Upstream version 5.34.104.0
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / net / quic / crypto / strike_register.h
1 // Copyright (c) 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_STRIKE_REGISTER_H_
6 #define NET_QUIC_CRYPTO_STRIKE_REGISTER_H_
7
8 #include <set>
9 #include <utility>
10 #include <vector>
11
12 #include "base/basictypes.h"
13 #include "base/memory/scoped_ptr.h"
14 #include "net/base/net_export.h"
15
16 namespace net {
17
18 // A StrikeRegister is critbit tree which stores a set of observed nonces.
19 // We use a critbit tree because:
20 //   1) It's immune to algorithmic complexity attacks. If we had used a hash
21 //      tree, an attacker could send us a series of values which stretch out one
22 //      of the hash chains, causing us to do much more work than normal.
23 //   2) We can write it to use a fixed block of memory: avoiding fragmentation
24 //      issues and so forth. (We might be able to do that with the STL
25 //      algorithms and a custom allocator, but I don't want to go there.)
26 //   3) It's simple (compared to balanced binary trees) and doesn't involve
27 //      bouncing nearly as many cache lines around.
28 //   4) It allows us to query for the oldest element in log(n) time.
29 //
30 // This code is based on djb's public domain critbit tree from qhasm.
31 //
32 // A critbit tree has external and internal nodes. External nodes are just the
33 // nonce values (which are stored with internal times, see below, and without
34 // the orbit values included). Internal nodes contain the bit number at which
35 // the tree is branching and exactly two children. The critical bit is stored
36 // as a byte number and a byte (|otherbits|) which has all the bits set
37 // /except/ the one in question.
38 //
39 // Internal nodes have exactly two children: an internal node with only a
40 // single child would be useless.
41 //
42 // The branching bit number (considering the MSB to be the 1st bit) is
43 // monotonically increasing as you go down the tree.
44 //
45 // There are two distinct time representations used. External times are those
46 // which are exposed to the users of this class. They are expected to be a
47 // count of the number of seconds since the UNIX epoch. Internal times are a
48 // count of the number of seconds since a point in time a couple of years
49 // before the creation time given to the constructor. (See
50 // |ExternalTimeToInternal|) This avoids having to worry about overflow since
51 // we assume that no process will run for 130 years.
52 class NET_EXPORT_PRIVATE StrikeRegister {
53  public:
54   enum StartupType {
55     // DENY_REQUESTS_AT_STARTUP is the typical mode for a strike register.
56     // Because servers can crash and the strike-register memory-based, the
57     // state of the strike-register may be lost at any time. Thus the previous
58     // instance of the server may have accepted an nonce with time
59     // now+window_secs, which was forgotten in the crash. Therefore
60     // DENY_REQUESTS_AT_STARTUP causes the strike-register to reject all
61     // requests timestampped before window_secs + the creation time (the
62     // quiescent period).
63     DENY_REQUESTS_AT_STARTUP,
64     // NO_STARTUP_PERIOD_NEEDED indicates that no quiescent period is required.
65     // This may be because the strike-register is using an orbit randomly
66     // generated at startup and therefore nonces accepted by the previous
67     // instance of the strike-register are invalid for that reason.
68     NO_STARTUP_PERIOD_NEEDED,
69   };
70
71   // An external node takes 24 bytes as we don't record the orbit.
72   static const uint32 kExternalNodeSize;
73
74   // We address the nodes by their index in the array. This means that 0 is a
75   // valid index. Therefore this is our invalid index. It also has a one bit
76   // in the LSB position because we tend to store indexes shifted up 8 bits
77   // and this distinguishes kNil from (kExternalFlag | 0) << 8.
78   static const uint32 kNil;
79
80   // Our pointers from internal nodes can either point to an internal or
81   // external node. We flag the 24th bit to mark a pointer as external.
82   static const uint32 kExternalFlag;
83
84   // Allows early validation before a strike register is created.
