test/recipes/70-test_sslsigalgs.t

   1 #! /usr/bin/env perl
   2 # Copyright 2016-2021 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3 #
   4 # Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   5 # this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6 # in the file LICENSE in the source distribution or at
   7 # https://www.openssl.org/source/license.html
   8
   9 use strict;
  10 use OpenSSL::Test qw/:DEFAULT cmdstr srctop_file bldtop_dir/;
  11 use OpenSSL::Test::Utils;
  12 use TLSProxy::Proxy;
  13
  14 my $test_name = "test_sslsigalgs";
  15 setup($test_name);
  16
  17 plan skip_all => "TLSProxy isn't usable on $^O"
  18     if $^O =~ /^(VMS)$/;
  19
  20 plan skip_all => "$test_name needs the dynamic engine feature enabled"
  21     if disabled("engine") || disabled("dynamic-engine");
  22
  23 plan skip_all => "$test_name needs the sock feature enabled"
  24     if disabled("sock");
  25
  26 plan skip_all => "$test_name needs TLS1.2 or TLS1.3 enabled"
  27     if disabled("tls1_2") && disabled("tls1_3");
  28
  29 my $proxy = TLSProxy::Proxy->new(
  30     undef,
  31     cmdstr(app(["openssl"]), display => 1),
  32     srctop_file("apps", "server.pem"),
  33     (!$ENV{HARNESS_ACTIVE} || $ENV{HARNESS_VERBOSE})
  34 );
  35
  36 use constant {
  37     NO_SIG_ALGS_EXT => 0,
  38     EMPTY_SIG_ALGS_EXT => 1,
  39     NO_KNOWN_SIG_ALGS => 2,
  40     NO_PSS_SIG_ALGS => 3,
  41     PSS_ONLY_SIG_ALGS => 4,
  42     PURE_SIGALGS => 5,
  43     COMPAT_SIGALGS => 6,
  44     SIGALGS_CERT_ALL => 7,
  45     SIGALGS_CERT_PKCS => 8,
  46     SIGALGS_CERT_INVALID => 9,
  47     UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT => 10,
  48     UNRECOGNIZED_SIGALG => 11
  49 };
  50
  51 #Note: Throughout this test we override the default ciphersuites where TLSv1.2
  52 #      is expected to ensure that a ServerKeyExchange message is sent that uses
  53 #      the sigalgs
  54
  55 #Test 1: Default sig algs should succeed
  56 $proxy->clientflags("-no_tls1_3") if disabled("ec") && disabled("dh");
  57 $proxy->start() or plan skip_all => "Unable to start up Proxy for tests";
  58 plan tests => 26;
  59 ok(TLSProxy::Message->success, "Default sigalgs");
  60 my $testtype;
  61
  62 SKIP: {
  63     skip "TLSv1.3 disabled", 6
  64         if disabled("tls1_3") || (disabled("ec") && disabled("dh"));
  65
  66     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
  67
  68     #Test 2: Sending no sig algs extension in TLSv1.3 should fail
  69     $proxy->clear();
  70     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
  71     $proxy->start();
  72     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.3 sigalgs");
  73
  74     #Test 3: Sending an empty sig algs extension in TLSv1.3 should fail
  75     $proxy->clear();
  76     $testtype = EMPTY_SIG_ALGS_EXT;
  77     $proxy->start();
  78     ok(TLSProxy::Message->fail, "Empty TLSv1.3 sigalgs");
  79
  80     #Test 4: Sending a list with no recognised sig algs in TLSv1.3 should fail
  81     $proxy->clear();
  82     $testtype = NO_KNOWN_SIG_ALGS;
  83     $proxy->start();
  84     ok(TLSProxy::Message->fail, "No known TLSv1.3 sigalgs");
  85
  86     #Test 5: Sending a sig algs list without pss for an RSA cert in TLSv1.3
  87     #        should fail
  88     $proxy->clear();
  89     $testtype = NO_PSS_SIG_ALGS;
  90     $proxy->start();
  91     ok(TLSProxy::Message->fail, "No PSS TLSv1.3 sigalgs");
  92
  93     #Test 6: Sending only TLSv1.3 PSS sig algs in TLSv1.3 should succeed
  94     #TODO(TLS1.3): Do we need to verify the cert to make sure its a PSS only
  95     #cert in this case?
