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[openssl.git] / README-ENGINES.md
1 ENGINES
2 =======
3
4 With OpenSSL 0.9.6, a new component was added to support alternative
5 cryptography implementations, most commonly for interfacing with external
6 crypto devices (eg. accelerator cards). This component is called ENGINE,
7 and its presence in OpenSSL 0.9.6 (and subsequent bug-fix releases)
8 caused a little confusion as 0.9.6** releases were rolled in two
9 versions, a "standard" and an "engine" version. In development for 0.9.7,
10 the ENGINE code has been merged into the main branch and will be present
11 in the standard releases from 0.9.7 forwards.
12
13 There are currently built-in ENGINE implementations for the following
14 crypto devices:
15
16   * Microsoft CryptoAPI
17   * VIA Padlock
18   * nCipher CHIL
19
20 In addition, dynamic binding to external ENGINE implementations is now
21 provided by a special ENGINE called "dynamic". See the "DYNAMIC ENGINE"
22 section below for details.
23
24 At this stage, a number of things are still needed and are being worked on:
25
26   1. Integration of EVP support.
27   2. Configuration support.
28   3. Documentation!
29
30 Integration of EVP support
31 --------------------------
32
33 With respect to EVP, this relates to support for ciphers and digests in
34 the ENGINE model so that alternative implementations of existing
35 algorithms/modes (or previously unimplemented ones) can be provided by
36 ENGINE implementations.
37
38 Configuration support
39 ---------------------
40
41 Configuration support currently exists in the ENGINE API itself, in the
42 form of "control commands". These allow an application to expose to the
43 user/admin the set of commands and parameter types a given ENGINE
44 implementation supports, and for an application to directly feed string
45 based input to those ENGINEs, in the form of name-value pairs. This is an
46 extensible way for ENGINEs to define their own "configuration" mechanisms
47 that are specific to a given ENGINE (eg. for a particular hardware
48 device) but that should be consistent across *all* OpenSSL-based
49 applications when they use that ENGINE. Work is in progress (or at least
50 in planning) for supporting these control commands from the CONF (or
51 NCONF) code so that applications using OpenSSL's existing configuration
52 file format can have ENGINE settings specified in much the same way.
53 Presently however, applications must use the ENGINE API itself to provide
54 such functionality. To see first hand the types of commands available
55 with the various compiled-in ENGINEs (see further down for dynamic
56 ENGINEs), use the "engine" openssl utility with full verbosity, i.e.:
57
58     openssl engine -vvvv
59
60 Documentation
61 -------------
62
63 Documentation? Volunteers welcome! The source code is reasonably well
64 self-documenting, but some summaries and usage instructions are needed -
65 moreover, they are needed in the same POD format the existing OpenSSL
66 documentation is provided in. Any complete or incomplete contributions
67 would help make this happen.
68
69 STABILITY & BUG-REPORTS
70 =======================
71
72 What already exists is fairly stable as far as it has been tested, but
73 the test base has been a bit small most of the time. For the most part,
74 the vendors of the devices these ENGINEs support have contributed to the
75 development and/or testing of the implementations, and *usually* (with no
76 guarantees) have experience in using the ENGINE support to drive their
77 devices from common OpenSSL-based applications. Bugs and/or inexplicable
78 behaviour in using a specific ENGINE implementation should be sent to the
79 author of that implementation (if it is mentioned in the corresponding C
80 file), and in the case of implementations for commercial hardware
81 devices, also through whatever vendor support channels are available.  If
82 none of this is possible, or the problem seems to be something about the
83 ENGINE API itself (ie. not necessarily specific to a particular ENGINE
84 implementation) then you should mail complete details to the relevant
85 OpenSSL mailing list. For a definition of "complete details", refer to
86 the OpenSSL "README" file. As for which list to send it to:
87
88   * openssl-users: if you are *using* the ENGINE abstraction, either in an
89     pre-compiled application or in your own application code.
90
91   * openssl-dev: if you are discussing problems with OpenSSL source code.
92
93 USAGE
94 =====
95
96 The default "openssl" ENGINE is always chosen when performing crypto
97 operations unless you specify otherwise. You must actively tell the
98 openssl utility commands to use anything else through a new command line
99 switch called "-engine". Also, if you want to use the ENGINE support in
100 your own code to do something similar, you must likewise explicitly
101 select the ENGINE implementation you want.
102
103 Depending on the type of hardware, system, and configuration, "settings"
104 may need to be applied to an ENGINE for it to function as expected/hoped.
105 The recommended way of doing this is for the application to support
106 ENGINE "control commands" so that each ENGINE implementation can provide
107 whatever configuration primitives it might require and the application
108 can allow the user/admin (and thus the hardware vendor's support desk
109 also) to provide any such input directly to the ENGINE implementation.
110 This way, applications do not need to know anything specific to any
111 device, they only need to provide the means to carry such user/admin
112 input through to the ENGINE in question. Ie. this connects *you* (and
113 your helpdesk) to the specific ENGINE implementation (and device), and
114 allows application authors to not get buried in hassle supporting
115 arbitrary devices they know (and care) nothing about.
