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