2ed52827fe35571f8d8dc9f253e3ddfae94a59bd
[sliver-openvswitch.git] / lib / stream-ssl.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "stream-ssl.h"
19 #include "dhparams.h"
20 #include <ctype.h>
21 #include <errno.h>
22 #include <inttypes.h>
23 #include <string.h>
24 #include <sys/types.h>
25 #include <sys/socket.h>
26 #include <netinet/tcp.h>
27 #include <openssl/err.h>
28 #include <openssl/rand.h>
29 #include <openssl/ssl.h>
30 #include <openssl/x509v3.h>
31 #include <poll.h>
32 #include <sys/fcntl.h>
33 #include <sys/stat.h>
34 #include <unistd.h>
35 #include "coverage.h"
36 #include "dynamic-string.h"
37 #include "entropy.h"
38 #include "ofpbuf.h"
39 #include "openflow/openflow.h"
40 #include "packets.h"
41 #include "poll-loop.h"
42 #include "shash.h"
43 #include "socket-util.h"
44 #include "util.h"
45 #include "stream-provider.h"
46 #include "stream.h"
47 #include "timeval.h"
48 #include "vlog.h"
49
50 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(stream_ssl);
51
52 /* Active SSL. */
53
54 enum ssl_state {
55     STATE_TCP_CONNECTING,
56     STATE_SSL_CONNECTING
57 };
58
59 enum session_type {
60     CLIENT,
61     SERVER
62 };
63
64 struct ssl_stream
65 {
66     struct stream stream;
67     enum ssl_state state;
68     enum session_type type;
69     int fd;
70     SSL *ssl;
71     struct ofpbuf *txbuf;
72     unsigned int session_nr;
73
74     /* rx_want and tx_want record the result of the last call to SSL_read()
75      * and SSL_write(), respectively:
76      *
77      *    - If the call reported that data needed to be read from the file
78      *      descriptor, the corresponding member is set to SSL_READING.
79      *
80      *    - If the call reported that data needed to be written to the file
81      *      descriptor, the corresponding member is set to SSL_WRITING.
82      *
83      *    - Otherwise, the member is set to SSL_NOTHING, indicating that the
84      *      call completed successfully (or with an error) and that there is no
85      *      need to block.
86      *
87      * These are needed because there is no way to ask OpenSSL what a data read
88      * or write would require without giving it a buffer to receive into or
89      * data to send, respectively.  (Note that the SSL_want() status is
90      * overwritten by each SSL_read() or SSL_write() call, so we can't rely on
91      * its value.)
92      *
93      * A single call to SSL_read() or SSL_write() can perform both reading
94      * and writing and thus invalidate not one of these values but actually
95      * both.  Consider this situation, for example:
96      *
97      *    - SSL_write() blocks on a read, so tx_want gets SSL_READING.
98      *
99      *    - SSL_read() laters succeeds reading from 'fd' and clears out the
100      *      whole receive buffer, so rx_want gets SSL_READING.
101      *
102      *    - Client calls stream_wait(STREAM_RECV) and stream_wait(STREAM_SEND)
103      *      and blocks.
104      *
105      *    - Now we're stuck blocking until the peer sends us data, even though
106      *      SSL_write() could now succeed, which could easily be a deadlock
107      *      condition.
108      *
109      * On the other hand, we can't reset both tx_want and rx_want on every call
110      * to SSL_read() or SSL_write(), because that would produce livelock,
111      * e.g. in this situation:
112      *
113      *    - SSL_write() blocks, so tx_want gets SSL_READING or SSL_WRITING.
114      *
115      *    - SSL_read() blocks, so rx_want gets SSL_READING or SSL_WRITING,
116      *      but tx_want gets reset to SSL_NOTHING.
117      *
118      *    - Client calls stream_wait(STREAM_RECV) and stream_wait(STREAM_SEND)
119      *      and blocks.
120      *
121      *    - Client wakes up immediately since SSL_NOTHING in tx_want indicates
122      *      that no blocking is necessary.
123      *
124      * The solution we adopt here is to set tx_want to SSL_NOTHING after
125      * calling SSL_read() only if the SSL state of the connection changed,
126      * which indicates that an SSL-level renegotiation made some progress, and
127      * similarly for rx_want and SSL_write().  This prevents both the
128      * deadlock and livelock situations above.
