xref: /freebsd/crypto/openssl/ssl/quic/quic_record_tx.c (revision 1523ccfd9c8c254f7928143d31c305384b05fd11)
1 /*
2  * Copyright 2022-2026 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 
10 #include "internal/quic_record_tx.h"
11 #include "internal/qlog_event_helpers.h"
12 #include "internal/bio_addr.h"
13 #include "internal/common.h"
14 #include "quic_record_shared.h"
15 #include "internal/list.h"
16 #include "../ssl_local.h"
17 
18 /*
19  * TXE
20  * ===
21  * Encrypted packets awaiting transmission are kept in TX Entries (TXEs), which
22  * are queued in linked lists just like TXEs.
23  */
24 typedef struct txe_st TXE;
25 
26 struct txe_st {
27     OSSL_LIST_MEMBER(txe, TXE);
28     size_t data_len, alloc_len;
29 
30     /*
31      * Destination and local addresses, as applicable. Both of these are only
32      * used if the family is not AF_UNSPEC.
33      */
34     BIO_ADDR peer, local;
35 
36     /*
37      * alloc_len allocated bytes (of which data_len bytes are valid) follow this
38      * structure.
39      */
40 };
41 
42 DEFINE_LIST_OF(txe, TXE);
43 typedef OSSL_LIST(txe) TXE_LIST;
44 
txe_data(const TXE * e)45 static ossl_inline unsigned char *txe_data(const TXE *e)
46 {
47     return (unsigned char *)(e + 1);
48 }
49 
50 /*
51  * QTX
52  * ===
53  */
54 struct ossl_qtx_st {
55     OSSL_LIB_CTX *libctx;
56     const char *propq;
57 
58     /* Per encryption-level state. */
59     OSSL_QRL_ENC_LEVEL_SET el_set;
60 
61     /* TX BIO. */
62     BIO *bio;
63 
64     /* QLOG instance retrieval callback if in use, or NULL. */
65     QLOG *(*get_qlog_cb)(void *arg);
66     void *get_qlog_cb_arg;
67 
68     /* TX maximum datagram payload length. */
69     size_t mdpl;
70 
71     /*
72      * List of TXEs which are not currently in use. These are moved to the
73      * pending list (possibly via tx_cons first) as they are filled.
74      */
75     TXE_LIST free;
76 
77     /*
78      * List of TXEs which are filled with completed datagrams ready to be
79      * transmitted.
80      */
81     TXE_LIST pending;
82     size_t pending_count; /* items in list */
83     size_t pending_bytes; /* sum(txe->data_len) in pending */
84 
85     /*
86      * TXE which is under construction for coalescing purposes, if any.
87      * This TXE is neither on the free nor pending list. Once the datagram
88      * is completed, it is moved to the pending list.
89      */
90     TXE *cons;
91     size_t cons_count; /* num packets */
92 
93     /*
94      * Number of packets transmitted in this key epoch. Used to enforce AEAD
95      * confidentiality limit.
96      */
97     uint64_t epoch_pkt_count;
98 
99     /* Datagram counter. Increases monotonically per datagram (not per packet). */
100     uint64_t datagram_count;
101 
102     ossl_mutate_packet_cb mutatecb;
103     ossl_finish_mutate_cb finishmutatecb;
104     void *mutatearg;
105 
106     /* Message callback related arguments */
107     ossl_msg_cb msg_callback;
108     void *msg_callback_arg;
109     SSL *msg_callback_ssl;
110 };
111 
112 /* Instantiates a new QTX. */
ossl_qtx_new(const OSSL_QTX_ARGS * args)113 OSSL_QTX *ossl_qtx_new(const OSSL_QTX_ARGS *args)
114 {
115     OSSL_QTX *qtx;
116 
117     if (args->mdpl < QUIC_MIN_INITIAL_DGRAM_LEN)
118         return 0;
119 
120     qtx = OPENSSL_zalloc(sizeof(OSSL_QTX));
121     if (qtx == NULL)
122         return 0;
123 
124     qtx->libctx = args->libctx;
125     qtx->propq = args->propq;
126     qtx->bio = args->bio;
127     qtx->mdpl = args->mdpl;
128     qtx->get_qlog_cb = args->get_qlog_cb;
129     qtx->get_qlog_cb_arg = args->get_qlog_cb_arg;
130 
131     return qtx;
132 }
133 
qtx_cleanup_txl(TXE_LIST * l)134 static void qtx_cleanup_txl(TXE_LIST *l)
135 {
136     TXE *e, *enext;
137 
138     for (e = ossl_list_txe_head(l); e != NULL; e = enext) {
139         enext = ossl_list_txe_next(e);
140         OPENSSL_free(e);
141     }
142 }
143 
144 /* Frees the QTX. */
ossl_qtx_free(OSSL_QTX * qtx)145 void ossl_qtx_free(OSSL_QTX *qtx)
146 {
147     uint32_t i;
148 
149     if (qtx == NULL)
150         return;
151 
152     /* Free TXE queue data. */
153     qtx_cleanup_txl(&qtx->pending);
154     qtx_cleanup_txl(&qtx->free);
155     OPENSSL_free(qtx->cons);
156 
157     /* Drop keying material and crypto resources. */
158     for (i = 0; i < QUIC_ENC_LEVEL_NUM; ++i)
159         ossl_qrl_enc_level_set_discard(&qtx->el_set, i);
160 
161     OPENSSL_free(qtx);
162 }
163 
164 /* Set mutator callbacks for test framework support */
