lib/libdmsg/dmsg.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011-2012 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@dragonflybsd.org>
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  */
  34
  35 #include <sys/types.h>
  36 #include <sys/queue.h>
  37 #include <sys/tree.h>
  38 #include <sys/dmsg.h>
  39
  40 #include <pthread.h>
  41
  42 #if 0
  43 #include <openssl/rsa.h>        /* public/private key functions */
  44 #include <openssl/pem.h>        /* public/private key file load */
  45 #endif
  46 #include <openssl/err.h>
  47 #include <openssl/evp.h>        /* aes_256_cbc functions */
  48
  49 #define DMSG_DEFAULT_DIR        "/etc/hammer2"
  50 #define DMSG_PATH_REMOTE        DMSG_DEFAULT_DIR "/remote"
  51
  52 #define DMSG_LISTEN_PORT        987
  53
  54 /***************************************************************************
  55  *                              CRYPTO HANDSHAKE                           *
  56  ***************************************************************************
  57  *
  58  * The initial public-key exchange is implementing by transmitting a
  59  * 512-byte buffer to the other side in a symmetrical fashion.  This
  60  * buffer contains the following:
  61  *
  62  * (1) A random session key.  512 bits is specified.  We use aes_256_cbc()
  63  *     and initialize the key with the first 256 bits and the iv[] with
  64  *     the second.  Note that the transmitted and received session
  65  *     keys are XOR'd together to create the session key used for
  66  *     communications (so even if the verifier is compromised the session
  67  *     will still be gobbly gook if the public key has not been completely
  68  *     broken).
  69  *
  70  * (2) A verifier to determine that the decode was successful.  It encodes
  71  *     an XOR of each group of 4 bytes from the session key.
  72  *
  73  * (3) Additional configuration and additional random data.
  74  *
  75  *     - The hammer2 message header magic for endian detect
  76  *
  77  *     - The hammer2 protocol version.  The two sides agree on the
  78  *       smaller of the two.
  79  *
  80  *     - All unused fields (junk*) are filled with random data.
  81  *
  82  * This structure must be exactly 512 bytes and expects to use 256-byte
  83  * RSA keys.
  84  */
  85 struct dmsg_handshake {
  86         char pad1[8];           /* 000 */
  87         uint16_t magic;         /* 008 DMSG_HDR_MAGIC for endian detect */
  88         uint16_t version;       /* 00A hammer2 protocol version */
  89         uint32_t flags;         /* 00C protocol extension flags */
  90         uint8_t sess[64];       /* 010 512-bit session key */
  91         uint8_t verf[16];       /* 050 verifier = ~sess */
  92         char quickmsg[32];      /* 060 reason for connecting */
  93         char junk080[128];      /* 080-0FF */
  94         char pad2[8];           /* 100-107 */
  95         char junk100[256-8];    /* 108-1FF */
  96 };
  97
  98 typedef struct dmsg_handshake dmsg_handshake_t;
  99
 100
 101 #define DMSG_CRYPTO_CHUNK_SIZE          DMSG_ALIGN
 102 #define DMSG_MAX_IV_SIZE                32
 103
 104 #define DMSG_CRYPTO_GCM_IV_FIXED_SIZE   4
 105 #define DMSG_CRYPTO_GCM_IV_SIZE         12
 106 #define DMSG_CRYPTO_GCM_KEY_SIZE        32
 107 #define DMSG_CRYPTO_GCM_TAG_SIZE        16
 108
 109 #define DMSG_CRYPTO_ALGO_GCM_IDX        0
 110
 111 #define DMSG_CRYPTO_ALGO                DMSG_CRYPTO_ALGO_GCM_IDX
 112
 113 /***************************************************************************
 114  *                              LOW LEVEL MESSAGING                        *
 115  ***************************************************************************
 116  *
 117  * dmsg_msg - A standalone copy of a message, typically referenced by
 118  *               or embedded in other structures, or used with I/O queues.
 119  *
 120  * These structures are strictly temporary, so they do not have to be
 121  * particularly optimized for size.  All possible message headers are
 122  * directly embedded (any), and the message may contain a reference
 123  * to allocated auxillary data.  The structure is recycled quite often
 124  * by a connection.