129      */
130     int rx_want, tx_want;
131
132     /* A few bytes of header data in case SSL negotiation fails. */
133     uint8_t head[2];
134     short int n_head;
135 };
136
137 /* SSL context created by ssl_init(). */
138 static SSL_CTX *ctx;
139
140 struct ssl_config_file {
141     bool read;                  /* Whether the file was successfully read. */
142     char *file_name;            /* Configured file name, if any. */
143     struct timespec mtime;      /* File mtime as of last time we read it. */
144 };
145
146 /* SSL configuration files. */
147 static struct ssl_config_file private_key;
148 static struct ssl_config_file certificate;
149 static struct ssl_config_file ca_cert;
150
151 /* Ordinarily, the SSL client and server verify each other's certificates using
152  * a CA certificate.  Setting this to false disables this behavior.  (This is a
153  * security risk.) */
154 static bool verify_peer_cert = true;
155
156 /* Ordinarily, we require a CA certificate for the peer to be locally
157  * available.  We can, however, bootstrap the CA certificate from the peer at
158  * the beginning of our first connection then use that certificate on all
159  * subsequent connections, saving it to a file for use in future runs also.  In
160  * this case, 'bootstrap_ca_cert' is true. */
161 static bool bootstrap_ca_cert;
162
163 /* Session number.  Used in debug logging messages to uniquely identify a
164  * session. */
165 static unsigned int next_session_nr;
166
167 /* Who knows what can trigger various SSL errors, so let's throttle them down
168  * quite a bit. */
169 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(10, 25);
170
171 static int ssl_init(void);
172 static int do_ssl_init(void);
173 static bool ssl_wants_io(int ssl_error);
174 static void ssl_close(struct stream *);
175 static void ssl_clear_txbuf(struct ssl_stream *);
176 static void interpret_queued_ssl_error(const char *function);
177 static int interpret_ssl_error(const char *function, int ret, int error,
178                                int *want);
179 static DH *tmp_dh_callback(SSL *ssl, int is_export OVS_UNUSED, int keylength);
180 static void log_ca_cert(const char *file_name, X509 *cert);
181 static void stream_ssl_set_ca_cert_file__(const char *file_name,
182                                           bool bootstrap, bool force);
183 static void ssl_protocol_cb(int write_p, int version, int content_type,
184                             const void *, size_t, SSL *, void *sslv_);
185 static bool update_ssl_config(struct ssl_config_file *, const char *file_name);
186
187 static short int
188 want_to_poll_events(int want)
189 {
190     switch (want) {
191     case SSL_NOTHING:
192         OVS_NOT_REACHED();
193
194     case SSL_READING:
195         return POLLIN;
196
197     case SSL_WRITING:
198         return POLLOUT;
199
200     default:
201         OVS_NOT_REACHED();
202     }
203 }
204
205 static int
206 new_ssl_stream(const char *name, int fd, enum session_type type,
207                enum ssl_state state, struct stream **streamp)
208 {
209     struct sockaddr_in local;
210     socklen_t local_len = sizeof local;
211     struct ssl_stream *sslv;
212     SSL *ssl = NULL;
213     int on = 1;
214     int retval;
215
216     /* Check for all the needful configuration. */
217     retval = 0;
218     if (!private_key.read) {
219         VLOG_ERR("Private key must be configured to use SSL");
220         retval = ENOPROTOOPT;
221     }
222     if (!certificate.read) {
223         VLOG_ERR("Certificate must be configured to use SSL");
224         retval = ENOPROTOOPT;
225     }
226     if (!ca_cert.read && verify_peer_cert && !bootstrap_ca_cert) {
227         VLOG_ERR("CA certificate must be configured to use SSL");
228         retval = ENOPROTOOPT;
229     }
230     if (!retval && !SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
231         VLOG_ERR("Private key does not match certificate public key: %s",
232                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
233         retval = ENOPROTOOPT;
234     }
235     if (retval) {
236         goto error;
237     }
238
239     /* Get the local IP and port information */
240     retval = getsockname(fd, (struct sockaddr *) &local, &local_len);
241     if (retval) {
242         memset(&local, 0, sizeof local);
243     }
244
245     /* Disable Nagle. */
246     retval = setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &on, sizeof on);
247     if (retval) {
248         VLOG_ERR("%s: setsockopt(TCP_NODELAY): %s", name, ovs_strerror(errno));
249         retval = errno;
250         goto error;
251     }
252
253     /* Create and configure OpenSSL stream. */
254     ssl = SSL_new(ctx);
255     if (ssl == NULL) {
256         VLOG_ERR("SSL_new: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
257         retval = ENOPROTOOPT;
258         goto error;
259     }
260     if (SSL_set_fd(ssl, fd) == 0) {
261         VLOG_ERR("SSL_set_fd: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
262         retval = ENOPROTOOPT;
263         goto error;
264     }
265     if (!verify_peer_cert || (bootstrap_ca_cert && type == CLIENT)) {
266         SSL_set_verify(ssl, SSL_VERIFY_NONE, NULL);
267     }
268
269     /* Create and return the ssl_stream. */
270     sslv = xmalloc(sizeof *sslv);
271     stream_init(&sslv->stream, &ssl_stream_class, EAGAIN, name);
272     sslv->state = state;
273     sslv->type = type;
274     sslv->fd = fd;
275     sslv->ssl = ssl;
276     sslv->txbuf = NULL;
277     sslv->rx_want = sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
278     sslv->session_nr = next_session_nr++;
279     sslv->n_head = 0;
280
281     if (VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
282         SSL_set_msg_callback(ssl, ssl_protocol_cb);
283         SSL_set_msg_callback_arg(ssl, sslv);
284     }
285
286     *streamp = &sslv->stream;
287     return 0;
288
289 error:
290     if (ssl) {
291         SSL_free(ssl);
292     }
293     close(fd);
294     return retval;
295 }
296
297 static struct ssl_stream *
298 ssl_stream_cast(struct stream *stream)
299 {
300     stream_assert_class(stream, &ssl_stream_class);
301     return CONTAINER_OF(stream, struct ssl_stream, stream);
302 }
303
304 static int
305 ssl_open(const char *name, char *suffix, struct stream **streamp, uint8_t dscp)
306 {
307     int error, fd;
308
309     error = ssl_init();
310     if (error) {
311         return error;
312     }
313
314     error = inet_open_active(SOCK_STREAM, suffix, OFP_OLD_PORT, NULL, &fd,
315                              dscp);
316     if (fd >= 0) {
