Tidying a few things up.
[libdcp.git] / src / certificate_chain.cc
index 0cf9ee06f676c856cc4eb660d65e059859ed4cb0..4f86ba0db6275a3db0e0b38b03c06dc0d0dde9fa 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /*
-    Copyright (C) 2013-2016 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
+    Copyright (C) 2013-2021 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
 
     This file is part of libdcp.
 
     files in the program, then also delete it here.
 */
 
-/** @file  src/signer_chain.cc
- *  @brief Functions to make signer chains.
+
+/** @file  src/certificate_chain.cc
+ *  @brief CertificateChain class
  */
 
+
 #include "certificate_chain.h"
 #include "exceptions.h"
 #include "util.h"
 #include <openssl/bio.h>
 #include <openssl/evp.h>
 #include <openssl/pem.h>
+#include <openssl/rsa.h>
 #include <boost/filesystem.hpp>
 #include <boost/algorithm/string.hpp>
-#include <boost/foreach.hpp>
 #include <fstream>
+#include <iostream>
+
 
 using std::string;
 using std::ofstream;
@@ -62,6 +66,7 @@ using std::ifstream;
 using std::runtime_error;
 using namespace dcp;
 
+
 /** Run a shell command.
  *  @param cmd Command to run (UTF8-encoded).
  */
@@ -73,7 +78,7 @@ command (string cmd)
           is handled correctly.
        */
        int const wn = MultiByteToWideChar (CP_UTF8, 0, cmd.c_str(), -1, 0, 0);
-       wchar_t* buffer = new wchar_t[wn];
+       auto buffer = new wchar_t[wn];
        if (MultiByteToWideChar (CP_UTF8, 0, cmd.c_str(), -1, buffer, wn) == 0) {
                delete[] buffer;
                return;
@@ -106,12 +111,11 @@ command (string cmd)
        int const code = WEXITSTATUS (r);
 #endif
        if (code) {
-               locked_stringstream s;
-               s << "error " << code << " in " << cmd << " within " << boost::filesystem::current_path();
-               throw dcp::MiscError (s.str());
+               throw dcp::MiscError (String::compose ("error %1 in %2 within %3", code, cmd, boost::filesystem::current_path().string()));
        }
 }
 
+
 /** Extract a public key from a private key and create a SHA1 digest of it.
  *  @param private_key Private key
  *  @param openssl openssl binary name (or full path if openssl is not on the system path).
@@ -123,14 +127,12 @@ public_key_digest (boost::filesystem::path private_key, boost::filesystem::path
        boost::filesystem::path public_name = private_key.string() + ".public";
 
        /* Create the public key from the private key */
-       locked_stringstream s;
-       s << "\"" << openssl.string() << "\" rsa -outform PEM -pubout -in " << private_key.string() << " -out " << public_name.string ();
-       command (s.str().c_str ());
+       command (String::compose("\"%1\" rsa -outform PEM -pubout -in %2 -out %3", openssl.string(), private_key.string(), public_name.string()));
 
        /* Read in the public key from the file */
 
        string pub;
-       ifstream f (public_name.string().c_str ());
+       ifstream f (public_name.string().c_str());
        if (!f.good ()) {
                throw dcp::MiscError ("public key not found");
        }
@@ -179,6 +181,7 @@ public_key_digest (boost::filesystem::path private_key, boost::filesystem::path
        return dig;
 }
 
+
 CertificateChain::CertificateChain (
        boost::filesystem::path openssl,
        string organisation,
@@ -188,10 +191,13 @@ CertificateChain::CertificateChain (
        string leaf_common_name
        )
 {
-       boost::filesystem::path directory = boost::filesystem::temp_directory_path() / boost::filesystem::unique_path ();
+       /* Valid for 40 years */
+       int const days = 365 * 40;
+
+       auto directory = boost::filesystem::temp_directory_path() / boost::filesystem::unique_path ();
        boost::filesystem::create_directories (directory);
 
