Upstream version 10.39.225.0
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / net / quic / crypto / quic_crypto_server_config.h
1 // Copyright 2013 The Chromium Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3 // found in the LICENSE file.
4
5 #ifndef NET_QUIC_CRYPTO_QUIC_CRYPTO_SERVER_CONFIG_H_
6 #define NET_QUIC_CRYPTO_QUIC_CRYPTO_SERVER_CONFIG_H_
7
8 #include <map>
9 #include <string>
10 #include <vector>
11
12 #include "base/memory/ref_counted.h"
13 #include "base/memory/scoped_ptr.h"
14 #include "base/strings/string_piece.h"
15 #include "base/synchronization/lock.h"
16 #include "net/base/ip_endpoint.h"
17 #include "net/base/net_export.h"
18 #include "net/quic/crypto/crypto_handshake.h"
19 #include "net/quic/crypto/crypto_handshake_message.h"
20 #include "net/quic/crypto/crypto_protocol.h"
21 #include "net/quic/crypto/crypto_secret_boxer.h"
22 #include "net/quic/crypto/source_address_token.h"
23 #include "net/quic/quic_time.h"
24
25 namespace net {
26
27 class CryptoHandshakeMessage;
28 class EphemeralKeySource;
29 class KeyExchange;
30 class ProofSource;
31 class QuicClock;
32 class QuicDecrypter;
33 class QuicEncrypter;
34 class QuicRandom;
35 class QuicServerConfigProtobuf;
36 class StrikeRegister;
37 class StrikeRegisterClient;
38
39 struct ClientHelloInfo;
40
41 namespace test {
42 class QuicCryptoServerConfigPeer;
43 }  // namespace test
44
45 // Hook that allows application code to subscribe to primary config changes.
46 class PrimaryConfigChangedCallback {
47  public:
48   PrimaryConfigChangedCallback();
49   virtual ~PrimaryConfigChangedCallback();
50   virtual void Run(const std::string& scid) = 0;
51
52  private:
53   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(PrimaryConfigChangedCallback);
54 };
55
56 // Callback used to accept the result of the |client_hello| validation step.
57 class NET_EXPORT_PRIVATE ValidateClientHelloResultCallback {
58  public:
59   // Opaque token that holds information about the client_hello and
60   // its validity.  Can be interpreted by calling ProcessClientHello.
61   struct Result;
62
63   ValidateClientHelloResultCallback();
64   virtual ~ValidateClientHelloResultCallback();
65   void Run(const Result* result);
66
67  protected:
68   virtual void RunImpl(const CryptoHandshakeMessage& client_hello,
69                        const Result& result) = 0;
70
71  private:
72   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ValidateClientHelloResultCallback);
73 };
74
75 // QuicCryptoServerConfig contains the crypto configuration of a QUIC server.
76 // Unlike a client, a QUIC server can have multiple configurations active in
77 // order to support clients resuming with a previous configuration.
78 // TODO(agl): when adding configurations at runtime is added, this object will
79 // need to consider locking.
80 class NET_EXPORT_PRIVATE QuicCryptoServerConfig {
81  public:
82   // ConfigOptions contains options for generating server configs.
83   struct NET_EXPORT_PRIVATE ConfigOptions {
84     ConfigOptions();
85
86     // expiry_time is the time, in UNIX seconds, when the server config will
87     // expire. If unset, it defaults to the current time plus six months.
88     QuicWallTime expiry_time;
89     // channel_id_enabled controls whether the server config will indicate
90     // support for ChannelIDs.
91     bool channel_id_enabled;
92     // id contains the server config id for the resulting config. If empty, a
93     // random id is generated.
94     std::string id;
95     // orbit contains the kOrbitSize bytes of the orbit value for the server
96     // config. If |orbit| is empty then a random orbit is generated.
97     std::string orbit;
98     // p256 determines whether a P-256 public key will be included in the
99     // server config. Note that this breaks deterministic server-config
100     // generation since P-256 key generation doesn't use the QuicRandom given
101     // to DefaultConfig().
102     bool p256;
103   };
104
105   // |source_address_token_secret|: secret key material used for encrypting and
106   //     decrypting source address tokens. It can be of any length as it is fed
107   //     into a KDF before use. In tests, use TESTING.
108   // |server_nonce_entropy|: an entropy source used to generate the orbit and
109   //     key for server nonces, which are always local to a given instance of a
110   //     server.