317         int state = error ? STATE_TCP_CONNECTING : STATE_SSL_CONNECTING;
318         return new_ssl_stream(name, fd, CLIENT, state, streamp);
319     } else {
320         VLOG_ERR("%s: connect: %s", name, ovs_strerror(error));
321         return error;
322     }
323 }
324
325 static int
326 do_ca_cert_bootstrap(struct stream *stream)
327 {
328     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
329     STACK_OF(X509) *chain;
330     X509 *cert;
331     FILE *file;
332     int error;
333     int fd;
334
335     chain = SSL_get_peer_cert_chain(sslv->ssl);
336     if (!chain || !sk_X509_num(chain)) {
337         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: no certificate presented by "
338                  "peer");
339         return EPROTO;
340     }
341     cert = sk_X509_value(chain, sk_X509_num(chain) - 1);
342
343     /* Check that 'cert' is self-signed.  Otherwise it is not a CA
344      * certificate and we should not attempt to use it as one. */
345     error = X509_check_issued(cert, cert);
346     if (error) {
347         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: obtained certificate is "
348                  "not self-signed (%s)",
349                  X509_verify_cert_error_string(error));
350         if (sk_X509_num(chain) < 2) {
351             VLOG_ERR("only one certificate was received, so probably the peer "
352                      "is not configured to send its CA certificate");
353         }
354         return EPROTO;
355     }
356
357     fd = open(ca_cert.file_name, O_CREAT | O_EXCL | O_WRONLY, 0444);
358     if (fd < 0) {
359         if (errno == EEXIST) {
360             VLOG_INFO_RL(&rl, "reading CA cert %s created by another process",
361                          ca_cert.file_name);
362             stream_ssl_set_ca_cert_file__(ca_cert.file_name, true, true);
363             return EPROTO;
364         } else {
365             VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: creating %s failed: %s",
366                      ca_cert.file_name, ovs_strerror(errno));
367             return errno;
368         }
369     }
370
371     file = fdopen(fd, "w");
372     if (!file) {
373         error = errno;
374         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: fdopen failed: %s",
375                  ovs_strerror(error));
376         unlink(ca_cert.file_name);
377         return error;
378     }
379
380     if (!PEM_write_X509(file, cert)) {
381         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: PEM_write_X509 to %s failed: "
382                  "%s", ca_cert.file_name,
383                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
384         fclose(file);
385         unlink(ca_cert.file_name);
386         return EIO;
387     }
388
389     if (fclose(file)) {
390         error = errno;
391         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: writing %s failed: %s",
392                  ca_cert.file_name, ovs_strerror(error));
393         unlink(ca_cert.file_name);
394         return error;
395     }
396
397     VLOG_INFO("successfully bootstrapped CA cert to %s", ca_cert.file_name);
398     log_ca_cert(ca_cert.file_name, cert);
399     bootstrap_ca_cert = false;
400     ca_cert.read = true;
401
402     /* SSL_CTX_add_client_CA makes a copy of cert's relevant data. */
403     SSL_CTX_add_client_CA(ctx, cert);
404
405     /* SSL_CTX_use_certificate() takes ownership of the certificate passed in.
406      * 'cert' is owned by sslv->ssl, so we need to duplicate it. */
407     cert = X509_dup(cert);
408     if (!cert) {
409         out_of_memory();
410     }
411     SSL_CTX_set_cert_store(ctx, X509_STORE_new());
412     if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, ca_cert.file_name, NULL) != 1) {
413         VLOG_ERR("SSL_CTX_load_verify_locations: %s",
414                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
415         return EPROTO;
416     }
417     VLOG_INFO("killing successful connection to retry using CA cert");
418     return EPROTO;
419 }
420
421 static int
422 ssl_connect(struct stream *stream)
423 {
424     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
425     int retval;
426
427     switch (sslv->state) {
428     case STATE_TCP_CONNECTING:
429         retval = check_connection_completion(sslv->fd);
430         if (retval) {
431             return retval;
432         }
433         sslv->state = STATE_SSL_CONNECTING;
434         /* Fall through. */
435
436     case STATE_SSL_CONNECTING:
437         /* Capture the first few bytes of received data so that we can guess
438          * what kind of funny data we've been sent if SSL negotiation fails. */
439         if (sslv->n_head <= 0) {
440             sslv->n_head = recv(sslv->fd, sslv->head, sizeof sslv->head,
441                                 MSG_PEEK);
442         }
443
444         retval = (sslv->type == CLIENT
445                    ? SSL_connect(sslv->ssl) : SSL_accept(sslv->ssl));
446         if (retval != 1) {
447             int error = SSL_get_error(sslv->ssl, retval);
448             if (retval < 0 && ssl_wants_io(error)) {
449                 return EAGAIN;
450             } else {
451                 int unused;
452
453                 interpret_ssl_error((sslv->type == CLIENT ? "SSL_connect"
454                                      : "SSL_accept"), retval, error, &unused);
455                 shutdown(sslv->fd, SHUT_RDWR);
456                 stream_report_content(sslv->head, sslv->n_head, STREAM_SSL,
457                                       THIS_MODULE, stream_get_name(stream));
458                 return EPROTO;
459             }
460         } else if (bootstrap_ca_cert) {
461             return do_ca_cert_bootstrap(stream);
462         } else if (verify_peer_cert
463                    && ((SSL_get_verify_mode(sslv->ssl)
464                        & (SSL_VERIFY_NONE | SSL_VERIFY_PEER))
465                        != SSL_VERIFY_PEER)) {
466             /* Two or more SSL connections completed at the same time while we
467              * were in bootstrap mode.  Only one of these can finish the
468              * bootstrap successfully.  The other one(s) must be rejected
469              * because they were not verified against the bootstrapped CA
470              * certificate.  (Alternatively we could verify them against the CA
471              * certificate, but that's more trouble than it's worth.  These
472              * connections will succeed the next time they retry, assuming that
473              * they have a certificate against the correct CA.) */
474             VLOG_INFO("rejecting SSL connection during bootstrap race window");