116
117 A new "openssl" utility, "openssl engine", has been added in that allows
118 for testing and examination of ENGINE implementations. Basic usage
119 instructions are available by specifying the "-?" command line switch.
120
121 DYNAMIC ENGINES
122 ===============
123
124 The new "dynamic" ENGINE provides a low-overhead way to support ENGINE
125 implementations that aren't pre-compiled and linked into OpenSSL-based
126 applications. This could be because existing compiled-in implementations
127 have known problems and you wish to use a newer version with an existing
128 application. It could equally be because the application (or OpenSSL
129 library) you are using simply doesn't have support for the ENGINE you
130 wish to use, and the ENGINE provider (eg. hardware vendor) is providing
131 you with a self-contained implementation in the form of a shared-library.
132 The other use-case for "dynamic" is with applications that wish to
133 maintain the smallest foot-print possible and so do not link in various
134 ENGINE implementations from OpenSSL, but instead leaves you to provide
135 them, if you want them, in the form of "dynamic"-loadable
136 shared-libraries. It should be possible for hardware vendors to provide
137 their own shared-libraries to support arbitrary hardware to work with
138 applications based on OpenSSL 0.9.7 or later. If you're using an
139 application based on 0.9.7 (or later) and the support you desire is only
140 announced for versions later than the one you need, ask the vendor to
141 backport their ENGINE to the version you need.
142
143 How does "dynamic" work?
144 ------------------------
145
146 The dynamic ENGINE has a special flag in its implementation such that
147 every time application code asks for the 'dynamic' ENGINE, it in fact
148 gets its own copy of it. As such, multi-threaded code (or code that
149 multiplexes multiple uses of 'dynamic' in a single application in any
150 way at all) does not get confused by 'dynamic' being used to do many
151 independent things. Other ENGINEs typically don't do this so there is
152 only ever 1 ENGINE structure of its type (and reference counts are used
153 to keep order). The dynamic ENGINE itself provides absolutely no
154 cryptographic functionality, and any attempt to "initialise" the ENGINE
155 automatically fails. All it does provide are a few "control commands"
156 that can be used to control how it will load an external ENGINE
157 implementation from a shared-library. To see these control commands,
158 use the command-line;
159
160     openssl engine -vvvv dynamic
161
162 The "SO_PATH" control command should be used to identify the
163 shared-library that contains the ENGINE implementation, and "NO_VCHECK"
164 might possibly be useful if there is a minor version conflict and you
165 (or a vendor helpdesk) is convinced you can safely ignore it.
166 "ID" is probably only needed if a shared-library implements
167 multiple ENGINEs, but if you know the engine id you expect to be using,
168 it doesn't hurt to specify it (and this provides a sanity check if
169 nothing else). "LIST_ADD" is only required if you actually wish the
170 loaded ENGINE to be discoverable by application code later on using the
171 ENGINE's "id". For most applications, this isn't necessary - but some
172 application authors may have nifty reasons for using it. The "LOAD"
173 command is the only one that takes no parameters and is the command
174 that uses the settings from any previous commands to actually *load*
175 the shared-library ENGINE implementation. If this command succeeds, the
176 (copy of the) 'dynamic' ENGINE will magically morph into the ENGINE
177 that has been loaded from the shared-library. As such, any control
178 commands supported by the loaded ENGINE could then be executed as per
179 normal. Eg. if ENGINE "foo" is implemented in the shared-library
180 "libfoo.so" and it supports some special control command "CMD_FOO", the
181 following code would load and use it (NB: obviously this code has no
182 error checking);
183
184     ENGINE *e = ENGINE_by_id("dynamic");
185     ENGINE_ctrl_cmd_string(e, "SO_PATH", "/lib/libfoo.so", 0);
186     ENGINE_ctrl_cmd_string(e, "ID", "foo", 0);
187     ENGINE_ctrl_cmd_string(e, "LOAD", NULL, 0);
188     ENGINE_ctrl_cmd_string(e, "CMD_FOO", "some input data", 0);
189
190 For testing, the "openssl engine" utility can be useful for this sort
191 of thing. For example the above code excerpt would achieve much the
192 same result as;
193
194     openssl engine dynamic \
195               -pre SO_PATH:/lib/libfoo.so \
196               -pre ID:foo \
197               -pre LOAD \
198               -pre "CMD_FOO:some input data"
199
200 Or to simply see the list of commands supported by the "foo" ENGINE;
201
202     openssl engine -vvvv dynamic \
203               -pre SO_PATH:/lib/libfoo.so \
204               -pre ID:foo \
205               -pre LOAD
206
207 Applications that support the ENGINE API and more specifically, the
208 "control commands" mechanism, will provide some way for you to pass
209 such commands through to ENGINEs. As such, you would select "dynamic"
210 as the ENGINE to use, and the parameters/commands you pass would
211 control the *actual* ENGINE used. Each command is actually a name-value
212 pair and the value can sometimes be omitted (eg. the "LOAD" command).
