]> git.ipfire.org Git - thirdparty/openssl.git/commitdiff
Add demo QUIC non-blocking server
authorAndrew Dinh <andrewd@openssl.org>
Wed, 11 Sep 2024 10:54:53 +0000 (17:54 +0700)
committerNeil Horman <nhorman@openssl.org>
Mon, 17 Feb 2025 16:27:33 +0000 (11:27 -0500)
Reviewed-by: Matt Caswell <matt@openssl.org>
Reviewed-by: Saša Nedvědický <sashan@openssl.org>
Reviewed-by: Tomas Mraz <tomas@openssl.org>
(Merged from https://github.com/openssl/openssl/pull/25431)

demos/guide/Makefile
demos/guide/build.info
demos/guide/quic-server-non-block.c [new file with mode: 0644]

index 12e2efd5678806e14b1b96c6f7dad6c7d13e42d1..c0d5d9db632d7fe1d1fd7dcc791d9bff5a0cf84b 100644 (file)
@@ -10,6 +10,7 @@ TESTS = tls-client-block \
         quic-multi-stream \
         tls-client-non-block \
         quic-server-block \
+        quic-server-non-block \
         quic-client-non-block
 
 CFLAGS  = -I../../include -g -Wall
@@ -24,6 +25,7 @@ quic-client-block: quic-client-block.o
 quic-multi-stream: quic-multi-stream.o
 tls-client-non-block: tls-client-non-block.o
 quic-server-block: quic-server-block.o
+quic-server-non-block: quic-server-non-block.o
 quic-client-non-block: quic-client-non-block.o
 
 chain: chain.pem
index f5c62dcd67bd514a7470abcb315f56cb57c222b7..77675b69ecc41b7b3481474e9a2d4129017b2ba2 100644 (file)
@@ -11,6 +11,7 @@ PROGRAMS{noinst} = tls-client-block \
                    quic-client-non-block \
                    quic-hq-interop \
                    quic-server-block \
+                   quic-server-non-block \
                    quic-client-non-block
 
 INCLUDE[tls-client-block]=../../include
@@ -33,6 +34,10 @@ INCLUDE[quic-server-block]=../../include
 SOURCE[quic-server-block]=quic-server-block.c
 DEPEND[quic-server-block]=../../libcrypto ../../libssl
 
+INCLUDE[quic-server-non-block]=../../include
+SOURCE[quic-server-non-block]=quic-server-non-block.c
+DEPEND[quic-server-non-block]=../../libcrypto ../../libssl
+
 INCLUDE[quic-client-non-block]=../../include
 SOURCE[quic-client-non-block]=quic-client-non-block.c
 DEPEND[quic-client-non-block]=../../libcrypto ../../libssl
diff --git a/demos/guide/quic-server-non-block.c b/demos/guide/quic-server-non-block.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..b01fb7d
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,499 @@
+/*
+ *  Copyright 2024 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
+ *
+ *  Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
+ *  this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
+ *  in the file LICENSE in the source distribution or at
+ *  https://www.openssl.org/source/license.html
+ */
+
+/*
+ * NB: Changes to this file should also be reflected in
+ * doc/man7/ossl-guide-quic-server-non-block.pod
+ */
+
+#include <string.h>
+
+/* Include the appropriate header file for SOCK_STREAM */
+#ifdef _WIN32 /* Windows */
+# include <stdarg.h>
+# include <winsock2.h>
+#else /* Linux/Unix */
+# include <err.h>
+# include <sys/socket.h>
+# include <sys/select.h>
+# include <netinet/in.h>
+# include <unistd.h>
+#endif
+
+#include <openssl/bio.h>
+#include <openssl/ssl.h>
+#include <openssl/err.h>
+#include <openssl/quic.h>
+
+#ifdef _WIN32
+static const char *progname;
+
+static void vwarnx(const char *fmt, va_list ap)
+{
+    if (progname != NULL)
+        fprintf(stderr, "%s: ", progname);
+    vfprintf(stderr, fmt, ap);
+    putc('\n', stderr);
+}
+
+static void errx(int status, const char *fmt, ...)
