stream-ssl: Use OPENSSL_free() to free memory from X509_NAME_oneline().
[sliver-openvswitch.git] / lib / stream-ssl.c
index 27c9d4c..a633587 100644 (file)
 #include <sys/fcntl.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <unistd.h>
+#include "coverage.h"
 #include "dynamic-string.h"
 #include "leak-checker.h"
 #include "ofpbuf.h"
 #include "openflow/openflow.h"
 #include "packets.h"
 #include "poll-loop.h"
+#include "shash.h"
 #include "socket-util.h"
 #include "util.h"
 #include "stream-provider.h"
 #include "stream.h"
 #include "timeval.h"
-
 #include "vlog.h"
-#define THIS_MODULE VLM_stream_ssl
+
+VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(stream_ssl)
 
 /* Active SSL. */
 
@@ -61,11 +63,11 @@ struct ssl_stream
 {
     struct stream stream;
     enum ssl_state state;
-    int connect_error;
     enum session_type type;
     int fd;
     SSL *ssl;
     struct ofpbuf *txbuf;
+    unsigned int session_nr;
 
     /* rx_want and tx_want record the result of the last call to SSL_read()
      * and SSL_write(), respectively:
@@ -124,11 +126,29 @@ struct ssl_stream
      * deadlock and livelock situations above.
      */
     int rx_want, tx_want;
+
+    /* A few bytes of header data in case SSL negotiation fails. */
+    uint8_t head[2];
+    short int n_head;
 };
 
 /* SSL context created by ssl_init(). */
 static SSL_CTX *ctx;
 
+/* Maps from stream target (e.g. "127.0.0.1:1234") to SSL_SESSION *.  The
+ * sessions are those from the last SSL connection to the given target.
+ * OpenSSL caches server-side sessions internally, so this cache is only used
+ * for client connections.
+ *
+ * The stream_ssl module owns a reference to each of the sessions in this
+ * table, so they must be freed with SSL_SESSION_free() when they are no
+ * longer needed. */
+static struct shash client_sessions = SHASH_INITIALIZER(&client_sessions);
+
+/* Maximum number of client sessions to cache.  Ordinarily I'd expect that one
+ * session would be sufficient but this should cover it. */
+#define MAX_CLIENT_SESSION_CACHE 16
+
 struct ssl_config_file {
     bool read;                  /* Whether the file was successfully read. */
     char *file_name;            /* Configured file name, if any. */
@@ -152,6 +172,10 @@ static bool verify_peer_cert = true;
  * this case, 'bootstrap_ca_cert' is true. */
 static bool bootstrap_ca_cert;
 
+/* Session number.  Used in debug logging messages to uniquely identify a
+ * session. */
+static unsigned int next_session_nr;
+
 /* Who knows what can trigger various SSL errors, so let's throttle them down
  * quite a bit. */
 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(10, 25);
@@ -167,6 +191,8 @@ static DH *tmp_dh_callback(SSL *ssl, int is_export OVS_UNUSED, int keylength);
 static void log_ca_cert(const char *file_name, X509 *cert);
 static void stream_ssl_set_ca_cert_file__(const char *file_name,
                                           bool bootstrap);
+static void ssl_protocol_cb(int write_p, int version, int content_type,
+                            const void *, size_t, SSL *, void *sslv_);
 
 static short int
 want_to_poll_events(int want)
@@ -264,6 +290,14 @@ new_ssl_stream(const char *name, int fd, enum session_type type,
     sslv->ssl = ssl;
     sslv->txbuf = NULL;
     sslv->rx_want = sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
+    sslv->session_nr = next_session_nr++;
+    sslv->n_head = 0;
+
+    if (VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
+        SSL_set_msg_callback(ssl, ssl_protocol_cb);
+        SSL_set_msg_callback_arg(ssl, sslv);
+    }
+
     *streamp = &sslv->stream;
     return 0;
 
@@ -398,6 +432,70 @@ do_ca_cert_bootstrap(struct stream *stream)
     return EPROTO;
 }
 
