src/tlsproxy.c

   1 /*
   2  * tlsproxy is a TLS proxy for HTTPS which intercepts the connections and
   3  * ensures the server certificate doesn't change. Normally this isn't detected
   4  * if a trusted CA for the new server certificate is installed.
   5  *
   6  * Copyright (C) 2011-2014  Simon Ruderich
   7  *
   8  * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  11  * (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  20  */
  21
  22 #include "tlsproxy.h"
  23 #include "sem.h"
  24 #include "connection.h"
  25
  26 #include <arpa/inet.h>
  27 #include <assert.h>
  28 #include <errno.h>
  29 #include <limits.h>
  30 #include <netinet/in.h>
  31 #include <pthread.h>
  32 #include <signal.h>
  33 #include <stdint.h>
  34 #include <sys/socket.h>
  35 #include <sys/stat.h>
  36 #include <sys/types.h>
  37
  38 #if GNUTLS_VERSION_NUMBER <= 0x020b00
  39 /* Necessary for GnuTLS when used with threads. */
  40 #include <gcrypt.h>
  41 GCRY_THREAD_OPTION_PTHREAD_IMPL;
  42 #endif
  43
  44
  45 /* Size of ringbuffer. */
  46 #define RINGBUFFER_SIZE 10
  47
  48
  49 /* For gnutls_*() functions. */
  50 #define GNUTLS_ERROR_EXIT(error, message) \
  51     if (error != GNUTLS_E_SUCCESS) { \
  52         fprintf(stderr, "%s: %s\n", message, gnutls_strerror(error)); \
  53         exit(EXIT_FAILURE); \
  54     }
  55
  56
  57 /* Server should shut down. Set by SIGINT handler. */
  58 static volatile int done; /* = 0 */
  59
  60 /* Number of threads. */
  61 static size_t thread_count;
  62
  63 /* Synchronized ring buffer storing accept()ed client sockets. */
  64 static int ringbuffer[RINGBUFFER_SIZE];
  65 static int ringbuffer_read;
  66 static int ringbuffer_write;
  67 static SEM *ringbuffer_full; /* At least one element in the buffer? */
  68 static SEM *ringbuffer_free; /* Space for another element in the buffer? */
  69 static SEM *ringbuffer_lock; /* Read lock. */
  70
  71
  72 #ifdef DEBUG
  73 static void sigint_handler(int signal);
  74 #endif
  75
  76 static void parse_arguments(int argc, char **argv);
  77 static void print_usage(const char *argv);
  78 static char *slurp_text_file(const char *path);
  79
  80 static void initialize_gnutls(void);
  81 static void deinitialize_gnutls(void);
  82
  83 static void *worker_thread(void *unused);
  84
  85
  86 int main(int argc, char **argv) {
  87     int port;
  88     int client_socket, server_socket;
  89 #ifdef USE_IPV4_ONLY
  90     struct sockaddr_in server_in;
  91 #else
  92     struct sockaddr_in6 server_in;
  93 #endif
  94
  95     size_t i;
  96     pthread_t *threads;
  97
  98     struct sigaction action;
  99
 100     /* Required in a few places. */
 101     ct_assert(sizeof(size_t) >= sizeof(int));
 102     ct_assert(sizeof(size_t) >= sizeof(ssize_t));
 103
 104     parse_arguments(argc, argv);
 105
 106     port = atoi(argv[argc - 1]);
 107     if (port <= 0 || port > 0xffff ) {
 108         fprintf(stderr, "invalid port: '%s'\n", argv[argc - 1]);
 109         return EXIT_FAILURE;
 110     }
 111
 112     memset(&action, 0, sizeof(action));
 113     sigemptyset(&action.sa_mask);
 114 #ifdef DEBUG
 115     /* Setup our SIGINT signal handler which allows a "normal" termination of
 116      * the server in DEBUG mode. */
 117     action.sa_handler = sigint_handler;
 118     sigaction(SIGINT, &action, NULL);
 119 #endif
 120     /* Ignore SIGPIPEs. */
 121     action.sa_handler = SIG_IGN;
 122     sigaction(SIGPIPE, &action, NULL);
 123
 124     /* Initialize ring buffer. */
 125     ringbuffer_read  = 0;
 126     ringbuffer_write = 0;
 127     ringbuffer_full  = sem_init(0);
 128     ringbuffer_free  = sem_init(RINGBUFFER_SIZE);
 129     ringbuffer_lock  = sem_init(1);
 130     if (NULL == ringbuffer_full
 131             || NULL == ringbuffer_free
 132             || NULL == ringbuffer_lock) {
 133         perror("sem_init()");
 134         return EXIT_FAILURE;
 135     }
 136
 137     initialize_gnutls();
 138
 139     /* Spawn worker threads to handle requests. */
 140     threads = malloc(thread_count * sizeof(*threads));
 141     if (threads == NULL) {
 142         perror("thread malloc failed");
 143         return EXIT_FAILURE;
 144     }
 145     for (i = 0; i < thread_count; i++) {
 146         errno = pthread_create(threads + i, NULL, &worker_thread, NULL);
 147         if (errno != 0) {
 148             perror("failed to create worker thread");
 149             return EXIT_FAILURE;
