src/plugins/tlspicotls/tls_picotls.c

   1 #include <math.h>
   2
   3 #include "certs.h"
   4 #include "tls_picotls.h"
   5
   6 picotls_main_t picotls_main;
   7
   8 #define MAX_QUEUE 12000
   9 #define PTLS_MAX_PLAINTEXT_RECORD_SIZE 16384
  10
  11 static u32
  12 picotls_ctx_alloc (void)
  13 {
  14   u8 thread_id = vlib_get_thread_index ();
  15   picotls_main_t *pm = &picotls_main;
  16   picotls_ctx_t **ctx;
  17
  18   pool_get (pm->ctx_pool[thread_id], ctx);
  19   if (!(*ctx))
  20     *ctx = clib_mem_alloc (sizeof (picotls_ctx_t));
  21
  22   clib_memset (*ctx, 0, sizeof (picotls_ctx_t));
  23   (*ctx)->ctx.c_thread_index = thread_id;
  24   (*ctx)->ctx.tls_ctx_engine = CRYPTO_ENGINE_PICOTLS;
  25   (*ctx)->ctx.app_session_handle = SESSION_INVALID_HANDLE;
  26   (*ctx)->ptls_ctx_idx = ctx - pm->ctx_pool[thread_id];
  27   return (*ctx)->ptls_ctx_idx;
  28 }
  29
  30 static void
  31 picotls_ctx_free (tls_ctx_t * ctx)
  32 {
  33   picotls_ctx_t *ptls_ctx = (picotls_ctx_t *) ctx;
  34   free (ptls_ctx->rx_content);
  35   pool_put_index (picotls_main.ctx_pool[ctx->c_thread_index],
  36                   ptls_ctx->ptls_ctx_idx);
  37 }
  38
  39 static u32
  40 picotls_listen_ctx_alloc (void)
  41 {
  42   picotls_main_t *pm = &picotls_main;
  43   picotls_listen_ctx_t *ptls_lctx;
  44
  45   pool_get (pm->lctx_pool, ptls_lctx);
  46
  47   clib_memset (ptls_lctx, 0, sizeof (picotls_listen_ctx_t));
  48   ptls_lctx->ptls_lctx_index = ptls_lctx - pm->lctx_pool;
  49   return ptls_lctx->ptls_lctx_index;
  50 }
  51
  52 static void
  53 picotls_listen_ctx_free (picotls_listen_ctx_t * lctx)
  54 {
  55   pool_put_index (picotls_main.lctx_pool, lctx->ptls_lctx_index);
  56 }
  57
  58 tls_ctx_t *
  59 picotls_ctx_get (u32 ctx_index)
  60 {
  61   picotls_ctx_t **ctx;
  62   ctx =
  63     pool_elt_at_index (picotls_main.ctx_pool[vlib_get_thread_index ()],
  64                        ctx_index);
  65   return &(*ctx)->ctx;
  66 }
  67
  68 picotls_listen_ctx_t *
  69 picotls_lctx_get (u32 lctx_index)
  70 {
  71   return pool_elt_at_index (picotls_main.lctx_pool, lctx_index);
  72 }
  73
  74 static u8
  75 picotls_handshake_is_over (tls_ctx_t * ctx)
  76 {
  77   picotls_ctx_t *ptls_ctx = (picotls_ctx_t *) ctx;
  78   assert (ptls_ctx->tls);
  79   return ptls_handshake_is_complete (ptls_ctx->tls);
  80 }
  81
  82 static int
  83 picotls_try_handshake_write (picotls_ctx_t * ptls_ctx,
  84                              session_t * tls_session, ptls_buffer_t * buf)
  85 {
  86   u32 enq_max, enq_now;
  87   svm_fifo_t *f;
  88   int write, buf_left;
  89
  90   if (buf->off <= 0)
  91     return 0;
  92
  93   f = tls_session->tx_fifo;
  94   buf_left = buf->off;
  95   enq_max = svm_fifo_max_enqueue_prod (f);
  96   if (!enq_max)
  97     return 0;
  98
  99   enq_now = clib_min (svm_fifo_max_write_chunk (f), enq_max);
 100   enq_now = clib_min (enq_now, buf_left);
 101   write = svm_fifo_enqueue (f, enq_now, buf->base);
 102   buf_left -= write;
 103   tls_add_vpp_q_tx_evt (tls_session);