+static void
+ssl_delete_session(struct shash_node *node)
+{
+    SSL_SESSION *session = node->data;
+    SSL_SESSION_free(session);
+    shash_delete(&client_sessions, node);
+}
+
+/* Find and free any previously cached session for 'stream''s target. */
+static void
+ssl_flush_session(struct stream *stream)
+{
+    struct shash_node *node;
+
+    node = shash_find(&client_sessions, stream_get_name(stream));
+    if (node) {
+        ssl_delete_session(node);
+    }
+}
+
+/* Add 'stream''s session to the cache for its target, so that it will be
+ * reused for future SSL connections to the same target. */
+static void
+ssl_cache_session(struct stream *stream)
+{
+    struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
+    SSL_SESSION *session;
+
+    /* Statistics. */
+    COVERAGE_INC(ssl_session);
+    if (SSL_session_reused(sslv->ssl)) {
+        COVERAGE_INC(ssl_session_reused);
+    }
+
+    /* Get session from stream. */
+    session = SSL_get1_session(sslv->ssl);
+    if (session) {
+        SSL_SESSION *old_session;
+
+        old_session = shash_replace(&client_sessions, stream_get_name(stream),
+                                    session);
+        if (old_session) {
+            /* Free the session that we replaced.  (We might actually have
+             * session == old_session, but either way we have to free it to
+             * avoid leaking a reference.) */
+            SSL_SESSION_free(old_session);
+        } else if (shash_count(&client_sessions) > MAX_CLIENT_SESSION_CACHE) {
+            for (;;) {
+                struct shash_node *node = shash_random_node(&client_sessions);
+                if (node->data != session) {
+                    ssl_delete_session(node);
+                    break;
+                }
+            }
+        }
+    } else {
+        /* There is no new session.  This doesn't really make sense because
+         * this function is only called upon successful connection and there
+         * should always be a new session in that case.  But I don't trust
+         * OpenSSL so I'd rather handle this case anyway. */
+        ssl_flush_session(stream);
+    }
+}
+
 static int
 ssl_connect(struct stream *stream)
 {
@@ -414,6 +512,22 @@ ssl_connect(struct stream *stream)
         /* Fall through. */
 
     case STATE_SSL_CONNECTING:
+        /* Capture the first few bytes of received data so that we can guess
+         * what kind of funny data we've been sent if SSL negotation fails. */
+        if (sslv->n_head <= 0) {
+            sslv->n_head = recv(sslv->fd, sslv->head, sizeof sslv->head,
+                                MSG_PEEK);
+        }
+
+        /* Grab SSL session information from the cache. */
+        if (sslv->type == CLIENT) {
+            SSL_SESSION *session = shash_find_data(&client_sessions,
+                                                   stream_get_name(stream));
+            if (session) {
+                SSL_set_session(sslv->ssl, session);
+            }
+        }
+
         retval = (sslv->type == CLIENT
                    ? SSL_connect(sslv->ssl) : SSL_accept(sslv->ssl));
         if (retval != 1) {
@@ -422,9 +536,23 @@ ssl_connect(struct stream *stream)
                 return EAGAIN;
             } else {
                 int unused;
+
+                if (sslv->type == CLIENT) {
+                    /* Delete any cached session for this stream's target.
+                     * Otherwise a single error causes recurring errors that
+                     * don't resolve until the SSL client or server is
+                     * restarted.  (It can take dozens of reused connections to
+                     * see this behavior, so this is difficult to test.)  If we
+                     * delete the session on the first error, though, the error
+                     * only occurs once and then resolves itself. */
+                    ssl_flush_session(stream);
+                }
+
                 interpret_ssl_error((sslv->type == CLIENT ? "SSL_connect"
                                      : "SSL_accept"), retval, error, &unused);
                 shutdown(sslv->fd, SHUT_RDWR);
+                stream_report_content(sslv->head, sslv->n_head, STREAM_SSL,
+                                      THIS_MODULE, stream_get_name(stream));
                 return EPROTO;
             }
         } else if (bootstrap_ca_cert) {
@@ -444,6 +572,9 @@ ssl_connect(struct stream *stream)
             VLOG_ERR("rejecting SSL connection during bootstrap race window");
             return EPROTO;
         } else {
+            if (sslv->type == CLIENT) {
+                ssl_cache_session(stream);
+            }
             return 0;
         }
     }
@@ -464,6 +595,11 @@ ssl_close(struct stream *stream)
      * background. */
     SSL_shutdown(sslv->ssl);
 