 125  */
 126 struct dmsg_iocom;
 127 struct dmsg_circuit;
 128 struct dmsg_state;
 129 struct dmsg_msg;
 130
 131 TAILQ_HEAD(dmsg_state_queue, dmsg_state);
 132 TAILQ_HEAD(dmsg_msg_queue, dmsg_msg);
 133 RB_HEAD(dmsg_state_tree, dmsg_state);
 134 RB_HEAD(dmsg_circuit_tree, dmsg_circuit);
 135
 136 struct h2span_link;
 137 struct h2span_relay;
 138 struct h2span_conn;
 139
 140 struct dmsg_circuit {
 141         RB_ENTRY(dmsg_circuit)  rbnode;
 142         uint64_t                msgid;
 143         struct dmsg_iocom       *iocom;
 144         struct dmsg_state_tree  staterd_tree;   /* active transactions */
 145         struct dmsg_state_tree  statewr_tree;   /* active transactions */
 146         struct dmsg_circuit     *peer;          /* (if circuit relay) */
 147         struct dmsg_state       *state;         /* open VC transaction state */
 148         struct dmsg_state       *span_state;    /* span, relay or link */
 149         int                     is_relay;       /* span is h2span_relay */
 150         int                     refs;
 151 };
 152
 153 /*
 154  * This represents a media, managed by LNK_CONN connection state
 155  */
 156 TAILQ_HEAD(dmsg_media_queue, dmsg_media);
 157
 158 struct dmsg_media {
 159         TAILQ_ENTRY(dmsg_media) entry;
 160         uuid_t  mediaid;
 161         int     refs;
 162         void    *usrhandle;
 163 };
 164
 165 typedef struct dmsg_media dmsg_media_t;
 166
 167 /*
 168  * The state structure is ref-counted.  The iocom cannot go away while
 169  * state structures are active.  However, the related h2span_* linkages
 170  * can be destroyed and NULL'd out if the state is terminated in both
 171  * directions.
 172  */
 173 struct dmsg_state {
 174         RB_ENTRY(dmsg_state) rbnode;            /* indexed by msgid */
 175         struct dmsg_iocom *iocom;
 176         struct dmsg_circuit *circuit;           /* associated circuit */
 177         uint32_t        icmd;                   /* command creating state */
 178         uint32_t        txcmd;                  /* mostly for CMDF flags */
 179         uint32_t        rxcmd;                  /* mostly for CMDF flags */
 180         uint64_t        msgid;                  /* {spanid,msgid} uniq */
 181         int             flags;
 182         int             error;
 183         int             refs;                   /* prevent destruction */
 184         struct dmsg_msg *msg;                   /* msg creating orig state */
 185         void (*func)(struct dmsg_msg *);
 186         union {
 187                 void *any;
 188                 struct h2span_link *link;
 189                 struct h2span_conn *conn;
 190                 struct h2span_relay *relay;
 191                 struct dmsg_circuit *circ;
 192         } any;
 193         dmsg_media_t    *media;
 194 };
 195
 196 #define DMSG_STATE_INSERTED     0x0001
 197 #define DMSG_STATE_DYNAMIC      0x0002
 198 #define DMSG_STATE_NODEID       0x0004          /* manages a node id */
 199
 200 /*
 201  * This is the core in-memory representation of a message structure.
 202  * The iocom represents the incoming or outgoing iocom.  Various state
 203  * pointers are calculated based on the message's raw source and target
 204  * fields, and will ref the underlying state.  Message headers are embedded
 205  * while auxillary data is separately allocated.
 206  */
 207 struct dmsg_msg {
 208         TAILQ_ENTRY(dmsg_msg) qentry;
 209         struct dmsg_iocom *iocom;               /* incoming/outgoing iocom */
 210         struct dmsg_circuit *circuit;           /* associated circuit */
 211         struct dmsg_state *state;               /* message state */
 212         size_t          hdr_size;
 213         size_t          aux_size;
 214         char            *aux_data;
 215         dmsg_any_t      any;                    /* must be last element */
 216 };
 217
 218 typedef struct dmsg_circuit dmsg_circuit_t;
 219 typedef struct dmsg_state dmsg_state_t;
 220 typedef struct dmsg_msg dmsg_msg_t;
 221 typedef struct dmsg_msg_queue dmsg_msg_queue_t;
 222
 223 int dmsg_state_cmp(dmsg_state_t *state1, dmsg_state_t *state2);
 224 RB_PROTOTYPE(dmsg_state_tree, dmsg_state, rbnode, dmsg_state_cmp);
 225 int dmsg_circuit_cmp(dmsg_circuit_t *circuit1, dmsg_circuit_t *circuit2);
 226 RB_PROTOTYPE(dmsg_circuit_tree, dmsg_circuit, rbnode, dmsg_circuit_cmp);
 227
 228 /*
 229  * dmsg_ioq - An embedded component of dmsg_conn, holds state
 230  * for the buffering and parsing of incoming and outgoing messages.