ossl_qtx_set_mutator(OSSL_QTX * qtx,ossl_mutate_packet_cb mutatecb,ossl_finish_mutate_cb finishmutatecb,void * mutatearg)165 void ossl_qtx_set_mutator(OSSL_QTX *qtx, ossl_mutate_packet_cb mutatecb,
166     ossl_finish_mutate_cb finishmutatecb, void *mutatearg)
167 {
168     qtx->mutatecb = mutatecb;
169     qtx->finishmutatecb = finishmutatecb;
170     qtx->mutatearg = mutatearg;
171 }
172 
ossl_qtx_set_qlog_cb(OSSL_QTX * qtx,QLOG * (* get_qlog_cb)(void * arg),void * get_qlog_cb_arg)173 void ossl_qtx_set_qlog_cb(OSSL_QTX *qtx, QLOG *(*get_qlog_cb)(void *arg),
174     void *get_qlog_cb_arg)
175 {
176     qtx->get_qlog_cb = get_qlog_cb;
177     qtx->get_qlog_cb_arg = get_qlog_cb_arg;
178 }
179 
ossl_qtx_provide_secret(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level,uint32_t suite_id,EVP_MD * md,const unsigned char * secret,size_t secret_len)180 int ossl_qtx_provide_secret(OSSL_QTX *qtx,
181     uint32_t enc_level,
182     uint32_t suite_id,
183     EVP_MD *md,
184     const unsigned char *secret,
185     size_t secret_len)
186 {
187     if (enc_level >= QUIC_ENC_LEVEL_NUM)
188         return 0;
189 
190     return ossl_qrl_enc_level_set_provide_secret(&qtx->el_set,
191         qtx->libctx,
192         qtx->propq,
193         enc_level,
194         suite_id,
195         md,
196         secret,
197         secret_len,
198         0,
199         /*is_tx=*/1);
200 }
201 
ossl_qtx_discard_enc_level(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level)202 int ossl_qtx_discard_enc_level(OSSL_QTX *qtx, uint32_t enc_level)
203 {
204     if (enc_level >= QUIC_ENC_LEVEL_NUM)
205         return 0;
206 
207     ossl_qrl_enc_level_set_discard(&qtx->el_set, enc_level);
208     return 1;
209 }
210 
ossl_qtx_is_enc_level_provisioned(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level)211 int ossl_qtx_is_enc_level_provisioned(OSSL_QTX *qtx, uint32_t enc_level)
212 {
213     return ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1) != NULL;
214 }
215 
216 /* Allocate a new TXE. */
qtx_alloc_txe(size_t alloc_len)217 static TXE *qtx_alloc_txe(size_t alloc_len)
218 {
219     TXE *txe;
220 
221     if (alloc_len >= SIZE_MAX - sizeof(TXE))
222         return NULL;
223 
224     txe = OPENSSL_malloc(sizeof(TXE) + alloc_len);
225     if (txe == NULL)
226         return NULL;
227 
228     ossl_list_txe_init_elem(txe);
229     txe->alloc_len = alloc_len;
230     txe->data_len = 0;
231     return txe;
232 }
233 
234 /*
235  * Ensures there is at least one TXE in the free list, allocating a new entry
236  * if necessary. The returned TXE is in the free list; it is not popped.
237  *
238  * alloc_len is a hint which may be used to determine the TXE size if allocation
239  * is necessary. Returns NULL on allocation failure.
240  */
qtx_ensure_free_txe(OSSL_QTX * qtx,size_t alloc_len)241 static TXE *qtx_ensure_free_txe(OSSL_QTX *qtx, size_t alloc_len)
242 {
243     TXE *txe;
244 
245     txe = ossl_list_txe_head(&qtx->free);
246     if (txe != NULL)
247         return txe;
248 
249     txe = qtx_alloc_txe(alloc_len);
250     if (txe == NULL)
251         return NULL;
252 
253     ossl_list_txe_insert_tail(&qtx->free, txe);
254     return txe;
255 }
256 
257 /*
258  * Resize the data buffer attached to an TXE to be n bytes in size. The address
259  * of the TXE might change; the new address is returned, or NULL on failure, in
260  * which case the original TXE remains valid.
261  */
qtx_resize_txe(OSSL_QTX * qtx,TXE * txe,size_t n)262 static TXE *qtx_resize_txe(OSSL_QTX *qtx, TXE *txe, size_t n)
263 {
264     TXE *txe2;
265 
266     /* Should never happen. */
267     if (txe == NULL)
268         return NULL;
269 
270     if (n >= SIZE_MAX - sizeof(TXE))
271         return NULL;
272 
273     /*
274      * to resize txe, the caller must detach it from the list first,
275      * fail if txe is still attached.
276      */
277     if (!ossl_assert(ossl_list_txe_prev(txe) == NULL
278             && ossl_list_txe_next(txe) == NULL))
279         return NULL;
280 
281     /*
282      * NOTE: We do not clear old memory, although it does contain decrypted
283      * data.
284      */
285     txe2 = OPENSSL_realloc(txe, sizeof(TXE) + n);
286     if (txe2 == NULL)
287         return NULL;
288 
289     if (qtx->cons == txe)
290         qtx->cons = txe2;
291 
292     txe2->alloc_len = n;
293     return txe2;
294 }
295 
296 /*
297  * Ensure the data buffer attached to an TXE is at least n bytes in size.
298  * Returns NULL on failure.