+    /* SSL_shutdown() might have signaled an error, in which case we need to
+     * flush it out of the OpenSSL error queue or the next OpenSSL operation
+     * will falsely signal an error. */
+    ERR_clear_error();
+
     SSL_free(sslv->ssl);
     close(sslv->fd);
     free(sslv);
@@ -942,32 +1078,75 @@ update_ssl_config(struct ssl_config_file *config, const char *file_name)
     return true;
 }
 
+static void
+stream_ssl_set_private_key_file__(const char *file_name)
+{
+    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, file_name, SSL_FILETYPE_PEM) == 1) {
+        private_key.read = true;
+    } else {
+        VLOG_ERR("SSL_use_PrivateKey_file: %s",
+                 ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
+    }
+}
+
 void
 stream_ssl_set_private_key_file(const char *file_name)
 {
-    if (!update_ssl_config(&private_key, file_name)) {
-        return;
+    if (update_ssl_config(&private_key, file_name)) {
+        stream_ssl_set_private_key_file__(file_name);
     }
-    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, file_name, SSL_FILETYPE_PEM) != 1) {
-        VLOG_ERR("SSL_use_PrivateKey_file: %s",
+}
+
+static void
+stream_ssl_set_certificate_file__(const char *file_name)
+{
+    if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, file_name) == 1) {
+        certificate.read = true;
+    } else {
+        VLOG_ERR("SSL_use_certificate_file: %s",
                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
-        return;
     }
-    private_key.read = true;
 }
 
 void
 stream_ssl_set_certificate_file(const char *file_name)
 {
-    if (!update_ssl_config(&certificate, file_name)) {
-        return;
+    if (update_ssl_config(&certificate, file_name)) {
+        stream_ssl_set_certificate_file__(file_name);
     }
-    if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, file_name) != 1) {
-        VLOG_ERR("SSL_use_certificate_file: %s",
-                 ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
-        return;
+}
+
+/* Sets the private key and certificate files in one operation.  Use this
+ * interface, instead of calling stream_ssl_set_private_key_file() and
+ * stream_ssl_set_certificate_file() individually, in the main loop of a
+ * long-running program whose key and certificate might change at runtime.
+ *
+ * This is important because of OpenSSL's behavior.  If an OpenSSL context
+ * already has a certificate, and stream_ssl_set_private_key_file() is called
+ * to install a new private key, OpenSSL will report an error because the new
+ * private key does not match the old certificate.  The other order, of setting
+ * a new certificate, then setting a new private key, does work.
+ *
+ * If this were the only problem, calling stream_ssl_set_certificate_file()
+ * before stream_ssl_set_private_key_file() would fix it.  But, if the private
+ * key is changed before the certificate (e.g. someone "scp"s or "mv"s the new
+ * private key in place before the certificate), then OpenSSL would reject that
+ * change, and then the change of certificate would succeed, but there would be
+ * no associated private key (because it had only changed once and therefore
+ * there was no point in re-reading it).
+ *
+ * This function avoids both problems by, whenever either the certificate or
+ * the private key file changes, re-reading both of them, in the correct order.
+ */
+void
+stream_ssl_set_key_and_cert(const char *private_key_file,
+                            const char *certificate_file)
+{
+    if (update_ssl_config(&private_key, private_key_file)
+        || update_ssl_config(&certificate, certificate_file)) {
+        stream_ssl_set_certificate_file__(certificate_file);
+        stream_ssl_set_private_key_file__(private_key_file);
     }
-    certificate.read = true;
 }
 
