ddf65a325c8cbf2732536a7c78a1d7a86fccb0cb
[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 "leak-checker.h"
39 #include "ofpbuf.h"
40 #include "openflow/openflow.h"
41 #include "packets.h"
42 #include "poll-loop.h"
43 #include "shash.h"
44 #include "socket-util.h"
45 #include "util.h"
46 #include "stream-provider.h"
47 #include "stream.h"
48 #include "timeval.h"
49 #include "vlog.h"
50
51 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(stream_ssl);
52
53 /* Active SSL. */
54
55 enum ssl_state {
56     STATE_TCP_CONNECTING,
57     STATE_SSL_CONNECTING
58 };
59
60 enum session_type {
61     CLIENT,
62     SERVER
63 };
64
65 struct ssl_stream
66 {
67     struct stream stream;
68     enum ssl_state state;
69     enum session_type type;
70     int fd;
71     SSL *ssl;
72     struct ofpbuf *txbuf;
73     unsigned int session_nr;
74
75     /* rx_want and tx_want record the result of the last call to SSL_read()
76      * and SSL_write(), respectively:
77      *
78      *    - If the call reported that data needed to be read from the file
79      *      descriptor, the corresponding member is set to SSL_READING.
80      *
81      *    - If the call reported that data needed to be written to the file
82      *      descriptor, the corresponding member is set to SSL_WRITING.
83      *
84      *    - Otherwise, the member is set to SSL_NOTHING, indicating that the
85      *      call completed successfully (or with an error) and that there is no
86      *      need to block.
87      *
88      * These are needed because there is no way to ask OpenSSL what a data read
89      * or write would require without giving it a buffer to receive into or
90      * data to send, respectively.  (Note that the SSL_want() status is
91      * overwritten by each SSL_read() or SSL_write() call, so we can't rely on
92      * its value.)
93      *
94      * A single call to SSL_read() or SSL_write() can perform both reading
95      * and writing and thus invalidate not one of these values but actually
96      * both.  Consider this situation, for example:
97      *
98      *    - SSL_write() blocks on a read, so tx_want gets SSL_READING.
99      *
100      *    - SSL_read() laters succeeds reading from 'fd' and clears out the
101      *      whole receive buffer, so rx_want gets SSL_READING.
102      *
103      *    - Client calls stream_wait(STREAM_RECV) and stream_wait(STREAM_SEND)
104      *      and blocks.
105      *
106      *    - Now we're stuck blocking until the peer sends us data, even though
107      *      SSL_write() could now succeed, which could easily be a deadlock
108      *      condition.
109      *
110      * On the other hand, we can't reset both tx_want and rx_want on every call
111      * to SSL_read() or SSL_write(), because that would produce livelock,
112      * e.g. in this situation:
113      *
114      *    - SSL_write() blocks, so tx_want gets SSL_READING or SSL_WRITING.
115      *
116      *    - SSL_read() blocks, so rx_want gets SSL_READING or SSL_WRITING,
117      *      but tx_want gets reset to SSL_NOTHING.
118      *
119      *    - Client calls stream_wait(STREAM_RECV) and stream_wait(STREAM_SEND)
120      *      and blocks.
121      *
122      *    - Client wakes up immediately since SSL_NOTHING in tx_want indicates
123      *      that no blocking is necessary.
124      *
125      * The solution we adopt here is to set tx_want to SSL_NOTHING after
126      * calling SSL_read() only if the SSL state of the connection changed,
127      * which indicates that an SSL-level renegotiation made some progress, and
128      * similarly for rx_want and SSL_write().  This prevents both the
129      * deadlock and livelock situations above.
130      */
131     int rx_want, tx_want;
132
133     /* A few bytes of header data in case SSL negotiation fails. */
134     uint8_t head[2];
135     short int n_head;
136 };
137
138 /* SSL context created by ssl_init(). */
139 static SSL_CTX *ctx;
140
141 struct ssl_config_file {
142     bool read;                  /* Whether the file was successfully read. */
143     char *file_name;            /* Configured file name, if any. */
144     struct timespec mtime;      /* File mtime as of last time we read it. */
145 };
146
147 /* SSL configuration files. */
148 static struct ssl_config_file private_key;
149 static struct ssl_config_file certificate;
150 static struct ssl_config_file ca_cert;
151
152 /* Ordinarily, the SSL client and server verify each other's certificates using
153  * a CA certificate.  Setting this to false disables this behavior.  (This is a
154  * security risk.) */
155 static bool verify_peer_cert = true;
156
157 /* Ordinarily, we require a CA certificate for the peer to be locally
158  * available.  We can, however, bootstrap the CA certificate from the peer at
159  * the beginning of our first connection then use that certificate on all
160  * subsequent connections, saving it to a file for use in future runs also.  In
161  * this case, 'bootstrap_ca_cert' is true. */
162 static bool bootstrap_ca_cert;
163
164 /* Session number.  Used in debug logging messages to uniquely identify a
165  * session. */
166 static unsigned int next_session_nr;
167
168 /* Who knows what can trigger various SSL errors, so let's throttle them down
169  * quite a bit. */
170 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(10, 25);
171
172 static int ssl_init(void);
173 static int do_ssl_init(void);
174 static bool ssl_wants_io(int ssl_error);
175 static void ssl_close(struct stream *);
176 static void ssl_clear_txbuf(struct ssl_stream *);
177 static void interpret_queued_ssl_error(const char *function);
178 static int interpret_ssl_error(const char *function, int ret, int error,
179                                int *want);
180 static DH *tmp_dh_callback(SSL *ssl, int is_export OVS_UNUSED, int keylength);
181 static void log_ca_cert(const char *file_name, X509 *cert);
182 static void stream_ssl_set_ca_cert_file__(const char *file_name,
183                                           bool bootstrap, bool force);
184 static void ssl_protocol_cb(int write_p, int version, int content_type,
