test/recipes/70-test_sslsigalgs.t

   1 #! /usr/bin/env perl
   2 # Copyright 2016-2020 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 use strict;
  10 use OpenSSL::Test qw/:DEFAULT cmdstr srctop_file bldtop_dir/;
  11 use OpenSSL::Test::Utils;
  12 use TLSProxy::Proxy;
  13
  14 my $test_name = "test_sslsigalgs";
  15 setup($test_name);
  16
  17 plan skip_all => "TLSProxy isn't usable on $^O"
  18     if $^O =~ /^(VMS)$/;
  19
  20 plan skip_all => "$test_name needs the dynamic engine feature enabled"
  21     if disabled("engine") || disabled("dynamic-engine");
  22
  23 plan skip_all => "$test_name needs the sock feature enabled"
  24     if disabled("sock");
  25
  26 plan skip_all => "$test_name needs TLS1.2 or TLS1.3 enabled"
  27     if disabled("tls1_2") && disabled("tls1_3");
  28
  29 $ENV{OPENSSL_ia32cap} = '~0x200000200000000';
  30 my $proxy = TLSProxy::Proxy->new(
  31     undef,
  32     cmdstr(app(["openssl"]), display => 1),
  33     srctop_file("apps", "server.pem"),
  34     (!$ENV{HARNESS_ACTIVE} || $ENV{HARNESS_VERBOSE})
  35 );
  36
  37 use constant {
  38     NO_SIG_ALGS_EXT => 0,
  39     EMPTY_SIG_ALGS_EXT => 1,
  40     NO_KNOWN_SIG_ALGS => 2,
  41     NO_PSS_SIG_ALGS => 3,
  42     PSS_ONLY_SIG_ALGS => 4,
  43     PURE_SIGALGS => 5,
  44     COMPAT_SIGALGS => 6,
  45     SIGALGS_CERT_ALL => 7,
  46     SIGALGS_CERT_PKCS => 8,
  47     SIGALGS_CERT_INVALID => 9,
  48     UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT => 10,
  49     UNRECOGNIZED_SIGALG => 11
  50 };
  51
  52 #Note: Throughout this test we override the default ciphersuites where TLSv1.2
  53 #      is expected to ensure that a ServerKeyExchange message is sent that uses
  54 #      the sigalgs
  55
  56 #Test 1: Default sig algs should succeed
  57 $proxy->start() or plan skip_all => "Unable to start up Proxy for tests";
  58 plan tests => 26;
  59 ok(TLSProxy::Message->success, "Default sigalgs");
  60 my $testtype;
  61
  62 SKIP: {
  63     skip "TLSv1.3 disabled", 6 if disabled("tls1_3");
  64
  65     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
  66
  67     #Test 2: Sending no sig algs extension in TLSv1.3 should fail
  68     $proxy->clear();
  69     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
  70     $proxy->start();
  71     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.3 sigalgs");
  72
  73     #Test 3: Sending an empty sig algs extension in TLSv1.3 should fail
  74     $proxy->clear();
  75     $testtype = EMPTY_SIG_ALGS_EXT;
  76     $proxy->start();
  77     ok(TLSProxy::Message->fail, "Empty TLSv1.3 sigalgs");
  78
  79     #Test 4: Sending a list with no recognised sig algs in TLSv1.3 should fail
  80     $proxy->clear();
  81     $testtype = NO_KNOWN_SIG_ALGS;
  82     $proxy->start();
  83     ok(TLSProxy::Message->fail, "No known TLSv1.3 sigalgs");
  84
  85     #Test 5: Sending a sig algs list without pss for an RSA cert in TLSv1.3
  86     #        should fail
  87     $proxy->clear();
  88     $testtype = NO_PSS_SIG_ALGS;
  89     $proxy->start();
  90     ok(TLSProxy::Message->fail, "No PSS TLSv1.3 sigalgs");
  91
  92     #Test 6: Sending only TLSv1.3 PSS sig algs in TLSv1.3 should succeed
  93     #TODO(TLS1.3): Do we need to verify the cert to make sure its a PSS only
  94     #cert in this case?