 /* Reads the X509 certificate or certificates in file 'file_name'.  On success,
@@ -1083,7 +1262,7 @@ log_ca_cert(const char *file_name, X509 *cert)
     subject = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), NULL, 0);
     VLOG_INFO("Trusting CA cert from %s (%s) (fingerprint %s)", file_name,
               subject ? subject : "<out of memory>", ds_cstr(&fp));
-    free(subject);
+    OPENSSL_free(subject);
     ds_destroy(&fp);
 }
 
@@ -1144,5 +1323,98 @@ stream_ssl_set_ca_cert_file(const char *file_name, bool bootstrap)
 
     stream_ssl_set_ca_cert_file__(file_name, bootstrap);
 }
+\f
+/* SSL protocol logging. */
+
+static const char *
+ssl_alert_level_to_string(uint8_t type)
+{
+    switch (type) {
+    case 1: return "warning";
+    case 2: return "fatal";
+    default: return "<unknown>";
+    }
+}
+
+static const char *
+ssl_alert_description_to_string(uint8_t type)
+{
+    switch (type) {
+    case 0: return "close_notify";
+    case 10: return "unexpected_message";
+    case 20: return "bad_record_mac";
+    case 21: return "decryption_failed";
+    case 22: return "record_overflow";
+    case 30: return "decompression_failure";
+    case 40: return "handshake_failure";
+    case 42: return "bad_certificate";
+    case 43: return "unsupported_certificate";
+    case 44: return "certificate_revoked";
+    case 45: return "certificate_expired";
+    case 46: return "certificate_unknown";
+    case 47: return "illegal_parameter";
+    case 48: return "unknown_ca";
+    case 49: return "access_denied";
+    case 50: return "decode_error";
+    case 51: return "decrypt_error";
+    case 60: return "export_restriction";
+    case 70: return "protocol_version";
+    case 71: return "insufficient_security";
+    case 80: return "internal_error";
+    case 90: return "user_canceled";
+    case 100: return "no_renegotiation";
+    default: return "<unknown>";
+    }
+}
 
+static const char *
+ssl_handshake_type_to_string(uint8_t type)
+{
+    switch (type) {
+    case 0: return "hello_request";
+    case 1: return "client_hello";
+    case 2: return "server_hello";
+    case 11: return "certificate";
+    case 12: return "server_key_exchange";
+    case 13: return "certificate_request";
+    case 14: return "server_hello_done";
+    case 15: return "certificate_verify";
+    case 16: return "client_key_exchange";
+    case 20: return "finished";
+    default: return "<unknown>";
+    }
+}
 
+static void
+ssl_protocol_cb(int write_p, int version OVS_UNUSED, int content_type,
+                const void *buf_, size_t len, SSL *ssl OVS_UNUSED, void *sslv_)
+{
+    const struct ssl_stream *sslv = sslv_;
+    const uint8_t *buf = buf_;
+    struct ds details;
+
+    if (!VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
+        return;
+    }
+
+    ds_init(&details);
+    if (content_type == 20) {
+        ds_put_cstr(&details, "change_cipher_spec");
+    } else if (content_type == 21) {
+        ds_put_format(&details, "alert: %s, %s",
+                      ssl_alert_level_to_string(buf[0]),
+                      ssl_alert_description_to_string(buf[1]));
+    } else if (content_type == 22) {
+        ds_put_format(&details, "handshake: %s",
+                      ssl_handshake_type_to_string(buf[0]));
+    } else {
+        ds_put_format(&details, "type %d", content_type);
+    }
+
+    VLOG_DBG("%s%u%s%s %s (%zu bytes)",
+             sslv->type == CLIENT ? "client" : "server",
+             sslv->session_nr, write_p ? "-->" : "<--",
+             stream_get_name(&sslv->stream), ds_cstr(&details), len);
+
+    ds_destroy(&details);
+}