111   QuicCryptoServerConfig(base::StringPiece source_address_token_secret,
112                          QuicRandom* server_nonce_entropy);
113   ~QuicCryptoServerConfig();
114
115   // TESTING is a magic parameter for passing to the constructor in tests.
116   static const char TESTING[];
117
118   // Generates a QuicServerConfigProtobuf protobuf suitable for
119   // AddConfig and SetConfigs.
120   static QuicServerConfigProtobuf* GenerateConfig(
121       QuicRandom* rand,
122       const QuicClock* clock,
123       const ConfigOptions& options);
124
125   // AddConfig adds a QuicServerConfigProtobuf to the availible configurations.
126   // It returns the SCFG message from the config if successful. The caller
127   // takes ownership of the CryptoHandshakeMessage. |now| is used in
128   // conjunction with |protobuf->primary_time()| to determine whether the
129   // config should be made primary.
130   CryptoHandshakeMessage* AddConfig(QuicServerConfigProtobuf* protobuf,
131                                     QuicWallTime now);
132
133   // AddDefaultConfig calls DefaultConfig to create a config and then calls
134   // AddConfig to add it. See the comment for |DefaultConfig| for details of
135   // the arguments.
136   CryptoHandshakeMessage* AddDefaultConfig(
137       QuicRandom* rand,
138       const QuicClock* clock,
139       const ConfigOptions& options);
140
141   // SetConfigs takes a vector of config protobufs and the current time.
142   // Configs are assumed to be uniquely identified by their server config ID.
143   // Previously unknown configs are added and possibly made the primary config
144   // depending on their |primary_time| and the value of |now|. Configs that are
145   // known, but are missing from the protobufs are deleted, unless they are
146   // currently the primary config. SetConfigs returns false if any errors were
147   // encountered and no changes to the QuicCryptoServerConfig will occur.
148   bool SetConfigs(const std::vector<QuicServerConfigProtobuf*>& protobufs,
149                   QuicWallTime now);
150
151   // Get the server config ids for all known configs.
152   void GetConfigIds(std::vector<std::string>* scids) const;
153
154   // Checks |client_hello| for gross errors and determines whether it
155   // can be shown to be fresh (i.e. not a replay).  The result of the
156   // validation step must be interpreted by calling
157   // QuicCryptoServerConfig::ProcessClientHello from the done_cb.
158   //
159   // ValidateClientHello may invoke the done_cb before unrolling the
160   // stack if it is able to assess the validity of the client_nonce
161   // without asynchronous operations.
162   //
163   // client_hello: the incoming client hello message.
164   // client_ip: the IP address of the client, which is used to generate and
165   //     validate source-address tokens.
166   // clock: used to validate client nonces and ephemeral keys.
167   // done_cb: single-use callback that accepts an opaque
168   //     ValidatedClientHelloMsg token that holds information about
169   //     the client hello.  The callback will always be called exactly
170   //     once, either under the current call stack, or after the
171   //     completion of an asynchronous operation.
172   void ValidateClientHello(
173       const CryptoHandshakeMessage& client_hello,
174       IPEndPoint client_ip,
175       const QuicClock* clock,
176       ValidateClientHelloResultCallback* done_cb) const;
177
178   // ProcessClientHello processes |client_hello| and decides whether to accept
179   // or reject the connection. If the connection is to be accepted, |out| is
180   // set to the contents of the ServerHello, |out_params| is completed and
181   // QUIC_NO_ERROR is returned. Otherwise |out| is set to be a REJ message and
182   // an error code is returned.
183   //
184   // validate_chlo_result: Output from the asynchronous call to
185   //     ValidateClientHello.  Contains the client hello message and
186   //     information about it.
187   // connection_id: the ConnectionId for the connection, which is used in key
188   //     derivation.
189   // client_address: the IP address and port of the client. The IP address is
190   //     used to generate and validate source-address tokens.
191   // version: version of the QUIC protocol in use for this connection
192   // supported_versions: versions of the QUIC protocol that this server
193   //     supports.
194   // initial_flow_control_window: size of initial flow control window this
195   //     server uses for new streams.
196   // clock: used to validate client nonces and ephemeral keys.
197   // rand: an entropy source
198   // params: the state of the handshake. This may be updated with a server
199   //     nonce when we send a rejection. After a successful handshake, this will
200   //     contain the state of the connection.
201   // out: the resulting handshake message (either REJ or SHLO)
202   // error_details: used to store a string describing any error.