  95     $proxy->clear();
  96     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
  97     $proxy->start();
  98     ok(TLSProxy::Message->success, "PSS only sigalgs in TLSv1.3");
  99
 100     #Test 7: Modify the CertificateVerify sigalg from rsa_pss_rsae_sha256 to
 101     #        rsa_pss_pss_sha256. This should fail because the public key OID
 102     #        in the certificate is rsaEncryption and not rsassaPss
 103     $proxy->filter(\&modify_cert_verify_sigalg);
 104     $proxy->clear();
 105     $proxy->start();
 106     ok(TLSProxy::Message->fail,
 107        "Mismatch between CertVerify sigalg and public key OID");
 108 }
 109
 110 SKIP: {
 111     skip "EC or TLSv1.3 disabled", 1
 112         if disabled("tls1_3") || disabled("ec");
 113     #Test 8: Sending a valid sig algs list but not including a sig type that
 114     #        matches the certificate should fail in TLSv1.3.
 115     $proxy->clear();
 116     $proxy->clientflags("-sigalgs ECDSA+SHA256");
 117     $proxy->filter(undef);
 118     $proxy->start();
 119     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching TLSv1.3 sigalgs");
 120 }
 121
 122 SKIP: {
 123     skip "EC, TLSv1.3 or TLSv1.2 disabled", 1
 124         if disabled("tls1_2") || disabled("tls1_3") || disabled("ec");
 125
 126     #Test 9: Sending a full list of TLSv1.3 sig algs but negotiating TLSv1.2
 127     #        should succeed
 128     $proxy->clear();
 129     $proxy->serverflags("-no_tls1_3");
 130     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 131     $proxy->filter(undef);
 132     $proxy->start();
 133     ok(TLSProxy::Message->success, "TLSv1.3 client TLSv1.2 server");
 134 }
 135
 136 SKIP: {
 137     skip "EC or TLSv1.2 disabled", 10 if disabled("tls1_2") || disabled("ec");
 138
 139     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
 140
 141     #Test 10: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should succeed at
 142     #         security level 1
 143     $proxy->clear();
 144     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 145     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 146     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA:\@SECLEVEL=1");
 147     $proxy->start();
 148     ok(TLSProxy::Message->success, "No TLSv1.2 sigalgs seclevel 1");
 149
 150     #Test 11: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should fail at security
 151     #         level 2 since it will try to use SHA1. Testing client at level 1,
 152     #         server level 2.
 153     $proxy->clear();
 154     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 155     $proxy->clientflags("-tls1_2 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 156     $proxy->ciphers("DEFAULT:\@SECLEVEL=2");
 157     $proxy->start();
 158     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.2 sigalgs server seclevel 2");
 159
 160     #Test 12: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should fail at security
 161     #         level 2 since it will try to use SHA1. Testing client at level 2,
 162     #         server level 1.
