lin
2025-07-31 065ea569db06206874bbfa18eb25ff6121aec09b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
/*
 * Copyright (C) 2018 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */
 
#define LOG_TAG "DnsTlsSocket"
//#define LOG_NDEBUG 0
 
#include "DnsTlsSocket.h"
 
#include <arpa/inet.h>
#include <arpa/nameser.h>
#include <errno.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <openssl/err.h>
#include <openssl/sha.h>
#include <sys/eventfd.h>
#include <sys/poll.h>
#include <algorithm>
 
#include "DnsTlsSessionCache.h"
#include "IDnsTlsSocketObserver.h"
 
#include "log/log.h"
#include "netdutils/SocketOption.h"
 
namespace android {
 
using netdutils::enableSockopt;
using netdutils::enableTcpKeepAlives;
using netdutils::isOk;
using netdutils::Slice;
using netdutils::Status;
 
namespace net {
namespace {
 
constexpr const char kCaCertDir[] = "/system/etc/security/cacerts";
constexpr size_t SHA256_SIZE = SHA256_DIGEST_LENGTH;
 
int waitForReading(int fd) {
    struct pollfd fds = { .fd = fd, .events = POLLIN };
    const int ret = TEMP_FAILURE_RETRY(poll(&fds, 1, -1));
    return ret;
}
 
int waitForWriting(int fd) {
    struct pollfd fds = { .fd = fd, .events = POLLOUT };
    const int ret = TEMP_FAILURE_RETRY(poll(&fds, 1, -1));
    return ret;
}
 
}  // namespace
 
Status DnsTlsSocket::tcpConnect() {
    ALOGV("%u connecting TCP socket", mMark);
    int type = SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC;
    switch (mServer.protocol) {
        case IPPROTO_TCP:
            type |= SOCK_STREAM;
            break;
        default:
            return Status(EPROTONOSUPPORT);
    }
 
    mSslFd.reset(socket(mServer.ss.ss_family, type, mServer.protocol));
    if (mSslFd.get() == -1) {
        ALOGE("Failed to create socket");
        return Status(errno);
    }
 
    const socklen_t len = sizeof(mMark);
    if (setsockopt(mSslFd.get(), SOL_SOCKET, SO_MARK, &mMark, len) == -1) {
        ALOGE("Failed to set socket mark");
        mSslFd.reset();
        return Status(errno);
    }
 
    const Status tfo = enableSockopt(mSslFd.get(), SOL_TCP, TCP_FASTOPEN_CONNECT);
    if (!isOk(tfo) && tfo.code() != ENOPROTOOPT) {
        ALOGI("Failed to enable TFO: %s", tfo.msg().c_str());
    }
 
    // Send 5 keepalives, 3 seconds apart, after 15 seconds of inactivity.
    enableTcpKeepAlives(mSslFd.get(), 15U, 5U, 3U).ignoreError();
 
    if (connect(mSslFd.get(), reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(&mServer.ss),
                sizeof(mServer.ss)) != 0 &&
            errno != EINPROGRESS) {
        ALOGV("Socket failed to connect");
        mSslFd.reset();
        return Status(errno);
    }
 
    return netdutils::status::ok;
}
 
bool getSPKIDigest(const X509* cert, std::vector<uint8_t>* out) {
    int spki_len = i2d_X509_PUBKEY(X509_get_X509_PUBKEY(cert), nullptr);
    unsigned char spki[spki_len];
    unsigned char* temp = spki;
    if (spki_len != i2d_X509_PUBKEY(X509_get_X509_PUBKEY(cert), &temp)) {
        ALOGW("SPKI length mismatch");
        return false;
    }
    out->resize(SHA256_SIZE);
    unsigned int digest_len = 0;
    int ret = EVP_Digest(spki, spki_len, out->data(), &digest_len, EVP_sha256(), nullptr);
    if (ret != 1) {
        ALOGW("Server cert digest extraction failed");
        return false;
    }
    if (digest_len != out->size()) {
        ALOGW("Wrong digest length: %d", digest_len);
        return false;
    }
    return true;
}
 
bool DnsTlsSocket::initialize() {
    // This method should only be called once, at the beginning, so locking should be
    // unnecessary.  This lock only serves to help catch bugs in code that calls this method.
    std::lock_guard guard(mLock);
    if (mSslCtx) {
        // This is a bug in the caller.
        return false;
    }
    mSslCtx.reset(SSL_CTX_new(TLS_method()));
    if (!mSslCtx) {
        return false;
    }
 
    // Load system CA certs for hostname verification.
    //
    // For discussion of alternative, sustainable approaches see b/71909242.
    if (SSL_CTX_load_verify_locations(mSslCtx.get(), nullptr, kCaCertDir) != 1) {
        ALOGE("Failed to load CA cert dir: %s", kCaCertDir);
        return false;
    }
 