  96     $proxy->clear();
  97     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
  98     $proxy->start();
  99     ok(TLSProxy::Message->success, "PSS only sigalgs in TLSv1.3");
 100
 101     #Test 7: Modify the CertificateVerify sigalg from rsa_pss_rsae_sha256 to
 102     #        rsa_pss_pss_sha256. This should fail because the public key OID
 103     #        in the certificate is rsaEncryption and not rsassaPss
 104     $proxy->filter(\&modify_cert_verify_sigalg);
 105     $proxy->clear();
 106     $proxy->start();
 107     ok(TLSProxy::Message->fail,
 108        "Mismatch between CertVerify sigalg and public key OID");
 109 }
 110
 111 SKIP: {
 112     skip "EC or TLSv1.3 disabled", 1
 113         if disabled("tls1_3") || disabled("ec");
 114     #Test 8: Sending a valid sig algs list but not including a sig type that
 115     #        matches the certificate should fail in TLSv1.3.
 116     $proxy->clear();
 117     $proxy->clientflags("-sigalgs ECDSA+SHA256");
 118     $proxy->filter(undef);
 119     $proxy->start();
 120     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching TLSv1.3 sigalgs");
 121 }
 122
 123 SKIP: {
 124     skip "EC, TLSv1.3 or TLSv1.2 disabled", 1
 125         if disabled("tls1_2") || disabled("tls1_3") || disabled("ec");
 126
 127     #Test 9: Sending a full list of TLSv1.3 sig algs but negotiating TLSv1.2
 128     #        should succeed
 129     $proxy->clear();
 130     $proxy->serverflags("-no_tls1_3");
 131     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 132     $proxy->filter(undef);
 133     $proxy->start();
 134     ok(TLSProxy::Message->success, "TLSv1.3 client TLSv1.2 server");
 135 }
 136
 137 SKIP: {
 138     skip "EC or TLSv1.2 disabled", 10 if disabled("tls1_2") || disabled("ec");
 139
 140     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
 141
 142     #Test 10: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 will make it use
 143     #         SHA1, which is only supported at security level 0.
 144     $proxy->clear();
 145     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 146     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 147     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA:\@SECLEVEL=0");
 148     $proxy->start();
 149     ok(TLSProxy::Message->success, "No TLSv1.2 sigalgs seclevel 0");
 150
 151     #Test 11: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should fail at security
 152     #         level 1 since it will try to use SHA1. Testing client at level 0,
 153     #         server level 1.
 154     $proxy->clear();
 155     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 156     $proxy->clientflags("-tls1_2 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 157     $proxy->ciphers("DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 158     $proxy->start();
 159     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.2 sigalgs server seclevel 1");
 160
 161     #Test 12: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should fail at security
 162     #         level 1 since it will try to use SHA1. Testing client at level 1,
 163     #         server level 0.