 163     $proxy->clear();
 164     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 165     $proxy->clientflags("-tls1_2 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=2");
 166     $proxy->ciphers("DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 167     $proxy->start();
 168     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.2 sigalgs client seclevel 2");
 169
 170     #Test 13: Sending an empty sig algs extension in TLSv1.2 should fail
 171     $proxy->clear();
 172     $testtype = EMPTY_SIG_ALGS_EXT;
 173     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 174     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 175     $proxy->start();
 176     ok(TLSProxy::Message->fail, "Empty TLSv1.2 sigalgs");
 177
 178     #Test 14: Sending a list with no recognised sig algs in TLSv1.2 should fail
 179     $proxy->clear();
 180     $testtype = NO_KNOWN_SIG_ALGS;
 181     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 182     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 183     $proxy->start();
 184     ok(TLSProxy::Message->fail, "No known TLSv1.3 sigalgs");
 185
 186     #Test 15: Sending a sig algs list without pss for an RSA cert in TLSv1.2
 187     #         should succeed
 188     $proxy->clear();
 189     $testtype = NO_PSS_SIG_ALGS;
 190     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 191     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 192     $proxy->start();
 193     ok(TLSProxy::Message->success, "No PSS TLSv1.2 sigalgs");
 194
 195     #Test 16: Sending only TLSv1.3 PSS sig algs in TLSv1.2 should succeed
 196     $proxy->clear();
 197     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
 198     $proxy->serverflags("-no_tls1_3");
 199     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 200     $proxy->start();
 201     ok(TLSProxy::Message->success, "PSS only sigalgs in TLSv1.2");
 202
 203     #Test 17: Responding with a sig alg we did not send in TLSv1.2 should fail
 204     #         We send rsa_pkcs1_sha256 and respond with rsa_pss_rsae_sha256
 205     #         TODO(TLS1.3): Add a similar test to the TLSv1.3 section above
 206     #         when we have an API capable of configuring the TLSv1.3 sig algs
 207     $proxy->clear();
 208     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
 209     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -sigalgs RSA+SHA256");
 210     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 211     $proxy->start();
 212     ok(TLSProxy::Message->fail, "Sigalg we did not send in TLSv1.2");
 213
 214     #Test 18: Sending a valid sig algs list but not including a sig type that
 215     #         matches the certificate should fail in TLSv1.2
 216     $proxy->clear();
 217     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -sigalgs ECDSA+SHA256");
 218     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 219     $proxy->filter(undef);
 220     $proxy->start();
 221     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching TLSv1.2 sigalgs");
 222     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
 223
 224     #Test 19: No sig algs extension, ECDSA cert, TLSv1.2 should succeed
 225     $proxy->clear();
 226     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 227     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 228     $proxy->serverflags("-cert " . srctop_file("test", "certs",
 229                                                "server-ecdsa-cert.pem") .
 230                         " -key " . srctop_file("test", "certs",
 231                                                "server-ecdsa-key.pem")),
 232     $proxy->ciphers("ECDHE-ECDSA-AES128-SHA");
 233     $proxy->start();
 234     ok(TLSProxy::Message->success, "No TLSv1.2 sigalgs, ECDSA");
 235 }
 236
 237 my ($dsa_status, $sha1_status, $sha224_status);
 238 SKIP: {
 239     skip "TLSv1.3 disabled", 2 if disabled("tls1_3") || disabled("dsa");
 240     #Test 20: signature_algorithms with 1.3-only ClientHello
 241     $testtype = PURE_SIGALGS;
 242     $dsa_status = $sha1_status = $sha224_status = 0;
 243     $proxy->clear();
 244     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 245     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_filter);
 246     $proxy->start();
 247     ok($dsa_status && $sha1_status && $sha224_status,
 248        "DSA/SHA2 sigalg sent for 1.3-only ClientHello");
 249
 250     #Test 21: signature_algorithms with backwards compatible ClientHello
 251     SKIP: {
 252         skip "TLSv1.2 disabled", 1 if disabled("tls1_2");
 253         $testtype = COMPAT_SIGALGS;
 254         $dsa_status = $sha1_status = $sha224_status = 0;
 255         $proxy->clear();
 256         $proxy->filter(\&modify_sigalgs_filter);
 257         $proxy->start();
 258         ok($dsa_status && $sha1_status && $sha224_status,
 259            "DSA sigalg not sent for compat ClientHello");
 260    }
 261 }
 262
 263 SKIP: {
 264     skip "TLSv1.3 disabled", 3 if disabled("tls1_3");
 265     #Test 22: Insert signature_algorithms_cert that match normal sigalgs
 266     $testtype = SIGALGS_CERT_ALL;
 267     $proxy->clear();
 268     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 269     $proxy->start();
 270     ok(TLSProxy::Message->success, "sigalgs_cert in TLSv1.3");
 271
 272     #Test 23: Insert signature_algorithms_cert that forces PKCS#1 cert
 273     $testtype = SIGALGS_CERT_PKCS;
 274     $proxy->clear();
 275     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 276     $proxy->start();
 277     ok(TLSProxy::Message->success, "sigalgs_cert in TLSv1.3 with PKCS#1 cert");
 278
 279     #Test 24: Insert signature_algorithms_cert that fails
 280     $testtype = SIGALGS_CERT_INVALID;
 281     $proxy->clear();
 282     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 283     $proxy->start();
 284     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching certificate for sigalgs_cert");
 285 }
 286
 287 SKIP: {
 288     skip "TLS 1.3 disabled", 2 if disabled("tls1_3");
 289     #Test 25: Send an unrecognized signature_algorithms_cert
 290     #        We should be able to skip over the unrecognized value and use a
 291     #        valid one that appears later in the list.