 231  *
 232  * cdx - beg  - processed buffer data, encrypted or decrypted
 233  * end - cdn  - unprocessed buffer data not yet encrypted or decrypted
 234  */
 235 struct dmsg_ioq {
 236         enum { DMSG_MSGQ_STATE_HEADER1,
 237                DMSG_MSGQ_STATE_HEADER2,
 238                DMSG_MSGQ_STATE_AUXDATA1,
 239                DMSG_MSGQ_STATE_AUXDATA2,
 240                DMSG_MSGQ_STATE_ERROR } state;
 241         size_t          fifo_beg;               /* buffered data */
 242         size_t          fifo_cdx;               /* cdx-beg processed */
 243         size_t          fifo_cdn;               /* end-cdn unprocessed */
 244         size_t          fifo_end;
 245         size_t          hbytes;                 /* header size */
 246         size_t          abytes;                 /* aligned aux_data size */
 247         size_t          unaligned_aux_size;     /* actual aux_data size */
 248         int             error;
 249         int             seq;                    /* salt sequencer */
 250         int             msgcount;
 251         EVP_CIPHER_CTX  ctx;
 252         char            iv[DMSG_MAX_IV_SIZE]; /* encrypt or decrypt iv[] */
 253         dmsg_msg_t      *msg;
 254         dmsg_msg_queue_t msgq;
 255         char            buf[DMSG_BUF_SIZE];     /* staging buffer */
 256 };
 257
 258 typedef struct dmsg_ioq dmsg_ioq_t;
 259
 260 #define DMSG_IOQ_ERROR_SYNC             1       /* bad magic / out of sync */
 261 #define DMSG_IOQ_ERROR_EOF              2       /* unexpected EOF */
 262 #define DMSG_IOQ_ERROR_SOCK             3       /* read() error on socket */
 263 #define DMSG_IOQ_ERROR_FIELD            4       /* invalid field */
 264 #define DMSG_IOQ_ERROR_HCRC             5       /* core header crc bad */
 265 #define DMSG_IOQ_ERROR_XCRC             6       /* ext header crc bad */
 266 #define DMSG_IOQ_ERROR_ACRC             7       /* aux data crc bad */
 267 #define DMSG_IOQ_ERROR_STATE            8       /* bad state */
 268 #define DMSG_IOQ_ERROR_NOPEER           9       /* bad socket peer */
 269 #define DMSG_IOQ_ERROR_NORKEY           10      /* no remote keyfile found */
 270 #define DMSG_IOQ_ERROR_NOLKEY           11      /* no local keyfile found */
 271 #define DMSG_IOQ_ERROR_KEYXCHGFAIL      12      /* key exchange failed */
 272 #define DMSG_IOQ_ERROR_KEYFMT           13      /* key file format problem */
 273 #define DMSG_IOQ_ERROR_BADURANDOM       14      /* /dev/urandom is bad */
 274 #define DMSG_IOQ_ERROR_MSGSEQ           15      /* message sequence error */
 275 #define DMSG_IOQ_ERROR_EALREADY         16      /* ignore this message */
 276 #define DMSG_IOQ_ERROR_TRANS            17      /* state transaction issue */
 277 #define DMSG_IOQ_ERROR_IVWRAP           18      /* IVs exhaused */
 278 #define DMSG_IOQ_ERROR_MACFAIL          19      /* MAC of encr alg failed */
 279 #define DMSG_IOQ_ERROR_ALGO             20      /* Misc. encr alg error */
 280 #define DMSG_IOQ_ERROR_ROUTED           21      /* ignore routed message */
 281 #define DMSG_IOQ_ERROR_BAD_CIRCUIT      22      /* unconfigured circuit */
 282 #define DMSG_IOQ_ERROR_UNUSED23         23
 283 #define DMSG_IOQ_ERROR_ASSYM            24      /* Assymetric path */
 284
 285 #define DMSG_IOQ_MAXIOVEC    16
 286
 287 /*
 288  * dmsg_iocom - governs a messaging stream connection
 289  */
 290 struct dmsg_iocom {
 291         char            *label;                 /* label for error reporting */
 292         dmsg_ioq_t      ioq_rx;
 293         dmsg_ioq_t      ioq_tx;