 150         }
 151     }
 152
 153 #ifdef USE_IPV4_ONLY
 154     server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 155 #else
 156     server_socket = socket(AF_INET6, SOCK_STREAM, 0);
 157 #endif
 158     if (server_socket < 0) {
 159         perror("socket()");
 160         return EXIT_FAILURE;
 161     }
 162
 163     /* Fast rebinding for debug mode, could cause invalid packets. */
 164     if (global_log_level >= LOG_DEBUG1_LEVEL) {
 165         int socket_option = 1;
 166         setsockopt(server_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
 167                    &socket_option, sizeof(socket_option));
 168     }
 169
 170     /* Bind to the listen socket. */
 171     memset(&server_in, 0, sizeof(server_in));
 172 #ifdef USE_IPV4_ONLY
 173     server_in.sin_family      = AF_INET;               /* IPv4 only */
 174     server_in.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);     /* bind to any address */
 175     server_in.sin_port        = htons((uint16_t)port); /* port to bind to */
 176 #else
 177     server_in.sin6_family = AF_INET6;              /* IPv6 (and IPv4) */
 178     server_in.sin6_addr   = in6addr_any;           /* bind to any address */
 179     server_in.sin6_port   = htons((uint16_t)port); /* port to bind to */
 180 #endif
 181     if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_in,
 182                             sizeof(server_in)) != 0) {
 183         perror("bind()");
 184         return EXIT_FAILURE;
 185     }
 186     /* And accept connections. */
 187     if (listen(server_socket, 5) != 0) {
 188         perror("listen()");
 189         return EXIT_FAILURE;
 190     }
 191
 192     if (global_log_level >= LOG_DEBUG1_LEVEL) {
 193         printf("tlsproxy %s\n", VERSION);
 194         printf("Listening for connections on port %d.\n", port);
 195         printf("Priority string: %s.\n", PROXY_TLS_PRIORITIES);
 196
 197         if (global_proxy_host != NULL && global_proxy_port != NULL) {
 198             printf("Using proxy: %s:%s.\n", global_proxy_host,
 199                                             global_proxy_port);
 200         }
 201     }
 202
 203     while (!done) {
 204         /* Accept new connection. */
 205         client_socket = accept(server_socket, NULL, NULL);
 206         if (client_socket < 0) {
 207             perror("accept()");
 208             break;
 209         }
 210
 211         /* No lock necessary, we only have one producer! */
 212         P(ringbuffer_free);
 213         ringbuffer[ringbuffer_write] = client_socket;
 214         ringbuffer_write = (ringbuffer_write + 1) % RINGBUFFER_SIZE;
 215         V(ringbuffer_full);
 216     }
 217
 218     close(server_socket);
 219
 220     /* Poison all threads and shut them down. */
 221     for (i = 0; i < thread_count; i++) {
 222         P(ringbuffer_free);
 223         ringbuffer[ringbuffer_write] = -1; /* poison */
 224         ringbuffer_write = (ringbuffer_write + 1) % RINGBUFFER_SIZE;
 225         V(ringbuffer_full);
 226     }
 227     for (i = 0; i < thread_count; i++) {
 228         errno = pthread_join(threads[i], NULL);
 229         if (errno != 0) {
 230             perror("pthread_join()");
 231         }
 232     }
 233
 234     sem_del(ringbuffer_full);
 235     sem_del(ringbuffer_free);
 236     sem_del(ringbuffer_lock);
 237
 238     free(threads);
 239
 240     deinitialize_gnutls();
 241
 242     free(global_proxy_host);
 243     free(global_proxy_port);
 244     free(global_http_digest_authorization);
 245
 246     return EXIT_FAILURE;
 247 }
 248
 249 #ifdef DEBUG
 250 static void sigint_handler(int signal_number) {
 251     (void)signal_number;
 252
 253     done = 1;
 254 }
 255 #endif
 256
 257 static void parse_arguments(int argc, char **argv) {
 258     int option;
 259
 260     /* Default values. */
 261     thread_count = 10;
 262 #ifdef DEBUG
 263     global_log_level = LOG_DEBUG2_LEVEL;
 264 #else
 265     global_log_level = LOG_WARNING_LEVEL;
 266 #endif
 267     global_passthrough_unknown = 0;
 268
 269     while ((option = getopt(argc, argv, "a:d:p:t:uh?")) != -1) {
 270         switch (option) {
 271             case 'a': {
 272                 global_http_digest_authorization = slurp_text_file(optarg);
 273                 if (global_http_digest_authorization == NULL) {
 274                     fprintf(stderr, "failed to open authorization file '%s': ",
 275                                     optarg);