 104   return write;
 105 }
 106
 107 static int
 108 picotls_start_listen (tls_ctx_t * lctx)
 109 {
 110   picotls_listen_ctx_t *ptls_lctx;
 111   ptls_context_t *ptls_ctx;
 112   u32 ptls_lctx_idx;
 113   app_cert_key_pair_t *ckpair;
 114   static ptls_key_exchange_algorithm_t *key_exchange[] = {
 115 #ifdef PTLS_OPENSSL_HAVE_X25519
 116     &ptls_openssl_x25519,
 117 #endif
 118 #ifdef PTLS_OPENSSL_HAVE_SECP256r1
 119     &ptls_openssl_secp256r1,
 120 #endif
 121 #ifdef PTLS_OPENSSL_HAVE_SECP384r1
 122     &ptls_openssl_secp384r1,
 123 #endif
 124 #ifdef PTLS_OPENSSL_HAVE_SECP521r1
 125     &ptls_openssl_secp521r1
 126 #endif
 127   };
 128
 129   ckpair = app_cert_key_pair_get_if_valid (lctx->ckpair_index);
 130   if (!ckpair || !ckpair->cert || !ckpair->key)
 131     {
 132       TLS_DBG (1, "tls cert and/or key not configured %d",
 133                ctx->parent_app_wrk_index);
 134       return -1;
 135     }
 136
 137   ptls_lctx_idx = picotls_listen_ctx_alloc ();
 138   ptls_lctx = picotls_lctx_get (ptls_lctx_idx);
 139   ptls_ctx = malloc (sizeof (ptls_context_t));
 140   ptls_lctx->ptls_ctx = ptls_ctx;
 141
 142   memset (ptls_ctx, 0, sizeof (ptls_context_t));
 143   ptls_ctx->update_open_count = NULL;
 144
 145   /*
 146    * Process certificate & private key.
 147    */
 148   load_bio_certificate_chain (ptls_ctx, (char *) ckpair->cert);
 149   load_bio_private_key (ptls_ctx, (char *) ckpair->key);
 150
 151   /* setup protocol related functions */
 152   ptls_ctx->key_exchanges = key_exchange;
 153   ptls_ctx->random_bytes = ptls_openssl_random_bytes;
 154   ptls_ctx->cipher_suites = ptls_openssl_cipher_suites;
 155   ptls_ctx->get_time = &ptls_get_time;
 156
 157   lctx->tls_ssl_ctx = ptls_lctx_idx;
 158
 159   return 0;
 160 }
 161
 162 static int
 163 picotls_stop_listen (tls_ctx_t * lctx)
 164 {
 165   u32 ptls_lctx_index;
 166   picotls_listen_ctx_t *ptls_lctx;
 167
 168   ptls_lctx_index = lctx->tls_ssl_ctx;
 169   ptls_lctx = picotls_lctx_get (ptls_lctx_index);
 170
 171   picotls_listen_ctx_free (ptls_lctx);
 172
 173   return 0;
 174 }
 175
 176 static void
 177 picotls_handle_handshake_failure (tls_ctx_t * ctx)
 178 {
 179   session_free (session_get (ctx->c_s_index, ctx->c_thread_index));
 180   ctx->no_app_session = 1;
 181   ctx->c_s_index = SESSION_INVALID_INDEX;
 182   tls_disconnect_transport (ctx);
 183 }
 184
 185 static void
 186 picotls_confirm_app_close (tls_ctx_t * ctx)
 187 {
 188   tls_disconnect_transport (ctx);
 189   session_transport_closed_notify (&ctx->connection);
 190 }
 191
 192 static int
 193 picotls_transport_close (tls_ctx_t * ctx)
 194 {
 195   if (!picotls_handshake_is_over (ctx))
 196     {
 197       picotls_handle_handshake_failure (ctx);
 198       return 0;
 199     }
 200   picotls_ctx_t *ptls_ctx = (picotls_ctx_t *) ctx;
 201   ptls_free (ptls_ctx->tls);
 202   session_transport_closed_notify (&ctx->connection);
 203   return 0;
 204 }
 205
 206 static int
 207 picotls_app_close (tls_ctx_t * ctx)
 208 {