 292     $proxy->clear();
 293     $proxy->filter(\&inject_unrecognized_sigalg);
 294     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 295     # Use -xcert to get SSL_check_chain() to run in the cert_cb.  This is
 296     # needed to trigger (e.g.) CVE-2020-1967
 297     $proxy->serverflags("" .
 298             " -xcert " . srctop_file("test", "certs", "servercert.pem") .
 299             " -xkey " . srctop_file("test", "certs", "serverkey.pem") .
 300             " -xchain " . srctop_file("test", "certs", "rootcert.pem"));
 301     $testtype = UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT;
 302     $proxy->start();
 303     ok(TLSProxy::Message->success(), "Unrecognized sigalg_cert in ClientHello");
 304
 305     #Test 26: Send an unrecognized signature_algorithms
 306     #        We should be able to skip over the unrecognized value and use a
 307     #        valid one that appears later in the list.
 308     $proxy->clear();
 309     $proxy->filter(\&inject_unrecognized_sigalg);
 310     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 311     $proxy->serverflags("" .
 312             " -xcert " . srctop_file("test", "certs", "servercert.pem") .
 313             " -xkey " . srctop_file("test", "certs", "serverkey.pem") .
 314             " -xchain " . srctop_file("test", "certs", "rootcert.pem"));
 315     $testtype = UNRECOGNIZED_SIGALG;
 316     $proxy->start();
 317     ok(TLSProxy::Message->success(), "Unrecognized sigalg in ClientHello");
 318 }
 319
 320
 321
 322 sub sigalgs_filter
 323 {
 324     my $proxy = shift;
 325
 326     # We're only interested in the initial ClientHello
 327     if ($proxy->flight != 0) {
 328         return;
 329     }
 330
 331     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 332         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 333             if ($testtype == NO_SIG_ALGS_EXT) {
 334                 $message->delete_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS);
 335             } else {
 336                 my $sigalg;
 337                 if ($testtype == EMPTY_SIG_ALGS_EXT) {
 338                     $sigalg = pack "C2", 0x00, 0x00;
 339                 } elsif ($testtype == NO_KNOWN_SIG_ALGS) {
 340                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0xff, 0xff;
 341                 } elsif ($testtype == NO_PSS_SIG_ALGS) {
 342                     #No PSS sig algs - just send rsa_pkcs1_sha256
 343                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0x04, 0x01;
 344                 } else {
 345                     #PSS sig algs only - just send rsa_pss_rsae_sha256
 346                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0x08, 0x04;
 347                 }
 348                 $message->set_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS, $sigalg);
 349             }
 350
 351             $message->repack();
 352         }
 353     }
 354 }
 355
 356 sub modify_sigalgs_filter
 357 {
 358     my $proxy = shift;
 359
 360     # We're only interested in the initial ClientHello
 361     return if ($proxy->flight != 0);
 362
 363     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 364         my $ext;
 365         my @algs;
 366
 367         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 368             if ($testtype == PURE_SIGALGS) {
 369                 my $ok = 1;
 370                 $ext = $message->extension_data->{TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS};
 371                 @algs = unpack('S>*', $ext);
 372                 # unpack will unpack the length as well
 373                 shift @algs;
 374                 foreach (@algs) {
 375                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA256
 376                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA384
 377                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA512
 378                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_DSA_SHA224
 379                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA1
 380                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA1
 381                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_ECDSA_SHA1) {
 382                         $ok = 0;
 383                     }
 384                 }
 385                 $sha1_status = $dsa_status = $sha224_status = 1 if ($ok);
 386             } elsif ($testtype == COMPAT_SIGALGS) {