475             return EPROTO;
476         } else {
477             return 0;
478         }
479     }
480
481     OVS_NOT_REACHED();
482 }
483
484 static void
485 ssl_close(struct stream *stream)
486 {
487     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
488     ssl_clear_txbuf(sslv);
489
490     /* Attempt clean shutdown of the SSL connection.  This will work most of
491      * the time, as long as the kernel send buffer has some free space and the
492      * SSL connection isn't renegotiating, etc.  That has to be good enough,
493      * since we don't have any way to continue the close operation in the
494      * background. */
495     SSL_shutdown(sslv->ssl);
496
497     /* SSL_shutdown() might have signaled an error, in which case we need to
498      * flush it out of the OpenSSL error queue or the next OpenSSL operation
499      * will falsely signal an error. */
500     ERR_clear_error();
501
502     SSL_free(sslv->ssl);
503     close(sslv->fd);
504     free(sslv);
505 }
506
507 static void
508 interpret_queued_ssl_error(const char *function)
509 {
510     int queued_error = ERR_get_error();
511     if (queued_error != 0) {
512         VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: %s",
513                      function, ERR_error_string(queued_error, NULL));
514     } else {
515         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: SSL_ERROR_SSL without queued error", function);
516     }
517 }
518
519 static int
520 interpret_ssl_error(const char *function, int ret, int error,
521                     int *want)
522 {
523     *want = SSL_NOTHING;
524
525     switch (error) {
526     case SSL_ERROR_NONE:
527         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_NONE", function);
528         break;
529
530     case SSL_ERROR_ZERO_RETURN:
531         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_ZERO_RETURN", function);
532         break;
533
534     case SSL_ERROR_WANT_READ:
535         *want = SSL_READING;
536         return EAGAIN;
537
538     case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
539         *want = SSL_WRITING;
540         return EAGAIN;
541
542     case SSL_ERROR_WANT_CONNECT:
543         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_WANT_CONNECT", function);
544         break;
545
546     case SSL_ERROR_WANT_ACCEPT:
547         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_WANT_ACCEPT", function);
548         break;
549
550     case SSL_ERROR_WANT_X509_LOOKUP:
551         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_WANT_X509_LOOKUP",
552                     function);
553         break;
554
555     case SSL_ERROR_SYSCALL: {
556         int queued_error = ERR_get_error();
557         if (queued_error == 0) {
558             if (ret < 0) {
559                 int status = errno;
560                 VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: system error (%s)",
561                              function, ovs_strerror(status));
562                 return status;
563             } else {
564                 VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: unexpected SSL connection close",
565                              function);
566                 return EPROTO;
567             }
568         } else {
569             VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: %s",
570                          function, ERR_error_string(queued_error, NULL));
571             break;
572         }
573     }
574
575     case SSL_ERROR_SSL:
576         interpret_queued_ssl_error(function);
577         break;
578
579     default:
580         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: bad SSL error code %d", function, error);
581         break;
582     }
583     return EIO;
584 }
585
586 static ssize_t
587 ssl_recv(struct stream *stream, void *buffer, size_t n)
588 {
589     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
590     int old_state;
591     ssize_t ret;
592
593     /* Behavior of zero-byte SSL_read is poorly defined. */
594     ovs_assert(n > 0);
595
596     old_state = SSL_get_state(sslv->ssl);
597     ret = SSL_read(sslv->ssl, buffer, n);
598     if (old_state != SSL_get_state(sslv->ssl)) {
599         sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
600     }
601     sslv->rx_want = SSL_NOTHING;
602
603     if (ret > 0) {
604         return ret;
605     } else {
606         int error = SSL_get_error(sslv->ssl, ret);
607         if (error == SSL_ERROR_ZERO_RETURN) {
608             return 0;
609         } else {
610             return -interpret_ssl_error("SSL_read", ret, error,
611                                         &sslv->rx_want);
612         }
613     }
614 }
615
616 static void
617 ssl_clear_txbuf(struct ssl_stream *sslv)
618 {
619     ofpbuf_delete(sslv->txbuf);
620     sslv->txbuf = NULL;
621 }
622
623 static int
624 ssl_do_tx(struct stream *stream)
625 {
626     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
627
628     for (;;) {
629         int old_state = SSL_get_state(sslv->ssl);
630         int ret = SSL_write(sslv->ssl, sslv->txbuf->data, sslv->txbuf->size);
631         if (old_state != SSL_get_state(sslv->ssl)) {
632             sslv->rx_want = SSL_NOTHING;
633         }
634         sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
635         if (ret > 0) {
636             ofpbuf_pull(sslv->txbuf, ret);
637             if (sslv->txbuf->size == 0) {
638                 return 0;
639             }
640         } else {
641             int ssl_error = SSL_get_error(sslv->ssl, ret);
642             if (ssl_error == SSL_ERROR_ZERO_RETURN) {
643                 VLOG_WARN_RL(&rl, "SSL_write: connection closed");
644                 return EPIPE;
645             } else {
646                 return interpret_ssl_error("SSL_write", ret, ssl_error,
647                                            &sslv->tx_want);
648             }
649         }
650     }
651 }
652
653 static ssize_t
654 ssl_send(struct stream *stream, const void *buffer, size_t n)
655 {
656     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
657
658     if (sslv->txbuf) {
659         return -EAGAIN;
660     } else {
661         int error;
662
663         sslv->txbuf = ofpbuf_clone_data(buffer, n);
664         error = ssl_do_tx(stream);
665         switch (error) {
666         case 0:
667             ssl_clear_txbuf(sslv);
668             return n;
669         case EAGAIN:
670             return n;
671         default:
672             sslv->txbuf = NULL;
673             return -error;
674         }
675     }
676 }
677
678 static void
679 ssl_run(struct stream *stream)
680 {