 209   picotls_confirm_app_close (ctx);
 210
 211   return 0;
 212 }
 213
 214 static inline int
 215 picotls_do_handshake (picotls_ctx_t * ptls_ctx, session_t * tls_session,
 216                       u8 * input, int input_len)
 217 {
 218   ptls_t *tls = ptls_ctx->tls;
 219   ptls_buffer_t buf;
 220   int rv = PTLS_ERROR_IN_PROGRESS;
 221   int write = 0, off;
 222
 223   do
 224     {
 225       off = 0;
 226       do
 227         {
 228           ptls_buffer_init (&buf, "", 0);
 229           size_t consumed = input_len - off;
 230           rv = ptls_handshake (tls, &buf, input + off, &consumed, NULL);
 231           off += consumed;
 232           if ((rv == 0 || rv == PTLS_ERROR_IN_PROGRESS) && buf.off != 0)
 233             {
 234               write = picotls_try_handshake_write (ptls_ctx, tls_session,
 235                                                    &buf);
 236             }
 237           ptls_buffer_dispose (&buf);
 238         }
 239       while (rv == PTLS_ERROR_IN_PROGRESS && input_len != off);
 240     }
 241   while (rv == PTLS_ERROR_IN_PROGRESS);
 242
 243   return write;
 244 }
 245
 246 static inline int
 247 picotls_ctx_read (tls_ctx_t * ctx, session_t * tls_session)
 248 {
 249   picotls_ctx_t *ptls_ctx = (picotls_ctx_t *) ctx;
 250   u8 *input;
 251   int to_read, from_tls_len = 0, to_app_len = 0, crypto_len, ret;
 252   u32 deq_max, deq_now;
 253   u32 enq_max, enq_now;
 254   ptls_buffer_t _buf, *buf = &_buf;
 255   svm_fifo_t *tls_rx_fifo, *app_rx_fifo;
 256   session_t *app_session;
 257
 258   tls_rx_fifo = tls_session->rx_fifo;
 259
 260   if (!picotls_handshake_is_over (ctx))
 261     {
 262       deq_max = svm_fifo_max_dequeue_cons (tls_rx_fifo);
 263       input = clib_mem_alloc (deq_max);
 264       memset (input, 0, deq_max);
 265
 266       deq_now = clib_min (deq_max, svm_fifo_max_read_chunk (tls_rx_fifo));
 267       if (!deq_now)
 268         goto done_hs;
 269
 270       from_tls_len += svm_fifo_dequeue (tls_rx_fifo, deq_now, input);
 271       if (from_tls_len <= 0)
 272         {
 273           tls_add_vpp_q_builtin_rx_evt (tls_session);
 274           goto done_hs;
 275         }
 276       if (from_tls_len < deq_max)
 277         {
 278           deq_now = clib_min (svm_fifo_max_read_chunk (tls_rx_fifo),
 279                               deq_max - from_tls_len);
 280           from_tls_len += svm_fifo_dequeue (tls_rx_fifo, deq_now,
 281                                             input + from_tls_len);
 282         }
 283       picotls_do_handshake (ptls_ctx, tls_session, input, from_tls_len);
 284       if (picotls_handshake_is_over (ctx))
 285         tls_notify_app_accept (ctx);
 286
 287     done_hs:
 288       clib_mem_free (input);
 289       return 0;
 290     }
 291
 292   app_session = session_get_from_handle (ctx->app_session_handle);
 293   app_rx_fifo = app_session->rx_fifo;
 294
 295   ptls_buffer_init (buf, "", 0);
 296
 297   deq_max = svm_fifo_max_dequeue_cons (tls_rx_fifo);
 298
 299   if (!deq_max || deq_max > MAX_QUEUE - ptls_ctx->rx_len)