185                             const void *, size_t, SSL *, void *sslv_);
186 static bool update_ssl_config(struct ssl_config_file *, const char *file_name);
187
188 static short int
189 want_to_poll_events(int want)
190 {
191     switch (want) {
192     case SSL_NOTHING:
193         NOT_REACHED();
194
195     case SSL_READING:
196         return POLLIN;
197
198     case SSL_WRITING:
199         return POLLOUT;
200
201     default:
202         NOT_REACHED();
203     }
204 }
205
206 static int
207 new_ssl_stream(const char *name, int fd, enum session_type type,
208                enum ssl_state state, const struct sockaddr_in *remote,
209                struct stream **streamp)
210 {
211     struct sockaddr_in local;
212     socklen_t local_len = sizeof local;
213     struct ssl_stream *sslv;
214     SSL *ssl = NULL;
215     int on = 1;
216     int retval;
217
218     /* Check for all the needful configuration. */
219     retval = 0;
220     if (!private_key.read) {
221         VLOG_ERR("Private key must be configured to use SSL");
222         retval = ENOPROTOOPT;
223     }
224     if (!certificate.read) {
225         VLOG_ERR("Certificate must be configured to use SSL");
226         retval = ENOPROTOOPT;
227     }
228     if (!ca_cert.read && verify_peer_cert && !bootstrap_ca_cert) {
229         VLOG_ERR("CA certificate must be configured to use SSL");
230         retval = ENOPROTOOPT;
231     }
232     if (!retval && !SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
233         VLOG_ERR("Private key does not match certificate public key: %s",
234                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
235         retval = ENOPROTOOPT;
236     }
237     if (retval) {
238         goto error;
239     }
240
241     /* Get the local IP and port information */
242     retval = getsockname(fd, (struct sockaddr *) &local, &local_len);
243     if (retval) {
244         memset(&local, 0, sizeof local);
245     }
246
247     /* Disable Nagle. */
248     retval = setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &on, sizeof on);
249     if (retval) {
250         VLOG_ERR("%s: setsockopt(TCP_NODELAY): %s", name, strerror(errno));
251         retval = errno;
252         goto error;
253     }
254
255     /* Create and configure OpenSSL stream. */
256     ssl = SSL_new(ctx);
257     if (ssl == NULL) {
258         VLOG_ERR("SSL_new: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
259         retval = ENOPROTOOPT;
260         goto error;
261     }
262     if (SSL_set_fd(ssl, fd) == 0) {
263         VLOG_ERR("SSL_set_fd: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
264         retval = ENOPROTOOPT;
265         goto error;
266     }
267     if (!verify_peer_cert || (bootstrap_ca_cert && type == CLIENT)) {
268         SSL_set_verify(ssl, SSL_VERIFY_NONE, NULL);
269     }
270
271     /* Create and return the ssl_stream. */
272     sslv = xmalloc(sizeof *sslv);
273     stream_init(&sslv->stream, &ssl_stream_class, EAGAIN, name);
274     stream_set_remote_ip(&sslv->stream, remote->sin_addr.s_addr);
275     stream_set_remote_port(&sslv->stream, remote->sin_port);
276     stream_set_local_ip(&sslv->stream, local.sin_addr.s_addr);
277     stream_set_local_port(&sslv->stream, local.sin_port);
278     sslv->state = state;
279     sslv->type = type;
280     sslv->fd = fd;
281     sslv->ssl = ssl;
282     sslv->txbuf = NULL;
283     sslv->rx_want = sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
284     sslv->session_nr = next_session_nr++;
285     sslv->n_head = 0;
286
287     if (VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
288         SSL_set_msg_callback(ssl, ssl_protocol_cb);
289         SSL_set_msg_callback_arg(ssl, sslv);
290     }
291
292     *streamp = &sslv->stream;
293     return 0;
294
295 error:
296     if (ssl) {
297         SSL_free(ssl);
298     }
299     close(fd);
300     return retval;
301 }
302
303 static struct ssl_stream *
304 ssl_stream_cast(struct stream *stream)
305 {
306     stream_assert_class(stream, &ssl_stream_class);
307     return CONTAINER_OF(stream, struct ssl_stream, stream);
308 }
309
310 static int
311 ssl_open(const char *name, char *suffix, struct stream **streamp, uint8_t dscp)
312 {
313     struct sockaddr_in sin;
314     int error, fd;
315
316     error = ssl_init();
317     if (error) {
318         return error;
319     }
320
321     error = inet_open_active(SOCK_STREAM, suffix, OFP_SSL_PORT, &sin, &fd,
322                              dscp);
323     if (fd >= 0) {
324         int state = error ? STATE_TCP_CONNECTING : STATE_SSL_CONNECTING;
325         return new_ssl_stream(name, fd, CLIENT, state, &sin, streamp);
326     } else {
327         VLOG_ERR("%s: connect: %s", name, strerror(error));
328         return error;
329     }
330 }
331
332 static int
333 do_ca_cert_bootstrap(struct stream *stream)
334 {
335     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
336     STACK_OF(X509) *chain;
337     X509 *cert;
338     FILE *file;
339     int error;
340     int fd;
341
342     chain = SSL_get_peer_cert_chain(sslv->ssl);
343     if (!chain || !sk_X509_num(chain)) {
344         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: no certificate presented by "
345                  "peer");
346         return EPROTO;
347     }
348     cert = sk_X509_value(chain, sk_X509_num(chain) - 1);
349
350     /* Check that 'cert' is self-signed.  Otherwise it is not a CA
351      * certificate and we should not attempt to use it as one. */
352     error = X509_check_issued(cert, cert);
353     if (error) {
354         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: obtained certificate is "
355                  "not self-signed (%s)",
356                  X509_verify_cert_error_string(error));
357         if (sk_X509_num(chain) < 2) {
358             VLOG_ERR("only one certificate was received, so probably the peer "
359                      "is not configured to send its CA certificate");
360         }
361         return EPROTO;
362     }
363
364     fd = open(ca_cert.file_name, O_CREAT | O_EXCL | O_WRONLY, 0444);
