src/tlsproxy.c

   1 /*
   2  * tlsproxy is a transparent TLS proxy for HTTPS connections.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2011  Simon Ruderich
   5  *
   6  * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9  * (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19
  20 #include <config.h>
  21
  22 #include <stdlib.h>
  23 #include <stdio.h>
  24 /* socket(), bind(), accept(), listen() */
  25 #include <sys/types.h>
  26 #include <sys/socket.h>
  27 /* close() */
  28 #include <unistd.h>
  29 /* htons() */
  30 #include <arpa/inet.h>
  31 /* getaddrinfo() */
  32 #include <netdb.h>
  33 /* strncmp() */
  34 #include <string.h>
  35 /* sigaction() */
  36 #include <signal.h>
  37 /* poll() */
  38 #include <poll.h>
  39 /* errno */
  40 #include <errno.h>
  41 /* pthread_*() */
  42 #include <pthread.h>
  43
  44 #include "sem.h"
  45
  46 /* Maximum line of the request line. Longer request lines are aborted with an
  47  * error. The standard doesn't specify a maximum line length but this should
  48  * be a good limit to make processing simpler. */
  49 #define MAX_REQUEST_LINE 4096
  50
  51 /* Size of ringbuffer. */
  52 #define RINGBUFFER_SIZE 10
  53
  54
  55 /* Server should shut down. Set by SIGINT handler. */
  56 static volatile int done;
  57
  58 /* Number of threads. */
  59 static size_t thread_count;
  60 /* Synchronized ring buffer storing accept()ed client sockets. */
  61 static int ringbuffer[RINGBUFFER_SIZE];
  62 static int ringbuffer_read;
  63 static int ringbuffer_write;
  64 static SEM *ringbuffer_full; /* At least one element in the buffer? */
  65 static SEM *ringbuffer_free; /* Space for another element in the buffer? */
  66 static SEM *ringbuffer_lock; /* Read lock. */
  67 /* Proxy hostname and port if specified on the command line. */
  68 static char *use_proxy_host;
  69 static char *use_proxy_port;
  70
  71
  72 static void sigint_handler(int signal);
  73
  74 static void parse_arguments(int argc, char **argv);
  75 static void print_usage(const char *argv);
  76
  77 static void worker_thread(void);
  78 static void handle_connection(int socket);
  79 static int read_http_request(FILE *client_fd, char *request, size_t length);
  80 static void send_close_bad_request(FILE *client_fd);
  81 static void send_close_forwarding_failure(FILE *client_fd);
  82
  83 static void transfer_data(int client, int server);
  84 static int read_from_write_to(int from, int to);
  85
  86 static int connect_to_host(const char *hostname, const char *port);
  87
  88 static int parse_request(const char *buffer, char *host, char *port,
  89                                              int *version_minor);
  90
  91
  92 int main(int argc, char **argv) {
  93     int port;
  94     int client_socket, server_socket;
  95     struct sockaddr_in6 server_in;
  96
  97     size_t i;
  98     pthread_t *threads;
  99
 100     struct sigaction action;
 101
 102     parse_arguments(argc, argv);
 103
 104     port = atoi(argv[argc - 1]);
 105     if (0 >= port || 0xffff < port) {
 106         print_usage(argv[0]);
 107         fprintf(stderr, "\ninvalid port");
 108         return EXIT_FAILURE;
 109     }
 110
 111     /* Setup our SIGINT signal handler which allows a "normal" termination of
 112      * the server. */
 113     sigemptyset(&action.sa_mask);
 114     action.sa_handler = sigint_handler;
 115     action.sa_flags   = 0;
 116     sigaction(SIGINT, &action, NULL);
 117
 118     /* Initialize ring buffer. */
 119     ringbuffer_read  = 0;
 120     ringbuffer_write = 0;
 121     ringbuffer_full  = sem_init(0);
 122     ringbuffer_free  = sem_init(RINGBUFFER_SIZE);
 123     ringbuffer_lock  = sem_init(1);
 124     if (NULL == ringbuffer_full
 125             || NULL == ringbuffer_free
 126             || NULL == ringbuffer_lock) {
 127         perror("sem_init()");
 128         return EXIT_FAILURE;
 129     }
 130
 131     /* Spawn worker threads to handle requests. */
 132     threads = (pthread_t *)malloc(thread_count * sizeof(pthread_t));
 133     if (NULL == threads) {
 134         perror("thread malloc failed");
 135         return EXIT_FAILURE;
 136     }
 137     for (i = 0; i < thread_count; i++) {
 138         int result;
 139         pthread_t thread;
 140
