram_t *cryptogram;
1236     size_t length;
1237     unsigned char *decrypted;
1238
1239     ctx = create_context(pkey);
1240     if (!EC_KEY_get0_private_key(ctx->user_key))
1241         throw key_error("Given EC key is not private key");
1242
1243     size_t key_length = ctx->stored_key_length;
1244     size_t mac_length = EVP_MD_size(ctx->md);
1245     cryptogram = cryptogram_alloc(key_length, mac_length, encrypted.size() - key_length - mac_length);
1246
1247     memcpy(cryptogram_key_data(cryptogram), &encrypted[0], encrypted.size());
1248
1249     decrypted = ecies_decrypt(ctx, cryptogram, &length, error);
1250     cryptogram_free(cryptogram);
1251     delete ctx;
1252
1253     if (decrypted == NULL) {
1254         throw key_error(std::string("Error in decryption: %s") + error);
1255     }
1256
1257     data.resize(length);
1258     memcpy(&data[0], decrypted, length);
1259     free(decrypted);
1260 }