365     if (fd < 0) {
366         if (errno == EEXIST) {
367             VLOG_INFO_RL(&rl, "reading CA cert %s created by another process",
368                          ca_cert.file_name);
369             stream_ssl_set_ca_cert_file__(ca_cert.file_name, true, true);
370             return EPROTO;
371         } else {
372             VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: creating %s failed: %s",
373                      ca_cert.file_name, strerror(errno));
374             return errno;
375         }
376     }
377
378     file = fdopen(fd, "w");
379     if (!file) {
380         error = errno;
381         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: fdopen failed: %s",
382                  strerror(error));
383         unlink(ca_cert.file_name);
384         return error;
385     }
386
387     if (!PEM_write_X509(file, cert)) {
388         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: PEM_write_X509 to %s failed: "
389                  "%s", ca_cert.file_name,
390                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
391         fclose(file);
392         unlink(ca_cert.file_name);
393         return EIO;
394     }
395
396     if (fclose(file)) {
397         error = errno;
398         VLOG_ERR("could not bootstrap CA cert: writing %s failed: %s",
399                  ca_cert.file_name, strerror(error));
400         unlink(ca_cert.file_name);
401         return error;
402     }
403
404     VLOG_INFO("successfully bootstrapped CA cert to %s", ca_cert.file_name);
405     log_ca_cert(ca_cert.file_name, cert);
406     bootstrap_ca_cert = false;
407     ca_cert.read = true;
408
409     /* SSL_CTX_add_client_CA makes a copy of cert's relevant data. */
410     SSL_CTX_add_client_CA(ctx, cert);
411
412     /* SSL_CTX_use_certificate() takes ownership of the certificate passed in.
413      * 'cert' is owned by sslv->ssl, so we need to duplicate it. */
414     cert = X509_dup(cert);
415     if (!cert) {
416         out_of_memory();
417     }
418     SSL_CTX_set_cert_store(ctx, X509_STORE_new());
419     if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, ca_cert.file_name, NULL) != 1) {
420         VLOG_ERR("SSL_CTX_load_verify_locations: %s",
421                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
422         return EPROTO;
423     }
424     VLOG_INFO("killing successful connection to retry using CA cert");
425     return EPROTO;
426 }
427
428 static int
429 ssl_connect(struct stream *stream)
430 {
431     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
432     int retval;
433
434     switch (sslv->state) {
435     case STATE_TCP_CONNECTING:
436         retval = check_connection_completion(sslv->fd);
437         if (retval) {
438             return retval;
439         }
440         sslv->state = STATE_SSL_CONNECTING;
441         /* Fall through. */
442
443     case STATE_SSL_CONNECTING:
444         /* Capture the first few bytes of received data so that we can guess
445          * what kind of funny data we've been sent if SSL negotation fails. */
446         if (sslv->n_head <= 0) {
447             sslv->n_head = recv(sslv->fd, sslv->head, sizeof sslv->head,
448                                 MSG_PEEK);
449         }
450
451         retval = (sslv->type == CLIENT
452                    ? SSL_connect(sslv->ssl) : SSL_accept(sslv->ssl));
453         if (retval != 1) {
454             int error = SSL_get_error(sslv->ssl, retval);
455             if (retval < 0 && ssl_wants_io(error)) {
456                 return EAGAIN;
457             } else {
458                 int unused;
459
460                 interpret_ssl_error((sslv->type == CLIENT ? "SSL_connect"
461                                      : "SSL_accept"), retval, error, &unused);
462                 shutdown(sslv->fd, SHUT_RDWR);
463                 stream_report_content(sslv->head, sslv->n_head, STREAM_SSL,
464                                       THIS_MODULE, stream_get_name(stream));
465                 return EPROTO;
466             }
467         } else if (bootstrap_ca_cert) {
468             return do_ca_cert_bootstrap(stream);
469         } else if (verify_peer_cert
470                    && ((SSL_get_verify_mode(sslv->ssl)
471                        & (SSL_VERIFY_NONE | SSL_VERIFY_PEER))
472                        != SSL_VERIFY_PEER)) {
473             /* Two or more SSL connections completed at the same time while we
474              * were in bootstrap mode.  Only one of these can finish the
475              * bootstrap successfully.  The other one(s) must be rejected
476              * because they were not verified against the bootstrapped CA
477              * certificate.  (Alternatively we could verify them against the CA
478              * certificate, but that's more trouble than it's worth.  These
479              * connections will succeed the next time they retry, assuming that
480              * they have a certificate against the correct CA.) */
481             VLOG_INFO("rejecting SSL connection during bootstrap race window");
482             return EPROTO;
483         } else {
484             return 0;
485         }
486     }
487
488     NOT_REACHED();
489 }
490
491 static void
492 ssl_close(struct stream *stream)
493 {
494     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
495     ssl_clear_txbuf(sslv);
496
497     /* Attempt clean shutdown of the SSL connection.  This will work most of
498      * the time, as long as the kernel send buffer has some free space and the
499      * SSL connection isn't renegotiating, etc.  That has to be good enough,
500      * since we don't have any way to continue the close operation in the
501      * background. */
502     SSL_shutdown(sslv->ssl);
503
504     /* SSL_shutdown() might have signaled an error, in which case we need to
505      * flush it out of the OpenSSL error queue or the next OpenSSL operation
506      * will falsely signal an error. */
507     ERR_clear_error();
508
509     SSL_free(sslv->ssl);
510     close(sslv->fd);
511     free(sslv);
512 }
513
514 static void
515 interpret_queued_ssl_error(const char *function)