 141         result = pthread_create(&thread, NULL,
 142                                 (void * (*)(void *))&worker_thread,
 143                                 NULL);
 144         if (0 != result) {
 145             printf("failed to create worker thread: %s\n", strerror(result));
 146             return EXIT_FAILURE;
 147         }
 148
 149         threads[i] = thread;
 150     }
 151
 152     server_socket = socket(PF_INET6, SOCK_STREAM, 0);
 153     if (-1 == server_socket) {
 154         perror("socket()");
 155         return EXIT_FAILURE;
 156     }
 157
 158 #ifdef DEBUG
 159     /* Fast rebinding for debug mode, could cause invalid packets. */
 160     {
 161         int socket_option = 1;
 162         setsockopt(server_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
 163                    &socket_option, sizeof(socket_option));
 164     }
 165 #endif
 166
 167     /* Bind to the listen socket. */
 168     memset(&server_in, 0, sizeof(server_in));
 169     server_in.sin6_family = AF_INET6;              /* IPv6 (and IPv4) */
 170     server_in.sin6_addr   = in6addr_any;           /* bind to any address */
 171     server_in.sin6_port   = htons((uint16_t)port); /* port to bind to */
 172     if (-1 == bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_in,
 173                                   sizeof(server_in))) {
 174         perror("bind()");
 175         return EXIT_FAILURE;
 176     }
 177     /* And accept connections. */
 178     if (-1 == listen(server_socket, 5)) {
 179         perror("listen()");
 180         return EXIT_FAILURE;
 181     }
 182
 183 #ifdef DEBUG
 184     printf("Listening for connections on port %d.\n", port);
 185
 186     if (NULL != use_proxy_host && NULL != use_proxy_port) {
 187         printf("Using proxy: %s:%s.\n", use_proxy_host, use_proxy_port);
 188     }
 189 #endif
 190
 191     while (!done) {
 192         /* Accept new connection. */
 193         client_socket = accept(server_socket, NULL, NULL);
 194         if (-1 == client_socket) {
 195             perror("accept()");
 196             break;
 197         }
 198
 199         /* No lock, we only have one producer! */
 200         P(ringbuffer_free);
 201         ringbuffer[ringbuffer_write] = client_socket;
 202         ringbuffer_write = (ringbuffer_write + 1) % RINGBUFFER_SIZE;
 203         V(ringbuffer_full);
 204     }
 205
 206     close(server_socket);
 207
 208     /* Poison all threads and shut them down. */
 209     for (i = 0; i < thread_count; i++) {
 210         P(ringbuffer_free);
 211         ringbuffer[ringbuffer_write] = -1; /* poison */
 212         ringbuffer_write = (ringbuffer_write + 1) % RINGBUFFER_SIZE;
 213         V(ringbuffer_full);
 214     }
 215     for (i = 0; i < thread_count; i++) {
 216         errno = pthread_join(threads[i], NULL);
 217         if (0 != errno) {
 218             perror("pthread_join()");
 219             continue;
 220         }
 221     }
 222
 223     free(ringbuffer_full);
 224     free(ringbuffer_free);
 225     free(ringbuffer_lock);
 226
 227     free(threads);
 228
 229     free(use_proxy_host);
 230     free(use_proxy_port);
 231
 232     return EXIT_FAILURE;
 233 }
 234
 235 static void sigint_handler(int signal_number) {
 236     (void)signal_number;
 237
 238     done = 1;
 239 }
 240
 241 static void parse_arguments(int argc, char **argv) {
 242     int option;
 243
 244     /* Default values. */
 245     thread_count = 10;
 246
 247     while (-1 != (option = getopt(argc, argv, "p:t:h?"))) {
 248         switch (option) {
 249             case 'p': {
 250                 char *position;
 251
 252                 /* -p must have the format host:port. */
 253                 if (NULL == (position = strchr(optarg, ':'))
 254                         || position == optarg
 255                         || 0 == strlen(position + 1)
 256                         || 0 >= atoi(position + 1)
 257                         || 0xffff < atoi(position + 1)) {
 258                     fprintf(stderr, "-p host:port\n");
 259                     exit(EXIT_FAILURE);
 260                 }
 261
 262                 use_proxy_host = malloc((size_t)(position - optarg) + 1);
 263                 if (NULL == use_proxy_host) {
 264                     perror("malloc()");
 265                     exit(EXIT_FAILURE);