    // Enable TLS false start
    SSL_CTX_set_false_start_allowed_without_alpn(mSslCtx.get(), 1);
    SSL_CTX_set_mode(mSslCtx.get(), SSL_MODE_ENABLE_FALSE_START);
 
    // Enable session cache
    mCache->prepareSslContext(mSslCtx.get());
 
    // Connect
    Status status = tcpConnect();
    if (!status.ok()) {
        return false;
    }
    mSsl = sslConnect(mSslFd.get());
    if (!mSsl) {
        return false;
    }
 
    mEventFd.reset(eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC));
 
    // Start the I/O loop.
    mLoopThread.reset(new std::thread(&DnsTlsSocket::loop, this));
 
    return true;
}
 
bssl::UniquePtr<SSL> DnsTlsSocket::sslConnect(int fd) {
    if (!mSslCtx) {
        ALOGE("Internal error: context is null in sslConnect");
        return nullptr;
    }
    if (!SSL_CTX_set_min_proto_version(mSslCtx.get(), TLS1_2_VERSION)) {
        ALOGE("Failed to set minimum TLS version");
        return nullptr;
    }
 
    bssl::UniquePtr<SSL> ssl(SSL_new(mSslCtx.get()));
    // This file descriptor is owned by mSslFd, so don't let libssl close it.
    bssl::UniquePtr<BIO> bio(BIO_new_socket(fd, BIO_NOCLOSE));
    SSL_set_bio(ssl.get(), bio.get(), bio.get());
    bio.release();
 
    if (!mCache->prepareSsl(ssl.get())) {
        return nullptr;
    }
 
    if (!mServer.name.empty()) {
        if (SSL_set_tlsext_host_name(ssl.get(), mServer.name.c_str()) != 1) {
            ALOGE("Failed to set SNI to %s", mServer.name.c_str());
            return nullptr;
        }
        X509_VERIFY_PARAM* param = SSL_get0_param(ssl.get());
        if (X509_VERIFY_PARAM_set1_host(param, mServer.name.data(), mServer.name.size()) != 1) {
            ALOGE("Failed to set verify host param to %s", mServer.name.c_str());
            return nullptr;
        }
        // This will cause the handshake to fail if certificate verification fails.
        SSL_set_verify(ssl.get(), SSL_VERIFY_PEER, nullptr);
    }
 
    bssl::UniquePtr<SSL_SESSION> session = mCache->getSession();
    if (session) {
        ALOGV("Setting session");
        SSL_set_session(ssl.get(), session.get());
    } else {
        ALOGV("No session available");
    }
 
    for (;;) {
        ALOGV("%u Calling SSL_connect", mMark);
        int ret = SSL_connect(ssl.get());
        ALOGV("%u SSL_connect returned %d", mMark, ret);
        if (ret == 1) break;  // SSL handshake complete;
 
        const int ssl_err = SSL_get_error(ssl.get(), ret);
        switch (ssl_err) {
            case SSL_ERROR_WANT_READ:
                if (waitForReading(fd) != 1) {
                    ALOGW("SSL_connect read error: %d", errno);
                    return nullptr;
                }
                break;
            case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
                if (waitForWriting(fd) != 1) {
                    ALOGW("SSL_connect write error");
                    return nullptr;
                }
                break;
            default:
                ALOGW("SSL_connect error %d, errno=%d", ssl_err, errno);
                return nullptr;
        }
    }
 
    // TODO: Call SSL_shutdown before discarding the session if validation fails.
    if (!mServer.fingerprints.empty()) {
        ALOGV("Checking DNS over TLS fingerprint");
 
        // We only care that the chain is internally self-consistent, not that
        // it chains to a trusted root, so we can ignore some kinds of errors.
        // TODO: Add a CA root verification mode that respects these errors.
        int verify_result = SSL_get_verify_result(ssl.get());
        switch (verify_result) {
            case X509_V_OK:
            case X509_V_ERR_DEPTH_ZERO_SELF_SIGNED_CERT:
            case X509_V_ERR_SELF_SIGNED_CERT_IN_CHAIN:
            case X509_V_ERR_CERT_UNTRUSTED:
                break;
            default:
                ALOGW("Invalid certificate chain, error %d", verify_result);
                return nullptr;
        }
 
        STACK_OF(X509) *chain = SSL_get_peer_cert_chain(ssl.get());
        if (!chain) {
            ALOGW("Server has null certificate");
            return nullptr;
        }
        // Chain and its contents are owned by ssl, so we don't need to free explicitly.
        bool matched = false;
        for (size_t i = 0; i < sk_X509_num(chain); ++i) {
            // This appears to be O(N^2), but there doesn't seem to be a straightforward
            // way to walk a STACK_OF nondestructively in linear time.
            X509* cert = sk_X509_value(chain, i);
            std::vector<uint8_t> digest;
            if (!getSPKIDigest(cert, &digest)) {
                ALOGE("Digest computation failed");
                return nullptr;
            }
 
            if (mServer.fingerprints.count(digest) > 0) {
                matched = true;
                break;
            }
        }
 
        if (!matched) {
            ALOGW("No matching fingerprint");
            return nullptr;
        }
 
