Instead of global data store it in an OPENSSL_CTX
[openssl.git] / crypto / property / property.c
1 /*
2  * Copyright 2019 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  * Copyright (c) 2019, Oracle and/or its affiliates.  All rights reserved.
4  *
5  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
6  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
7  * in the file LICENSE in the source distribution or at
8  * https://www.openssl.org/source/license.html
9  */
10
11 #include <string.h>
12 #include <stdio.h>
13 #include <stdarg.h>
14 #include <openssl/crypto.h>
15 #include "internal/property.h"
16 #include "internal/ctype.h"
17 #include <openssl/lhash.h>
18 #include <openssl/rand.h>
19 #include "internal/thread_once.h"
20 #include "internal/lhash.h"
21 #include "internal/sparse_array.h"
22 #include "property_lcl.h"
23
24 /* The number of elements in the query cache before we initiate a flush */
25 #define IMPL_CACHE_FLUSH_THRESHOLD  500
26
27 typedef struct {
28     OSSL_PROPERTY_LIST *properties;
29     void *method;
30     void (*method_destruct)(void *);
31 } IMPLEMENTATION;
32
33 DEFINE_STACK_OF(IMPLEMENTATION)
34
35 typedef struct {
36     const char *query;
37     void *method;
38     char body[1];
39 } QUERY;
40
41 DEFINE_LHASH_OF(QUERY);
42
43 typedef struct {
44     int nid;
45     STACK_OF(IMPLEMENTATION) *impls;
46     LHASH_OF(QUERY) *cache;
47 } ALGORITHM;
48
49 struct ossl_method_store_st {
50     OPENSSL_CTX *ctx;
51     size_t nelem;
52     SPARSE_ARRAY_OF(ALGORITHM) *algs;
53     OSSL_PROPERTY_LIST *global_properties;
54     int need_flush;
55     unsigned int nbits;
56     unsigned char rand_bits[(IMPL_CACHE_FLUSH_THRESHOLD + 7) / 8];
57     CRYPTO_RWLOCK *lock;
58 };
59
60 typedef struct {
61     OSSL_METHOD_STORE *store;
62     LHASH_OF(QUERY) *cache;
63     size_t nelem;
64 } IMPL_CACHE_FLUSH;
65
66 DEFINE_SPARSE_ARRAY_OF(ALGORITHM);
67
68 static void ossl_method_cache_flush(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid);
69 static void ossl_method_cache_flush_all(OSSL_METHOD_STORE *c);
70
71 int ossl_property_read_lock(OSSL_METHOD_STORE *p)
72 {
73     return p != NULL ? CRYPTO_THREAD_read_lock(p->lock) : 0;
74 }
75
76 int ossl_property_write_lock(OSSL_METHOD_STORE *p)
77 {
78     return p != NULL ? CRYPTO_THREAD_write_lock(p->lock) : 0;
79 }
80
81 int ossl_property_unlock(OSSL_METHOD_STORE *p)
82 {
83     return p != 0 ? CRYPTO_THREAD_unlock(p->lock) : 0;
84 }
85
86 static openssl_ctx_run_once_fn do_method_store_init;
87 int do_method_store_init(OPENSSL_CTX *ctx)
88 {
89     return ossl_property_parse_init(ctx);
90 }
91
92 static unsigned long query_hash(const QUERY *a)
93 {
94     return OPENSSL_LH_strhash(a->query);
95 }
96
97 static int query_cmp(const QUERY *a, const QUERY *b)
98 {
99     return strcmp(a->query, b->query);
100 }
101
102 static void impl_free(IMPLEMENTATION *impl)
103 {
104     if (impl != NULL) {
105         if (impl->method_destruct)
106             impl->method_destruct(impl->method);
107         OPENSSL_free(impl);
108     }
109 }
110
111 static void impl_cache_free(QUERY *elem)
112 {
113     OPENSSL_free(elem);
114 }
115
116 static void alg_cleanup(ossl_uintmax_t idx, ALGORITHM *a)
117 {
118     if (a != NULL) {
119         sk_IMPLEMENTATION_pop_free(a->impls, &impl_free);
120         lh_QUERY_doall(a->cache, &impl_cache_free);
121         lh_QUERY_free(a->cache);
122         OPENSSL_free(a);
123     }
124 }
125
126 /*
127  * The OPENSSL_CTX param here allows access to underlying property data needed
128  * for computation
129  */
130 OSSL_METHOD_STORE *ossl_method_store_new(OPENSSL_CTX *ctx)
131 {
132     OSSL_METHOD_STORE *res;
133
134     if (!openssl_ctx_run_once(ctx,
135                               OPENSSL_CTX_METHOD_STORE_RUN_ONCE_INDEX,
136                               do_method_store_init))
137         return NULL;
138
139     res = OPENSSL_zalloc(sizeof(*res));
140     if (res != NULL) {