 266                 }
 267                 memcpy(use_proxy_host, optarg, (size_t)(position - optarg));
 268                 use_proxy_host[position - optarg] = '\0';
 269
 270                 use_proxy_port = malloc(strlen(position + 1) + 1);
 271                 if (NULL == use_proxy_port) {
 272                     perror("malloc()");
 273                     exit(EXIT_FAILURE);
 274                 }
 275                 strcpy(use_proxy_port, position + 1);
 276
 277                 break;
 278             }
 279             case 't': {
 280                 if (0 >= atoi(optarg)) {
 281                     fprintf(stderr, "-t positive number required\n");
 282                     exit(EXIT_FAILURE);
 283                 }
 284                 thread_count = (size_t)atoi(optarg);
 285                 break;
 286             }
 287             case 'h':
 288             default: /* '?' */
 289                 print_usage(argv[0]);
 290                 exit(EXIT_FAILURE);
 291         }
 292     }
 293
 294     if (optind >= argc) {
 295         print_usage(argv[0]);
 296         exit(EXIT_FAILURE);
 297     }
 298 }
 299 static void print_usage(const char *argv) {
 300     fprintf(stderr, "Usage: %s [-p host:port] port\n", argv);
 301     fprintf(stderr, "\n");
 302     fprintf(stderr, "-p proxy hostname and port\n");
 303     fprintf(stderr, "-t number of threads [default: 10]\n");
 304 }
 305
 306 static void worker_thread(void) {
 307     int client_socket;
 308
 309     for (;;) {
 310         /* Get next element from ring buffer. */
 311         P(ringbuffer_full);
 312         P(ringbuffer_lock);
 313         client_socket = ringbuffer[ringbuffer_read];
 314         ringbuffer_read = (ringbuffer_read + 1) % RINGBUFFER_SIZE;
 315         V(ringbuffer_lock);
 316         V(ringbuffer_free);
 317
 318         /* Negative value indicates we should shut down our thread. */
 319         if (client_socket < 0) {
 320             break;
 321         }
 322
 323         handle_connection(client_socket);
 324     }
 325 }
 326
 327 static void handle_connection(int client_socket) {
 328     int server_socket;
 329     FILE *client_fd, *server_fd;
 330
 331     char buffer[MAX_REQUEST_LINE];
 332     char host[MAX_REQUEST_LINE];
 333     char port[5 + 1];
 334
 335     int version_minor;
 336     int result;
 337
 338     client_fd = fdopen(client_socket, "a+");
 339     if (NULL == client_fd) {
 340         perror("fdopen()");
 341         close(client_socket);
 342         return;
 343     }
 344
 345 #ifdef DEBUG
 346     printf("New connection:\n");
 347 #endif
 348
 349     /* Read request line (CONNECT ..) and headers (they are discarded). */
 350     result = read_http_request(client_fd, buffer, sizeof(buffer));
 351     if (result == -1) {
 352         /* Read error. */
 353         return;
 354     } else if (result == -2) {
 355         /* EOF */
 356         send_close_bad_request(client_fd);
 357         return;
 358     }
 359
 360 #ifdef DEBUG
 361     printf("  request: %s", buffer);
 362 #endif
 363
 364     if (0 != parse_request(buffer, host, port, &version_minor)) {
 365         send_close_bad_request(client_fd);
 366 #ifdef DEBUG
 367         printf("  bad request\n");
 368 #endif
 369         return;
 370     }
 371
 372 #ifdef DEBUG
 373     printf("  %s:%s (HTTP 1.%d)\n", host, port, version_minor);
 374 #endif
 375
 376     /* Connect to proxy server or directly to server. */
 377     if (NULL != use_proxy_host && NULL != use_proxy_port) {
 378         server_socket = connect_to_host(use_proxy_host, use_proxy_port);
 379     } else {
 380         server_socket = connect_to_host(host, port);
 381     }
 382
 383     if (-1 == server_socket) {
 384         send_close_forwarding_failure(client_fd);
 385         return;
 386     }
 387     server_fd = fdopen(server_socket, "a+");
 388     if (NULL == server_fd) {
 389         send_close_forwarding_failure(client_fd);
 390         return;
 391     }
 392
 393     /* Connect to proxy if requested (command line option). */
 394     if (NULL != use_proxy_host && NULL != use_proxy_port) {
 395         fprintf(server_fd, "CONNECT %s:%s HTTP/1.0\r\n", host, port);
 396         fprintf(server_fd, "\r\n");
 397
 398         /* Read response line from proxy server. */