 300     {
 301       goto app_fifo;
 302     }
 303
 304   deq_now = clib_min (deq_max, svm_fifo_max_read_chunk (tls_rx_fifo));
 305
 306   from_tls_len =
 307     svm_fifo_dequeue (tls_rx_fifo, deq_now,
 308                       ptls_ctx->rx_content + ptls_ctx->rx_len);
 309   if (from_tls_len <= 0)
 310     {
 311       tls_add_vpp_q_builtin_rx_evt (tls_session);
 312       goto app_fifo;
 313     }
 314   if (from_tls_len < deq_max)
 315     {
 316       deq_now =
 317         clib_min (svm_fifo_max_read_chunk (tls_rx_fifo),
 318                   deq_max - from_tls_len);
 319       from_tls_len +=
 320         svm_fifo_dequeue (tls_rx_fifo, deq_now,
 321                           ptls_ctx->rx_content + ptls_ctx->rx_len +
 322                           from_tls_len);
 323     }
 324   ptls_ctx->rx_len += from_tls_len;
 325
 326 app_fifo:
 327   if (ptls_ctx->rx_len <= 0 || ptls_ctx->rx_offset == ptls_ctx->rx_len)
 328     {
 329       if (ptls_ctx->rx_len != 0)
 330         {
 331           ptls_ctx->rx_len = 0;
 332           ptls_ctx->rx_offset = 0;
 333           tls_add_vpp_q_builtin_rx_evt (tls_session);
 334         }
 335       return from_tls_len;
 336     }
 337
 338   enq_max = svm_fifo_max_enqueue_prod (app_rx_fifo);
 339   if (!enq_max)
 340     {
 341       tls_add_vpp_q_builtin_rx_evt (tls_session);
 342       goto final;
 343     }
 344
 345   crypto_len = clib_min (enq_max, ptls_ctx->rx_len - ptls_ctx->rx_offset);
 346   crypto_len = clib_min (crypto_len, from_tls_len);
 347   int off = 0;
 348
 349   do
 350     {
 351       size_t consumed = crypto_len - off;
 352       ret =
 353         ptls_receive (ptls_ctx->tls, buf,
 354                       ptls_ctx->rx_content + ptls_ctx->rx_offset + off,
 355                       &consumed);
 356       off += consumed;
 357     }
 358   while (ret == 0 && off < crypto_len);
 359
 360   if (ret == 0)
 361     {
 362       ptls_ctx->rx_offset += crypto_len;
 363
 364       to_read = clib_min (enq_max, buf->off);
 365       enq_now = clib_min (to_read, svm_fifo_max_write_chunk (app_rx_fifo));
 366       to_app_len = svm_fifo_enqueue (app_rx_fifo, enq_now, buf->base);
 367       if (to_app_len < buf->off)
 368         {
 369           enq_now =
 370             clib_min (svm_fifo_max_write_chunk (app_rx_fifo),
 371                       buf->off - to_app_len);
 372           to_app_len +=
 373             svm_fifo_enqueue (app_rx_fifo, enq_now, buf->base + to_app_len);
 374         }
 375     }
 376
 377 final:
 378   ptls_buffer_dispose (buf);
 379   if (ctx->app_closed)
 380     {
 381       picotls_confirm_app_close (ctx);
 382       return from_tls_len;
 383     }
 384
 385   tls_notify_app_enqueue (ctx, app_session);
 386   return from_tls_len;
 387 }
 388
 389 static inline int
 390 picotls_content_process (ptls_t * tls, svm_fifo_t * src_fifo,
 391                          svm_fifo_t * dst_fifo, int content_len,
 392                          int total_record_overhead, int is_no_copy)
 393 {