213 Whilst the syntax demonstrated in "openssl engine" uses a colon to
214 separate the command name from the value, applications may provide
215 their own syntax for making that separation (eg. a win32 registry
216 key-value pair may be used by some applications). The reason for the
217 "-pre" syntax in the "openssl engine" utility is that some commands
218 might be issued to an ENGINE *after* it has been initialised for use.
219 Eg. if an ENGINE implementation requires a smart-card to be inserted
220 during initialisation (or a PIN to be typed, or whatever), there may be
221 a control command you can issue afterwards to "forget" the smart-card
222 so that additional initialisation is no longer possible. In
223 applications such as web-servers, where potentially volatile code may
224 run on the same host system, this may provide some arguable security
225 value. In such a case, the command would be passed to the ENGINE after
226 it has been initialised for use, and so the "-post" switch would be
227 used instead. Applications may provide a different syntax for
228 supporting this distinction, and some may simply not provide it at all
229 ("-pre" is almost always what you're after, in reality).
230
231 How do I build a "dynamic" ENGINE?
232 ----------------------------------
233
234 This question is trickier - currently OpenSSL bundles various ENGINE
235 implementations that are statically built in, and any application that
236 calls the "ENGINE_load_builtin_engines()" function will automatically
237 have all such ENGINEs available (and occupying memory). Applications
238 that don't call that function have no ENGINEs available like that and
239 would have to use "dynamic" to load any such ENGINE - but on the other
240 hand such applications would only have the memory footprint of any
241 ENGINEs explicitly loaded using user/admin provided control commands.
242 The main advantage of not statically linking ENGINEs and only using
243 "dynamic" for hardware support is that any installation using no
244 "external" ENGINE suffers no unnecessary memory footprint from unused
245 ENGINEs. Likewise, installations that do require an ENGINE incur the
246 overheads from only *that* ENGINE once it has been loaded.
247
248 Sounds good? Maybe, but currently building an ENGINE implementation as
249 a shared-library that can be loaded by "dynamic" isn't automated in
250 OpenSSL's build process. It can be done manually quite easily however.
251 Such a shared-library can either be built with any OpenSSL code it
252 needs statically linked in, or it can link dynamically against OpenSSL
253 if OpenSSL itself is built as a shared library. The instructions are
254 the same in each case, but in the former (statically linked any
255 dependencies on OpenSSL) you must ensure OpenSSL is built with
256 position-independent code ("PIC"). The default OpenSSL compilation may
257 already specify the relevant flags to do this, but you should consult
258 with your compiler documentation if you are in any doubt.
259
260 This example will show building the "atalla" ENGINE in the
261 crypto/engine/ directory as a shared-library for use via the "dynamic"
262 ENGINE.
263
264   1. "cd" to the crypto/engine/ directory of a pre-compiled OpenSSL
265      source tree.
266
267   2. Recompile at least one source file so you can see all the compiler
268      flags (and syntax) being used to build normally. Eg;
269
270          touch hw_atalla.c ; make
271
272      will rebuild "hw_atalla.o" using all such flags.
273
274   3. Manually enter the same compilation line to compile the
275      "hw_atalla.c" file but with the following two changes;
276       * add "-DENGINE_DYNAMIC_SUPPORT" to the command line switches,
277       * change the output file from "hw_atalla.o" to something new,
278         eg. "tmp_atalla.o"
279
280   4. Link "tmp_atalla.o" into a shared-library using the top-level
281      OpenSSL libraries to resolve any dependencies. The syntax for doing
282      this depends heavily on your system/compiler and is a nightmare
283      known well to anyone who has worked with shared-library portability
284      before. 'gcc' on Linux, for example, would use the following syntax;
285
286          gcc -shared -o dyn_atalla.so tmp_atalla.o -L../.. -lcrypto
287
288   5. Test your shared library using "openssl engine" as explained in the
289      previous section. Eg. from the top-level directory, you might try
290
291          apps/openssl engine -vvvv dynamic \
292                -pre SO_PATH:./crypto/engine/dyn_atalla.so -pre LOAD
293
294 If the shared-library loads successfully, you will see both "-pre"
295 commands marked as "SUCCESS" and the list of control commands
296 displayed (because of "-vvvv") will be the control commands for the
297 *atalla* ENGINE (ie. *not* the 'dynamic' ENGINE). You can also add
298 the "-t" switch to the utility if you want it to try and initialise
299 the atalla ENGINE for use to test any possible hardware/driver issues.
300
301 PROBLEMS
302 ========
303
304 It seems like the ENGINE part doesn't work too well with CryptoSwift on Win32.
305 A quick test done right before the release showed that trying "openssl speed
306 -engine cswift" generated errors. If the DSO gets enabled, an attempt is made
307 to write at memory address 0x00000002.
308