299  */
qtx_reserve_txe(OSSL_QTX * qtx,TXE * txe,size_t n)300 static TXE *qtx_reserve_txe(OSSL_QTX *qtx, TXE *txe, size_t n)
301 {
302     if (txe->alloc_len >= n)
303         return txe;
304 
305     return qtx_resize_txe(qtx, txe, n);
306 }
307 
308 /* Move a TXE from pending to free. */
qtx_pending_to_free(OSSL_QTX * qtx)309 static void qtx_pending_to_free(OSSL_QTX *qtx)
310 {
311     TXE *txe = ossl_list_txe_head(&qtx->pending);
312 
313     assert(txe != NULL);
314     ossl_list_txe_remove(&qtx->pending, txe);
315     --qtx->pending_count;
316     qtx->pending_bytes -= txe->data_len;
317     ossl_list_txe_insert_tail(&qtx->free, txe);
318 }
319 
320 /* Add a TXE not currently in any list to the pending list. */
qtx_add_to_pending(OSSL_QTX * qtx,TXE * txe)321 static void qtx_add_to_pending(OSSL_QTX *qtx, TXE *txe)
322 {
323     ossl_list_txe_insert_tail(&qtx->pending, txe);
324     ++qtx->pending_count;
325     qtx->pending_bytes += txe->data_len;
326 }
327 
328 struct iovec_cur {
329     const OSSL_QTX_IOVEC *iovec;
330     size_t num_iovec, idx, byte_off, bytes_remaining;
331 };
332 
iovec_total_bytes(const OSSL_QTX_IOVEC * iovec,size_t num_iovec)333 static size_t iovec_total_bytes(const OSSL_QTX_IOVEC *iovec,
334     size_t num_iovec)
335 {
336     size_t i, l = 0;
337 
338     for (i = 0; i < num_iovec; ++i)
339         l += iovec[i].buf_len;
340 
341     return l;
342 }
343 
iovec_cur_init(struct iovec_cur * cur,const OSSL_QTX_IOVEC * iovec,size_t num_iovec)344 static void iovec_cur_init(struct iovec_cur *cur,
345     const OSSL_QTX_IOVEC *iovec,
346     size_t num_iovec)
347 {
348     cur->iovec = iovec;
349     cur->num_iovec = num_iovec;
350     cur->idx = 0;
351     cur->byte_off = 0;
352     cur->bytes_remaining = iovec_total_bytes(iovec, num_iovec);
353 }
354 
355 /*
356  * Get an extent of bytes from the iovec cursor. *buf is set to point to the
357  * buffer and the number of bytes in length of the buffer is returned. This
358  * value may be less than the max_buf_len argument. If no more data is
359  * available, returns 0.
360  */
iovec_cur_get_buffer(struct iovec_cur * cur,const unsigned char ** buf,size_t max_buf_len)361 static size_t iovec_cur_get_buffer(struct iovec_cur *cur,
362     const unsigned char **buf,
363     size_t max_buf_len)
364 {
365     size_t l;
366 
367     if (max_buf_len == 0) {
368         *buf = NULL;
369         return 0;
370     }
371 
372     for (;;) {
373         if (cur->idx >= cur->num_iovec)
374             return 0;
375 
376         l = cur->iovec[cur->idx].buf_len - cur->byte_off;
377         if (l > max_buf_len)
378             l = max_buf_len;
379 
380         if (l > 0) {
381             *buf = cur->iovec[cur->idx].buf + cur->byte_off;
382             cur->byte_off += l;
383             cur->bytes_remaining -= l;
384             return l;
385         }
386 
387         /*
388          * Zero-length iovec entry or we already consumed all of it, try the
389          * next iovec.
390          */
391         ++cur->idx;
392         cur->byte_off = 0;
393     }
394 }
395 
396 /* Determines the size of the AEAD output given the input size. */
ossl_qtx_calculate_ciphertext_payload_len(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level,size_t plaintext_len,size_t * ciphertext_len)397 int ossl_qtx_calculate_ciphertext_payload_len(OSSL_QTX *qtx, uint32_t enc_level,
398     size_t plaintext_len,
399     size_t *ciphertext_len)
400 {
401     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el
402         = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1);
403     size_t tag_len;
404 
405     if (el == NULL) {
406         *ciphertext_len = 0;
407         return 0;
408     }
409 
410     /*
411      * We currently only support ciphers with a 1:1 mapping between plaintext
412      * and ciphertext size, save for authentication tag.
413      */
414     tag_len = ossl_qrl_get_suite_cipher_tag_len(el->suite_id);
415 
416     *ciphertext_len = plaintext_len + tag_len;
417     return 1;
418 }
419 
420 /* Determines the size of the AEAD input given the output size. */
ossl_qtx_calculate_plaintext_payload_len(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level,size_t ciphertext_len,size_t * plaintext_len)421 int ossl_qtx_calculate_plaintext_payload_len(OSSL_QTX *qtx, uint32_t enc_level,
422     size_t ciphertext_len,
423     size_t *plaintext_len)
424 {
425     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el
426         = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1);
427     size_t tag_len;
428 
429     if (el == NULL) {
430         *plaintext_len = 0;
431         return 0;
432     }
433 
434     tag_len = ossl_qrl_get_suite_cipher_tag_len(el->suite_id);
435 
436     if (ciphertext_len <= tag_len) {
437         *plaintext_len = 0;
438         return 0;
439     }
440 
441     *plaintext_len = ciphertext_len - tag_len;
442     return 1;
443 }
444 
445 /* Any other error (including packet being too big for MDPL). */
446 #define QTX_FAIL_GENERIC (-1)
447 
448 /*
449  * Returned where there is insufficient room in the datagram to write the
450  * packet.