681     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
682
683     if (sslv->txbuf && ssl_do_tx(stream) != EAGAIN) {
684         ssl_clear_txbuf(sslv);
685     }
686 }
687
688 static void
689 ssl_run_wait(struct stream *stream)
690 {
691     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
692
693     if (sslv->tx_want != SSL_NOTHING) {
694         poll_fd_wait(sslv->fd, want_to_poll_events(sslv->tx_want));
695     }
696 }
697
698 static void
699 ssl_wait(struct stream *stream, enum stream_wait_type wait)
700 {
701     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
702
703     switch (wait) {
704     case STREAM_CONNECT:
705         if (stream_connect(stream) != EAGAIN) {
706             poll_immediate_wake();
707         } else {
708             switch (sslv->state) {
709             case STATE_TCP_CONNECTING:
710                 poll_fd_wait(sslv->fd, POLLOUT);
711                 break;
712
713             case STATE_SSL_CONNECTING:
714                 /* ssl_connect() called SSL_accept() or SSL_connect(), which
715                  * set up the status that we test here. */
716                 poll_fd_wait(sslv->fd,
717                              want_to_poll_events(SSL_want(sslv->ssl)));
718                 break;
719
720             default:
721                 OVS_NOT_REACHED();
722             }
723         }
724         break;
725
726     case STREAM_RECV:
727         if (sslv->rx_want != SSL_NOTHING) {
728             poll_fd_wait(sslv->fd, want_to_poll_events(sslv->rx_want));
729         } else {
730             poll_immediate_wake();
731         }
732         break;
733
734     case STREAM_SEND:
735         if (!sslv->txbuf) {
736             /* We have room in our tx queue. */
737             poll_immediate_wake();
738         } else {
739             /* stream_run_wait() will do the right thing; don't bother with
740              * redundancy. */
741         }
742         break;
743
744     default:
745         OVS_NOT_REACHED();
746     }
747 }
748
749 const struct stream_class ssl_stream_class = {
750     "ssl",                      /* name */
751     true,                       /* needs_probes */
752     ssl_open,                   /* open */
753     ssl_close,                  /* close */
754     ssl_connect,                /* connect */
755     ssl_recv,                   /* recv */
756     ssl_send,                   /* send */
757     ssl_run,                    /* run */
758     ssl_run_wait,               /* run_wait */
759     ssl_wait,                   /* wait */
760 };
761 \f
762 /* Passive SSL. */
763
764 struct pssl_pstream
765 {
766     struct pstream pstream;
767     int fd;
768 };
769
770 const struct pstream_class pssl_pstream_class;
771
772 static struct pssl_pstream *
773 pssl_pstream_cast(struct pstream *pstream)
774 {
775     pstream_assert_class(pstream, &pssl_pstream_class);
776     return CONTAINER_OF(pstream, struct pssl_pstream, pstream);
777 }
778
779 static int
780 pssl_open(const char *name OVS_UNUSED, char *suffix, struct pstream **pstreamp,
781           uint8_t dscp)
782 {
783     struct pssl_pstream *pssl;
784     struct sockaddr_in sin;
785     char bound_name[128];
786     int retval;
787     int fd;
788
789     retval = ssl_init();
790     if (retval) {
791         return retval;
792     }
793
794     fd = inet_open_passive(SOCK_STREAM, suffix, OFP_OLD_PORT, &sin, dscp);
795     if (fd < 0) {
796         return -fd;
797     }
798     sprintf(bound_name, "pssl:%"PRIu16":"IP_FMT,
799             ntohs(sin.sin_port), IP_ARGS(sin.sin_addr.s_addr));
800
801     pssl = xmalloc(sizeof *pssl);
802     pstream_init(&pssl->pstream, &pssl_pstream_class, bound_name);
803     pstream_set_bound_port(&pssl->pstream, sin.sin_port);
804     pssl->fd = fd;
805     *pstreamp = &pssl->pstream;
806     return 0;
807 }
808
809 static void
810 pssl_close(struct pstream *pstream)
811 {
812     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
813     close(pssl->fd);
814     free(pssl);
815 }
816
817 static int
818 pssl_accept(struct pstream *pstream, struct stream **new_streamp)
819 {
820     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
821     struct sockaddr_in sin;
822     socklen_t sin_len = sizeof sin;
823     char name[128];
824     int new_fd;
825     int error;
826
827     new_fd = accept(pssl->fd, (struct sockaddr *) &sin, &sin_len);
828     if (new_fd < 0) {
829         error = errno;
830         if (error != EAGAIN) {
831             VLOG_DBG_RL(&rl, "accept: %s", ovs_strerror(error));
832         }
833         return error;
834     }
835
836     error = set_nonblocking(new_fd);
837     if (error) {
838         close(new_fd);
839         return error;
840     }
841
842     sprintf(name, "ssl:"IP_FMT, IP_ARGS(sin.sin_addr.s_addr));
843     if (sin.sin_port != htons(OFP_OLD_PORT)) {
844         sprintf(strchr(name, '\0'), ":%"PRIu16, ntohs(sin.sin_port));
845     }
846     return new_ssl_stream(name, new_fd, SERVER, STATE_SSL_CONNECTING,
847                           new_streamp);
848 }
849
850 static void
851 pssl_wait(struct pstream *pstream)
852 {
853     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
854     poll_fd_wait(pssl->fd, POLLIN);
855 }
856
857 static int
858 pssl_set_dscp(struct pstream *pstream, uint8_t dscp)
859 {
860     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
861     return set_dscp(pssl->fd, dscp);
862 }
863
864 const struct pstream_class pssl_pstream_class = {
865     "pssl",
866     true,
867     pssl_open,
868     pssl_close,
869     pssl_accept,
870     pssl_wait,
871     pssl_set_dscp,
872 };
873 \f
874 /*
875  * Returns true if OpenSSL error is WANT_READ or WANT_WRITE, indicating that
876  * OpenSSL is requesting that we call it back when the socket is ready for read
877  * or writing, respectively.
878  */
879 static bool
880 ssl_wants_io(int ssl_error)
881 {
882     return (ssl_error == SSL_ERROR_WANT_WRITE
883             || ssl_error == SSL_ERROR_WANT_READ);
884 }
885
886 static int
887 ssl_init(void)
888 {
889     static int init_status = -1;
890     if (init_status < 0) {
891         init_status = do_ssl_init();
892         ovs_assert(init_status >= 0);
893     }
894     return init_status;
895 }
896
897 static int
898 do_ssl_init(void)
899 {
900     SSL_METHOD *method;
901
902     SSL_library_init();
903     SSL_load_error_strings();
904
905     if (!RAND_status()) {
906         /* We occasionally see OpenSSL fail to seed its random number generator
907          * in heavily loaded hypervisors.  I suspect the following scenario:
908          *
909          * 1. OpenSSL calls read() to get 32 bytes from /dev/urandom.