85   static void ValidateStrikeRegisterConfig(unsigned max_entries);
86
87   // Construct a new set which can hold, at most, |max_entries| (which must be
88   // less than 2**23). See the comments around StartupType about initial
89   // behaviour. Otherwise, all nonces that are outside +/- |window_secs| from
90   // the current time will be rejected. Additionally, all nonces that have an
91   // orbit value other than |orbit| will be rejected.
92   //
93   // (Note that this code is independent of the actual units of time used, but
94   // you should use seconds.)
95   StrikeRegister(unsigned max_entries,
96                  uint32 current_time_external,
97                  uint32 window_secs,
98                  const uint8 orbit[8],
99                  StartupType startup);
100
101   ~StrikeRegister();
102
103   void Reset();
104
105   // |Insert| queries to see if |nonce| is
106   //   a) for the wrong orbit
107   //   b) before the current horizon
108   //   c) outside of the valid time window
109   //   d) already in the set of observed nonces
110   // and returns false if any of these are true. It is also free to return
111   // false for other reasons as it's always safe to reject an nonce.
112   //
113   // nonces are:
114   //   4 bytes of timestamp (UNIX epoch seconds)
115   //   8 bytes of orbit value (a cluster id)
116   //   20 bytes of random data
117   //
118   // Otherwise, it inserts |nonce| into the observed set and returns true.
119   bool Insert(const uint8 nonce[32], const uint32 current_time);
120
121   // orbit returns a pointer to the 8-byte orbit value for this
122   // strike-register.
123   const uint8* orbit() const;
124
125   // This is a debugging aid which checks the tree for sanity.
126   void Validate();
127
128  private:
129   class InternalNode;
130
131   // TimeFromBytes returns a big-endian uint32 from |d|.
132   static uint32 TimeFromBytes(const uint8 d[4]);
133
134   // ExternalTimeToInternal converts an external time value into an internal
135   // time value using |internal_epoch_|.
136   uint32 ExternalTimeToInternal(uint32 external_time);
137
138   // BestMatch returns either kNil, or an external node index which could
139   // possibly match |v|.
140   uint32 BestMatch(const uint8 v[24]) const;
141
142   // external_node_next_ptr returns the 'next' pointer embedded in external
143   // node |i|. This is used to thread a free list through the external nodes.
144   uint32& external_node_next_ptr(unsigned i);
145
146   uint8* external_node(unsigned i);
147
148   uint32 GetFreeExternalNode();
149
150   uint32 GetFreeInternalNode();
151
152   // DropNode removes the oldest node in the tree and updates |horizon_|
153   // accordingly.
154   void DropNode();
155
156   void FreeExternalNode(uint32 index);
157
158   void FreeInternalNode(uint32 index);
159
160   void ValidateTree(uint32 internal_node,
161                     int last_bit,
162                     const std::vector<std::pair<unsigned, bool> >& bits,
163                     const std::set<uint32>& free_internal_nodes,
164                     const std::set<uint32>& free_external_nodes,
165                     std::set<uint32>* used_internal_nodes,
166                     std::set<uint32>* used_external_nodes);
167
168   const uint32 max_entries_;
169   const uint32 window_secs_;
170   // internal_epoch_ contains the external time value of the start of internal
171   // time.
172   const uint32 internal_epoch_;
173   uint8 orbit_[8];
174   uint32 horizon_;
175   bool horizon_valid_;
176
177   uint32 internal_node_free_head_;
178   uint32 external_node_free_head_;
179   uint32 internal_node_head_;
180   // internal_nodes_ can't be a scoped_ptr because the type isn't defined in
181   // this header.
182   InternalNode* internal_nodes_;
183   scoped_ptr<uint8[]> external_nodes_;
184 };
185
186 }  // namespace net
187
188 #endif  // NET_QUIC_CRYPTO_STRIKE_REGISTER_H_