451  */
452 #define QTX_FAIL_INSUFFICIENT_LEN (-2)
453 
qtx_write_hdr(OSSL_QTX * qtx,const QUIC_PKT_HDR * hdr,TXE * txe,QUIC_PKT_HDR_PTRS * ptrs)454 static int qtx_write_hdr(OSSL_QTX *qtx, const QUIC_PKT_HDR *hdr, TXE *txe,
455     QUIC_PKT_HDR_PTRS *ptrs)
456 {
457     WPACKET wpkt;
458     size_t l = 0;
459     unsigned char *data = txe_data(txe) + txe->data_len;
460 
461     if (!WPACKET_init_static_len(&wpkt, data, txe->alloc_len - txe->data_len, 0))
462         return 0;
463 
464     if (!ossl_quic_wire_encode_pkt_hdr(&wpkt, hdr->dst_conn_id.id_len,
465             hdr, ptrs)
466         || !WPACKET_get_total_written(&wpkt, &l)) {
467         WPACKET_finish(&wpkt);
468         return 0;
469     }
470     WPACKET_finish(&wpkt);
471 
472     if (qtx->msg_callback != NULL)
473         qtx->msg_callback(1, OSSL_QUIC1_VERSION, SSL3_RT_QUIC_PACKET, data, l,
474             qtx->msg_callback_ssl, qtx->msg_callback_arg);
475 
476     txe->data_len += l;
477 
478     return 1;
479 }
480 
qtx_encrypt_into_txe(OSSL_QTX * qtx,struct iovec_cur * cur,TXE * txe,uint32_t enc_level,QUIC_PN pn,const unsigned char * hdr,size_t hdr_len,QUIC_PKT_HDR_PTRS * ptrs)481 static int qtx_encrypt_into_txe(OSSL_QTX *qtx, struct iovec_cur *cur, TXE *txe,
482     uint32_t enc_level, QUIC_PN pn,
483     const unsigned char *hdr, size_t hdr_len,
484     QUIC_PKT_HDR_PTRS *ptrs)
485 {
486     int l = 0, l2 = 0, nonce_len;
487     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el
488         = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1);
489     unsigned char nonce[EVP_MAX_IV_LENGTH];
490     size_t i;
491     EVP_CIPHER_CTX *cctx = NULL;
492 
493     /* We should not have been called if we do not have key material. */
494     if (!ossl_assert(el != NULL)) {
495         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
496         return 0;
497     }
498 
499     /*
500      * Have we already encrypted the maximum number of packets using the current
501      * key?
502      */
503     if (el->op_count >= ossl_qrl_get_suite_max_pkt(el->suite_id)) {
504         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, SSL_R_MAXIMUM_ENCRYPTED_PKTS_REACHED);
505         return 0;
506     }
507 
508     /*
509      * TX key update is simpler than for RX; once we initiate a key update, we
510      * never need the old keys, as we never deliberately send a packet with old
511      * keys. Thus the EL always uses keyslot 0 for the TX side.
512      */
513     cctx = el->cctx[0];
514     if (!ossl_assert(cctx != NULL)) {
515         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
516         return 0;
517     }
518 
519     /* Construct nonce (nonce=IV ^ PN). */
520     nonce_len = EVP_CIPHER_CTX_get_iv_length(cctx);
521     if (!ossl_assert(nonce_len >= (int)sizeof(QUIC_PN))) {
522         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
523         return 0;
524     }
525 
526     memcpy(nonce, el->iv[0], (size_t)nonce_len);
527     for (i = 0; i < sizeof(QUIC_PN); ++i)
528         nonce[nonce_len - i - 1] ^= (unsigned char)(pn >> (i * 8));
529 
530     /* type and key will already have been setup; feed the IV. */
531     if (EVP_CipherInit_ex(cctx, NULL, NULL, NULL, nonce, /*enc=*/1) != 1) {
532         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_EVP_LIB);
533         return 0;
534     }
535 
536     /* Feed AAD data. */
537     if (EVP_CipherUpdate(cctx, NULL, &l, hdr, hdr_len) != 1) {
538         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_EVP_LIB);
539         return 0;
540     }
541 
542     /* Encrypt plaintext directly into TXE. */
543     for (;;) {
544         const unsigned char *src;
545         size_t src_len;
546 
547         src_len = iovec_cur_get_buffer(cur, &src, SIZE_MAX);
548         if (src_len == 0)
549             break;
550 
551         if (EVP_CipherUpdate(cctx, txe_data(txe) + txe->data_len,
552                 &l, src, src_len)
553             != 1) {
554             ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_EVP_LIB);
555             return 0;
556         }
557 
558 #ifdef FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION
559         /* Ignore what we just encrypted and overwrite it with the plaintext */
560         memcpy(txe_data(txe) + txe->data_len, src, l);
561 #endif
562 
563         assert(l > 0 && src_len == (size_t)l);
564         txe->data_len += src_len;
565     }
566 
567     /* Finalise and get tag. */
568     if (EVP_CipherFinal_ex(cctx, NULL, &l2) != 1) {
569         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_EVP_LIB);
570         return 0;
571     }
572 
573     if (EVP_CIPHER_CTX_ctrl(cctx, EVP_CTRL_AEAD_GET_TAG,
574             el->tag_len, txe_data(txe) + txe->data_len)
575         != 1) {
576         ERR_raise(ERR_LIB_SSL, ERR_R_EVP_LIB);
577         return 0;
578     }
579 
580     txe->data_len += el->tag_len;
581 
582     /* Apply header protection. */
583     if (!ossl_quic_hdr_protector_encrypt(&el->hpr, ptrs))
584         return 0;
585 
586     ++el->op_count;
587     return 1;
588 }
589 
590 /*
591  * Append a packet to the TXE buffer, serializing and encrypting it in the
592  * process.