+{
+    va_list ap;
+
+    va_start(ap, fmt);
+    vwarnx(fmt, ap);
+    va_end(ap);
+    exit(status);
+}
+
+static void warnx(const char *fmt, ...)
+{
+    va_list ap;
+
+    va_start(ap, fmt);
+    vwarnx(fmt, ap);
+    va_end(ap);
+}
+#endif
+
+/*
+ * ALPN strings for TLS handshake. Only 'http/1.0' and 'hq-interop'
+ * are accepted.
+ */
+static const unsigned char alpn_ossltest[] = {
+    8,  'h', 't', 't', 'p', '/', '1', '.', '0',
+    10, 'h', 'q', '-', 'i', 'n', 't', 'e', 'r', 'o', 'p',
+};
+
+/*
+ * This callback validates and negotiates the desired ALPN on the server side.
+ */
+static int select_alpn(SSL *ssl, const unsigned char **out,
+                       unsigned char *out_len, const unsigned char *in,
+                       unsigned int in_len, void *arg)
+{
+    if (SSL_select_next_proto((unsigned char **)out, out_len, alpn_ossltest,
+                              sizeof(alpn_ossltest), in,
+                              in_len) == OPENSSL_NPN_NEGOTIATED)
+        return SSL_TLSEXT_ERR_OK;
+    return SSL_TLSEXT_ERR_ALERT_FATAL;
+}
+
+/* Create SSL_CTX. */
+static SSL_CTX *create_ctx(const char *cert_path, const char *key_path)
+{
+    SSL_CTX *ctx;
+
+    /*
+     * An SSL_CTX holds shared configuration information for multiple
+     * subsequent per-client connections. We specifically load a QUIC
+     * server method here.
+     */
+    ctx = SSL_CTX_new(OSSL_QUIC_server_method());
+    if (ctx == NULL)
+        goto err;
+
+    /*
+     * Load the server's certificate *chain* file (PEM format), which includes
+     * not only the leaf (end-entity) server certificate, but also any
+     * intermediate issuer-CA certificates.  The leaf certificate must be the
+     * first certificate in the file.
+     *
+     * In advanced use-cases this can be called multiple times, once per public
+     * key algorithm for which the server has a corresponding certificate.
+     * However, the corresponding private key (see below) must be loaded first,
+     * *before* moving on to the next chain file.
+     *
+     * The requisite files "chain.pem" and "pkey.pem" can be generated by running
+     * "make chain" in this directory.  If the server will be executed from some
+     * other directory, move or copy the files there.
+     */
+    if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, cert_path) <= 0) {
+        fprintf(stderr, "couldn't load certificate file: %s\n", cert_path);
+        goto err;
+    }
+
+    /*
+     * Load the corresponding private key, this also checks that the private
+     * key matches the just loaded end-entity certificate.  It does not check
+     * whether the certificate chain is valid, the certificates could be
+     * expired, or may otherwise fail to form a chain that a client can validate.
+     */
+    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, key_path, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
+        fprintf(stderr, "couldn't load key file: %s\n", key_path);
+        goto err;
+    }
+
+    /*
+     * Clients rarely employ certificate-based authentication, and so we don't
+     * require "mutual" TLS authentication (indeed there's no way to know
+     * whether or how the client authenticated the server, so the term "mutual"
+     * is potentially misleading).
+     *
+     * Since we're not soliciting or processing client certificates, we don't
+     * need to configure a trusted-certificate store, so no call to
+     * SSL_CTX_set_default_verify_paths() is needed.  The server's own
+     * certificate chain is assumed valid.