203   QuicErrorCode ProcessClientHello(
204       const ValidateClientHelloResultCallback::Result& validate_chlo_result,
205       QuicConnectionId connection_id,
206       IPEndPoint client_address,
207       QuicVersion version,
208       const QuicVersionVector& supported_versions,
209       const QuicClock* clock,
210       QuicRandom* rand,
211       QuicCryptoNegotiatedParameters* params,
212       CryptoHandshakeMessage* out,
213       std::string* error_details) const;
214
215   // BuildServerConfigUpdateMessage sets |out| to be a SCUP message containing
216   // the current primary config, an up to date source-address token, and cert
217   // chain and proof in the case of secure QUIC. Returns true if successfully
218   // filled |out|.
219   //
220   // |cached_network_params| is optional, and can be NULL.
221   bool BuildServerConfigUpdateMessage(
222       const IPEndPoint& client_ip,
223       const QuicClock* clock,
224       QuicRandom* rand,
225       const QuicCryptoNegotiatedParameters& params,
226       const CachedNetworkParameters* cached_network_params,
227       CryptoHandshakeMessage* out) const;
228
229   // SetProofSource installs |proof_source| as the ProofSource for handshakes.
230   // This object takes ownership of |proof_source|.
231   void SetProofSource(ProofSource* proof_source);
232
233   // SetEphemeralKeySource installs an object that can cache ephemeral keys for
234   // a short period of time. This object takes ownership of
235   // |ephemeral_key_source|. If not set then ephemeral keys will be generated
236   // per-connection.
237   void SetEphemeralKeySource(EphemeralKeySource* ephemeral_key_source);
238
239   // Install an externall created StrikeRegisterClient for use to
240   // interact with the strike register.  This object takes ownership
241   // of the |strike_register_client|.
242   void SetStrikeRegisterClient(StrikeRegisterClient* strike_register_client);
243
244   // set_replay_protection controls whether replay protection is enabled. If
245   // replay protection is disabled then no strike registers are needed and
246   // frontends can share an orbit value without a shared strike-register.
247   // However, an attacker can duplicate a handshake and cause a client's
248   // request to be processed twice.
249   void set_replay_protection(bool on);
250
251   // set_strike_register_no_startup_period configures the strike register to
252   // not have a startup period.
253   void set_strike_register_no_startup_period();
254
255   // set_strike_register_max_entries sets the maximum number of entries that
256   // the internal strike register will hold. If the strike register fills up
257   // then the oldest entries (by the client's clock) will be dropped.
258   void set_strike_register_max_entries(uint32 max_entries);
259
260   // set_strike_register_window_secs sets the number of seconds around the
261   // current time that the strike register will attempt to be authoritative
262   // for. Setting a larger value allows for greater client clock-skew, but
263   // means that the quiescent startup period must be longer.
264   void set_strike_register_window_secs(uint32 window_secs);
265
266   // set_source_address_token_future_secs sets the number of seconds into the
267   // future that source-address tokens will be accepted from. Since
268   // source-address tokens are authenticated, this should only happen if
269   // another, valid server has clock-skew.
270   void set_source_address_token_future_secs(uint32 future_secs);
271
272   // set_source_address_token_lifetime_secs sets the number of seconds that a
273   // source-address token will be valid for.
274   void set_source_address_token_lifetime_secs(uint32 lifetime_secs);
275
276   // set_server_nonce_strike_register_max_entries sets the number of entries in
277   // the server-nonce strike-register. This is used to record that server nonce
278   // values have been used. If the number of entries is too small then clients
279   // which are depending on server nonces may fail to handshake because their
280   // nonce has expired in the amount of time it took to go from the server to
281   // the client and back.
282   void set_server_nonce_strike_register_max_entries(uint32 max_entries);
283
284   // set_server_nonce_strike_register_window_secs sets the number of seconds
285   // around the current time that the server-nonce strike-register will accept
286   // nonces from. Setting a larger value allows for clients to delay follow-up
287   // client hellos for longer and still use server nonces as proofs of
288   // uniqueness.
289   void set_server_nonce_strike_register_window_secs(uint32 window_secs);
290
291   // Set and take ownership of the callback to invoke on primary config changes.
292   void AcquirePrimaryConfigChangedCb(PrimaryConfigChangedCallback* cb);
293
294  private:
295   friend class test::QuicCryptoServerConfigPeer;
296
297   // Config represents a server config: a collection of preferences and
298   // Diffie-Hellman public values.