 276                     perror("");
 277                     exit(EXIT_FAILURE);
 278                 } else if (strlen(global_http_digest_authorization) == 0) {
 279                     fprintf(stderr, "empty authorization file '%s'\n",
 280                                     optarg);
 281                     exit(EXIT_FAILURE);
 282                 }
 283
 284                 /* Just in case the file has a trailing newline. */
 285                 strtok(global_http_digest_authorization, "\r\n");
 286
 287                 break;
 288             }
 289             case 'd': {
 290                 global_log_level = atoi(optarg);
 291                 if (global_log_level < 0) {
 292                     fprintf(stderr, "-d positive number required: '%s'\n",
 293                                     optarg);
 294                     exit(EXIT_FAILURE);
 295                 }
 296                 break;
 297             }
 298             case 'p': {
 299                 char *position;
 300
 301                 /* -p must have the format host:port. */
 302                 if ((position = strchr(optarg, ':')) == NULL
 303                         || optarg == position
 304                         || strlen(position + 1) == 0
 305                         || atoi(position + 1) <= 0
 306                         || atoi(position + 1) > 0xffff) {
 307                     fprintf(stderr, "invalid -p: '%s', format host:port\n",
 308                                     optarg);
 309                     exit(EXIT_FAILURE);
 310                 }
 311
 312                 global_proxy_host = malloc((size_t)(position - optarg) + 1);
 313                 if (global_proxy_host == NULL) {
 314                     perror("malloc()");
 315                     exit(EXIT_FAILURE);
 316                 }
 317                 memcpy(global_proxy_host, optarg, (size_t)(position - optarg));
 318                 global_proxy_host[position - optarg] = '\0';
 319
 320                 global_proxy_host = strdup(position + 1);
 321                 if (global_proxy_port == NULL) {
 322                     perror("strdup()");
 323                     exit(EXIT_FAILURE);
 324                 }
 325
 326                 break;
 327             }
 328             case 't': {
 329                 if (atoi(optarg) <= 0) {
 330                     fprintf(stderr, "-t positive number required: '%s'\n",
 331                                     optarg);
 332                     exit(EXIT_FAILURE);
 333                 }
 334                 thread_count = (size_t)atoi(optarg);
 335                 break;
 336             }
 337             case 'u': {
 338                 global_passthrough_unknown = 1;
 339                 break;
 340             }
 341             case 'h':
 342             default: /* '?' */
 343                 print_usage(argv[0]);
 344                 exit(EXIT_FAILURE);
 345         }
 346     }
 347
 348     if (optind >= argc) {
 349         fprintf(stderr, "port missing\n");
 350         exit(EXIT_FAILURE);
 351     }
 352 }
 353 static void print_usage(const char *argv) {
 354     fprintf(stderr, "tlsproxy %s, a certificate checking TLS proxy\n",
 355                     VERSION);
 356     fprintf(stderr, "Usage: %s [-a file] [-d level] [-p host:port] [-t count] [-u] port\n",
 357                     argv);
 358     fprintf(stderr, "\n");
 359     fprintf(stderr, "-a digest authentication file [default: none]\n");
 360     fprintf(stderr, "-d debug level: 0=errors only, 2=debug, 3=more debug [default: 1]\n");
 361     fprintf(stderr, "-p proxy hostname and port\n");
 362     fprintf(stderr, "-t number of threads [default: 10]\n");
 363     fprintf(stderr, "-u passthrough connection if no certificate is stored \
 364 [default: error]\n");
 365     fprintf(stderr, "   WARNING: might be a security problem!\n");
 366 }
 367
 368 #if 0
 369 static void log_function_gnutls(int level, const char *string) {
 370     (void)level;
 371     fprintf(stderr, "    => %s", string);
 372 }
 373 #endif
 374
 375 static void initialize_gnutls(void) {
 376     int result;
 377     char *dh_parameters;
 378     gnutls_datum_t dh_parameters_datum;
 379
 380 /* Recent versions of GnuTLS automatically initialize the cryptography layer
 381  * in gnutls_global_init(), including a thread-safe setup. */
 382 #if GNUTLS_VERSION_NUMBER <= 0x020b00
 383     gcry_error_t error;
 384