141         res->ctx = ctx;
142         if ((res->algs = ossl_sa_ALGORITHM_new()) == NULL) {
143             OPENSSL_free(res);
144             return NULL;
145         }
146         if ((res->lock = CRYPTO_THREAD_lock_new()) == NULL) {
147             OPENSSL_free(res->algs);
148             OPENSSL_free(res);
149             return NULL;
150         }
151     }
152     return res;
153 }
154
155 void ossl_method_store_free(OSSL_METHOD_STORE *store)
156 {
157     if (store != NULL) {
158         ossl_sa_ALGORITHM_doall(store->algs, &alg_cleanup);
159         ossl_sa_ALGORITHM_free(store->algs);
160         ossl_property_free(store->global_properties);
161         CRYPTO_THREAD_lock_free(store->lock);
162         OPENSSL_free(store);
163     }
164 }
165
166 static ALGORITHM *ossl_method_store_retrieve(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid)
167 {
168     return ossl_sa_ALGORITHM_get(store->algs, nid);
169 }
170
171 static int ossl_method_store_insert(OSSL_METHOD_STORE *store, ALGORITHM *alg)
172 {
173         return ossl_sa_ALGORITHM_set(store->algs, alg->nid, alg);
174 }
175
176 int ossl_method_store_add(OSSL_METHOD_STORE *store,
177                           int nid, const char *properties,
178                           void *method, void (*method_destruct)(void *))
179 {
180     ALGORITHM *alg = NULL;
181     IMPLEMENTATION *impl;
182     int ret = 0;
183
184     if (nid <= 0 || method == NULL || store == NULL)
185         return 0;
186     if (properties == NULL)
187         properties = "";
188
189     /* Create new entry */
190     impl = OPENSSL_malloc(sizeof(*impl));
191     if (impl == NULL)
192         return 0;
193     impl->method = method;
194     impl->method_destruct = method_destruct;
195
196     /*
197      * Insert into the hash table if required.
198      *
199      * A write lock is used unconditionally because we wend our way down to the
200      * property string code which isn't locking friendly.
201      */
202     ossl_property_write_lock(store);
203     ossl_method_cache_flush(store, nid);
204     if ((impl->properties = ossl_prop_defn_get(store->ctx, properties)) == NULL) {
205         impl->properties = ossl_parse_property(store->ctx, properties);
206         if (impl->properties == NULL)
207             goto err;
208         ossl_prop_defn_set(store->ctx, properties, impl->properties);
209     }
210
211     alg = ossl_method_store_retrieve(store, nid);
212     if (alg == NULL) {
213         if ((alg = OPENSSL_zalloc(sizeof(*alg))) == NULL
214                 || (alg->impls = sk_IMPLEMENTATION_new_null()) == NULL
215                 || (alg->cache = lh_QUERY_new(&query_hash, &query_cmp)) == NULL)
216             goto err;
217         alg->nid = nid;
218         if (!ossl_method_store_insert(store, alg))
219             goto err;
220     }
221
222     /* Push onto stack */
223     if (sk_IMPLEMENTATION_push(alg->impls, impl))
224         ret = 1;
225     ossl_property_unlock(store);
226     if (ret == 0)
227         impl_free(impl);
228     return ret;
229
230 err:
231     ossl_property_unlock(store);
232     alg_cleanup(0, alg);
233     impl_free(impl);
234     return 0;
235 }
236
237 int ossl_method_store_remove(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid,
238                              const void *method)
239 {
240     ALGORITHM *alg = NULL;
241     int i;
242
243     if (nid <= 0 || method == NULL || store == NULL)
244         return 0;
245
246     ossl_property_write_lock(store);
247     ossl_method_cache_flush(store, nid);
248     alg = ossl_method_store_retrieve(store, nid);
249     if (alg == NULL) {
250         ossl_property_unlock(store);
251         return 0;
252     }
253
254     /*
255      * A sorting find then a delete could be faster but these stacks should be
256      * relatively small, so we avoid the overhead.  Sorting could also surprise
257      * users when result orderings change (even though they are not guaranteed).