 164     $proxy->clear();
 165     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 166     $proxy->clientflags("-tls1_2 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 167     $proxy->ciphers("DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 168     $proxy->start();
 169     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.2 sigalgs client seclevel 2");
 170
 171     #Test 13: Sending an empty sig algs extension in TLSv1.2 should fail
 172     $proxy->clear();
 173     $testtype = EMPTY_SIG_ALGS_EXT;
 174     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 175     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 176     $proxy->start();
 177     ok(TLSProxy::Message->fail, "Empty TLSv1.2 sigalgs");
 178
 179     #Test 14: Sending a list with no recognised sig algs in TLSv1.2 should fail
 180     $proxy->clear();
 181     $testtype = NO_KNOWN_SIG_ALGS;
 182     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 183     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 184     $proxy->start();
 185     ok(TLSProxy::Message->fail, "No known TLSv1.3 sigalgs");
 186
 187     #Test 15: Sending a sig algs list without pss for an RSA cert in TLSv1.2
 188     #         should succeed
 189     $proxy->clear();
 190     $testtype = NO_PSS_SIG_ALGS;
 191     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 192     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 193     $proxy->start();
 194     ok(TLSProxy::Message->success, "No PSS TLSv1.2 sigalgs");
 195
 196     #Test 16: Sending only TLSv1.3 PSS sig algs in TLSv1.2 should succeed
 197     $proxy->clear();
 198     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
 199     $proxy->serverflags("-no_tls1_3");
 200     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 201     $proxy->start();
 202     ok(TLSProxy::Message->success, "PSS only sigalgs in TLSv1.2");
 203
 204     #Test 17: Responding with a sig alg we did not send in TLSv1.2 should fail
 205     #         We send rsa_pkcs1_sha256 and respond with rsa_pss_rsae_sha256
 206     #         TODO(TLS1.3): Add a similar test to the TLSv1.3 section above
 207     #         when we have an API capable of configuring the TLSv1.3 sig algs
 208     $proxy->clear();
 209     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
 210     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -sigalgs RSA+SHA256");
 211     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 212     $proxy->start();
 213     ok(TLSProxy::Message->fail, "Sigalg we did not send in TLSv1.2");
 214
 215     #Test 18: Sending a valid sig algs list but not including a sig type that
 216     #         matches the certificate should fail in TLSv1.2
 217     $proxy->clear();
 218     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -sigalgs ECDSA+SHA256");
 219     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 220     $proxy->filter(undef);
 221     $proxy->start();
 222     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching TLSv1.2 sigalgs");
 223     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
 224
 225     #Test 19: No sig algs extension, ECDSA cert, will use SHA1,
 226     #         TLSv1.2 should succeed at security level 0
 227     $proxy->clear();
 228     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 229     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 230     $proxy->serverflags("-cert " . srctop_file("test", "certs",
 231                                                "server-ecdsa-cert.pem") .
 232                         " -key " . srctop_file("test", "certs",
 233                                                "server-ecdsa-key.pem")),
 234     $proxy->ciphers("ECDHE-ECDSA-AES128-SHA:\@SECLEVEL=0");
 235     $proxy->start();
 236     ok(TLSProxy::Message->success, "No TLSv1.2 sigalgs, ECDSA");
 237 }
 238
 239 my ($dsa_status, $sha1_status, $sha224_status);
 240 SKIP: {
 241     skip "TLSv1.3 disabled", 2
 242         if disabled("tls1_3")
 243            || disabled("dsa")
 244            || (disabled("ec") && disabled("dh"));
 245     #Test 20: signature_algorithms with 1.3-only ClientHello
 246     $testtype = PURE_SIGALGS;
 247     $dsa_status = $sha1_status = $sha224_status = 0;
 248     $proxy->clear();
 249     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 250     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_filter);
 251     $proxy->start();
 252     ok($dsa_status && $sha1_status && $sha224_status,
 253        "DSA and SHA1 sigalgs not sent for 1.3-only ClientHello");
 254
 255     #Test 21: signature_algorithms with backwards compatible ClientHello
 256     SKIP: {
 257         skip "TLSv1.2 disabled", 1 if disabled("tls1_2");
 258         $testtype = COMPAT_SIGALGS;
 259         $dsa_status = $sha1_status = $sha224_status = 0;
 260         $proxy->clear();
 261         $proxy->clientflags("-cipher AES128-SHA\@SECLEVEL=0");
 262         $proxy->filter(\&modify_sigalgs_filter);
 263         $proxy->start();
 264         ok($dsa_status && $sha1_status && $sha224_status,
 265            "backwards compatible sigalg sent for compat ClientHello");
 266    }
 267 }
 268
 269 SKIP: {
 270     skip "TLSv1.3 disabled", 5
 271         if disabled("tls1_3") || (disabled("ec") && disabled("dh"));
 272     #Test 22: Insert signature_algorithms_cert that match normal sigalgs
 273     $testtype = SIGALGS_CERT_ALL;
 274     $proxy->clear();
 275     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 276     $proxy->start();
 277     ok(TLSProxy::Message->success, "sigalgs_cert in TLSv1.3");
 278
 279     #Test 23: Insert signature_algorithms_cert that forces PKCS#1 cert
 280     $testtype = SIGALGS_CERT_PKCS;
 281     $proxy->clear();
 282     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 283     $proxy->start();
 284     ok(TLSProxy::Message->success, "sigalgs_cert in TLSv1.3 with PKCS#1 cert");
 285
 286     #Test 24: Insert signature_algorithms_cert that fails
 287     $testtype = SIGALGS_CERT_INVALID;
 288     $proxy->clear();
 289     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 290     $proxy->start();
 291     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching certificate for sigalgs_cert");
 292
 293     #Test 25: Send an unrecognized signature_algorithms_cert
 294     #        We should be able to skip over the unrecognized value and use a
 295     #        valid one that appears later in the list.