 385     /* Thread safe setup. Must be called before gnutls_global_init(). */
 386     error = gcry_control(GCRYCTL_SET_THREAD_CBS, &gcry_threads_pthread);
 387     if (error != 0) {
 388         fprintf(stderr, "gcry_control(): %s/%s\n", gcry_strsource(error),
 389                                                    gcry_strerror(error));
 390         exit(EXIT_FAILURE);
 391     }
 392     /* Prevent usage of blocking /dev/random. */
 393     error = gcry_control(GCRYCTL_ENABLE_QUICK_RANDOM, 0);
 394     if (error != 0) {
 395         fprintf(stderr, "gcry_control(): %s/%s\n", gcry_strsource(error),
 396                                                    gcry_strerror(error));
 397         exit(EXIT_FAILURE);
 398     }
 399 #endif
 400
 401     if (gnutls_check_version(GNUTLS_VERSION) == NULL) {
 402         fprintf(stderr, "gnutls_check_version(): version mismatch, "
 403                         "expected at least '" GNUTLS_VERSION "'\n");
 404         exit(EXIT_FAILURE);
 405     }
 406
 407     /* Initialize GnuTLS. */
 408     result = gnutls_global_init();
 409     GNUTLS_ERROR_EXIT(result, "gnutls_global_init()");
 410
 411 #if 0
 412     gnutls_global_set_log_level(10);
 413     gnutls_global_set_log_function(log_function_gnutls);
 414 #endif
 415
 416     /* Setup GnuTLS cipher suites. */
 417     result = gnutls_priority_init(&global_tls_priority_cache,
 418                                   PROXY_TLS_PRIORITIES, NULL);
 419     GNUTLS_ERROR_EXIT(result, "gnutls_priority_init()");
 420
 421     /* Read Diffie-Hellman parameters. */
 422     dh_parameters = slurp_text_file(PROXY_DH_PATH);
 423     if (dh_parameters == NULL) {
 424         fprintf(stderr, PROXY_DH_PATH " missing, "
 425                         "use `tlsproxy-setup` to create it\n");
 426         exit(EXIT_FAILURE);
 427     }
 428     dh_parameters_datum.data = (unsigned char *)dh_parameters;
 429     assert(strlen(dh_parameters) <= UINT_MAX);
 430     dh_parameters_datum.size = (unsigned int)(strlen(dh_parameters));
 431
 432     result = gnutls_dh_params_init(&global_tls_dh_params);
 433     GNUTLS_ERROR_EXIT(result, "gnutls_dh_params_init()");
 434     result = gnutls_dh_params_import_pkcs3(global_tls_dh_params,
 435                                            &dh_parameters_datum,
 436                                            GNUTLS_X509_FMT_PEM);
 437     GNUTLS_ERROR_EXIT(result, "gnutls_dh_params_import_pkcs3()");
 438
 439     free(dh_parameters);
 440 }
 441 static void deinitialize_gnutls(void) {
 442     gnutls_dh_params_deinit(global_tls_dh_params);
 443     gnutls_priority_deinit(global_tls_priority_cache);
 444
 445     gnutls_global_deinit();
 446 }
 447
 448 static void *worker_thread(void *unused) {
 449     int client_socket;
 450
 451     (void)unused;
 452
 453     for (;;) {
 454         /* Get next element from ring buffer. */
 455         P(ringbuffer_full);
 456         P(ringbuffer_lock);
 457         client_socket = ringbuffer[ringbuffer_read];
 458         ringbuffer_read = (ringbuffer_read + 1) % RINGBUFFER_SIZE;
 459         V(ringbuffer_lock);
 460         V(ringbuffer_free);
 461
 462         /* Negative value indicates we should shut down our thread. */
 463         if (client_socket < 0) {
 464             break;
 465         }
 466
 467         handle_connection(client_socket);
 468     }
 469
 470     return NULL;
 471 }
 472
 473 static char *slurp_text_file(const char *path) {
 474     struct stat stat;
 475     size_t size_read;
 476     char *content = NULL;
 477
 478     FILE *file = fopen(path, "r");
 479     if (file == NULL) {
 480         return NULL;
 481     }
 482
 483     ct_assert(sizeof(stat.st_size) <= sizeof(size_t));
 484
 485     if (fstat(fileno(file), &stat) != 0) {
 486         goto out;
 487     }
 488     if (stat.st_size < 0) { /* just in case ... */
 489         abort();
 490     } else if ((size_t)stat.st_size >= SIZE_MAX - 1) {
 491         errno = 0;
 492         goto out;
 493     }
 494
 495     content = malloc((size_t)stat.st_size + 1);
 496     if (content == NULL) {
 497         goto out;
 498     }
 499
 500     errno = 0;
 501     size_read = fread(content, 1, (size_t)stat.st_size, file);
 502     if (size_read != (size_t)stat.st_size) {
 503         free(content);
 504         content = NULL;
 505         goto out;
 506     }
 507     content[size_read] = '\0';
 508
 509 out:
 510     fclose(file);
 511
 512     return content;
 513 }