sbin/hammer2/network.h

   1 /*
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  34  */
  35
  36 #include <openssl/rsa.h>        /* public/private key functions */
  37 #include <openssl/pem.h>        /* public/private key file load */
  38 #include <openssl/err.h>
  39 #include <openssl/evp.h>        /* aes_256_cbc functions */
  40
  41 /***************************************************************************
  42  *                              CRYPTO HANDSHAKE                           *
  43  ***************************************************************************
  44  *
  45  * The initial public-key exchange is implementing by transmitting a
  46  * 512-byte buffer to the other side in a symmetrical fashion.  This
  47  * buffer contains the following:
  48  *
  49  * (1) A random session key.  512 bits is specified.  We use aes_256_cbc()
  50  *     and initialize the key with the first 256 bits and the iv[] with
  51  *     the second.  Note that the transmitted and received session
  52  *     keys are XOR'd together to create the session key used for
  53  *     communications (so even if the verifier is compromised the session
  54  *     will still be gobbly gook if the public key has not been completely
  55  *     broken).
  56  *
  57  * (2) A verifier to determine that the decode was successful.  It encodes
  58  *     an XOR of each group of 4 bytes from the session key.
  59  *
  60  * (3) Additional configuration and additional random data.
  61  *
  62  *     - The hammer2 message header magic for endian detect
  63  *
  64  *     - The hammer2 protocol version.  The two sides agree on the
  65  *       smaller of the two.
  66  *
  67  *     - All unused fields (junk*) are filled with random data.
  68  *
  69  * This structure must be exactly 512 bytes and expects to use 256-byte
  70  * RSA keys.
  71  */
  72 struct hammer2_handshake {
  73         char pad1[8];           /* 000 */
  74         uint16_t magic;         /* 008 HAMMER2_MSGHDR_MAGIC for endian detect */
  75         uint16_t version;       /* 00A hammer2 protocol version */
  76         uint32_t flags;         /* 00C protocol extension flags */
  77         uint8_t sess[64];       /* 010 512-bit session key */
  78         uint8_t verf[16];       /* 050 verifier = ~sess */
  79         char quickmsg[32];      /* 060 reason for connecting */
  80         char junk080[128];      /* 080-0FF */
  81         char pad2[8];           /* 100-107 */
  82         char junk100[256-8];    /* 108-1FF */
  83 };
  84
  85 typedef struct hammer2_handshake hammer2_handshake_t;
  86
  87 /*
  88  * NOTE: HAMMER2_MSG_ALIGN (64) must be a multiple of HAMMER2_AES_KEY_SIZE.
  89  */
  90 #define HAMMER2_AES_KEY_SIZE    32
  91 #define HAMMER2_AES_KEY_MASK    (HAMMER2_AES_KEY_SIZE - 1)
  92 #define HAMMER2_AES_TYPE        aes_256_cbc
  93 #define HAMMER2_AES_TYPE_EVP    EVP_aes_256_cbc()
  94 #define HAMMER2_AES_TYPE_STR    #HAMMER2_AES_TYPE
  95 #define HAMMER2_CRYPTO_IV_SIZE  12
  96 #define HAMMER2_CRYPTO_IV_FIXED_SIZE    4
  97 #define HAMMER2_CRYPTO_CHUNK_SIZE       64
  98 #define HAMMER2_CRYPTO_TAG_SIZE         16
  99
 100 /***************************************************************************
 101  *                              LOW LEVEL MESSAGING                        *
 102  ***************************************************************************
 103  *
 104  * hammer2_msg - A standalone copy of a message, typically referenced by
 105  *               or embedded in other structures, or used with I/O queues.
 106  *
 107  * These structures are strictly temporary, so they do not have to be
 108  * particularly optimized for size.  All possible message headers are
 109  * directly embedded (any), and the message may contain a reference
 110  * to allocated auxillary data.  The structure is recycled quite often
 111  * by a connection.
 112  *
 113  * This structure is typically not used for storing persistent message
 114  * state (see hammer2_persist for that).