593  */
qtx_write(OSSL_QTX * qtx,const OSSL_QTX_PKT * pkt,TXE * txe,uint32_t enc_level,QUIC_PKT_HDR * hdr,const OSSL_QTX_IOVEC * iovec,size_t num_iovec)594 static int qtx_write(OSSL_QTX *qtx, const OSSL_QTX_PKT *pkt, TXE *txe,
595     uint32_t enc_level, QUIC_PKT_HDR *hdr,
596     const OSSL_QTX_IOVEC *iovec, size_t num_iovec)
597 {
598     int ret, needs_encrypt;
599     size_t hdr_len, pred_hdr_len, payload_len, pkt_len, space_left;
600     size_t min_len, orig_data_len;
601     struct iovec_cur cur;
602     QUIC_PKT_HDR_PTRS ptrs;
603     unsigned char *hdr_start;
604     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el = NULL;
605 
606     /*
607      * Determine if the packet needs encryption and the minimum conceivable
608      * serialization length.
609      */
610     if (!ossl_quic_pkt_type_is_encrypted(hdr->type)) {
611         needs_encrypt = 0;
612         min_len = QUIC_MIN_VALID_PKT_LEN;
613     } else {
614         needs_encrypt = 1;
615         min_len = QUIC_MIN_VALID_PKT_LEN_CRYPTO;
616         el = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1);
617         if (!ossl_assert(el != NULL)) /* should already have been checked */
618             return 0;
619     }
620 
621     orig_data_len = txe->data_len;
622     space_left = txe->alloc_len - txe->data_len;
623     if (space_left < min_len) {
624         /* Not even a possibility of it fitting. */
625         ret = QTX_FAIL_INSUFFICIENT_LEN;
626         goto err;
627     }
628 
629     /* Set some fields in the header we are responsible for. */
630     if (hdr->type == QUIC_PKT_TYPE_1RTT)
631         hdr->key_phase = (unsigned char)(el->key_epoch & 1);
632 
633     /* Walk the iovecs to determine actual input payload length. */
634     iovec_cur_init(&cur, iovec, num_iovec);
635 
636     if (cur.bytes_remaining == 0) {
637         /* No zero-length payloads allowed. */
638         ret = QTX_FAIL_GENERIC;
639         goto err;
640     }
641 
642     /* Determine encrypted payload length. */
643     if (needs_encrypt)
644         ossl_qtx_calculate_ciphertext_payload_len(qtx, enc_level,
645             cur.bytes_remaining,
646             &payload_len);
647     else
648         payload_len = cur.bytes_remaining;
649 
650     /* Determine header length. */
651     hdr->data = NULL;
652     hdr->len = payload_len;
653     pred_hdr_len = ossl_quic_wire_get_encoded_pkt_hdr_len(hdr->dst_conn_id.id_len,
654         hdr);
655     if (pred_hdr_len == 0) {
656         ret = QTX_FAIL_GENERIC;
657         goto err;
658     }
659 
660     /* We now definitively know our packet length. */
661     pkt_len = pred_hdr_len + payload_len;
662 
663     if (pkt_len > space_left) {
664         ret = QTX_FAIL_INSUFFICIENT_LEN;
665         goto err;
666     }
667 
668     if (ossl_quic_pkt_type_has_pn(hdr->type)) {
669         if (!ossl_quic_wire_encode_pkt_hdr_pn(pkt->pn,
670                 hdr->pn,
671                 hdr->pn_len)) {
672             ret = QTX_FAIL_GENERIC;
673             goto err;
674         }
675     }
676 
677     /* Append the header to the TXE. */
678     hdr_start = txe_data(txe) + txe->data_len;
679     if (!qtx_write_hdr(qtx, hdr, txe, &ptrs)) {
680         ret = QTX_FAIL_GENERIC;
681         goto err;
682     }
683 
684     hdr_len = (txe_data(txe) + txe->data_len) - hdr_start;
685     assert(hdr_len == pred_hdr_len);
686 
687     if (!needs_encrypt) {
688         /* Just copy the payload across. */
689         const unsigned char *src;
690         size_t src_len;
691 
692         for (;;) {
693             /* Buffer length has already been checked above. */
694             src_len = iovec_cur_get_buffer(&cur, &src, SIZE_MAX);
695             if (src_len == 0)
696                 break;
697 
698             memcpy(txe_data(txe) + txe->data_len, src, src_len);
699             txe->data_len += src_len;
700         }
701     } else {
702         /* Encrypt into TXE. */
703         if (!qtx_encrypt_into_txe(qtx, &cur, txe, enc_level, pkt->pn,
704                 hdr_start, hdr_len, &ptrs)) {
705             ret = QTX_FAIL_GENERIC;
706             goto err;
707         }
708 
709         assert(txe->data_len - orig_data_len == pkt_len);
710     }
711 
712     return 1;
713 
714 err:
715     /*
716      * Restore original length so we don't leave a half-written packet in the
717      * TXE.