 399         result = read_http_request(server_fd, buffer, sizeof(buffer));
 400         if (result == -1) {
 401             /* Read error. */
 402             send_close_forwarding_failure(client_fd);
 403             return;
 404         } else if (result == -2) {
 405             /* EOF */
 406             fclose(server_fd);
 407             send_close_forwarding_failure(client_fd);
 408             return;
 409         }
 410
 411         /* Check response of proxy server. */
 412         if (0 != strncmp(buffer, "HTTP/1.0 200", 12)) {
 413 #ifdef DEBUG
 414             printf("  bad proxy response\n");
 415 #endif
 416             fclose(server_fd);
 417             send_close_forwarding_failure(client_fd);
 418             return;
 419         }
 420     }
 421
 422 #ifdef DEBUG
 423     printf("  connection to server established\n");
 424 #endif
 425
 426     /* We've established a connection, tell the client. */
 427     fprintf(client_fd, "HTTP/1.0 200 Connection established\r\n");
 428     fprintf(client_fd, "\r\n");
 429     fflush(client_fd);
 430
 431     /* And transfer all data between client and server transparently. */
 432     transfer_data(client_socket, server_socket);
 433
 434     fclose(client_fd);
 435     fclose(server_fd);
 436 }
 437
 438 /* Read HTTP request line and headers (ignored).
 439  *
 440  * On success 0 is returned, -1 on client error (we close client descriptor in
 441  * this case), -2 on unexpected EOF.
 442  */
 443 static int read_http_request(FILE *client_fd, char *request, size_t length) {
 444     char buffer[MAX_REQUEST_LINE];
 445
 446     if (NULL == fgets(request, (int)length, client_fd)) {
 447         if (ferror(client_fd)) {
 448             perror("fgets(), request");
 449             fclose(client_fd);
 450             return -1;
 451         }
 452
 453         return -2;
 454     }
 455
 456     while (NULL != fgets(buffer, MAX_REQUEST_LINE, client_fd)) {
 457         /* End of header. */
 458         if (0 == strcmp(buffer, "\n") || 0 == strcmp(buffer, "\r\n")) {
 459             break;
 460         }
 461     }
 462     if (ferror(client_fd)) {
 463         perror("fgets(), header");
 464         fclose(client_fd);
 465         return -1;
 466     }
 467
 468     return 0;
 469 }
 470
 471 static void send_close_bad_request(FILE *client_fd) {
 472     fprintf(client_fd, "HTTP/1.0 400 Bad Request\r\n");
 473     fprintf(client_fd, "\r\n");
 474     fclose(client_fd);
 475 }
 476 static void send_close_forwarding_failure(FILE *client_fd) {
 477     fprintf(client_fd, "HTTP/1.0 503 Forwarding failure\r\n");
 478     fprintf(client_fd, "\r\n");
 479     fclose(client_fd);
 480 }
 481
 482
 483 /* Transfer data between client and server sockets until one closes the
 484  * connection. */
 485 static void transfer_data(int client, int server) {
 486     struct pollfd fds[2];
 487     fds[0].fd      = client;
 488     fds[0].events  = POLLIN | POLLPRI | POLLHUP | POLLERR;
 489     fds[0].revents = 0;
 490     fds[1].fd      = server;
 491     fds[1].events  = POLLIN | POLLPRI | POLLHUP | POLLERR;
 492     fds[1].revents = 0;
 493
 494     for (;;) {
 495         int result = poll(fds, 2, -1 /* no timeout */);
 496         if (result < 0) {
 497             perror("poll()");
 498             return;
 499         }
 500
 501         /* Data available from client. */
 502         if (fds[0].revents & POLLIN || fds[0].revents & POLLPRI) {
 503             if (0 != read_from_write_to(client, server)) {
 504                 /* EOF (or other error) */
 505                 break;
 506             }
 507         }
 508         /* Data available from server. */
 509         if (fds[1].revents & POLLIN || fds[1].revents & POLLPRI) {
 510             if (0 != read_from_write_to(server, client)) {
 511                 /* EOF (or other error) */
 512                 break;
 513             }
 514         }
 515
 516         /* Client closed connection. */
 517         if (fds[0].revents & POLLERR || fds[0].revents & POLLHUP) {
 518             break;
 519         }
 520         /* Server closed connection. */
 521         if (fds[1].revents & POLLERR || fds[1].revents & POLLHUP) {
 522             break;
 523         }
 524     }
 525 }
 526
 527 /* Read available data from socket from and write it to socket to. At maximum