910          * 2. The kernel generates 10 bytes of randomness and copies it out.
911          * 3. A signal arrives (perhaps SIGALRM).
912          * 4. The kernel interrupts the system call to service the signal.
913          * 5. Userspace gets 10 bytes of entropy.
914          * 6. OpenSSL doesn't read again to get the final 22 bytes.  Therefore
915          *    OpenSSL doesn't have enough entropy to consider itself
916          *    initialized.
917          *
918          * The only part I'm not entirely sure about is #6, because the OpenSSL
919          * code is so hard to read. */
920         uint8_t seed[32];
921         int retval;
922
923         VLOG_WARN("OpenSSL random seeding failed, reseeding ourselves");
924
925         retval = get_entropy(seed, sizeof seed);
926         if (retval) {
927             VLOG_ERR("failed to obtain entropy (%s)",
928                      ovs_retval_to_string(retval));
929             return retval > 0 ? retval : ENOPROTOOPT;
930         }
931
932         RAND_seed(seed, sizeof seed);
933     }
934
935     /* New OpenSSL changed TLSv1_method() to return a "const" pointer, so the
936      * cast is needed to avoid a warning with those newer versions. */
937     method = CONST_CAST(SSL_METHOD *, TLSv1_method());
938     if (method == NULL) {
939         VLOG_ERR("TLSv1_method: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
940         return ENOPROTOOPT;
941     }
942
943     ctx = SSL_CTX_new(method);
944     if (ctx == NULL) {
945         VLOG_ERR("SSL_CTX_new: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
946         return ENOPROTOOPT;
947     }
948     SSL_CTX_set_options(ctx, SSL_OP_NO_SSLv2 | SSL_OP_NO_SSLv3);
949     SSL_CTX_set_tmp_dh_callback(ctx, tmp_dh_callback);
950     SSL_CTX_set_mode(ctx, SSL_MODE_ENABLE_PARTIAL_WRITE);
951     SSL_CTX_set_mode(ctx, SSL_MODE_ACCEPT_MOVING_WRITE_BUFFER);
952     SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER | SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT,
953                        NULL);
954
955     return 0;
956 }
957
958 static DH *
959 tmp_dh_callback(SSL *ssl OVS_UNUSED, int is_export OVS_UNUSED, int keylength)
960 {
961     struct dh {
962         int keylength;
963         DH *dh;
964         DH *(*constructor)(void);
965     };
966
967     static struct dh dh_table[] = {
968         {1024, NULL, get_dh1024},
969         {2048, NULL, get_dh2048},
970         {4096, NULL, get_dh4096},
971     };
972
973     struct dh *dh;
974
975     for (dh = dh_table; dh < &dh_table[ARRAY_SIZE(dh_table)]; dh++) {
976         if (dh->keylength == keylength) {
977             if (!dh->dh) {
978                 dh->dh = dh->constructor();
979                 if (!dh->dh) {
980                     out_of_memory();
981                 }
982             }
983             return dh->dh;
984         }
985     }
986     VLOG_ERR_RL(&rl, "no Diffie-Hellman parameters for key length %d",
987                 keylength);
988     return NULL;
989 }
990
991 /* Returns true if SSL is at least partially configured. */
992 bool
993 stream_ssl_is_configured(void)
994 {
995     return private_key.file_name || certificate.file_name || ca_cert.file_name;
996 }
997
998 static bool
999 update_ssl_config(struct ssl_config_file *config, const char *file_name)
1000 {
1001     struct timespec mtime;
1002     int error;
1003
1004     if (ssl_init() || !file_name) {
1005         return false;
1006     }
1007
1008     /* If the file name hasn't changed and neither has the file contents, stop
1009      * here. */
1010     error = get_mtime(file_name, &mtime);
1011     if (error && error != ENOENT) {
1012         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: stat failed (%s)",
1013                     file_name, ovs_strerror(error));
1014     }
1015     if (config->file_name
1016         && !strcmp(config->file_name, file_name)
1017         && mtime.tv_sec == config->mtime.tv_sec
1018         && mtime.tv_nsec == config->mtime.tv_nsec) {
1019         return false;
1020     }
1021
1022     /* Update 'config'. */
1023     config->mtime = mtime;
1024     if (file_name != config->file_name) {
1025         free(config->file_name);
1026         config->file_name = xstrdup(file_name);
1027     }
1028     return true;
1029 }
1030
1031 static void
1032 stream_ssl_set_private_key_file__(const char *file_name)
1033 {
1034     if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, file_name, SSL_FILETYPE_PEM) == 1) {
1035         private_key.read = true;
1036     } else {
1037         VLOG_ERR("SSL_use_PrivateKey_file: %s",
1038                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1039     }
1040 }
1041
1042 void
1043 stream_ssl_set_private_key_file(const char *file_name)
1044 {
1045     if (update_ssl_config(&private_key, file_name)) {
1046         stream_ssl_set_private_key_file__(file_name);
1047     }
1048 }
1049
1050 static void
1051 stream_ssl_set_certificate_file__(const char *file_name)
1052 {
1053     if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, file_name) == 1) {
1054         certificate.read = true;
1055     } else {
1056         VLOG_ERR("SSL_use_certificate_file: %s",
1057                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1058     }
1059 }
1060
1061 void
1062 stream_ssl_set_certificate_file(const char *file_name)
1063 {
1064     if (update_ssl_config(&certificate, file_name)) {
1065         stream_ssl_set_certificate_file__(file_name);
1066     }
1067 }
1068
1069 /* Sets the private key and certificate files in one operation.  Use this
1070  * interface, instead of calling stream_ssl_set_private_key_file() and
1071  * stream_ssl_set_certificate_file() individually, in the main loop of a
1072  * long-running program whose key and certificate might change at runtime.