 394   ptls_buffer_t _buf, *buf = &_buf;
 395   int total_length = content_len + total_record_overhead;
 396   int to_dst_len;
 397   if (is_no_copy)
 398     {
 399       ptls_buffer_init (buf, svm_fifo_tail (dst_fifo), total_length);
 400       ptls_send (tls, buf, svm_fifo_head (src_fifo), content_len);
 401
 402       assert (!buf->is_allocated);
 403       assert (buf->base == svm_fifo_tail (dst_fifo));
 404
 405       svm_fifo_dequeue_drop (src_fifo, content_len);
 406       svm_fifo_enqueue_nocopy (dst_fifo, buf->off);
 407       to_dst_len = buf->off;
 408     }
 409   else
 410     {
 411       uint8_t *buf_content = malloc (total_length);
 412       ptls_buffer_init (buf, buf_content, total_length);
 413
 414       ptls_send (tls, buf, svm_fifo_head (src_fifo), content_len);
 415       svm_fifo_dequeue_drop (src_fifo, content_len);
 416
 417       to_dst_len = svm_fifo_enqueue (dst_fifo, buf->off, buf->base);
 418       if (to_dst_len < buf->off)
 419         to_dst_len +=
 420           svm_fifo_enqueue (dst_fifo, buf->off - to_dst_len,
 421                             buf->base + to_dst_len);
 422       ptls_buffer_dispose (buf);
 423     }
 424   return to_dst_len;
 425 }
 426
 427 static inline int
 428 picotls_ctx_write (tls_ctx_t * ctx, session_t * app_session)
 429 {
 430   picotls_ctx_t *ptls_ctx = (picotls_ctx_t *) ctx;
 431   u32 deq_max, deq_now;
 432   u32 enq_max, enq_now;
 433   int from_app_len = 0, to_tls_len = 0, is_nocopy = 0;
 434   svm_fifo_t *tls_tx_fifo, *app_tx_fifo;
 435   session_t *tls_session;
 436
 437   int record_overhead = ptls_get_record_overhead (ptls_ctx->tls);
 438   int num_records, total_overhead;
 439
 440   tls_session = session_get_from_handle (ctx->tls_session_handle);
 441   tls_tx_fifo = tls_session->tx_fifo;
 442   app_tx_fifo = app_session->tx_fifo;
 443
 444   deq_max = svm_fifo_max_dequeue_cons (app_tx_fifo);
 445   if (!deq_max)
 446     return deq_max;
 447   deq_now = clib_min (deq_max, svm_fifo_max_read_chunk (app_tx_fifo));
 448
 449   enq_max = svm_fifo_max_enqueue_prod (tls_tx_fifo);
 450
 451     /** There is no engough enqueue space for one record **/
 452   if (enq_max < record_overhead)
 453     {
 454       tls_add_vpp_q_builtin_tx_evt (app_session);
 455       return 0;
 456     }
 457
 458   enq_now = clib_min (enq_max, svm_fifo_max_write_chunk (tls_tx_fifo));
 459
 460     /** Allowed to execute no-copy crypto operation **/
 461   if (enq_now > record_overhead)
 462     {
 463       is_nocopy = 1;
 464       from_app_len = clib_min (deq_now, enq_now);
 465       num_records =
 466         ceil ((f64) from_app_len / PTLS_MAX_PLAINTEXT_RECORD_SIZE);
 467       total_overhead = num_records * record_overhead;
 468       if (from_app_len + total_overhead > enq_now)
 469         from_app_len = enq_now - total_overhead;
 470
 471
 472     }
 473   else
 474     {
 475       from_app_len = clib_min (deq_now, enq_max);
 476       num_records =
 477         ceil ((f64) from_app_len / PTLS_MAX_PLAINTEXT_RECORD_SIZE);