 296     $proxy->clear();
 297     $proxy->filter(\&inject_unrecognized_sigalg);
 298     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 299     # Use -xcert to get SSL_check_chain() to run in the cert_cb.  This is
 300     # needed to trigger (e.g.) CVE-2020-1967
 301     $proxy->serverflags("" .
 302             " -xcert " . srctop_file("test", "certs", "servercert.pem") .
 303             " -xkey " . srctop_file("test", "certs", "serverkey.pem") .
 304             " -xchain " . srctop_file("test", "certs", "rootcert.pem"));
 305     $testtype = UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT;
 306     $proxy->start();
 307     ok(TLSProxy::Message->success(), "Unrecognized sigalg_cert in ClientHello");
 308
 309     #Test 26: Send an unrecognized signature_algorithms
 310     #        We should be able to skip over the unrecognized value and use a
 311     #        valid one that appears later in the list.
 312     $proxy->clear();
 313     $proxy->filter(\&inject_unrecognized_sigalg);
 314     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 315     $proxy->serverflags("" .
 316             " -xcert " . srctop_file("test", "certs", "servercert.pem") .
 317             " -xkey " . srctop_file("test", "certs", "serverkey.pem") .
 318             " -xchain " . srctop_file("test", "certs", "rootcert.pem"));
 319     $testtype = UNRECOGNIZED_SIGALG;
 320     $proxy->start();
 321     ok(TLSProxy::Message->success(), "Unrecognized sigalg in ClientHello");
 322 }
 323
 324
 325
 326 sub sigalgs_filter
 327 {
 328     my $proxy = shift;
 329
 330     # We're only interested in the initial ClientHello
 331     if ($proxy->flight != 0) {
 332         return;
 333     }
 334
 335     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 336         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 337             if ($testtype == NO_SIG_ALGS_EXT) {
 338                 $message->delete_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS);
 339             } else {
 340                 my $sigalg;
 341                 if ($testtype == EMPTY_SIG_ALGS_EXT) {
 342                     $sigalg = pack "C2", 0x00, 0x00;
 343                 } elsif ($testtype == NO_KNOWN_SIG_ALGS) {
 344                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0xff, 0xff;
 345                 } elsif ($testtype == NO_PSS_SIG_ALGS) {
 346                     #No PSS sig algs - just send rsa_pkcs1_sha256
 347                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0x04, 0x01;
 348                 } else {
 349                     #PSS sig algs only - just send rsa_pss_rsae_sha256
 350                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0x08, 0x04;
 351                 }
 352                 $message->set_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS, $sigalg);
 353             }
 354
 355             $message->repack();
 356         }
 357     }
 358 }
 359
 360 sub modify_sigalgs_filter
 361 {
 362     my $proxy = shift;
 363
 364     # We're only interested in the initial ClientHello
 365     return if ($proxy->flight != 0);
 366
 367     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 368         my $ext;
 369         my @algs;
 370
 371         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 372             if ($testtype == PURE_SIGALGS) {
 373                 my $ok = 1;
 374                 $ext = $message->extension_data->{TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS};
 375                 @algs = unpack('S>*', $ext);
 376                 # unpack will unpack the length as well
 377                 shift @algs;
 378                 foreach (@algs) {
 379                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA256
 380                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA384
 381                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA512
 382                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_DSA_SHA224
 383                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA1
 384                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA1
 385                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_ECDSA_SHA1) {
 386                         $ok = 0;
 387                     }
 388                 }
 389                 $sha1_status = $dsa_status = $sha224_status = 1 if ($ok);
 390             } elsif ($testtype == COMPAT_SIGALGS) {