-       boost::filesystem::path const cwd = boost::filesystem::current_path ();
+       auto const cwd = boost::filesystem::current_path ();
        boost::filesystem::current_path (directory);
 
        string quoted_openssl = "\"" + openssl.string() + "\"";
@@ -203,6 +209,7 @@ CertificateChain::CertificateChain (
                f << "[ req ]\n"
                  << "distinguished_name = req_distinguished_name\n"
                  << "x509_extensions   = v3_ca\n"
+                 << "string_mask = nombstr\n"
                  << "[ v3_ca ]\n"
                  << "basicConstraints = critical,CA:true,pathlen:3\n"
                  << "keyUsage = keyCertSign,cRLSign\n"
@@ -220,11 +227,13 @@ CertificateChain::CertificateChain (
                "/dnQualifier=" + public_key_digest ("ca.key", openssl);
 
        {
-               locked_stringstream c;
-               c << quoted_openssl
-                 << " req -new -x509 -sha256 -config ca.cnf -days 3650 -set_serial 5"
-                 << " -subj \"" << ca_subject << "\" -key ca.key -outform PEM -out ca.self-signed.pem";
-               command (c.str().c_str());
+               command (
+                       String::compose (
+                               "%1 req -new -x509 -sha256 -config ca.cnf -days %2 -set_serial 5"
+                               " -subj \"%3\" -key ca.key -outform PEM -out ca.self-signed.pem",
+                               quoted_openssl, days, ca_subject
+                               )
+                       );
        }
 
        command (quoted_openssl + " genrsa -out intermediate.key 2048");
@@ -234,6 +243,7 @@ CertificateChain::CertificateChain (
                f << "[ default ]\n"
                  << "distinguished_name = req_distinguished_name\n"
                  << "x509_extensions = v3_ca\n"
+                 << "string_mask = nombstr\n"
                  << "[ v3_ca ]\n"
                  << "basicConstraints = critical,CA:true,pathlen:2\n"
                  << "keyUsage = keyCertSign,cRLSign\n"
@@ -251,17 +261,20 @@ CertificateChain::CertificateChain (
                "/dnQualifier=" + public_key_digest ("intermediate.key", openssl);
 
        {
-               locked_stringstream s;
-               s << quoted_openssl
-                 << " req -new -config intermediate.cnf -days 3649 -subj \"" << inter_subject << "\" -key intermediate.key -out intermediate.csr";
-               command (s.str().c_str());
+               command (
+                       String::compose (
+                               "%1 req -new -config intermediate.cnf -days %2 -subj \"%3\" -key intermediate.key -out intermediate.csr",
+                               quoted_openssl, days - 1, inter_subject
+                               )
+                       );
        }
 
-
        command (
-               quoted_openssl +
-               " x509 -req -sha256 -days 3649 -CA ca.self-signed.pem -CAkey ca.key -set_serial 6"
-               " -in intermediate.csr -extfile intermediate.cnf -extensions v3_ca -out intermediate.signed.pem"
+               String::compose (
+                       "%1 x509 -req -sha256 -days %2 -CA ca.self-signed.pem -CAkey ca.key -set_serial 6"
+                       " -in intermediate.csr -extfile intermediate.cnf -extensions v3_ca -out intermediate.signed.pem",
+                       quoted_openssl, days - 1
+                       )
                );
 
        command (quoted_openssl + " genrsa -out leaf.key 2048");
@@ -271,6 +284,7 @@ CertificateChain::CertificateChain (
                f << "[ default ]\n"
                  << "distinguished_name = req_distinguished_name\n"
                  << "x509_extensions   = v3_ca\n"
+                 << "string_mask = nombstr\n"
                  << "[ v3_ca ]\n"
                  << "basicConstraints = critical,CA:false\n"
                  << "keyUsage = digitalSignature,keyEncipherment\n"
@@ -288,85 +302,105 @@ CertificateChain::CertificateChain (
                "/dnQualifier=" + public_key_digest ("leaf.key", openssl);
 