718      */
719     txe->data_len = orig_data_len;
720     return ret;
721 }
722 
qtx_ensure_cons(OSSL_QTX * qtx)723 static TXE *qtx_ensure_cons(OSSL_QTX *qtx)
724 {
725     TXE *txe = qtx->cons;
726 
727     if (txe != NULL)
728         return txe;
729 
730     txe = qtx_ensure_free_txe(qtx, qtx->mdpl);
731     if (txe == NULL)
732         return NULL;
733 
734     ossl_list_txe_remove(&qtx->free, txe);
735     qtx->cons = txe;
736     qtx->cons_count = 0;
737     txe->data_len = 0;
738     return txe;
739 }
740 
qtx_get_qlog(OSSL_QTX * qtx)741 static QLOG *qtx_get_qlog(OSSL_QTX *qtx)
742 {
743     if (qtx->get_qlog_cb == NULL)
744         return NULL;
745 
746     return qtx->get_qlog_cb(qtx->get_qlog_cb_arg);
747 }
748 
qtx_mutate_write(OSSL_QTX * qtx,const OSSL_QTX_PKT * pkt,TXE * txe,uint32_t enc_level)749 static int qtx_mutate_write(OSSL_QTX *qtx, const OSSL_QTX_PKT *pkt, TXE *txe,
750     uint32_t enc_level)
751 {
752     int ret;
753     QUIC_PKT_HDR *hdr;
754     const OSSL_QTX_IOVEC *iovec;
755     size_t num_iovec;
756 
757     /* If we are running tests then mutate_packet may be non NULL */
758     if (qtx->mutatecb != NULL) {
759         if (!qtx->mutatecb(pkt->hdr, pkt->iovec, pkt->num_iovec, &hdr,
760                 &iovec, &num_iovec, qtx->mutatearg))
761             return QTX_FAIL_GENERIC;
762     } else {
763         hdr = pkt->hdr;
764         iovec = pkt->iovec;
765         num_iovec = pkt->num_iovec;
766     }
767 
768     ret = qtx_write(qtx, pkt, txe, enc_level,
769         hdr, iovec, num_iovec);
770     if (ret == 1)
771         ossl_qlog_event_transport_packet_sent(qtx_get_qlog(qtx), hdr, pkt->pn,
772             iovec, num_iovec,
773             qtx->datagram_count);
774 
775     if (qtx->finishmutatecb != NULL)
776         qtx->finishmutatecb(qtx->mutatearg);
777 
778     return ret;
779 }
780 
addr_eq(const BIO_ADDR * a,const BIO_ADDR * b)781 static int addr_eq(const BIO_ADDR *a, const BIO_ADDR *b)
782 {
783     return ((a == NULL || BIO_ADDR_family(a) == AF_UNSPEC)
784                && (b == NULL || BIO_ADDR_family(b) == AF_UNSPEC))
785         || (a != NULL && b != NULL && memcmp(a, b, sizeof(*a)) == 0);
786 }
787 
ossl_qtx_write_pkt(OSSL_QTX * qtx,const OSSL_QTX_PKT * pkt)788 int ossl_qtx_write_pkt(OSSL_QTX *qtx, const OSSL_QTX_PKT *pkt)
789 {
790     int ret;
791     int coalescing = (pkt->flags & OSSL_QTX_PKT_FLAG_COALESCE) != 0;
792     int was_coalescing;
793     TXE *txe;
794     uint32_t enc_level;
795 
796     /* Must have EL configured, must have header. */
797     if (pkt->hdr == NULL)
798         return 0;
799 
800     enc_level = ossl_quic_pkt_type_to_enc_level(pkt->hdr->type);
801 
802     /* Some packet types must be in a packet all by themselves. */
803     if (!ossl_quic_pkt_type_can_share_dgram(pkt->hdr->type))
804         ossl_qtx_finish_dgram(qtx);
805     else if (enc_level >= QUIC_ENC_LEVEL_NUM
806         || ossl_qrl_enc_level_set_have_el(&qtx->el_set, enc_level) != 1) {
807         /* All other packet types are encrypted. */
808         return 0;
809     }
810 
811     was_coalescing = (qtx->cons != NULL && qtx->cons->data_len > 0);
812     if (was_coalescing)
813         if (!addr_eq(&qtx->cons->peer, pkt->peer)
814             || !addr_eq(&qtx->cons->local, pkt->local)) {
815             /* Must stop coalescing if addresses have changed */
816             ossl_qtx_finish_dgram(qtx);
817             was_coalescing = 0;
818         }
819 
820     for (;;) {
821         /*
822          * Start a new coalescing session or continue using the existing one and
823          * serialize/encrypt the packet. We always encrypt packets as soon as
824          * our caller gives them to us, which relieves the caller of any need to
825          * keep the plaintext around.
826          *
827          * the txe can have three distinct states:
828          *	- attached to free list
829          *	- attached to tx list
830          *	- detached.
831          *
832          * if txe is detached (not member of free/tx list), then it is kept
833          * in qtx->cons. The qtx_ensure_cons() here either returns the txe
834          * from free list or existing ->cons txe. The txe we obtain here
835          * is detached.
836          */
837         txe = qtx_ensure_cons(qtx);
838         if (txe == NULL)
839             return 0; /* allocation failure */
840 
841         /*
842          * Ensure TXE has at least MDPL bytes allocated. This should only be
843          * possible if the MDPL has increased.
844          */
845         txe = qtx_reserve_txe(qtx, txe, qtx->mdpl);
846         if (txe == NULL) {
847             /*
848              * realloc of txe failed. however it is still kept in ->cons,
849              * no memory leak.
850              * The question is what we should do here to handle error,
851              * is doing `return 0` enough? or shall we discard ->cons and
852              * put it back to free list?
853              * or just stop coalescing the packet and dispatch it to network
854              * right now so the next packet tx can start from fresh?