        ALOGV("DNS over TLS fingerprint is correct");
    }
 
    ALOGV("%u handshake complete", mMark);
 
    return ssl;
}
 
void DnsTlsSocket::sslDisconnect() {
    if (mSsl) {
        SSL_shutdown(mSsl.get());
        mSsl.reset();
    }
    mSslFd.reset();
}
 
bool DnsTlsSocket::sslWrite(const Slice buffer) {
    ALOGV("%u Writing %zu bytes", mMark, buffer.size());
    for (;;) {
        int ret = SSL_write(mSsl.get(), buffer.base(), buffer.size());
        if (ret == int(buffer.size())) break;  // SSL write complete;
 
        if (ret < 1) {
            const int ssl_err = SSL_get_error(mSsl.get(), ret);
            switch (ssl_err) {
                case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
                    if (waitForWriting(mSslFd.get()) != 1) {
                        ALOGV("SSL_write error");
                        return false;
                    }
                    continue;
                case 0:
                    break;  // SSL write complete;
                default:
                    ALOGV("SSL_write error %d", ssl_err);
                    return false;
            }
        }
    }
    ALOGV("%u Wrote %zu bytes", mMark, buffer.size());
    return true;
}
 
void DnsTlsSocket::loop() {
    std::lock_guard guard(mLock);
    std::deque<std::vector<uint8_t>> q;
 
    const int timeout_msecs = DnsTlsSocket::kIdleTimeout.count() * 1000;
    while (true) {
        // poll() ignores negative fds
        struct pollfd fds[2] = { { .fd = -1 }, { .fd = -1 } };
        enum { SSLFD = 0, EVENTFD = 1 };
 
        // Always listen for a response from server.
        fds[SSLFD].fd = mSslFd.get();
        fds[SSLFD].events = POLLIN;
 
        // If we have pending queries, wait for space to write one.
        // Otherwise, listen for new queries.
        // Note: This blocks the destructor until q is empty, i.e. until all pending
        // queries are sent or have failed to send.
        if (!q.empty()) {
            fds[SSLFD].events |= POLLOUT;
        } else {
            fds[EVENTFD].fd = mEventFd.get();
            fds[EVENTFD].events = POLLIN;
        }
 
        const int s = TEMP_FAILURE_RETRY(poll(fds, std::size(fds), timeout_msecs));
        if (s == 0) {
            ALOGV("Idle timeout");
            break;
        }
        if (s < 0) {
            ALOGV("Poll failed: %d", errno);
            break;
        }
        if (fds[SSLFD].revents & (POLLIN | POLLERR | POLLHUP)) {
            if (!readResponse()) {
                ALOGV("SSL remote close or read error.");
                break;
            }
        }
        if (fds[EVENTFD].revents & (POLLIN | POLLERR)) {
            int64_t num_queries;
            ssize_t res = read(mEventFd.get(), &num_queries, sizeof(num_queries));
            if (res < 0) {
                ALOGW("Error during eventfd read");
                break;
            } else if (res == 0) {
                ALOGW("eventfd closed; disconnecting");
                break;
            } else if (res != sizeof(num_queries)) {
                ALOGE("Int size mismatch: %zd != %zu", res, sizeof(num_queries));
                break;
            } else if (num_queries < 0) {
                ALOGV("Negative eventfd read indicates destructor-initiated shutdown");
                break;
            }
            // Take ownership of all pending queries.  (q is always empty here.)
            mQueue.swap(q);
        } else if (fds[SSLFD].revents & POLLOUT) {
            // q cannot be empty here.
            // Sending the entire queue here would risk a TCP flow control deadlock, so
            // we only send a single query on each cycle of this loop.
            // TODO: Coalesce multiple pending queries if there is enough space in the
            // write buffer.
            if (!sendQuery(q.front())) {
                break;
            }
            q.pop_front();
        }
    }
    ALOGV("Disconnecting");
    sslDisconnect();
    ALOGV("Calling onClosed");
    mObserver->onClosed();
    ALOGV("Ending loop");
}
 