        {
-               locked_stringstream s;
-               s << quoted_openssl << " req -new -config leaf.cnf -days 3648 -subj \"" << leaf_subject << "\" -key leaf.key -outform PEM -out leaf.csr";
-               command (s.str().c_str());
+               command (
+                       String::compose (
+                               "%1 req -new -config leaf.cnf -days %2 -subj \"%3\" -key leaf.key -outform PEM -out leaf.csr",
+                               quoted_openssl, days - 2, leaf_subject
+                               )
+                       );
        }
 
        command (
-               quoted_openssl +
-               " x509 -req -sha256 -days 3648 -CA intermediate.signed.pem -CAkey intermediate.key"
-               " -set_serial 7 -in leaf.csr -extfile leaf.cnf -extensions v3_ca -out leaf.signed.pem"
+               String::compose (
+                       "%1 x509 -req -sha256 -days %2 -CA intermediate.signed.pem -CAkey intermediate.key"
+                       " -set_serial 7 -in leaf.csr -extfile leaf.cnf -extensions v3_ca -out leaf.signed.pem",
+                       quoted_openssl, days - 2
+                       )
                );
 
        boost::filesystem::current_path (cwd);
 
-       _certificates.push_back (dcp::Certificate (dcp::file_to_string (directory / "ca.self-signed.pem")));
-       _certificates.push_back (dcp::Certificate (dcp::file_to_string (directory / "intermediate.signed.pem")));
-       _certificates.push_back (dcp::Certificate (dcp::file_to_string (directory / "leaf.signed.pem")));
+       _certificates.push_back (dcp::Certificate(dcp::file_to_string(directory / "ca.self-signed.pem")));
+       _certificates.push_back (dcp::Certificate(dcp::file_to_string(directory / "intermediate.signed.pem")));
+       _certificates.push_back (dcp::Certificate(dcp::file_to_string(directory / "leaf.signed.pem")));
 
        _key = dcp::file_to_string (directory / "leaf.key");
 
        boost::filesystem::remove_all (directory);
 }
 
-/** @return Root certificate */
+
+CertificateChain::CertificateChain (string s)
+{
+       while (true) {
+               try {
+                       Certificate c;
+                       s = c.read_string (s);
+                       _certificates.push_back (c);
+               } catch (MiscError& e) {
+                       /* Failed to read a certificate, just stop */
+                       break;
+               }
+       }
+
+       /* This will throw an exception if the chain cannot be ordered */
+       leaf_to_root ();
+}
+
+
 Certificate
 CertificateChain::root () const
 {
        DCP_ASSERT (!_certificates.empty());
-       return _certificates.front ();
+       return root_to_leaf().front();
 }
 
-/** @return Leaf certificate */
+
 Certificate
 CertificateChain::leaf () const
 {
-       DCP_ASSERT (_certificates.size() >= 2);
-       return _certificates.back ();
+       DCP_ASSERT (!_certificates.empty());
+       return root_to_leaf().back();
 }
 
-/** @return Certificates in order from root to leaf */
+
 CertificateChain::List
-CertificateChain::root_to_leaf () const
+CertificateChain::leaf_to_root () const
 {
-       return _certificates;
+       auto l = root_to_leaf ();
+       std::reverse (l.begin(), l.end());
+       return l;
 }
 
-/** @return Certificates in order from leaf to root */
+
 CertificateChain::List
-CertificateChain::leaf_to_root () const
+CertificateChain::unordered () const
 {
-       List c = _certificates;
-       c.reverse ();
-       return c;
+       return _certificates;
 }
 
-/** Add a certificate to the end of the chain.
- *  @param c Certificate to add.
- */
+
 void
 CertificateChain::add (Certificate c)
 {
        _certificates.push_back (c);
 }
 
-/** Remove a certificate from the chain.
- *  @param c Certificate to remove.
- */
+
 void
 CertificateChain::remove (Certificate c)
 {
-       _certificates.remove (c);
+       auto i = std::find(_certificates.begin(), _certificates.end(), c);
+       if (i != _certificates.end()) {
+               _certificates.erase (i);
+       }
 }
 