+     */
+    SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_NONE, NULL);
+
+    /* Setup ALPN negotiation callback to decide which ALPN is accepted. */
+    SSL_CTX_set_alpn_select_cb(ctx, select_alpn, NULL);
+
+    return ctx;
+
+err:
+    SSL_CTX_free(ctx);
+    return NULL;
+}
+
+/* Create UDP socket on the given port. */
+static int create_socket(uint16_t port)
+{
+    int fd;
+    struct sockaddr_in sa = {0};
+
+    /* Retrieve the file descriptor for a new UDP socket */
+    if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)) < 0) {
+        fprintf(stderr, "cannot create socket");
+        return -1;
+    }
+
+    sa.sin_family = AF_INET;
+    sa.sin_port = htons(port);
+
+    /* Bind to the new UDP socket on localhost */
+    if (bind(fd, (const struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa)) < 0) {
+        fprintf(stderr, "cannot bind to %u\n", port);
+        BIO_closesocket(fd);
+        return -1;
+    }
+
+    /* Set port to nonblocking mode */
+    if (BIO_socket_nbio(fd, 1) <= 0) {
+        fprintf(stderr, "Unable to set port to nonblocking mode");
+        BIO_closesocket(fd);
+        return -1;
+    }
+
+    return fd;
+}
+
+/**
+ * @brief Waits for activity on the SSL socket, either for reading or writing.
+ *
+ * This function monitors the underlying file descriptor of the given SSL
+ * connection to determine when it is ready for reading or writing, or both.
+ * It uses the select function to wait until the socket is either readable
+ * or writable, depending on what the SSL connection requires.
+ *
+ * @param ssl A pointer to the SSL object representing the connection.
+ *
+ * @note This function blocks until there is activity on the socket. In a real
+ * application, you might want to perform other tasks while waiting, such as
+ * updating a GUI or handling other connections.
+ *
+ * @note This function uses select for simplicity and portability. Depending
+ * on your application's requirements, you might consider using other
+ * mechanisms like poll or epoll for handling multiple file descriptors.
+ */
+static void wait_for_activity(SSL *ssl)
+{
+    int sock, isinfinite;
+    fd_set read_fd, write_fd;
+    struct timeval tv;
+    struct timeval *tvp = NULL;
+
+    /* Get hold of the underlying file descriptor for the socket */
+    if ((sock = SSL_get_fd(ssl)) == -1) {
+        fprintf(stderr, "Unable to get file descriptor");
+        return;
+    }
+
+    /* Initialize the fd_set structure */
+    FD_ZERO(&read_fd);
+    FD_ZERO(&write_fd);
+
+    /*
+     * Determine if we would like to write to the socket, read from it, or both.
+     */
+    if (SSL_net_write_desired(ssl))
+        FD_SET(sock, &write_fd);
+    if (SSL_net_read_desired(ssl))
+        FD_SET(sock, &read_fd);
+
+    /* Add the socket file descriptor to the fd_set */
+    FD_SET(sock, &read_fd);
+    FD_SET(sock, &write_fd);
+
+    /*
+     * Find out when OpenSSL would next like to be called, regardless of
+     * whether the state of the underlying socket has changed or not.
+     */
+    if (SSL_get_event_timeout(ssl, &tv, &isinfinite) && !isinfinite)
+        tvp = &tv;
+
+    /*
+     * Wait until the socket is writeable or readable. We use select here
+     * for the sake of simplicity and portability, but you could equally use
+     * poll/epoll or similar functions
+     *
+     * NOTE: For the purposes of this demonstration code this effectively
+     * makes this demo block until it has something more useful to do. In a
+     * real application you probably want to go and do other work here (e.g.
+     * update a GUI, or service other connections).
+     *
+     * Let's say for example that you want to update the progress counter on
+     * a GUI every 100ms. One way to do that would be to use the timeout in
+     * the last parameter to "select" below. If the tvp value is greater
+     * than 100ms then use 100ms instead. Then, when select returns, you
+     * check if it did so because of activity on the file descriptors or
+     * because of the timeout. If the 100ms GUI timeout has expired but the
+     * tvp timeout has not then go and update the GUI and then restart the
+     * "select" (with updated timeouts).