 387                 $ext = $message->extension_data->{TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS};
 388                 @algs = unpack('S>*', $ext);
 389                 # unpack will unpack the length as well
 390                 shift @algs;
 391                 foreach (@algs) {
 392                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA256
 393                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA384
 394                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA512) {
 395                         $dsa_status = 1;
 396                     }
 397                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA1
 398                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA1
 399                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_ECDSA_SHA1) {
 400                         $sha1_status = 1;
 401                     }
 402                     if ($_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA224
 403                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_DSA_SHA224
 404                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_ECDSA_SHA224) {
 405                         $sha224_status = 1;
 406                     }
 407                 }
 408             }
 409         }
 410     }
 411 }
 412
 413 sub modify_sigalgs_cert_filter
 414 {
 415     my $proxy = shift;
 416
 417     # We're only interested in the initial ClientHello
 418     if ($proxy->flight != 0) {
 419         return;
 420     }
 421
 422     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 423         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 424             my $sigs;
 425             # two byte length at front of sigs, then two-byte sigschemes
 426             if ($testtype == SIGALGS_CERT_ALL) {
 427                 $sigs = pack "C26", 0x00, 0x18,
 428                              # rsa_pkcs_sha{256,512}  rsa_pss_rsae_sha{256,512}
 429                              0x04, 0x01,  0x06, 0x01,  0x08, 0x04,  0x08, 0x06,
 430                              # ed25518    ed448        rsa_pss_pss_sha{256,512}
 431                              0x08, 0x07,  0x08, 0x08,  0x08, 0x09,  0x08, 0x0b,
 432                              # ecdsa_secp{256,512}     rsa+sha1     ecdsa+sha1
 433                              0x04, 0x03,  0x06, 0x03,  0x02, 0x01,  0x02, 0x03;
 434             } elsif ($testtype == SIGALGS_CERT_PKCS) {
 435                 $sigs = pack "C10", 0x00, 0x08,
 436                              # rsa_pkcs_sha{256,384,512,1}
 437                              0x04, 0x01,  0x05, 0x01,  0x06, 0x01,  0x02, 0x01;
 438             } elsif ($testtype == SIGALGS_CERT_INVALID) {
 439                 $sigs = pack "C4", 0x00, 0x02,
 440                              # unregistered codepoint
 441                              0xb2, 0x6f;
 442             }
 443             $message->set_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS_CERT, $sigs);
 444             $message->repack();
 445         }
 446     }
 447 }
 448
 449 sub modify_cert_verify_sigalg
 450 {
 451     my $proxy = shift;
 452
 453     # We're only interested in the CertificateVerify
 454     if ($proxy->flight != 1) {
 455         return;
 456     }
 457
 458     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 459         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CERTIFICATE_VERIFY) {
 460             $message->sigalg(TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PSS_PSS_SHA256);
 461             $message->repack();
 462         }
 463     }
 464 }
 465
 466 sub inject_unrecognized_sigalg
 467 {
 468     my $proxy = shift;
 469     my $type;
 470
 471     # We're only interested in the initial ClientHello
 472     if ($proxy->flight != 0) {
 473         return;
 474     }
 475     if ($testtype == UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT) {
 476         $type = TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS_CERT;
 477     } elsif ($testtype == UNRECOGNIZED_SIGALG) {
 478         $type = TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS;
 479     } else {
 480         return;
 481     }
 482
 483     my $ext = pack "C8",
 484         0x00, 0x06, #Extension length
 485         0xfe, 0x18, #private use
 486         0x04, 0x01, #rsa_pkcs1_sha256
 487         0x08, 0x04; #rsa_pss_rsae_sha256;
 488     my $message = ${$proxy->message_list}[0];
 489     $message->set_extension($type, $ext);
 490     $message->repack;
 491 }