258      */
259     for (i = 0; i < sk_IMPLEMENTATION_num(alg->impls); i++) {
260         IMPLEMENTATION *impl = sk_IMPLEMENTATION_value(alg->impls, i);
261
262         if (impl->method == method) {
263             sk_IMPLEMENTATION_delete(alg->impls, i);
264             ossl_property_unlock(store);
265             impl_free(impl);
266             return 1;
267         }
268     }
269     ossl_property_unlock(store);
270     return 0;
271 }
272
273 int ossl_method_store_fetch(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid,
274                             const char *prop_query, void **method)
275 {
276     ALGORITHM *alg;
277     IMPLEMENTATION *impl;
278     OSSL_PROPERTY_LIST *pq = NULL, *p2;
279     int ret = 0;
280     int j;
281
282     if (nid <= 0 || method == NULL || store == NULL)
283         return 0;
284
285     /*
286      * This only needs to be a read lock, because queries never create property
287      * names or value and thus don't modify any of the property string layer.
288      */
289     ossl_property_read_lock(store);
290     alg = ossl_method_store_retrieve(store, nid);
291     if (alg == NULL) {
292         ossl_property_unlock(store);
293         return 0;
294     }
295
296     if (prop_query == NULL) {
297         if ((impl = sk_IMPLEMENTATION_value(alg->impls, 0)) != NULL) {
298             *method = impl->method;
299             ret = 1;
300         }
301         goto fin;
302     }
303     pq = ossl_parse_query(store->ctx, prop_query);
304     if (pq == NULL)
305         goto fin;
306     if (store->global_properties != NULL) {
307         p2 = ossl_property_merge(pq, store->global_properties);
308         if (p2 == NULL)
309             goto fin;
310         ossl_property_free(pq);
311         pq = p2;
312     }
313     for (j = 0; j < sk_IMPLEMENTATION_num(alg->impls); j++) {
314         impl = sk_IMPLEMENTATION_value(alg->impls, j);
315
316         if (ossl_property_match(pq, impl->properties)) {
317             *method = impl->method;
318             ret = 1;
319             goto fin;
320         }
321     }
322 fin:
323     ossl_property_unlock(store);
324     ossl_property_free(pq);
325     return ret;
326 }
327
328 int ossl_method_store_set_global_properties(OSSL_METHOD_STORE *store,
329                                             const char *prop_query) {
330     int ret = 0;
331
332     if (store == NULL)
333         return 1;
334
335     ossl_property_write_lock(store);
336     ossl_method_cache_flush_all(store);
337     if (prop_query == NULL) {
338         ossl_property_free(store->global_properties);
339         store->global_properties = NULL;
340         ossl_property_unlock(store);
341         return 1;
342     }
343     store->global_properties = ossl_parse_query(store->ctx, prop_query);
344     ret = store->global_properties != NULL;
345     ossl_property_unlock(store);
346     return ret;
347 }
348
349 static void impl_cache_flush_alg(ossl_uintmax_t idx, ALGORITHM *alg)
350 {
351     lh_QUERY_doall(alg->cache, &impl_cache_free);
352     lh_QUERY_flush(alg->cache);
353 }
354
355 static void ossl_method_cache_flush(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid)
356 {
357     ALGORITHM *alg = ossl_method_store_retrieve(store, nid);
358
359     if (alg != NULL) {
360         store->nelem -= lh_QUERY_num_items(alg->cache);
361         impl_cache_flush_alg(0, alg);
362     }
363 }
364
365 static void ossl_method_cache_flush_all(OSSL_METHOD_STORE *store)
366 {
367     ossl_sa_ALGORITHM_doall(store->algs, &impl_cache_flush_alg);
368     store->nelem = 0;
369 }
370
371 IMPLEMENT_LHASH_DOALL_ARG(QUERY, IMPL_CACHE_FLUSH);
372
373 /*
374  * Flush an element from the query cache (perhaps).
375  *
376  * In order to avoid taking a write lock to keep accurate LRU information or
377  * using atomic operations to approximate similar, the procedure used here
378  * is to stochastically flush approximately half the cache.  Since generating
379  * random numbers is relatively expensive, we produce them in blocks and
380  * consume them as we go, saving generated bits between generations of flushes.