-/** Remove the i'th certificate in the list, as listed
- *  from root to leaf.
- */
+
 void
 CertificateChain::remove (int i)
 {
-       List::iterator j = _certificates.begin ();
+       auto j = _certificates.begin ();
         while (j != _certificates.end () && i > 0) {
                --i;
                ++j;
@@ -377,128 +411,200 @@ CertificateChain::remove (int i)
        }
 }
 
-/** Check to see if the chain is valid (i.e. root signs the intermediate, intermediate
- *  signs the leaf and so on) and that the private key (if there is one) matches the
- *  leaf certificate.
- *  @return true if it's ok, false if not.
- */
+
+bool
+CertificateChain::chain_valid () const
+{
+       return chain_valid (_certificates);
+}
+
+
 bool
-CertificateChain::valid () const
+CertificateChain::chain_valid (List const & chain) const
 {
-       /* Check the certificate chain */
+        /* Here I am taking a chain of certificates A/B/C/D and checking validity of B wrt A,
+          C wrt B and D wrt C.  It also appears necessary to check the issuer of B/C/D matches
+          the subject of A/B/C; I don't understand why.  I'm sure there's a better way of doing
+          this with OpenSSL but the documentation does not appear not likely to reveal it
+          any time soon.
+       */
 
-       X509_STORE* store = X509_STORE_new ();
+       auto store = X509_STORE_new ();
        if (!store) {
-               return false;
+               throw MiscError ("could not create X509 store");
        }
 
-       for (List::const_iterator i = _certificates.begin(); i != _certificates.end(); ++i) {
+       /* Put all the certificates into the store */
+       for (auto const& i: chain) {
+               if (!X509_STORE_add_cert(store, i.x509())) {
+                       X509_STORE_free(store);
+                       return false;
+               }
+       }
 
-               List::const_iterator j = i;
+       /* Verify each one */
+       for (auto i = chain.begin(); i != chain.end(); ++i) {
+
+               auto j = i;
                ++j;
-               if (j ==  _certificates.end ()) {
+               if (j == chain.end ()) {
                        break;
                }
 
-               if (!X509_STORE_add_cert (store, i->x509 ())) {
-                       X509_STORE_free (store);
-                       return false;
-               }
-
-               X509_STORE_CTX* ctx = X509_STORE_CTX_new ();
+               auto ctx = X509_STORE_CTX_new ();
                if (!ctx) {
                        X509_STORE_free (store);
-                       return false;
+                       throw MiscError ("could not create X509 store context");
                }
 
                X509_STORE_set_flags (store, 0);
-               if (!X509_STORE_CTX_init (ctx, store, j->x509 (), 0)) {
+               if (!X509_STORE_CTX_init (ctx, store, j->x509(), 0)) {
                        X509_STORE_CTX_free (ctx);
                        X509_STORE_free (store);
-                       return false;
+                       throw MiscError ("could not initialise X509 store context");
                }
 
-               int v = X509_verify_cert (ctx);
+               int const v = X509_verify_cert (ctx);
                X509_STORE_CTX_free (ctx);
 
-               if (v == 0) {
+               if (v != 1) {
+                       X509_STORE_free (store);
+                       return false;
+               }
+
+               /* I don't know why OpenSSL doesn't check this stuff
+                  in verify_cert, but without these checks the
+                  certificates_validation8 test fails.
+               */
+               if (j->issuer() != i->subject() || j->subject() == i->subject()) {
                        X509_STORE_free (store);
                        return false;
                }
+
        }
 
        X509_STORE_free (store);
 
-       /* Check that the leaf certificate matches the private key, if there is one */
+       return true;
+}
 
-       if (!_key) {
+
+bool
+CertificateChain::private_key_valid () const
+{
+       if (_certificates.empty ()) {
                return true;
        }
 
-       BIO* bio = BIO_new_mem_buf (const_cast<char *> (_key->c_str ()), -1);
+       if (!_key) {
+               return false;
+       }
+
+       auto bio = BIO_new_mem_buf (const_cast<char *> (_key->c_str ()), -1);
        if (!bio) {
                throw MiscError ("could not create memory BIO");
        }
 