 528  * 4096 bytes are read/written. */
 529 static int read_from_write_to(int from, int to) {
 530     ssize_t size_read;
 531     ssize_t size_written;
 532     char buffer[4096];
 533
 534     size_read = read(from, buffer, sizeof(buffer));
 535     if (0 > size_read) {
 536         perror("read()");
 537         return -1;
 538     }
 539     /* EOF */
 540     if (0 == size_read) {
 541         return -1;
 542     }
 543
 544     size_written = write(to, buffer, (size_t)size_read);
 545     if (0 > size_written) {
 546         perror("write()");
 547         return -1;
 548     }
 549     if (size_read != size_written) {
 550         printf("only written %ld of %ld bytes!\n", (long int)size_read,
 551                                                    (long int)size_written);
 552         return -1;
 553     }
 554
 555     return 0;
 556 }
 557
 558
 559 static int connect_to_host(const char *hostname, const char *port) {
 560     struct addrinfo gai_hints;
 561     struct addrinfo *gai_result;
 562     int gai_return;
 563
 564     int server_socket;
 565     struct addrinfo *server;
 566
 567     if (NULL == hostname || NULL == port) {
 568         return -1;
 569     }
 570
 571     /* Get IP of hostname server. */
 572     memset(&gai_hints, 0, sizeof(gai_hints));
 573     gai_hints.ai_family   = AF_UNSPEC;
 574     gai_hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
 575     gai_hints.ai_protocol = 0;
 576     gai_hints.ai_flags    = AI_NUMERICSERV /* given port is numeric */
 577                           | AI_ADDRCONFIG  /* supported by this computer */
 578                           | AI_V4MAPPED;   /* support IPv4 through IPv6 */
 579     gai_return = getaddrinfo(hostname, port, &gai_hints, &gai_result);
 580     if (0 != gai_return) {
 581         perror("getaddrinfo()");
 582         return -1;
 583     }
 584
 585     /* Now try to connect to each server returned by getaddrinfo(), use the
 586      * first successful connect. */
 587     for (server = gai_result; NULL != server; server = server->ai_next) {
 588         server_socket = socket(server->ai_family,
 589                                server->ai_socktype,
 590                                server->ai_protocol);
 591         if (-1 == server_socket) {
 592             perror("socket(), trying next");
 593             continue;
 594         }
 595
 596         if (-1 != connect(server_socket, server->ai_addr,
 597                                          server->ai_addrlen)) {
 598             break;
 599         }
 600         perror("connect(), trying next");
 601
 602         close(server_socket);
 603     }
 604     /* Make sure we free the result from getaddrinfo(). */
 605     freeaddrinfo(gai_result);
 606
 607     if (NULL == server) {
 608         fprintf(stderr, "no server found, aborting\n");
 609         return -1;
 610     }
 611
 612     return server_socket;
 613 }
 614
 615
 616 /* Parse HTTP CONNECT request string and save its parameters.
 617  *
 618  * The following format is expected: "CONNECT host:port HTTP/1.y".
 619  *
 620  * request and host must have the same size! port must be at least 6 bytes
 621  * long (5 + '\0').
 622  */
 623 static int parse_request(const char *request, char *host, char *port,
 624                                               int *version_minor) {
 625     int port_unused; /* just used to verify the port is numeric */
 626     char *position;
 627
 628     /* scanf() doesn't check spaces. */
 629     if (0 != strncmp(request, "CONNECT ", 8)) {
 630         return -1;
 631     }
 632     /* Check request and extract data, "host:port" is not yet separated. */
 633     if (2 != sscanf(request, "CONNECT %s HTTP/1.%d",
 634                              host, version_minor)) {
 635         return -1;
 636     }
 637     /* Make sure ":port" is there. */
 638     if (NULL == (position = strchr(host, ':'))) {
 639         return -1;
 640     }
 641     /* Make sure port is numeric. */
 642     if (1 != sscanf(position + 1, "%d", &port_unused)) {
 643         return -1;
 644     }
 645     /* Store it in *port. */
 646     strncpy(port, position + 1, 5);
 647     port[5] = '\0';
 648     /* And remove port from host. */
 649     *position = '\0';
 650
 651     return 0;
 652 }