855              * I think this is the problem for another day.
856              */
857             return 0;
858         }
859 
860         if (!was_coalescing) {
861             /* Set addresses in TXE. */
862             if (pkt->peer != NULL) {
863                 if (!BIO_ADDR_copy(&txe->peer, pkt->peer))
864                     return 0;
865             } else {
866                 BIO_ADDR_clear(&txe->peer);
867             }
868 
869             if (pkt->local != NULL) {
870                 if (!BIO_ADDR_copy(&txe->local, pkt->local))
871                     return 0;
872             } else {
873                 BIO_ADDR_clear(&txe->local);
874             }
875         }
876 
877         ret = qtx_mutate_write(qtx, pkt, txe, enc_level);
878         if (ret == 1) {
879             break;
880         } else if (ret == QTX_FAIL_INSUFFICIENT_LEN) {
881             if (was_coalescing) {
882                 /*
883                  * We failed due to insufficient length, so end the current
884                  * datagram and try again.
885                  *
886                  * the ossl_qtx_finish_dgram() also puts the txe (-.cons) to
887                  * tx list, so ->cons becomes attached again. The function also
888                  * sets ->cons to NULL so the next loop iteration starts with
889                  * fresh txe (which is also safe to resize).
890                  */
891                 ossl_qtx_finish_dgram(qtx);
892                 was_coalescing = 0;
893             } else {
894                 /*
895                  * We failed due to insufficient length, but we were not
896                  * coalescing/started with an empty datagram, so any future
897                  * attempt to write this packet must also fail.
898                  */
899                 return 0;
900             }
901         } else {
902             return 0; /* other error */
903         }
904     }
905 
906     ++qtx->cons_count;
907 
908     /*
909      * Some packet types cannot have another packet come after them.
910      */
911     if (ossl_quic_pkt_type_must_be_last(pkt->hdr->type))
912         coalescing = 0;
913 
914     if (!coalescing)
915         ossl_qtx_finish_dgram(qtx);
916 
917     return 1;
918 }
919 
920 /*
921  * Finish any incomplete datagrams for transmission which were flagged for
922  * coalescing. If there is no current coalescing datagram, this is a no-op.
923  */
ossl_qtx_finish_dgram(OSSL_QTX * qtx)924 void ossl_qtx_finish_dgram(OSSL_QTX *qtx)
925 {
926     TXE *txe = qtx->cons;
927 
928     if (txe == NULL)
929         return;
930 
931     if (txe->data_len == 0)
932         /*
933          * If we did not put anything in the datagram, just move it back to the
934          * free list.
935          */
936         ossl_list_txe_insert_tail(&qtx->free, txe);
937     else
938         qtx_add_to_pending(qtx, txe);
939 
940     qtx->cons = NULL;
941     qtx->cons_count = 0;
942     ++qtx->datagram_count;
943 }
944 
txe_to_msg(TXE * txe,BIO_MSG * msg)945 static void txe_to_msg(TXE *txe, BIO_MSG *msg)
946 {
947     msg->data = txe_data(txe);
948     msg->data_len = txe->data_len;
949     msg->flags = 0;
950     msg->peer
951         = BIO_ADDR_family(&txe->peer) != AF_UNSPEC ? &txe->peer : NULL;
952     msg->local
953         = BIO_ADDR_family(&txe->local) != AF_UNSPEC ? &txe->local : NULL;
954 }
955 
956 #define MAX_MSGS_PER_SEND 32
957 
ossl_qtx_flush_net(OSSL_QTX * qtx)958 int ossl_qtx_flush_net(OSSL_QTX *qtx)
959 {
960     BIO_MSG msg[MAX_MSGS_PER_SEND];
961     size_t wr, i, total_written = 0;
962     TXE *txe;
963     int res;
964 
965     if (ossl_list_txe_head(&qtx->pending) == NULL)
966         return QTX_FLUSH_NET_RES_OK; /* Nothing to send. */
967 
968     if (qtx->bio == NULL)
969         return QTX_FLUSH_NET_RES_PERMANENT_FAIL;
970 
971     for (;;) {
972         for (txe = ossl_list_txe_head(&qtx->pending), i = 0;
973             txe != NULL && i < OSSL_NELEM(msg);
974             txe = ossl_list_txe_next(txe), ++i)
975             txe_to_msg(txe, &msg[i]);
976 
977         if (!i)
978             /* Nothing to send. */
979             break;
980 
981         ERR_set_mark();
982         res = BIO_sendmmsg(qtx->bio, msg, sizeof(BIO_MSG), i, 0, &wr);
983         if (res && wr == 0) {
984             /*
985              * Treat 0 messages sent as a transient error and just stop for now.
986              */
987             ERR_clear_last_mark();
988             break;
989         } else if (!res) {
990             /*
991              * We did not get anything, so further calls will probably not
992              * succeed either.
993              */
994             if (BIO_err_is_non_fatal(ERR_peek_last_error())) {
995                 /* Transient error, just stop for now, clearing the error. */
996                 ERR_pop_to_mark();
997                 break;
998             } else {
999                 /* Non-transient error, fail and do not clear the error. */
1000                 ERR_clear_last_mark();
1001                 return QTX_FLUSH_NET_RES_PERMANENT_FAIL;
1002             }
1003         }
1004 
1005         ERR_clear_last_mark();
1006 
1007         /*
1008          * Remove everything which was successfully sent from the pending queue.