1073  *
1074  * This is important because of OpenSSL's behavior.  If an OpenSSL context
1075  * already has a certificate, and stream_ssl_set_private_key_file() is called
1076  * to install a new private key, OpenSSL will report an error because the new
1077  * private key does not match the old certificate.  The other order, of setting
1078  * a new certificate, then setting a new private key, does work.
1079  *
1080  * If this were the only problem, calling stream_ssl_set_certificate_file()
1081  * before stream_ssl_set_private_key_file() would fix it.  But, if the private
1082  * key is changed before the certificate (e.g. someone "scp"s or "mv"s the new
1083  * private key in place before the certificate), then OpenSSL would reject that
1084  * change, and then the change of certificate would succeed, but there would be
1085  * no associated private key (because it had only changed once and therefore
1086  * there was no point in re-reading it).
1087  *
1088  * This function avoids both problems by, whenever either the certificate or
1089  * the private key file changes, re-reading both of them, in the correct order.
1090  */
1091 void
1092 stream_ssl_set_key_and_cert(const char *private_key_file,
1093                             const char *certificate_file)
1094 {
1095     if (update_ssl_config(&private_key, private_key_file)
1096         || update_ssl_config(&certificate, certificate_file)) {
1097         stream_ssl_set_certificate_file__(certificate_file);
1098         stream_ssl_set_private_key_file__(private_key_file);
1099     }
1100 }
1101
1102 /* Reads the X509 certificate or certificates in file 'file_name'.  On success,
1103  * stores the address of the first element in an array of pointers to
1104  * certificates in '*certs' and the number of certificates in the array in
1105  * '*n_certs', and returns 0.  On failure, stores a null pointer in '*certs', 0
1106  * in '*n_certs', and returns a positive errno value.
1107  *
1108  * The caller is responsible for freeing '*certs'. */
1109 static int
1110 read_cert_file(const char *file_name, X509 ***certs, size_t *n_certs)
1111 {
1112     FILE *file;
1113     size_t allocated_certs = 0;
1114
1115     *certs = NULL;
1116     *n_certs = 0;
1117
1118     file = fopen(file_name, "r");
1119     if (!file) {
1120         VLOG_ERR("failed to open %s for reading: %s",
1121                  file_name, ovs_strerror(errno));
1122         return errno;
1123     }
1124
1125     for (;;) {
1126         X509 *certificate;
1127         int c;
1128
1129         /* Read certificate from file. */
1130         certificate = PEM_read_X509(file, NULL, NULL, NULL);
1131         if (!certificate) {
1132             size_t i;
1133
1134             VLOG_ERR("PEM_read_X509 failed reading %s: %s",
1135                      file_name, ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1136             for (i = 0; i < *n_certs; i++) {
1137                 X509_free((*certs)[i]);
1138             }
1139             free(*certs);
1140             *certs = NULL;
1141             *n_certs = 0;
1142             return EIO;
1143         }
1144
1145         /* Add certificate to array. */
1146         if (*n_certs >= allocated_certs) {
1147             *certs = x2nrealloc(*certs, &allocated_certs, sizeof **certs);
1148         }
1149         (*certs)[(*n_certs)++] = certificate;
1150
1151         /* Are there additional certificates in the file? */
1152         do {
1153             c = getc(file);
1154         } while (isspace(c));
1155         if (c == EOF) {
1156             break;
1157         }
1158         ungetc(c, file);
1159     }
1160     fclose(file);
1161     return 0;
1162 }
1163
1164
1165 /* Sets 'file_name' as the name of a file containing one or more X509
1166  * certificates to send to the peer.  Typical use in OpenFlow is to send the CA
1167  * certificate to the peer, which enables a switch to pick up the controller's
1168  * CA certificate on its first connection. */
1169 void
1170 stream_ssl_set_peer_ca_cert_file(const char *file_name)
1171 {
1172     X509 **certs;
1173     size_t n_certs;
1174     size_t i;
1175
1176     if (ssl_init()) {
1177         return;
1178     }
1179
1180     if (!read_cert_file(file_name, &certs, &n_certs)) {
1181         for (i = 0; i < n_certs; i++) {
1182             if (SSL_CTX_add_extra_chain_cert(ctx, certs[i]) != 1) {
1183                 VLOG_ERR("SSL_CTX_add_extra_chain_cert: %s",
1184                          ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1185             }
1186         }
1187         free(certs);
1188     }
1189 }
1190
1191 /* Logs fingerprint of CA certificate 'cert' obtained from 'file_name'. */
1192 static void
1193 log_ca_cert(const char *file_name, X509 *cert)
1194 {
1195     unsigned char digest[EVP_MAX_MD_SIZE];
1196     unsigned int n_bytes;
1197     struct ds fp;
1198     char *subject;
1199
1200     ds_init(&fp);
1201     if (!X509_digest(cert, EVP_sha1(), digest, &n_bytes)) {
1202         ds_put_cstr(&fp, "<out of memory>");
1203     } else {
1204         unsigned int i;
1205         for (i = 0; i < n_bytes; i++) {
1206             if (i) {
1207                 ds_put_char(&fp, ':');
1208             }
1209             ds_put_format(&fp, "%02x", digest[i]);
1210         }
1211     }
1212     subject = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), NULL, 0);
1213     VLOG_INFO("Trusting CA cert from %s (%s) (fingerprint %s)", file_name,
1214               subject ? subject : "<out of memory>", ds_cstr(&fp));
1215     OPENSSL_free(subject);
1216     ds_destroy(&fp);
1217 }
1218
1219 static void
1220 stream_ssl_set_ca_cert_file__(const char *file_name,
1221                               bool bootstrap, bool force)
1222 {