 294         dmsg_msg_queue_t freeq;                 /* free msgs hdr only */
 295         dmsg_msg_queue_t freeq_aux;             /* free msgs w/aux_data */
 296         int     sock_fd;                        /* comm socket or pipe */
 297         int     alt_fd;                         /* thread signal, tty, etc */
 298         int     wakeupfds[2];                   /* pipe wakes up iocom thread */
 299         int     flags;
 300         int     rxmisc;
 301         int     txmisc;
 302         void    (*signal_callback)(struct dmsg_iocom *);
 303         void    (*altmsg_callback)(struct dmsg_iocom *);
 304         void    (*rcvmsg_callback)(dmsg_msg_t *msg);
 305         void    (*usrmsg_callback)(dmsg_msg_t *msg, int unmanaged);
 306         void    (*node_handler)(void **opaquep, dmsg_msg_t *msg, int op);
 307         struct dmsg_circuit_tree circuit_tree;  /* active circuits */
 308         struct dmsg_circuit     circuit0;       /* embedded circuit0 */
 309         dmsg_msg_queue_t txmsgq;                /* tx msgq from remote */
 310         struct h2span_conn *conn;               /* if LNK_CONN active */
 311         pthread_mutex_t mtx;                    /* mutex for state*tree/rmsgq */
 312 };
 313
 314 typedef struct dmsg_iocom dmsg_iocom_t;
 315
 316 #define DMSG_IOCOMF_EOF         0x00000001      /* EOF or ERROR on desc */
 317 #define DMSG_IOCOMF_RREQ        0x00000002      /* request read-data event */
 318 #define DMSG_IOCOMF_WREQ        0x00000004      /* request write-avail event */
 319 #define DMSG_IOCOMF_RWORK       0x00000008      /* immediate work pending */
 320 #define DMSG_IOCOMF_WWORK       0x00000010      /* immediate work pending */
 321 #define DMSG_IOCOMF_PWORK       0x00000020      /* immediate work pending */
 322 #define DMSG_IOCOMF_ARWORK      0x00000040      /* immediate work pending */
 323 #define DMSG_IOCOMF_AWWORK      0x00000080      /* immediate work pending */
 324 #define DMSG_IOCOMF_SWORK       0x00000100      /* immediate work pending */
 325 #define DMSG_IOCOMF_CRYPTED     0x00000200      /* encrypt enabled */
 326 #define DMSG_IOCOMF_CLOSEALT    0x00000400      /* close alt_fd */
 327
 328 /*
 329  * Crypto algorithm table and related typedefs.
 330  */
 331 typedef int (*algo_init_fn)(dmsg_ioq_t *, char *, int, char *, int, int);
 332 typedef int (*algo_enc_fn)(dmsg_ioq_t *, char *, char *, int, int *);
 333 typedef int (*algo_dec_fn)(dmsg_ioq_t *, char *, char *, int, int *);
 334
 335 struct crypto_algo {
 336         const char      *name;
 337         int             keylen;
 338         int             taglen;
 339         algo_init_fn    init;
 340         algo_enc_fn     enc_chunk;
 341         algo_dec_fn     dec_chunk;
 342 };
 343
 344 /*
 345  * Master service thread info
 346  */
 347 struct dmsg_master_service_info {
 348         int     fd;
 349         int     altfd;
 350         int     noclosealt;
 351         int     detachme;
 352         char    *label;
 353         void    *handle;
 354         void    (*altmsg_callback)(dmsg_iocom_t *iocom);
 355         void    (*usrmsg_callback)(dmsg_msg_t *msg, int unmanaged);
 356         void    (*node_handler)(void **opaquep, dmsg_msg_t *msg, int op);
 357         void    (*exit_callback)(void *handle);
 358 };
 359
 360 typedef struct dmsg_master_service_info dmsg_master_service_info_t;
 361
 362 /*
 363  * node callbacks
 364  */
 365 #define DMSG_NODEOP_ADD         1
 366 #define DMSG_NODEOP_DEL         2
 367
 368 /*
 369  * icrc
 370  */
 371 uint32_t dmsg_icrc32(const void *buf, size_t size);