+     */
+
+    select(sock + 1, &read_fd, &write_fd, NULL, tvp);
+}
+
+/**
+ * @brief Handles I/O failures on an SSL connection based on the result code.
+ *
+ * This function processes the result of an SSL I/O operation and handles
+ * different types of errors that may occur during the operation. It takes
+ * appropriate actions such as retrying the operation, reporting errors, or
+ * returning specific status codes based on the error type.
+ *
+ * @param ssl A pointer to the SSL object representing the connection.
+ * @param res The result code from the SSL I/O operation.
+ * @return An integer indicating the outcome:
+ *         - 1: Temporary failure, the operation should be retried.
+ *         - 0: EOF, indicating the connection has been closed.
+ *         - -1: A fatal error occurred or the connection has been reset.
+ *
+ * @note This function may block if a temporary failure occurs and
+ * wait_for_activity() is called.
+ *
+ * @note If the failure is due to an SSL verification error, additional
+ * information will be logged to stderr.
+ */
+static int handle_io_failure(SSL *ssl, int res)
+{
+    switch (SSL_get_error(ssl, res)) {
+    case SSL_ERROR_WANT_READ:
+    case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
+        /* Temporary failure. Wait until we can read/write and try again */
+        wait_for_activity(ssl);
+        return 1;
+
+    case SSL_ERROR_ZERO_RETURN:
+    case SSL_ERROR_NONE:
+        /* EOF */
+        return 0;
+
+    case SSL_ERROR_SYSCALL:
+        return -1;
+
+    case SSL_ERROR_SSL:
+        /*
+         * Some stream fatal error occurred. This could be because of a
+         * stream reset - or some failure occurred on the underlying
+         * connection.
+         */
+        switch (SSL_get_stream_read_state(ssl)) {
+        case SSL_STREAM_STATE_RESET_REMOTE:
+            printf("Stream reset occurred\n");
+            /*
+             * The stream has been reset but the connection is still
+             * healthy.
+             */
+            break;
+
+        case SSL_STREAM_STATE_CONN_CLOSED:
+            printf("Connection closed\n");
+            /* Connection is already closed. */
+            break;
+
+        default:
+            printf("Unknown stream failure\n");
+            break;
+        }
+        /*
+         * If the failure is due to a verification error we can get more
+         * information about it from SSL_get_verify_result().
+         */
+        if (SSL_get_verify_result(ssl) != X509_V_OK)
+            printf("Verify error: %s\n",
+                   X509_verify_cert_error_string(SSL_get_verify_result(ssl)));
+        return -1;
+
+    default:
+        return -1;
+    }
+}
+
+/*
+ * Main loop for server to accept QUIC connections.
+ * Echo every request back to the client.
+ */
+static int run_quic_server(SSL_CTX *ctx, int fd)
+{
+    int ok = -1;
+    int ret, eof;
+    SSL *listener, *conn = NULL;
+    unsigned char buf[8192];
+    size_t nread, total_read, total_written;
+
+    /* Create a new QUIC listener */
+    if ((listener = SSL_new_listener(ctx, 0)) == NULL)
+        goto err;
+
+    /* Provide the listener with our UDP socket. */
+    if (!SSL_set_fd(listener, fd))
+        goto err;
+
+    /*
+     * Set the listener mode to non-blocking, which is inherited by
+     * child objects.
+     */
+    if (!SSL_set_blocking_mode(listener, 0))
+        goto err;
+
+    /*
+     * Begin listening. Note that is not usually needed as SSL_accept_connection
+     * will implicitly start listening. It is only needed if a server wishes to
+     * ensure it has started to accept incoming connections but does not wish to
+     * actually call SSL_accept_connection yet.