299   class NET_EXPORT_PRIVATE Config : public QuicCryptoConfig,
300                                     public base::RefCounted<Config> {
301    public:
302     Config();
303
304     // TODO(rtenneti): since this is a class, we should probably do
305     // getters/setters here.
306     // |serialized| contains the bytes of this server config, suitable for
307     // sending on the wire.
308     std::string serialized;
309     // id contains the SCID of this server config.
310     std::string id;
311     // orbit contains the orbit value for this config: an opaque identifier
312     // used to identify clusters of server frontends.
313     unsigned char orbit[kOrbitSize];
314
315     // key_exchanges contains key exchange objects with the private keys
316     // already loaded. The values correspond, one-to-one, with the tags in
317     // |kexs| from the parent class.
318     std::vector<KeyExchange*> key_exchanges;
319
320     // tag_value_map contains the raw key/value pairs for the config.
321     QuicTagValueMap tag_value_map;
322
323     // channel_id_enabled is true if the config in |serialized| specifies that
324     // ChannelIDs are supported.
325     bool channel_id_enabled;
326
327     // is_primary is true if this config is the one that we'll give out to
328     // clients as the current one.
329     bool is_primary;
330
331     // primary_time contains the timestamp when this config should become the
332     // primary config. A value of QuicWallTime::Zero() means that this config
333     // will not be promoted at a specific time.
334     QuicWallTime primary_time;
335
336     // Secondary sort key for use when selecting primary configs and
337     // there are multiple configs with the same primary time.
338     // Smaller numbers mean higher priority.
339     uint64 priority;
340
341     // source_address_token_boxer_ is used to protect the
342     // source-address tokens that are given to clients.
343     // Points to either source_address_token_boxer_storage or the
344     // default boxer provided by QuicCryptoServerConfig.
345     const CryptoSecretBoxer* source_address_token_boxer;
346
347     // Holds the override source_address_token_boxer instance if the
348     // Config is not using the default source address token boxer
349     // instance provided by QuicCryptoServerConfig.
350     scoped_ptr<CryptoSecretBoxer> source_address_token_boxer_storage;
351
352    private:
353     friend class base::RefCounted<Config>;
354
355     virtual ~Config();
356
357     DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(Config);
358   };
359
360   typedef std::map<ServerConfigID, scoped_refptr<Config> > ConfigMap;
361
362   // Get a ref to the config with a given server config id.
363   scoped_refptr<Config> GetConfigWithScid(
364       base::StringPiece requested_scid) const;
365
366   // ConfigPrimaryTimeLessThan returns true if a->primary_time <
367   // b->primary_time.
368   static bool ConfigPrimaryTimeLessThan(const scoped_refptr<Config>& a,
369                                         const scoped_refptr<Config>& b);
370
371   // SelectNewPrimaryConfig reevaluates the primary config based on the
372   // "primary_time" deadlines contained in each.
373   void SelectNewPrimaryConfig(QuicWallTime now) const;
374
375   // EvaluateClientHello checks |client_hello| for gross errors and determines
376   // whether it can be shown to be fresh (i.e. not a replay). The results are
377   // written to |info|.
378   void EvaluateClientHello(
379       const uint8* primary_orbit,
380       scoped_refptr<Config> requested_config,
381       ValidateClientHelloResultCallback::Result* client_hello_state,
382       ValidateClientHelloResultCallback* done_cb) const;
383
384   // BuildRejection sets |out| to be a REJ message in reply to |client_hello|.
385   void BuildRejection(
386       const Config& config,
387       const CryptoHandshakeMessage& client_hello,
388       const ClientHelloInfo& info,
389       QuicRandom* rand,
390       QuicCryptoNegotiatedParameters *params,
391       CryptoHandshakeMessage* out) const;
392
393   // ParseConfigProtobuf parses the given config protobuf and returns a
394   // scoped_refptr<Config> if successful. The caller adopts the reference to the
395   // Config. On error, ParseConfigProtobuf returns NULL.
396   scoped_refptr<Config> ParseConfigProtobuf(QuicServerConfigProtobuf* protobuf);
397
398   // NewSourceAddressToken returns a fresh source address token for the given
399   // IP address. |cached_network_params| is optional, and can be NULL.