516 {
517     int queued_error = ERR_get_error();
518     if (queued_error != 0) {
519         VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: %s",
520                      function, ERR_error_string(queued_error, NULL));
521     } else {
522         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: SSL_ERROR_SSL without queued error", function);
523     }
524 }
525
526 static int
527 interpret_ssl_error(const char *function, int ret, int error,
528                     int *want)
529 {
530     *want = SSL_NOTHING;
531
532     switch (error) {
533     case SSL_ERROR_NONE:
534         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_NONE", function);
535         break;
536
537     case SSL_ERROR_ZERO_RETURN:
538         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_ZERO_RETURN", function);
539         break;
540
541     case SSL_ERROR_WANT_READ:
542         *want = SSL_READING;
543         return EAGAIN;
544
545     case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
546         *want = SSL_WRITING;
547         return EAGAIN;
548
549     case SSL_ERROR_WANT_CONNECT:
550         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_WANT_CONNECT", function);
551         break;
552
553     case SSL_ERROR_WANT_ACCEPT:
554         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_WANT_ACCEPT", function);
555         break;
556
557     case SSL_ERROR_WANT_X509_LOOKUP:
558         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: unexpected SSL_ERROR_WANT_X509_LOOKUP",
559                     function);
560         break;
561
562     case SSL_ERROR_SYSCALL: {
563         int queued_error = ERR_get_error();
564         if (queued_error == 0) {
565             if (ret < 0) {
566                 int status = errno;
567                 VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: system error (%s)",
568                              function, strerror(status));
569                 return status;
570             } else {
571                 VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: unexpected SSL connection close",
572                              function);
573                 return EPROTO;
574             }
575         } else {
576             VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: %s",
577                          function, ERR_error_string(queued_error, NULL));
578             break;
579         }
580     }
581
582     case SSL_ERROR_SSL:
583         interpret_queued_ssl_error(function);
584         break;
585
586     default:
587         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: bad SSL error code %d", function, error);
588         break;
589     }
590     return EIO;
591 }
592
593 static ssize_t
594 ssl_recv(struct stream *stream, void *buffer, size_t n)
595 {
596     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
597     int old_state;
598     ssize_t ret;
599
600     /* Behavior of zero-byte SSL_read is poorly defined. */
601     ovs_assert(n > 0);
602
603     old_state = SSL_get_state(sslv->ssl);
604     ret = SSL_read(sslv->ssl, buffer, n);
605     if (old_state != SSL_get_state(sslv->ssl)) {
606         sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
607     }
608     sslv->rx_want = SSL_NOTHING;
609
610     if (ret > 0) {
611         return ret;
612     } else {
613         int error = SSL_get_error(sslv->ssl, ret);
614         if (error == SSL_ERROR_ZERO_RETURN) {
615             return 0;
616         } else {
617             return -interpret_ssl_error("SSL_read", ret, error,
618                                         &sslv->rx_want);
619         }
620     }
621 }
622
623 static void
624 ssl_clear_txbuf(struct ssl_stream *sslv)
625 {
626     ofpbuf_delete(sslv->txbuf);
627     sslv->txbuf = NULL;
628 }
629
630 static int
631 ssl_do_tx(struct stream *stream)
632 {
633     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
634
635     for (;;) {
636         int old_state = SSL_get_state(sslv->ssl);
637         int ret = SSL_write(sslv->ssl, sslv->txbuf->data, sslv->txbuf->size);
638         if (old_state != SSL_get_state(sslv->ssl)) {
639             sslv->rx_want = SSL_NOTHING;
640         }
641         sslv->tx_want = SSL_NOTHING;
642         if (ret > 0) {
643             ofpbuf_pull(sslv->txbuf, ret);
644             if (sslv->txbuf->size == 0) {
645                 return 0;
646             }
647         } else {
648             int ssl_error = SSL_get_error(sslv->ssl, ret);
649             if (ssl_error == SSL_ERROR_ZERO_RETURN) {
650                 VLOG_WARN_RL(&rl, "SSL_write: connection closed");
651                 return EPIPE;
652             } else {
653                 return interpret_ssl_error("SSL_write", ret, ssl_error,
654                                            &sslv->tx_want);
655             }
656         }
657     }
658 }
659
660 static ssize_t
661 ssl_send(struct stream *stream, const void *buffer, size_t n)
662 {
663     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
664
665     if (sslv->txbuf) {
666         return -EAGAIN;
667     } else {
668         int error;
669
670         sslv->txbuf = ofpbuf_clone_data(buffer, n);
671         error = ssl_do_tx(stream);
672         switch (error) {
673         case 0:
674             ssl_clear_txbuf(sslv);
675             return n;
676         case EAGAIN:
677             leak_checker_claim(buffer);
678             return n;
679         default:
680             sslv->txbuf = NULL;
681             return -error;
682         }
683     }
684 }
685
686 static void
687 ssl_run(struct stream *stream)
688 {
689     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
690
691     if (sslv->txbuf && ssl_do_tx(stream) != EAGAIN) {
692         ssl_clear_txbuf(sslv);
693     }
694 }
695
696 static void
697 ssl_run_wait(struct stream *stream)
698 {
699     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
700
701     if (sslv->tx_want != SSL_NOTHING) {
702         poll_fd_wait(sslv->fd, want_to_poll_events(sslv->tx_want));
703     }
704 }
705
706 static void
707 ssl_wait(struct stream *stream, enum stream_wait_type wait)
708 {