+     */
+    if (!SSL_listen(listener))
+        goto err;
+
+    /*
+     * Begin an infinite loop of listening for connections. We will only
+     * exit this loop if we encounter an error.
+     */
+    for (;;) {
+        eof = 0;
+        total_read = 0;
+        total_written = 0;
+
+        /* Pristine error stack for each new connection */
+        ERR_clear_error();
+
+        /* Block while waiting for a client connection */
+        printf("Waiting for connection\n");
+        while ((conn = SSL_accept_connection(listener, 0)) == NULL)
+            wait_for_activity(listener);
+        printf("Accepted new connection\n");
+
+        /* Read from client until the client sends a end of stream packet */
+        while (!eof) {
+            ret = SSL_read_ex(conn, buf + total_read, sizeof(buf) - total_read,
+                              &nread);
+            total_read += nread;
+            if (total_read >= 8192) {
+                fprintf(stderr, "Could not fit all data into buffer\n");
+                goto err;
+            }
+
+            switch (handle_io_failure(conn, ret)) {
+            case 1:
+                continue; /* Retry */
+            case 0:
+                /* Reached end of stream */
+                if (!SSL_has_pending(conn))
+                    eof = 1;
+                break;
+            default:
+                fprintf(stderr, "Failed reading remaining data\n");
+                goto err;
+            }
+        }
+
+        /* Echo client input */
+        while (!SSL_write_ex2(conn, buf,
+                              total_read,
+                              SSL_WRITE_FLAG_CONCLUDE, &total_written)) {
+            if (handle_io_failure(conn, 0) == 1)
+                continue;
+            fprintf(stderr, "Failed to write data\n");
+            goto err;
+        }
+
+        if (total_read != total_written)
+            fprintf(stderr, "Failed to echo data [read: %lu, written: %lu]\n",
+                    total_read, total_written);
+
+        /*
+         * Shut down the connection. We may need to call this multiple times
+         * to ensure the connection is shutdown completely.
+         */
+        while ((ret = SSL_shutdown(conn)) != 1) {
+            if (ret < 0 && handle_io_failure(conn, ret) == 1)
+                continue; /* Retry */
+        }
+
+        SSL_free(conn);
+    }
+
+    ok = EXIT_SUCCESS;
+err:
+    SSL_free(listener);
+    return ok;
+}
+
+/* Minimal QUIC HTTP/1.0 server. */
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+    int res = EXIT_FAILURE;
+    SSL_CTX *ctx = NULL;
+    int fd;
+    unsigned long port;
+
+#ifdef _WIN32
+    progname = argv[0];
+#endif
+
+    if (argc != 4)
+        errx(res, "usage: %s <port> <server.crt> <server.key>", argv[0]);
+
+    /* Create SSL_CTX that supports QUIC. */
+    if ((ctx = create_ctx(argv[2], argv[3])) == NULL) {
+        ERR_print_errors_fp(stderr);
+        errx(res, "Failed to create context");
+    }
+
+    /* Parse port number from command line arguments. */
+    port = strtoul(argv[1], NULL, 0);
+    if (port == 0 || port > UINT16_MAX) {
+        SSL_CTX_free(ctx);
+        errx(res, "Failed to parse port number");
+    }
+
+    /* Create and bind a UDP socket. */
+    if ((fd = create_socket((uint16_t)port)) < 0) {
+        SSL_CTX_free(ctx);
+        ERR_print_errors_fp(stderr);
+        errx(res, "Failed to create socket");
+    }
+
+    /* QUIC server connection acceptance loop. */
+    if (run_quic_server(ctx, fd) < 0) {
+        SSL_CTX_free(ctx);
+        BIO_closesocket(fd);
+        ERR_print_errors_fp(stderr);
+        errx(res, "Error in QUIC server loop");
+    }
+
+    /* Free resources. */
+    SSL_CTX_free(ctx);
+    BIO_closesocket(fd);
+    res = EXIT_SUCCESS;
+    return res;
+}