 478       total_overhead = num_records * record_overhead;
 479       if (from_app_len + total_overhead > enq_max)
 480         from_app_len = enq_max - total_overhead;
 481
 482     }
 483
 484   to_tls_len =
 485     picotls_content_process (ptls_ctx->tls, app_tx_fifo, tls_tx_fifo,
 486                              from_app_len, total_overhead, is_nocopy);
 487
 488   if (svm_fifo_needs_deq_ntf (app_tx_fifo, from_app_len))
 489     session_dequeue_notify (app_session);
 490
 491   if (to_tls_len)
 492     tls_add_vpp_q_tx_evt (tls_session);
 493   tls_add_vpp_q_builtin_tx_evt (app_session);
 494
 495   return 0;
 496 }
 497
 498 static int
 499 picotls_ctx_init_server (tls_ctx_t * ctx)
 500 {
 501   picotls_ctx_t *ptls_ctx = (picotls_ctx_t *) ctx;
 502   u32 ptls_lctx_idx = ctx->tls_ssl_ctx;
 503   picotls_listen_ctx_t *ptls_lctx;
 504
 505   ptls_lctx = picotls_lctx_get (ptls_lctx_idx);
 506   ptls_ctx->tls = ptls_new (ptls_lctx->ptls_ctx, 1);
 507   if (ptls_ctx->tls == NULL)
 508     {
 509       TLS_DBG (1, "Failed to initialize ptls_ssl structure");
 510       return -1;
 511     }
 512
 513   ptls_ctx->rx_len = 0;
 514   ptls_ctx->rx_offset = 0;
 515
 516   ptls_ctx->rx_content = malloc (MAX_QUEUE);
 517
 518   return 0;
 519 }
 520
 521 tls_ctx_t *
 522 picotls_ctx_get_w_thread (u32 ctx_index, u8 thread_index)
 523 {
 524   picotls_ctx_t **ctx;
 525   ctx = pool_elt_at_index (picotls_main.ctx_pool[thread_index], ctx_index);
 526   return &(*ctx)->ctx;
 527 }
 528
 529 const static tls_engine_vft_t picotls_engine = {
 530   .ctx_alloc = picotls_ctx_alloc,
 531   .ctx_free = picotls_ctx_free,
 532   .ctx_get = picotls_ctx_get,
 533   .ctx_get_w_thread = picotls_ctx_get_w_thread,
 534   .ctx_handshake_is_over = picotls_handshake_is_over,
 535   .ctx_start_listen = picotls_start_listen,
 536   .ctx_stop_listen = picotls_stop_listen,
 537   .ctx_init_server = picotls_ctx_init_server,
 538   .ctx_read = picotls_ctx_read,
 539   .ctx_write = picotls_ctx_write,
 540   .ctx_transport_close = picotls_transport_close,
 541   .ctx_app_close = picotls_app_close,
 542 };
 543
 544 static clib_error_t *
 545 tls_picotls_init (vlib_main_t * vm)
 546 {
 547   vlib_thread_main_t *vtm = vlib_get_thread_main ();
 548   picotls_main_t *pm = &picotls_main;
 549   clib_error_t *error = 0;
 550   u32 num_threads;
 551
 552   num_threads = 1 + vtm->n_threads;
 553
 554   vec_validate (pm->ctx_pool, num_threads - 1);
 555
 556   tls_register_engine (&picotls_engine, CRYPTO_ENGINE_PICOTLS);
 557
 558   return error;
 559 }
 560
 561 /* *INDENT-OFF* */
 562 VLIB_INIT_FUNCTION (tls_picotls_init) = {
 563   .runs_after = VLIB_INITS ("tls_init"),
 564 };
 565 /* *INDENT-ON* */
 566
 567 /* *INDENT-OFF* */
 568 VLIB_PLUGIN_REGISTER () = {
 569   .version = VPP_BUILD_VER,
 570   .description = "Transport Layer Security (TLS) Engine, Picotls Based",
 571 };
 572 /* *INDENT-ON* */
 573
 574 /*
 575  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 576  *
 577  * Local Variables:
 578  * eval: (c-set-style "gnu")
 579  * End:
 580  */