709     struct ssl_stream *sslv = ssl_stream_cast(stream);
710
711     switch (wait) {
712     case STREAM_CONNECT:
713         if (stream_connect(stream) != EAGAIN) {
714             poll_immediate_wake();
715         } else {
716             switch (sslv->state) {
717             case STATE_TCP_CONNECTING:
718                 poll_fd_wait(sslv->fd, POLLOUT);
719                 break;
720
721             case STATE_SSL_CONNECTING:
722                 /* ssl_connect() called SSL_accept() or SSL_connect(), which
723                  * set up the status that we test here. */
724                 poll_fd_wait(sslv->fd,
725                              want_to_poll_events(SSL_want(sslv->ssl)));
726                 break;
727
728             default:
729                 NOT_REACHED();
730             }
731         }
732         break;
733
734     case STREAM_RECV:
735         if (sslv->rx_want != SSL_NOTHING) {
736             poll_fd_wait(sslv->fd, want_to_poll_events(sslv->rx_want));
737         } else {
738             poll_immediate_wake();
739         }
740         break;
741
742     case STREAM_SEND:
743         if (!sslv->txbuf) {
744             /* We have room in our tx queue. */
745             poll_immediate_wake();
746         } else {
747             /* stream_run_wait() will do the right thing; don't bother with
748              * redundancy. */
749         }
750         break;
751
752     default:
753         NOT_REACHED();
754     }
755 }
756
757 const struct stream_class ssl_stream_class = {
758     "ssl",                      /* name */
759     true,                       /* needs_probes */
760     ssl_open,                   /* open */
761     ssl_close,                  /* close */
762     ssl_connect,                /* connect */
763     ssl_recv,                   /* recv */
764     ssl_send,                   /* send */
765     ssl_run,                    /* run */
766     ssl_run_wait,               /* run_wait */
767     ssl_wait,                   /* wait */
768 };
769 \f
770 /* Passive SSL. */
771
772 struct pssl_pstream
773 {
774     struct pstream pstream;
775     int fd;
776 };
777
778 const struct pstream_class pssl_pstream_class;
779
780 static struct pssl_pstream *
781 pssl_pstream_cast(struct pstream *pstream)
782 {
783     pstream_assert_class(pstream, &pssl_pstream_class);
784     return CONTAINER_OF(pstream, struct pssl_pstream, pstream);
785 }
786
787 static int
788 pssl_open(const char *name OVS_UNUSED, char *suffix, struct pstream **pstreamp,
789           uint8_t dscp)
790 {
791     struct pssl_pstream *pssl;
792     struct sockaddr_in sin;
793     char bound_name[128];
794     int retval;
795     int fd;
796
797     retval = ssl_init();
798     if (retval) {
799         return retval;
800     }
801
802     fd = inet_open_passive(SOCK_STREAM, suffix, OFP_SSL_PORT, &sin, dscp);
803     if (fd < 0) {
804         return -fd;
805     }
806     sprintf(bound_name, "pssl:%"PRIu16":"IP_FMT,
807             ntohs(sin.sin_port), IP_ARGS(sin.sin_addr.s_addr));
808
809     pssl = xmalloc(sizeof *pssl);
810     pstream_init(&pssl->pstream, &pssl_pstream_class, bound_name);
811     pstream_set_bound_port(&pssl->pstream, sin.sin_port);
812     pssl->fd = fd;
813     *pstreamp = &pssl->pstream;
814     return 0;
815 }
816
817 static void
818 pssl_close(struct pstream *pstream)
819 {
820     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
821     close(pssl->fd);
822     free(pssl);
823 }
824
825 static int
826 pssl_accept(struct pstream *pstream, struct stream **new_streamp)
827 {
828     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
829     struct sockaddr_in sin;
830     socklen_t sin_len = sizeof sin;
831     char name[128];
832     int new_fd;
833     int error;
834
835     new_fd = accept(pssl->fd, (struct sockaddr *) &sin, &sin_len);
836     if (new_fd < 0) {
837         error = errno;
838         if (error != EAGAIN) {
839             VLOG_DBG_RL(&rl, "accept: %s", strerror(error));
840         }
841         return error;
842     }
843
844     error = set_nonblocking(new_fd);
845     if (error) {
846         close(new_fd);
847         return error;
848     }
849
850     sprintf(name, "ssl:"IP_FMT, IP_ARGS(sin.sin_addr.s_addr));
851     if (sin.sin_port != htons(OFP_SSL_PORT)) {
852         sprintf(strchr(name, '\0'), ":%"PRIu16, ntohs(sin.sin_port));
853     }
854     return new_ssl_stream(name, new_fd, SERVER, STATE_SSL_CONNECTING, &sin,
855                           new_streamp);
856 }
857
858 static void
859 pssl_wait(struct pstream *pstream)
860 {
861     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
862     poll_fd_wait(pssl->fd, POLLIN);
863 }
864
865 static int
866 pssl_set_dscp(struct pstream *pstream, uint8_t dscp)
867 {
868     struct pssl_pstream *pssl = pssl_pstream_cast(pstream);
869     return set_dscp(pssl->fd, dscp);
870 }
871
872 const struct pstream_class pssl_pstream_class = {
873     "pssl",
874     true,
875     pssl_open,
876     pssl_close,
877     pssl_accept,
878     pssl_wait,
879     pssl_set_dscp,
880 };
881 \f
882 /*
883  * Returns true if OpenSSL error is WANT_READ or WANT_WRITE, indicating that
884  * OpenSSL is requesting that we call it back when the socket is ready for read
885  * or writing, respectively.
886  */
887 static bool
888 ssl_wants_io(int ssl_error)
889 {
890     return (ssl_error == SSL_ERROR_WANT_WRITE
891             || ssl_error == SSL_ERROR_WANT_READ);
892 }
893
894 static int
895 ssl_init(void)
896 {
897     static int init_status = -1;
898     if (init_status < 0) {
899         init_status = do_ssl_init();
900         ovs_assert(init_status >= 0);
901     }
902     return init_status;
903 }
904
905 static int
906 do_ssl_init(void)
907 {
908     SSL_METHOD *method;
909
910     SSL_library_init();
911     SSL_load_error_strings();
912
913     if (!RAND_status()) {
914         /* We occasionally see OpenSSL fail to seed its random number generator
915          * in heavily loaded hypervisors.  I suspect the following scenario:
916          *
917          * 1. OpenSSL calls read() to get 32 bytes from /dev/urandom.