 115  */
 116 struct hammer2_iocom;
 117 struct hammer2_persist;
 118 struct hammer2_state;
 119 struct hammer2_router;
 120 struct hammer2_address;
 121 struct hammer2_msg;
 122
 123 TAILQ_HEAD(hammer2_state_queue, hammer2_state);
 124 TAILQ_HEAD(hammer2_msg_queue, hammer2_msg);
 125 TAILQ_HEAD(hammer2_address_queue, hammer2_address);
 126 RB_HEAD(hammer2_state_tree, hammer2_state);
 127 RB_HEAD(hammer2_router_tree, hammer2_router);
 128
 129 struct h2span_link;
 130 struct h2span_relay;
 131 struct h2span_connect;
 132
 133 struct hammer2_state {
 134         RB_ENTRY(hammer2_state) rbnode;         /* indexed by msgid */
 135         TAILQ_ENTRY(hammer2_state) source_entry;/* if routed */
 136         TAILQ_ENTRY(hammer2_state) target_entry;/* if routed */
 137         struct hammer2_iocom *iocom;
 138         struct hammer2_address_t *source_addr;  /* if routed */
 139         struct hammer2_address_t *target_addr;  /* if routed */
 140         uint32_t        txcmd;                  /* mostly for CMDF flags */
 141         uint32_t        rxcmd;                  /* mostly for CMDF flags */
 142         uint64_t        spanid;                 /* routing id */
 143         uint64_t        msgid;                  /* {spanid,msgid} uniq */
 144         int             flags;
 145         int             error;
 146         struct hammer2_msg *msg;
 147         void (*func)(struct hammer2_msg *);
 148         union {
 149                 void *any;
 150                 struct h2span_link *link;
 151                 struct h2span_connect *conn;
 152                 struct h2span_relay *relay;
 153         } any;
 154 };
 155
 156 struct hammer2_address {
 157         TAILQ_ENTRY(hammer2_address) entry;     /* on-iocom */
 158         struct hammer2_iocom *iocom;            /* related iocom */
 159         struct hammer2_state_queue sourceq;     /* states on source queue */
 160         struct hammer2_state_queue targetq;     /* states on target queue */
 161         uint16_t        id;
 162 };
 163
 164 #define HAMMER2_STATE_INSERTED  0x0001
 165 #define HAMMER2_STATE_DYNAMIC   0x0002
 166 #define HAMMER2_STATE_NODEID    0x0004          /* manages a node id */
 167
 168 struct hammer2_msg {
 169         TAILQ_ENTRY(hammer2_msg) qentry;
 170         struct hammer2_router *router;
 171         struct hammer2_state *state;
 172         size_t          hdr_size;
 173         size_t          aux_size;
 174         char            *aux_data;
 175         hammer2_msg_any_t any;
 176 };
 177
 178 typedef struct hammer2_state hammer2_state_t;
 179 typedef struct hammer2_address hammer2_address_t;
 180 typedef struct hammer2_msg hammer2_msg_t;
 181 typedef struct hammer2_msg_queue hammer2_msg_queue_t;
 182
 183 int hammer2_state_cmp(hammer2_state_t *state1, hammer2_state_t *state2);
 184 RB_PROTOTYPE(hammer2_state_tree, hammer2_state, rbnode, hammer2_state_cmp);
 185
 186 /*
 187  * hammer2_ioq - An embedded component of hammer2_connect, holds state
 188  * for the buffering and parsing of incoming and outgoing messages.
 189  *
 190  * cdx - beg  - processed buffer data, encrypted or decrypted
 191  * end - cdn  - unprocessed buffer data not yet encrypted or decrypted
 192  */
 193 struct hammer2_ioq {
 194         enum { HAMMER2_MSGQ_STATE_HEADER1,
 195                HAMMER2_MSGQ_STATE_HEADER2,
 196                HAMMER2_MSGQ_STATE_AUXDATA1,
 197                HAMMER2_MSGQ_STATE_AUXDATA2,
 198                HAMMER2_MSGQ_STATE_ERROR } state;
 199         size_t          fifo_beg;               /* buffered data */
 200         size_t          fifo_cdx;               /* cdx-beg processed */
 201         size_t          fifo_cdn;               /* end-cdn unprocessed */
 202         size_t          fifo_end;
 203         size_t          hbytes;                 /* header size */
 204         size_t          abytes;                 /* aux_data size */
 205         int             error;
 206         int             seq;                    /* salt sequencer */
 207         int             msgcount;
 208         EVP_CIPHER_CTX  ctx;
 209         char            iv[HAMMER2_AES_KEY_SIZE]; /* encrypt or decrypt iv[] */
 210         hammer2_msg_t   *msg;
 211         hammer2_msg_queue_t msgq;
 212         char            buf[HAMMER2_MSGBUF_SIZE]; /* staging buffer */
 213 };
 214
 215 typedef struct hammer2_ioq hammer2_ioq_t;
 216
 217 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_SYNC          1       /* bad magic / out of sync */
 218 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_EOF           2       /* unexpected EOF */
 219 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_SOCK          3       /* read() error on socket */
 220 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_FIELD         4       /* invalid field */
 221 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_HCRC          5       /* core header crc bad */
 222 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_XCRC          6       /* ext header crc bad */
 223 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_ACRC          7       /* aux data crc bad */
 224 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_STATE         8       /* bad state */
 225 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_NOPEER        9       /* bad socket peer */
 226 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_NORKEY        10      /* no remote keyfile found */
 227 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_NOLKEY        11      /* no local keyfile found */
 228 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_KEYXCHGFAIL   12      /* key exchange failed */
 229 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_KEYFMT        13      /* key file format problem */
 230 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_BADURANDOM    14      /* /dev/urandom is bad */
 231 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_MSGSEQ        15      /* message sequence error */
 232 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_EALREADY      16      /* ignore this message */
 233 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_TRANS         17      /* state transaction issue */
 234 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_IVWRAP        18      /* IVs exhaused */
 235 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_MACFAIL       19      /* MAC of encryption algorithm failed */
 236 #define HAMMER2_IOQ_ERROR_ALGO          20      /* Misc. encryption algorithm error */
 237
 238 #define HAMMER2_IOQ_MAXIOVEC    16
 239
 240 /*
 241  * hammer2_router - governs the routing of a message.  Passed into
 242  *                  hammer2_msg_write.