1009          */
1010         for (i = 0; i < wr; ++i) {
1011             if (qtx->msg_callback != NULL)
1012                 qtx->msg_callback(1, OSSL_QUIC1_VERSION, SSL3_RT_QUIC_DATAGRAM,
1013                     msg[i].data, msg[i].data_len,
1014                     qtx->msg_callback_ssl,
1015                     qtx->msg_callback_arg);
1016             qtx_pending_to_free(qtx);
1017         }
1018 
1019         total_written += wr;
1020     }
1021 
1022     return total_written > 0
1023         ? QTX_FLUSH_NET_RES_OK
1024         : QTX_FLUSH_NET_RES_TRANSIENT_FAIL;
1025 }
1026 
ossl_qtx_pop_net(OSSL_QTX * qtx,BIO_MSG * msg)1027 int ossl_qtx_pop_net(OSSL_QTX *qtx, BIO_MSG *msg)
1028 {
1029     TXE *txe = ossl_list_txe_head(&qtx->pending);
1030 
1031     if (txe == NULL)
1032         return 0;
1033 
1034     txe_to_msg(txe, msg);
1035     qtx_pending_to_free(qtx);
1036     return 1;
1037 }
1038 
ossl_qtx_set_bio(OSSL_QTX * qtx,BIO * bio)1039 void ossl_qtx_set_bio(OSSL_QTX *qtx, BIO *bio)
1040 {
1041     qtx->bio = bio;
1042 }
1043 
ossl_qtx_set_mdpl(OSSL_QTX * qtx,size_t mdpl)1044 int ossl_qtx_set_mdpl(OSSL_QTX *qtx, size_t mdpl)
1045 {
1046     if (mdpl < QUIC_MIN_INITIAL_DGRAM_LEN)
1047         return 0;
1048 
1049     qtx->mdpl = mdpl;
1050     return 1;
1051 }
1052 
ossl_qtx_get_mdpl(OSSL_QTX * qtx)1053 size_t ossl_qtx_get_mdpl(OSSL_QTX *qtx)
1054 {
1055     return qtx->mdpl;
1056 }
1057 
ossl_qtx_get_queue_len_datagrams(OSSL_QTX * qtx)1058 size_t ossl_qtx_get_queue_len_datagrams(OSSL_QTX *qtx)
1059 {
1060     return qtx->pending_count;
1061 }
1062 
ossl_qtx_get_queue_len_bytes(OSSL_QTX * qtx)1063 size_t ossl_qtx_get_queue_len_bytes(OSSL_QTX *qtx)
1064 {
1065     return qtx->pending_bytes;
1066 }
1067 
ossl_qtx_get_cur_dgram_len_bytes(OSSL_QTX * qtx)1068 size_t ossl_qtx_get_cur_dgram_len_bytes(OSSL_QTX *qtx)
1069 {
1070     return qtx->cons != NULL ? qtx->cons->data_len : 0;
1071 }
1072 
ossl_qtx_get_unflushed_pkt_count(OSSL_QTX * qtx)1073 size_t ossl_qtx_get_unflushed_pkt_count(OSSL_QTX *qtx)
1074 {
1075     return qtx->cons_count;
1076 }
1077 
ossl_qtx_trigger_key_update(OSSL_QTX * qtx)1078 int ossl_qtx_trigger_key_update(OSSL_QTX *qtx)
1079 {
1080     return ossl_qrl_enc_level_set_key_update(&qtx->el_set,
1081         QUIC_ENC_LEVEL_1RTT);
1082 }
1083 
ossl_qtx_get_cur_epoch_pkt_count(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level)1084 uint64_t ossl_qtx_get_cur_epoch_pkt_count(OSSL_QTX *qtx, uint32_t enc_level)
1085 {
1086     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el;
1087 
1088     el = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1);
1089     if (el == NULL)
1090         return UINT64_MAX;
1091 
1092     return el->op_count;
1093 }
1094 
ossl_qtx_get_max_epoch_pkt_count(OSSL_QTX * qtx,uint32_t enc_level)1095 uint64_t ossl_qtx_get_max_epoch_pkt_count(OSSL_QTX *qtx, uint32_t enc_level)
1096 {
1097     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el;
1098 
1099     el = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, enc_level, 1);
1100     if (el == NULL)
1101         return UINT64_MAX;
1102 
1103     return ossl_qrl_get_suite_max_pkt(el->suite_id);
1104 }
1105 
ossl_qtx_set_msg_callback(OSSL_QTX * qtx,ossl_msg_cb msg_callback,SSL * msg_callback_ssl)1106 void ossl_qtx_set_msg_callback(OSSL_QTX *qtx, ossl_msg_cb msg_callback,
1107     SSL *msg_callback_ssl)
1108 {
1109     qtx->msg_callback = msg_callback;
1110     qtx->msg_callback_ssl = msg_callback_ssl;
1111 }
1112 
ossl_qtx_set_msg_callback_arg(OSSL_QTX * qtx,void * msg_callback_arg)1113 void ossl_qtx_set_msg_callback_arg(OSSL_QTX *qtx, void *msg_callback_arg)
1114 {
1115     qtx->msg_callback_arg = msg_callback_arg;
1116 }
1117 
ossl_qtx_get_key_epoch(OSSL_QTX * qtx)1118 uint64_t ossl_qtx_get_key_epoch(OSSL_QTX *qtx)
1119 {
1120     OSSL_QRL_ENC_LEVEL *el;
1121 
1122     el = ossl_qrl_enc_level_set_get(&qtx->el_set, QUIC_ENC_LEVEL_1RTT, 1);
1123     if (el == NULL)
1124         return 0;
1125 
1126     return el->key_epoch;
1127 }
1128