400   std::string NewSourceAddressToken(
401       const Config& config,
402       const IPEndPoint& ip,
403       QuicRandom* rand,
404       QuicWallTime now,
405       const CachedNetworkParameters* cached_network_params) const;
406
407   // ValidateSourceAddressToken returns HANDSHAKE_OK if the source address token
408   // in |token| is a valid and timely token for the IP address |ip| given that
409   // the current time is |now|. Otherwise it returns the reason for failure.
410   HandshakeFailureReason ValidateSourceAddressToken(const Config& config,
411                                                     base::StringPiece token,
412                                                     const IPEndPoint& ip,
413                                                     QuicWallTime now) const;
414
415   // NewServerNonce generates and encrypts a random nonce.
416   std::string NewServerNonce(QuicRandom* rand, QuicWallTime now) const;
417
418   // ValidateServerNonce decrypts |token| and verifies that it hasn't been
419   // previously used and is recent enough that it is plausible that it was part
420   // of a very recently provided rejection ("recent" will be on the order of
421   // 10-30 seconds). If so, it records that it has been used and returns
422   // HANDSHAKE_OK. Otherwise it returns the reason for failure.
423   HandshakeFailureReason ValidateServerNonce(
424       base::StringPiece echoed_server_nonce,
425       QuicWallTime now) const;
426
427   // replay_protection_ controls whether the server enforces that handshakes
428   // aren't replays.
429   bool replay_protection_;
430
431   // configs_ satisfies the following invariants:
432   //   1) configs_.empty() <-> primary_config_ == NULL
433   //   2) primary_config_ != NULL -> primary_config_->is_primary
434   //   3) ∀ c∈configs_, c->is_primary <-> c == primary_config_
435   mutable base::Lock configs_lock_;
436   // configs_ contains all active server configs. It's expected that there are
437   // about half-a-dozen configs active at any one time.
438   ConfigMap configs_;
439   // primary_config_ points to a Config (which is also in |configs_|) which is
440   // the primary config - i.e. the one that we'll give out to new clients.
441   mutable scoped_refptr<Config> primary_config_;
442   // next_config_promotion_time_ contains the nearest, future time when an
443   // active config will be promoted to primary.
444   mutable QuicWallTime next_config_promotion_time_;
445   // Callback to invoke when the primary config changes.
446   scoped_ptr<PrimaryConfigChangedCallback> primary_config_changed_cb_;
447
448   // Protects access to the pointer held by strike_register_client_.
449   mutable base::Lock strike_register_client_lock_;
450   // strike_register_ contains a data structure that keeps track of previously
451   // observed client nonces in order to prevent replay attacks.
452   mutable scoped_ptr<StrikeRegisterClient> strike_register_client_;
453
454   // Default source_address_token_boxer_ used to protect the
455   // source-address tokens that are given to clients.  Individual
456   // configs may use boxers with alternate secrets.
457   CryptoSecretBoxer default_source_address_token_boxer_;
458
459   // server_nonce_boxer_ is used to encrypt and validate suggested server
460   // nonces.
461   CryptoSecretBoxer server_nonce_boxer_;
462
463   // server_nonce_orbit_ contains the random, per-server orbit values that this
464   // server will use to generate server nonces (the moral equivalent of a SYN
465   // cookies).
466   uint8 server_nonce_orbit_[8];
467
468   mutable base::Lock server_nonce_strike_register_lock_;
469   // server_nonce_strike_register_ contains a data structure that keeps track of
470   // previously observed server nonces from this server, in order to prevent
471   // replay attacks.
472   mutable scoped_ptr<StrikeRegister> server_nonce_strike_register_;
473
474   // proof_source_ contains an object that can provide certificate chains and
475   // signatures.
476   scoped_ptr<ProofSource> proof_source_;
477
478   // ephemeral_key_source_ contains an object that caches ephemeral keys for a
479   // short period of time.
480   scoped_ptr<EphemeralKeySource> ephemeral_key_source_;
481
482   // These fields store configuration values. See the comments for their
483   // respective setter functions.
484   bool strike_register_no_startup_period_;
485   uint32 strike_register_max_entries_;
486   uint32 strike_register_window_secs_;
487   uint32 source_address_token_future_secs_;
488   uint32 source_address_token_lifetime_secs_;
489   uint32 server_nonce_strike_register_max_entries_;
490   uint32 server_nonce_strike_register_window_secs_;
491
492   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(QuicCryptoServerConfig);
493 };
494
495 }  // namespace net
496
497 #endif  // NET_QUIC_CRYPTO_QUIC_CRYPTO_SERVER_CONFIG_H_