381  *
382  * This procedure isn't ideal, LRU would be better.  However, in normal
383  * operation, reaching a full cache would be quite unexpected.  It means
384  * that no steady state of algorithm queries has been reached.  I.e. it is most
385  * likely an attack of some form.  A suboptimal clearance strategy that doesn't
386  * degrade performance of the normal case is preferable to a more refined
387  * approach that imposes a performance impact.
388  */
389 static void impl_cache_flush_cache(QUERY *c, IMPL_CACHE_FLUSH *state)
390 {
391     OSSL_METHOD_STORE *store = state->store;
392     unsigned int n;
393
394     if (store->nbits == 0) {
395         if (!RAND_bytes(store->rand_bits, sizeof(store->rand_bits)))
396             return;
397         store->nbits = sizeof(store->rand_bits) * 8;
398     }
399     n = --store->nbits;
400     if ((store->rand_bits[n >> 3] & (1 << (n & 7))) != 0)
401         OPENSSL_free(lh_QUERY_delete(state->cache, c));
402     else
403         state->nelem++;
404 }
405
406 static void impl_cache_flush_one_alg(ossl_uintmax_t idx, ALGORITHM *alg,
407                                      void *v)
408 {
409     IMPL_CACHE_FLUSH *state = (IMPL_CACHE_FLUSH *)v;
410
411     state->cache = alg->cache;
412     lh_QUERY_doall_IMPL_CACHE_FLUSH(state->cache, &impl_cache_flush_cache,
413                                     state);
414 }
415
416 static void ossl_method_cache_flush_some(OSSL_METHOD_STORE *store)
417 {
418     IMPL_CACHE_FLUSH state;
419
420     state.nelem = 0;
421     state.store = store;
422     ossl_sa_ALGORITHM_doall_arg(store->algs, &impl_cache_flush_one_alg, &state);
423     store->need_flush = 0;
424     store->nelem = state.nelem;
425 }
426
427 int ossl_method_store_cache_get(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid,
428                                 const char *prop_query, void **method)
429 {
430     ALGORITHM *alg;
431     QUERY elem, *r;
432
433     if (nid <= 0 || store == NULL)
434         return 0;
435
436     ossl_property_read_lock(store);
437     alg = ossl_method_store_retrieve(store, nid);
438     if (alg == NULL) {
439         ossl_property_unlock(store);
440         return 0;
441     }
442
443     elem.query = prop_query != NULL ? prop_query : "";
444     r = lh_QUERY_retrieve(alg->cache, &elem);
445     if (r == NULL) {
446         ossl_property_unlock(store);
447         return 0;
448     }
449     *method = r->method;
450     ossl_property_unlock(store);
451     return 1;
452 }
453
454 int ossl_method_store_cache_set(OSSL_METHOD_STORE *store, int nid,
455                                 const char *prop_query, void *method)
456 {
457     QUERY elem, *old, *p = NULL;
458     ALGORITHM *alg;
459     size_t len;
460
461     if (nid <= 0 || store == NULL)
462         return 0;
463     if (prop_query == NULL)
464         return 1;
465
466     ossl_property_write_lock(store);
467     if (store->need_flush)
468         ossl_method_cache_flush_some(store);
469     alg = ossl_method_store_retrieve(store, nid);
470     if (alg == NULL) {
471         ossl_property_unlock(store);
472         return 0;
473     }
474
475     if (method == NULL) {
476         elem.query = prop_query;
477         lh_QUERY_delete(alg->cache, &elem);
478         ossl_property_unlock(store);
479         return 1;
480     }
481     p = OPENSSL_malloc(sizeof(*p) + (len = strlen(prop_query)));
482     if (p != NULL) {
483         p->query = p->body;
484         p->method = method;
485         memcpy((char *)p->query, prop_query, len + 1);
486         if ((old = lh_QUERY_insert(alg->cache, p)) != NULL)
487             OPENSSL_free(old);
488         if (old != NULL || !lh_QUERY_error(alg->cache)) {
489             store->nelem++;
490             if (store->nelem >= IMPL_CACHE_FLUSH_THRESHOLD)
491                 store->need_flush = 1;
492             ossl_property_unlock(store);
493             return 1;
494         }
495     }
496     ossl_property_unlock(store);
497     OPENSSL_free(p);
498     return 0;
499 }