918          * 2. The kernel generates 10 bytes of randomness and copies it out.
919          * 3. A signal arrives (perhaps SIGALRM).
920          * 4. The kernel interrupts the system call to service the signal.
921          * 5. Userspace gets 10 bytes of entropy.
922          * 6. OpenSSL doesn't read again to get the final 22 bytes.  Therefore
923          *    OpenSSL doesn't have enough entropy to consider itself
924          *    initialized.
925          *
926          * The only part I'm not entirely sure about is #6, because the OpenSSL
927          * code is so hard to read. */
928         uint8_t seed[32];
929         int retval;
930
931         VLOG_WARN("OpenSSL random seeding failed, reseeding ourselves");
932
933         retval = get_entropy(seed, sizeof seed);
934         if (retval) {
935             VLOG_ERR("failed to obtain entropy (%s)",
936                      ovs_retval_to_string(retval));
937             return retval > 0 ? retval : ENOPROTOOPT;
938         }
939
940         RAND_seed(seed, sizeof seed);
941     }
942
943     /* New OpenSSL changed TLSv1_method() to return a "const" pointer, so the
944      * cast is needed to avoid a warning with those newer versions. */
945     method = CONST_CAST(SSL_METHOD *, TLSv1_method());
946     if (method == NULL) {
947         VLOG_ERR("TLSv1_method: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
948         return ENOPROTOOPT;
949     }
950
951     ctx = SSL_CTX_new(method);
952     if (ctx == NULL) {
953         VLOG_ERR("SSL_CTX_new: %s", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
954         return ENOPROTOOPT;
955     }
956     SSL_CTX_set_options(ctx, SSL_OP_NO_SSLv2 | SSL_OP_NO_SSLv3);
957     SSL_CTX_set_tmp_dh_callback(ctx, tmp_dh_callback);
958     SSL_CTX_set_mode(ctx, SSL_MODE_ENABLE_PARTIAL_WRITE);
959     SSL_CTX_set_mode(ctx, SSL_MODE_ACCEPT_MOVING_WRITE_BUFFER);
960     SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER | SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT,
961                        NULL);
962
963     return 0;
964 }
965
966 static DH *
967 tmp_dh_callback(SSL *ssl OVS_UNUSED, int is_export OVS_UNUSED, int keylength)
968 {
969     struct dh {
970         int keylength;
971         DH *dh;
972         DH *(*constructor)(void);
973     };
974
975     static struct dh dh_table[] = {
976         {1024, NULL, get_dh1024},
977         {2048, NULL, get_dh2048},
978         {4096, NULL, get_dh4096},
979     };
980
981     struct dh *dh;
982
983     for (dh = dh_table; dh < &dh_table[ARRAY_SIZE(dh_table)]; dh++) {
984         if (dh->keylength == keylength) {
985             if (!dh->dh) {
986                 dh->dh = dh->constructor();
987                 if (!dh->dh) {
988                     out_of_memory();
989                 }
990             }
991             return dh->dh;
992         }
993     }
994     VLOG_ERR_RL(&rl, "no Diffie-Hellman parameters for key length %d",
995                 keylength);
996     return NULL;
997 }
998
999 /* Returns true if SSL is at least partially configured. */
1000 bool
1001 stream_ssl_is_configured(void)
1002 {
1003     return private_key.file_name || certificate.file_name || ca_cert.file_name;
1004 }
1005
1006 static bool
1007 update_ssl_config(struct ssl_config_file *config, const char *file_name)
1008 {
1009     struct timespec mtime;
1010     int error;
1011
1012     if (ssl_init() || !file_name) {
1013         return false;
1014     }
1015
1016     /* If the file name hasn't changed and neither has the file contents, stop
1017      * here. */
1018     error = get_mtime(file_name, &mtime);
1019     if (error && error != ENOENT) {
1020         VLOG_ERR_RL(&rl, "%s: stat failed (%s)", file_name, strerror(error));
1021     }
1022     if (config->file_name
1023         && !strcmp(config->file_name, file_name)
1024         && mtime.tv_sec == config->mtime.tv_sec
1025         && mtime.tv_nsec == config->mtime.tv_nsec) {
1026         return false;
1027     }
1028
1029     /* Update 'config'. */
1030     config->mtime = mtime;
1031     if (file_name != config->file_name) {
1032         free(config->file_name);
1033         config->file_name = xstrdup(file_name);
1034     }
1035     return true;
1036 }
1037
1038 static void
1039 stream_ssl_set_private_key_file__(const char *file_name)
1040 {
1041     if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, file_name, SSL_FILETYPE_PEM) == 1) {
1042         private_key.read = true;
1043     } else {
1044         VLOG_ERR("SSL_use_PrivateKey_file: %s",
1045                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1046     }
1047 }
1048
1049 void
1050 stream_ssl_set_private_key_file(const char *file_name)
1051 {
1052     if (update_ssl_config(&private_key, file_name)) {
1053         stream_ssl_set_private_key_file__(file_name);
1054     }
1055 }
1056
1057 static void
1058 stream_ssl_set_certificate_file__(const char *file_name)
1059 {
1060     if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, file_name) == 1) {
1061         certificate.read = true;
1062     } else {
1063         VLOG_ERR("SSL_use_certificate_file: %s",
1064                  ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1065     }
1066 }
1067
1068 void
1069 stream_ssl_set_certificate_file(const char *file_name)
1070 {
1071     if (update_ssl_config(&certificate, file_name)) {
1072         stream_ssl_set_certificate_file__(file_name);
1073     }
1074 }
1075
1076 /* Sets the private key and certificate files in one operation.  Use this
1077  * interface, instead of calling stream_ssl_set_private_key_file() and
1078  * stream_ssl_set_certificate_file() individually, in the main loop of a
1079  * long-running program whose key and certificate might change at runtime.