1223     X509 **certs;
1224     size_t n_certs;
1225     struct stat s;
1226
1227     if (!update_ssl_config(&ca_cert, file_name) && !force) {
1228         return;
1229     }
1230
1231     if (!strcmp(file_name, "none")) {
1232         verify_peer_cert = false;
1233         VLOG_WARN("Peer certificate validation disabled "
1234                   "(this is a security risk)");
1235     } else if (bootstrap && stat(file_name, &s) && errno == ENOENT) {
1236         bootstrap_ca_cert = true;
1237     } else if (!read_cert_file(file_name, &certs, &n_certs)) {
1238         size_t i;
1239
1240         /* Set up list of CAs that the server will accept from the client. */
1241         for (i = 0; i < n_certs; i++) {
1242             /* SSL_CTX_add_client_CA makes a copy of the relevant data. */
1243             if (SSL_CTX_add_client_CA(ctx, certs[i]) != 1) {
1244                 VLOG_ERR("failed to add client certificate %"PRIuSIZE" from %s: %s",
1245                          i, file_name,
1246                          ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1247             } else {
1248                 log_ca_cert(file_name, certs[i]);
1249             }
1250             X509_free(certs[i]);
1251         }
1252         free(certs);
1253
1254         /* Set up CAs for OpenSSL to trust in verifying the peer's
1255          * certificate. */
1256         SSL_CTX_set_cert_store(ctx, X509_STORE_new());
1257         if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, file_name, NULL) != 1) {
1258             VLOG_ERR("SSL_CTX_load_verify_locations: %s",
1259                      ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1260             return;
1261         }
1262
1263         bootstrap_ca_cert = false;
1264     }
1265     ca_cert.read = true;
1266 }
1267
1268 /* Sets 'file_name' as the name of the file from which to read the CA
1269  * certificate used to verify the peer within SSL connections.  If 'bootstrap'
1270  * is false, the file must exist.  If 'bootstrap' is false, then the file is
1271  * read if it is exists; if it does not, then it will be created from the CA
1272  * certificate received from the peer on the first SSL connection. */
1273 void
1274 stream_ssl_set_ca_cert_file(const char *file_name, bool bootstrap)
1275 {
1276     stream_ssl_set_ca_cert_file__(file_name, bootstrap, false);
1277 }
1278 \f
1279 /* SSL protocol logging. */
1280
1281 static const char *
1282 ssl_alert_level_to_string(uint8_t type)
1283 {
1284     switch (type) {
1285     case 1: return "warning";
1286     case 2: return "fatal";
1287     default: return "<unknown>";
1288     }
1289 }
1290
1291 static const char *
1292 ssl_alert_description_to_string(uint8_t type)
1293 {
1294     switch (type) {
1295     case 0: return "close_notify";
1296     case 10: return "unexpected_message";
1297     case 20: return "bad_record_mac";
1298     case 21: return "decryption_failed";
1299     case 22: return "record_overflow";
1300     case 30: return "decompression_failure";
1301     case 40: return "handshake_failure";
1302     case 42: return "bad_certificate";
1303     case 43: return "unsupported_certificate";
1304     case 44: return "certificate_revoked";
1305     case 45: return "certificate_expired";
1306     case 46: return "certificate_unknown";
1307     case 47: return "illegal_parameter";
1308     case 48: return "unknown_ca";
1309     case 49: return "access_denied";
1310     case 50: return "decode_error";
1311     case 51: return "decrypt_error";
1312     case 60: return "export_restriction";
1313     case 70: return "protocol_version";
1314     case 71: return "insufficient_security";
1315     case 80: return "internal_error";
1316     case 90: return "user_canceled";
1317     case 100: return "no_renegotiation";
1318     default: return "<unknown>";
1319     }
1320 }
1321
1322 static const char *
1323 ssl_handshake_type_to_string(uint8_t type)
1324 {
1325     switch (type) {
1326     case 0: return "hello_request";
1327     case 1: return "client_hello";
1328     case 2: return "server_hello";
1329     case 11: return "certificate";
1330     case 12: return "server_key_exchange";
1331     case 13: return "certificate_request";
1332     case 14: return "server_hello_done";
1333     case 15: return "certificate_verify";
1334     case 16: return "client_key_exchange";
1335     case 20: return "finished";
1336     default: return "<unknown>";
1337     }
1338 }
1339
1340 static void
1341 ssl_protocol_cb(int write_p, int version OVS_UNUSED, int content_type,
1342                 const void *buf_, size_t len, SSL *ssl OVS_UNUSED, void *sslv_)
1343 {
1344     const struct ssl_stream *sslv = sslv_;
1345     const uint8_t *buf = buf_;
1346     struct ds details;
1347
1348     if (!VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
1349         return;
1350     }
1351
1352     ds_init(&details);
1353     if (content_type == 20) {
1354         ds_put_cstr(&details, "change_cipher_spec");
1355     } else if (content_type == 21) {
1356         ds_put_format(&details, "alert: %s, %s",
1357                       ssl_alert_level_to_string(buf[0]),
1358                       ssl_alert_description_to_string(buf[1]));
1359     } else if (content_type == 22) {
1360         ds_put_format(&details, "handshake: %s",
1361                       ssl_handshake_type_to_string(buf[0]));
1362     } else {
1363         ds_put_format(&details, "type %d", content_type);
1364     }
1365
1366     VLOG_DBG("%s%u%s%s %s (%"PRIuSIZE" bytes)",
1367              sslv->type == CLIENT ? "client" : "server",
1368              sslv->session_nr, write_p ? "-->" : "<--",
1369              stream_get_name(&sslv->stream), ds_cstr(&details), len);
1370
1371     ds_destroy(&details);
1372 }