 391                 $ext = $message->extension_data->{TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS};
 392                 @algs = unpack('S>*', $ext);
 393                 # unpack will unpack the length as well
 394                 shift @algs;
 395                 foreach (@algs) {
 396                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA256
 397                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA384
 398                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA512) {
 399                         $dsa_status = 1;
 400                     }
 401                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA1
 402                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA1
 403                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_ECDSA_SHA1) {
 404                         $sha1_status = 1;
 405                     }
 406                     if ($_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA224
 407                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_DSA_SHA224
 408                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_ECDSA_SHA224) {
 409                         $sha224_status = 1;
 410                     }
 411                 }
 412             }
 413         }
 414     }
 415 }
 416
 417 sub modify_sigalgs_cert_filter
 418 {
 419     my $proxy = shift;
 420
 421     # We're only interested in the initial ClientHello
 422     if ($proxy->flight != 0) {
 423         return;
 424     }
 425
 426     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 427         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 428             my $sigs;
 429             # two byte length at front of sigs, then two-byte sigschemes
 430             if ($testtype == SIGALGS_CERT_ALL) {
 431                 $sigs = pack "C26", 0x00, 0x18,
 432                              # rsa_pkcs_sha{256,512}  rsa_pss_rsae_sha{256,512}
 433                              0x04, 0x01,  0x06, 0x01,  0x08, 0x04,  0x08, 0x06,
 434                              # ed25518    ed448        rsa_pss_pss_sha{256,512}
 435                              0x08, 0x07,  0x08, 0x08,  0x08, 0x09,  0x08, 0x0b,
 436                              # ecdsa_secp{256,512}     rsa+sha1     ecdsa+sha1
 437                              0x04, 0x03,  0x06, 0x03,  0x02, 0x01,  0x02, 0x03;
 438             } elsif ($testtype == SIGALGS_CERT_PKCS) {
 439                 $sigs = pack "C10", 0x00, 0x08,
 440                              # rsa_pkcs_sha{256,384,512,1}
 441                              0x04, 0x01,  0x05, 0x01,  0x06, 0x01,  0x02, 0x01;
 442             } elsif ($testtype == SIGALGS_CERT_INVALID) {
 443                 $sigs = pack "C4", 0x00, 0x02,
 444                              # unregistered codepoint
 445                              0xb2, 0x6f;
 446             }
 447             $message->set_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS_CERT, $sigs);
 448             $message->repack();
 449         }
 450     }
 451 }
 452
 453 sub modify_cert_verify_sigalg
 454 {
 455     my $proxy = shift;
 456
 457     # We're only interested in the CertificateVerify
 458     if ($proxy->flight != 1) {
 459         return;
 460     }
 461
 462     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 463         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CERTIFICATE_VERIFY) {
 464             $message->sigalg(TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PSS_PSS_SHA256);
 465             $message->repack();
 466         }
 467     }
 468 }
 469
 470 sub inject_unrecognized_sigalg
 471 {
 472     my $proxy = shift;
 473     my $type;
 474
 475     # We're only interested in the initial ClientHello
 476     if ($proxy->flight != 0) {
 477         return;
 478     }
 479     if ($testtype == UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT) {
 480         $type = TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS_CERT;
 481     } elsif ($testtype == UNRECOGNIZED_SIGALG) {
 482         $type = TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS;
 483     } else {
 484         return;
 485     }
 486
 487     my $ext = pack "C8",
 488         0x00, 0x06, #Extension length
 489         0xfe, 0x18, #private use
 490         0x04, 0x01, #rsa_pkcs1_sha256
 491         0x08, 0x04; #rsa_pss_rsae_sha256;
 492     my $message = ${$proxy->message_list}[0];
 493     $message->set_extension($type, $ext);
 494     $message->repack;
 495 }