 243  *
 244  * The router is either connected to an iocom (socket) directly, or
 245  * connected to a SPAN transaction (h2span_link structure for outgoing)
 246  * or to a SPAN transaction (h2span_relay structure for incoming).
 247  */
 248 struct hammer2_router {
 249         RB_ENTRY(hammer2_router) rbnode;        /* indexed by spanid */
 250         struct hammer2_iocom *iocom;
 251         struct h2span_link   *link;             /* may be NULL */
 252         struct h2span_relay  *relay;            /* may be NULL */
 253         void    (*signal_callback)(struct hammer2_router *);
 254         void    (*rcvmsg_callback)(struct hammer2_msg *);
 255         void    (*altmsg_callback)(struct hammer2_iocom *);
 256         struct hammer2_state_tree staterd_tree; /* active messages */
 257         struct hammer2_state_tree statewr_tree; /* active messages */
 258         hammer2_msg_queue_t txmsgq;             /* tx msgq from remote */
 259         uint64_t        spanid;                 /* for routing */
 260         int     flags;
 261         int     refs;                           /* refs prevent destruction */
 262 };
 263
 264 #define HAMMER2_ROUTER_CONNECTED        0x0001  /* on global RB tree */
 265 #define HAMMER2_ROUTER_DELETED          0x0002  /* parent structure destroyed */
 266
 267 typedef struct hammer2_router hammer2_router_t;
 268
 269 int hammer2_router_cmp(hammer2_router_t *router1, hammer2_router_t *router2);
 270 RB_PROTOTYPE(hammer2_router_tree, hammer2_router, rbnode, hammer2_router_cmp);
 271
 272 /*
 273  * hammer2_iocom - governs a messaging stream connection
 274  */
 275 struct hammer2_iocom {
 276         hammer2_ioq_t   ioq_rx;
 277         hammer2_ioq_t   ioq_tx;
 278         hammer2_msg_queue_t freeq;              /* free msgs hdr only */
 279         hammer2_msg_queue_t freeq_aux;          /* free msgs w/aux_data */
 280         struct hammer2_address_queue  addrq;    /* source/target addrs */
 281         int     sock_fd;                        /* comm socket or pipe */
 282         int     alt_fd;                         /* thread signal, tty, etc */
 283         int     wakeupfds[2];                   /* pipe wakes up iocom thread */
 284         int     flags;
 285         int     rxmisc;
 286         int     txmisc;
 287         char    sess[HAMMER2_AES_KEY_SIZE];     /* aes_256_cbc key */
 288         struct hammer2_router *router;
 289         pthread_mutex_t mtx;                    /* mutex for state*tree/rmsgq */
 290 };
 291
 292 typedef struct hammer2_iocom hammer2_iocom_t;
 293
 294 #define HAMMER2_IOCOMF_EOF      0x00000001      /* EOF or ERROR on desc */
 295 #define HAMMER2_IOCOMF_RREQ     0x00000002      /* request read-data event */
 296 #define HAMMER2_IOCOMF_WREQ     0x00000004      /* request write-avail event */
 297 #define HAMMER2_IOCOMF_RWORK    0x00000008      /* immediate work pending */
 298 #define HAMMER2_IOCOMF_WWORK    0x00000010      /* immediate work pending */
 299 #define HAMMER2_IOCOMF_PWORK    0x00000020      /* immediate work pending */
 300 #define HAMMER2_IOCOMF_ARWORK   0x00000040      /* immediate work pending */
 301 #define HAMMER2_IOCOMF_AWWORK   0x00000080      /* immediate work pending */
 302 #define HAMMER2_IOCOMF_SWORK    0x00000100      /* immediate work pending */
 303 #define HAMMER2_IOCOMF_CRYPTED  0x00000200      /* encrypt enabled */