 372 uint32_t dmsg_icrc32c(const void *buf, size_t size, uint32_t crc);
 373
 374 /*
 375  * debug
 376  */
 377 const char *dmsg_basecmd_str(uint32_t cmd);
 378 const char *dmsg_msg_str(dmsg_msg_t *msg);
 379
 380 /*
 381  * subs
 382  */
 383 void *dmsg_alloc(size_t bytes);
 384 void dmsg_free(void *ptr);
 385 const char *dmsg_uuid_to_str(uuid_t *uuid, char **strp);
 386 const char *dmsg_peer_type_to_str(uint8_t type);
 387 int dmsg_connect(const char *hostname);
 388
 389 /*
 390  * Msg support functions
 391  */
 392 void dmsg_bswap_head(dmsg_hdr_t *head);
 393 void dmsg_ioq_init(dmsg_iocom_t *iocom, dmsg_ioq_t *ioq);
 394 void dmsg_ioq_done(dmsg_iocom_t *iocom, dmsg_ioq_t *ioq);
 395 void dmsg_iocom_init(dmsg_iocom_t *iocom, int sock_fd, int alt_fd,
 396                         void (*state_func)(dmsg_iocom_t *iocom),
 397                         void (*rcvmsg_func)(dmsg_msg_t *msg),
 398                         void (*usrmsg_func)(dmsg_msg_t *msg, int unmanaged),
 399                         void (*altmsg_func)(dmsg_iocom_t *iocom));
 400 void dmsg_iocom_restate(dmsg_iocom_t *iocom,
 401                         void (*state_func)(dmsg_iocom_t *iocom),
 402                         void (*rcvmsg_func)(dmsg_msg_t *msg));
 403 void dmsg_iocom_label(dmsg_iocom_t *iocom, const char *ctl, ...);
 404 void dmsg_iocom_signal(dmsg_iocom_t *iocom);
 405 void dmsg_iocom_done(dmsg_iocom_t *iocom);
 406 void dmsg_circuit_init(dmsg_iocom_t *iocom, dmsg_circuit_t *circuit);
 407 dmsg_msg_t *dmsg_msg_alloc(dmsg_circuit_t *circuit,
 408                         size_t aux_size, uint32_t cmd,
 409                         void (*func)(dmsg_msg_t *), void *data);
 410 void dmsg_msg_reply(dmsg_msg_t *msg, uint32_t error);
 411 void dmsg_msg_result(dmsg_msg_t *msg, uint32_t error);
 412 void dmsg_state_reply(dmsg_state_t *state, uint32_t error);
 413 void dmsg_state_result(dmsg_state_t *state, uint32_t error);
 414
 415 void dmsg_msg_free(dmsg_msg_t *msg);
 416
 417 void dmsg_iocom_core(dmsg_iocom_t *iocom);
 418 dmsg_msg_t *dmsg_ioq_read(dmsg_iocom_t *iocom);
 419 void dmsg_msg_write(dmsg_msg_t *msg);
 420
 421 void dmsg_iocom_drain(dmsg_iocom_t *iocom);
 422 void dmsg_iocom_flush1(dmsg_iocom_t *iocom);
 423 void dmsg_iocom_flush2(dmsg_iocom_t *iocom);
 424
 425 void dmsg_state_cleanuprx(dmsg_iocom_t *iocom, dmsg_msg_t *msg);
 426 void dmsg_state_free(dmsg_state_t *state);
 427 void dmsg_circuit_hold(dmsg_circuit_t *circuit);
 428 void dmsg_circuit_drop(dmsg_circuit_t *circuit);
 429 void dmsg_circuit_drop_locked(dmsg_circuit_t *circuit);
 430
 431 int dmsg_circuit_route(dmsg_msg_t *msg);
 432
 433 /*
 434  * Msg protocol functions
 435  */
 436 void dmsg_msg_lnk_signal(dmsg_iocom_t *iocom);
 437 void dmsg_msg_lnk(dmsg_msg_t *msg);
 438 void dmsg_msg_dbg(dmsg_msg_t *msg);
 439 void dmsg_shell_tree(dmsg_circuit_t *circuit, char *cmdbuf __unused);
 440 int dmsg_debug_findspan(uint64_t msgid, dmsg_state_t **statep);
 441
 442
 443 /*
 444  * Crypto functions
 445  */
 446 void dmsg_crypto_setup(void);
 447 void dmsg_crypto_negotiate(dmsg_iocom_t *iocom);
 448 void dmsg_crypto_decrypt(dmsg_iocom_t *iocom, dmsg_ioq_t *ioq);
 449 int dmsg_crypto_encrypt(dmsg_iocom_t *iocom, dmsg_ioq_t *ioq,
 450                         struct iovec *iov, int n, size_t *nactp);
 451
 452 /*
 453  * Service daemon functions
 454  */
 455 void *dmsg_master_service(void *data);
 456 void dmsg_circuit_printf(dmsg_circuit_t *circuit, const char *ctl, ...)
 457         __printflike(2, 3);
 458
 459 extern int DMsgDebugOpt;