DnsTlsSocket::~DnsTlsSocket() {
    ALOGV("Destructor");
    // This will trigger an orderly shutdown in loop().
    requestLoopShutdown();
    {
        // Wait for the orderly shutdown to complete.
        std::lock_guard guard(mLock);
        if (mLoopThread && std::this_thread::get_id() == mLoopThread->get_id()) {
            ALOGE("Violation of re-entrance precondition");
            return;
        }
    }
    if (mLoopThread) {
        ALOGV("Waiting for loop thread to terminate");
        mLoopThread->join();
        mLoopThread.reset();
    }
    ALOGV("Destructor completed");
}
 
bool DnsTlsSocket::query(uint16_t id, const Slice query) {
    // Compose the entire message in a single buffer, so that it can be
    // sent as a single TLS record.
    std::vector<uint8_t> buf(query.size() + 4);
    // Write 2-byte length
    uint16_t len = query.size() + 2;  // + 2 for the ID.
    buf[0] = len >> 8;
    buf[1] = len;
    // Write 2-byte ID
    buf[2] = id >> 8;
    buf[3] = id;
    // Copy body
    std::memcpy(buf.data() + 4, query.base(), query.size());
 
    mQueue.push(std::move(buf));
    // Increment the mEventFd counter by 1.
    return incrementEventFd(1);
}
 
void DnsTlsSocket::requestLoopShutdown() {
    if (mEventFd != -1) {
        // Write a negative number to the eventfd.  This triggers an immediate shutdown.
        incrementEventFd(INT64_MIN);
    }
}
 
bool DnsTlsSocket::incrementEventFd(const int64_t count) {
    if (mEventFd == -1) {
        ALOGE("eventfd is not initialized");
        return false;
    }
    ssize_t written = write(mEventFd.get(), &count, sizeof(count));
    if (written != sizeof(count)) {
        ALOGE("Failed to increment eventfd by %" PRId64, count);
        return false;
    }
    return true;
}
 
// Read exactly len bytes into buffer or fail with an SSL error code
int DnsTlsSocket::sslRead(const Slice buffer, bool wait) {
    size_t remaining = buffer.size();
    while (remaining > 0) {
        int ret = SSL_read(mSsl.get(), buffer.limit() - remaining, remaining);
        if (ret == 0) {
            ALOGW_IF(remaining < buffer.size(), "SSL closed with %zu of %zu bytes remaining",
                     remaining, buffer.size());
            return SSL_ERROR_ZERO_RETURN;
        }
 
        if (ret < 0) {
            const int ssl_err = SSL_get_error(mSsl.get(), ret);
            if (wait && ssl_err == SSL_ERROR_WANT_READ) {
                if (waitForReading(mSslFd.get()) != 1) {
                    ALOGV("Poll failed in sslRead: %d", errno);
                    return SSL_ERROR_SYSCALL;
                }
                continue;
            } else {
                ALOGV("SSL_read error %d", ssl_err);
                return ssl_err;
            }
        }
 
        remaining -= ret;
        wait = true;  // Once a read is started, try to finish.
    }
    return SSL_ERROR_NONE;
}
 
bool DnsTlsSocket::sendQuery(const std::vector<uint8_t>& buf) {
    if (!sslWrite(netdutils::makeSlice(buf))) {
        return false;
    }
    ALOGV("%u SSL_write complete", mMark);
    return true;
}
 
bool DnsTlsSocket::readResponse() {
    ALOGV("reading response");
    uint8_t responseHeader[2];
    int err = sslRead(Slice(responseHeader, 2), false);
    if (err == SSL_ERROR_WANT_READ) {
        ALOGV("Ignoring spurious wakeup from server");
        return true;
    }
    if (err != SSL_ERROR_NONE) {
        return false;
    }
    // Truncate responses larger than MAX_SIZE.  This is safe because a DNS packet is
    // always invalid when truncated, so the response will be treated as an error.
    constexpr uint16_t MAX_SIZE = 8192;
    const uint16_t responseSize = (responseHeader[0] << 8) | responseHeader[1];
    ALOGV("%u Expecting response of size %i", mMark, responseSize);
    std::vector<uint8_t> response(std::min(responseSize, MAX_SIZE));
    if (sslRead(netdutils::makeSlice(response), true) != SSL_ERROR_NONE) {
        ALOGV("%u Failed to read %zu bytes", mMark, response.size());
        return false;
    }
    uint16_t remainingBytes = responseSize - response.size();
    while (remainingBytes > 0) {
        constexpr uint16_t CHUNK_SIZE = 2048;
        std::vector<uint8_t> discard(std::min(remainingBytes, CHUNK_SIZE));
        if (sslRead(netdutils::makeSlice(discard), true) != SSL_ERROR_NONE) {
            ALOGV("%u Failed to discard %zu bytes", mMark, discard.size());
            return false;
        }
        remainingBytes -= discard.size();
    }
    ALOGV("%u SSL_read complete", mMark);
 
    mObserver->onResponse(std::move(response));
    return true;
}
 
}  // end of namespace net
}  // end of namespace android