1080  *
1081  * This is important because of OpenSSL's behavior.  If an OpenSSL context
1082  * already has a certificate, and stream_ssl_set_private_key_file() is called
1083  * to install a new private key, OpenSSL will report an error because the new
1084  * private key does not match the old certificate.  The other order, of setting
1085  * a new certificate, then setting a new private key, does work.
1086  *
1087  * If this were the only problem, calling stream_ssl_set_certificate_file()
1088  * before stream_ssl_set_private_key_file() would fix it.  But, if the private
1089  * key is changed before the certificate (e.g. someone "scp"s or "mv"s the new
1090  * private key in place before the certificate), then OpenSSL would reject that
1091  * change, and then the change of certificate would succeed, but there would be
1092  * no associated private key (because it had only changed once and therefore
1093  * there was no point in re-reading it).
1094  *
1095  * This function avoids both problems by, whenever either the certificate or
1096  * the private key file changes, re-reading both of them, in the correct order.
1097  */
1098 void
1099 stream_ssl_set_key_and_cert(const char *private_key_file,
1100                             const char *certificate_file)
1101 {
1102     if (update_ssl_config(&private_key, private_key_file)
1103         || update_ssl_config(&certificate, certificate_file)) {
1104         stream_ssl_set_certificate_file__(certificate_file);
1105         stream_ssl_set_private_key_file__(private_key_file);
1106     }
1107 }
1108
1109 /* Reads the X509 certificate or certificates in file 'file_name'.  On success,
1110  * stores the address of the first element in an array of pointers to
1111  * certificates in '*certs' and the number of certificates in the array in
1112  * '*n_certs', and returns 0.  On failure, stores a null pointer in '*certs', 0
1113  * in '*n_certs', and returns a positive errno value.
1114  *
1115  * The caller is responsible for freeing '*certs'. */
1116 static int
1117 read_cert_file(const char *file_name, X509 ***certs, size_t *n_certs)
1118 {
1119     FILE *file;
1120     size_t allocated_certs = 0;
1121
1122     *certs = NULL;
1123     *n_certs = 0;
1124
1125     file = fopen(file_name, "r");
1126     if (!file) {
1127         VLOG_ERR("failed to open %s for reading: %s",
1128                  file_name, strerror(errno));
1129         return errno;
1130     }
1131
1132     for (;;) {
1133         X509 *certificate;
1134         int c;
1135
1136         /* Read certificate from file. */
1137         certificate = PEM_read_X509(file, NULL, NULL, NULL);
1138         if (!certificate) {
1139             size_t i;
1140
1141             VLOG_ERR("PEM_read_X509 failed reading %s: %s",
1142                      file_name, ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1143             for (i = 0; i < *n_certs; i++) {
1144                 X509_free((*certs)[i]);
1145             }
1146             free(*certs);
1147             *certs = NULL;
1148             *n_certs = 0;
1149             return EIO;
1150         }
1151
1152         /* Add certificate to array. */
1153         if (*n_certs >= allocated_certs) {
1154             *certs = x2nrealloc(*certs, &allocated_certs, sizeof **certs);
1155         }
1156         (*certs)[(*n_certs)++] = certificate;
1157
1158         /* Are there additional certificates in the file? */
1159         do {
1160             c = getc(file);
1161         } while (isspace(c));
1162         if (c == EOF) {
1163             break;
1164         }
1165         ungetc(c, file);
1166     }
1167     fclose(file);
1168     return 0;
1169 }
1170
1171
1172 /* Sets 'file_name' as the name of a file containing one or more X509
1173  * certificates to send to the peer.  Typical use in OpenFlow is to send the CA
1174  * certificate to the peer, which enables a switch to pick up the controller's
1175  * CA certificate on its first connection. */
1176 void
1177 stream_ssl_set_peer_ca_cert_file(const char *file_name)
1178 {
1179     X509 **certs;
1180     size_t n_certs;
1181     size_t i;
1182
1183     if (ssl_init()) {
1184         return;
1185     }
1186
1187     if (!read_cert_file(file_name, &certs, &n_certs)) {
1188         for (i = 0; i < n_certs; i++) {
1189             if (SSL_CTX_add_extra_chain_cert(ctx, certs[i]) != 1) {
1190                 VLOG_ERR("SSL_CTX_add_extra_chain_cert: %s",
1191                          ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1192             }
1193         }
1194         free(certs);
1195     }
1196 }
1197
1198 /* Logs fingerprint of CA certificate 'cert' obtained from 'file_name'. */
1199 static void
1200 log_ca_cert(const char *file_name, X509 *cert)
1201 {
1202     unsigned char digest[EVP_MAX_MD_SIZE];
1203     unsigned int n_bytes;
1204     struct ds fp;
1205     char *subject;
1206
1207     ds_init(&fp);
1208     if (!X509_digest(cert, EVP_sha1(), digest, &n_bytes)) {
1209         ds_put_cstr(&fp, "<out of memory>");
1210     } else {
1211         unsigned int i;
1212         for (i = 0; i < n_bytes; i++) {
1213             if (i) {
1214                 ds_put_char(&fp, ':');
1215             }
1216             ds_put_format(&fp, "%02hhx", digest[i]);
1217         }
1218     }
1219     subject = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), NULL, 0);
1220     VLOG_INFO("Trusting CA cert from %s (%s) (fingerprint %s)", file_name,
1221               subject ? subject : "<out of memory>", ds_cstr(&fp));
1222     OPENSSL_free(subject);
1223     ds_destroy(&fp);
1224 }
1225
1226 static void
1227 stream_ssl_set_ca_cert_file__(const char *file_name,
1228                               bool bootstrap, bool force)
1229 {
1230     X509 **certs;
1231     size_t n_certs;
1232     struct stat s;
1233
1234     if (!update_ssl_config(&ca_cert, file_name) && !force) {
1235         return;
1236     }
1237
1238     if (!strcmp(file_name, "none")) {
1239         verify_peer_cert = false;
1240         VLOG_WARN("Peer certificate validation disabled "
1241                   "(this is a security risk)");
1242     } else if (bootstrap && stat(file_name, &s) && errno == ENOENT) {
1243         bootstrap_ca_cert = true;
1244     } else if (!read_cert_file(file_name, &certs, &n_certs)) {
1245         size_t i;
1246
1247         /* Set up list of CAs that the server will accept from the client. */
1248         for (i = 0; i < n_certs; i++) {
1249             /* SSL_CTX_add_client_CA makes a copy of the relevant data. */
1250             if (SSL_CTX_add_client_CA(ctx, certs[i]) != 1) {
1251                 VLOG_ERR("failed to add client certificate %zu from %s: %s",
1252                          i, file_name,
1253                          ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1254             } else {
1255                 log_ca_cert(file_name, certs[i]);
1256             }
1257             X509_free(certs[i]);
1258         }
1259         free(certs);
1260
1261         /* Set up CAs for OpenSSL to trust in verifying the peer's
1262          * certificate. */
1263         SSL_CTX_set_cert_store(ctx, X509_STORE_new());
1264         if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, file_name, NULL) != 1) {
1265             VLOG_ERR("SSL_CTX_load_verify_locations: %s",
1266                      ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL));
1267             return;
1268         }
1269
1270         bootstrap_ca_cert = false;
1271     }
1272     ca_cert.read = true;
1273 }
1274
1275 /* Sets 'file_name' as the name of the file from which to read the CA
1276  * certificate used to verify the peer within SSL connections.  If 'bootstrap'
1277  * is false, the file must exist.  If 'bootstrap' is false, then the file is
1278  * read if it is exists; if it does not, then it will be created from the CA
1279  * certificate received from the peer on the first SSL connection. */
1280 void
1281 stream_ssl_set_ca_cert_file(const char *file_name, bool bootstrap)
1282 {
1283     stream_ssl_set_ca_cert_file__(file_name, bootstrap, false);
1284 }
1285 \f
1286 /* SSL protocol logging. */
1287
1288 static const char *
1289 ssl_alert_level_to_string(uint8_t type)
1290 {
1291     switch (type) {
1292     case 1: return "warning";
1293     case 2: return "fatal";
1294     default: return "<unknown>";
1295     }
1296 }
1297
1298 static const char *
1299 ssl_alert_description_to_string(uint8_t type)
1300 {
1301     switch (type) {
1302     case 0: return "close_notify";
1303     case 10: return "unexpected_message";
1304     case 20: return "bad_record_mac";
1305     case 21: return "decryption_failed";
1306     case 22: return "record_overflow";
1307     case 30: return "decompression_failure";
1308     case 40: return "handshake_failure";
1309     case 42: return "bad_certificate";
1310     case 43: return "unsupported_certificate";
1311     case 44: return "certificate_revoked";
1312     case 45: return "certificate_expired";
1313     case 46: return "certificate_unknown";
1314     case 47: return "illegal_parameter";
1315     case 48: return "unknown_ca";
1316     case 49: return "access_denied";
1317     case 50: return "decode_error";
1318     case 51: return "decrypt_error";
1319     case 60: return "export_restriction";
1320     case 70: return "protocol_version";
1321     case 71: return "insufficient_security";
1322     case 80: return "internal_error";
1323     case 90: return "user_canceled";
1324     case 100: return "no_renegotiation";
1325     default: return "<unknown>";
1326     }
1327 }
1328
1329 static const char *
1330 ssl_handshake_type_to_string(uint8_t type)
1331 {
1332     switch (type) {
1333     case 0: return "hello_request";
1334     case 1: return "client_hello";
1335     case 2: return "server_hello";
1336     case 11: return "certificate";
1337     case 12: return "server_key_exchange";
1338     case 13: return "certificate_request";
1339     case 14: return "server_hello_done";
1340     case 15: return "certificate_verify";
1341     case 16: return "client_key_exchange";
1342     case 20: return "finished";
1343     default: return "<unknown>";
1344     }
1345 }
1346
1347 static void
1348 ssl_protocol_cb(int write_p, int version OVS_UNUSED, int content_type,
1349                 const void *buf_, size_t len, SSL *ssl OVS_UNUSED, void *sslv_)
1350 {
1351     const struct ssl_stream *sslv = sslv_;
1352     const uint8_t *buf = buf_;
1353     struct ds details;
1354
1355     if (!VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
1356         return;
1357     }
1358
1359     ds_init(&details);
1360     if (content_type == 20) {
1361         ds_put_cstr(&details, "change_cipher_spec");
1362     } else if (content_type == 21) {
1363         ds_put_format(&details, "alert: %s, %s",
1364                       ssl_alert_level_to_string(buf[0]),
1365                       ssl_alert_description_to_string(buf[1]));
1366     } else if (content_type == 22) {
1367         ds_put_format(&details, "handshake: %s",
1368                       ssl_handshake_type_to_string(buf[0]));
1369     } else {
1370         ds_put_format(&details, "type %d", content_type);
1371     }
1372
1373     VLOG_DBG("%s%u%s%s %s (%zu bytes)",
1374              sslv->type == CLIENT ? "client" : "server",
1375              sslv->session_nr, write_p ? "-->" : "<--",
1376              stream_get_name(&sslv->stream), ds_cstr(&details), len);
1377
1378     ds_destroy(&details);
1379 }