-       RSA* private_key = PEM_read_bio_RSAPrivateKey (bio, 0, 0, 0);
-       RSA* public_key = leaf().public_key ();
+       auto private_key = PEM_read_bio_RSAPrivateKey (bio, 0, 0, 0);
+       if (!private_key) {
+               return false;
+       }
+
+       auto public_key = leaf().public_key ();
+
+#if OPENSSL_VERSION_NUMBER > 0x10100000L
+       BIGNUM const * private_key_n;
+       RSA_get0_key(private_key, &private_key_n, 0, 0);
+       BIGNUM const * public_key_n;
+       RSA_get0_key(public_key, &public_key_n, 0, 0);
+       if (!private_key_n || !public_key_n) {
+               return false;
+       }
+       bool const valid = !BN_cmp (private_key_n, public_key_n);
+#else
        bool const valid = !BN_cmp (private_key->n, public_key->n);
+#endif
        BIO_free (bio);
 
        return valid;
 }
 
-/** @return true if the chain is now in order from root to leaf,
- *  false if no correct order was found.
- */
+
 bool
-CertificateChain::attempt_reorder ()
+CertificateChain::valid (string* reason) const
+{
+       try {
+               root_to_leaf ();
+       } catch (CertificateChainError& e) {
+               if (reason) {
+                       *reason = "certificates do not form a chain";
+               }
+               return false;
+       }
+
+       if (!private_key_valid ()) {
+               if (reason) {
+                       *reason = "private key does not exist, or does not match leaf certificate";
+               }
+               return false;
+       }
+
+       return true;
+}
+
+
+CertificateChain::List
+CertificateChain::root_to_leaf () const
 {
-       List original = _certificates;
-       _certificates.sort ();
+       auto rtl = _certificates;
+       std::sort (rtl.begin(), rtl.end());
        do {
-               if (valid ()) {
-                       return true;
+               if (chain_valid (rtl)) {
+                       return rtl;
                }
-       } while (std::next_permutation (_certificates.begin(), _certificates.end ()));
+       } while (std::next_permutation (rtl.begin(), rtl.end()));
 
-       _certificates = original;
-       return false;
+       throw CertificateChainError ("certificate chain is not consistent");
 }
 
-/** Add a &lt;Signer&gt; and &lt;ds:Signature&gt; nodes to an XML node.
- *  @param parent XML node to add to.
- *  @param standard INTEROP or SMPTE.
- */
+
 void
 CertificateChain::sign (xmlpp::Element* parent, Standard standard) const
 {
        /* <Signer> */
 
-       xmlpp::Element* signer = parent->add_child("Signer");
-       xmlpp::Element* data = signer->add_child("X509Data", "dsig");
-       xmlpp::Element* serial_element = data->add_child("X509IssuerSerial", "dsig");
+       parent->add_child_text("  ");
+       auto signer = parent->add_child("Signer");
+       signer->set_namespace_declaration ("http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#", "dsig");
+       auto data = signer->add_child("X509Data", "dsig");
+       auto serial_element = data->add_child("X509IssuerSerial", "dsig");
        serial_element->add_child("X509IssuerName", "dsig")->add_child_text (leaf().issuer());
        serial_element->add_child("X509SerialNumber", "dsig")->add_child_text (leaf().serial());
        data->add_child("X509SubjectName", "dsig")->add_child_text (leaf().subject());
 
+       indent (signer, 2);
+
        /* <Signature> */
 
-       xmlpp::Element* signature = parent->add_child("Signature", "dsig");
+       parent->add_child_text("\n  ");
+       auto signature = parent->add_child("Signature");
+       signature->set_namespace_declaration ("http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#", "dsig");
+       signature->set_namespace ("dsig");
+       parent->add_child_text("\n");
 
-       xmlpp::Element* signed_info = signature->add_child ("SignedInfo", "dsig");
+       auto signed_info = signature->add_child ("SignedInfo", "dsig");
        signed_info->add_child("CanonicalizationMethod", "dsig")->set_attribute ("Algorithm", "http://www.w3.org/TR/2001/REC-xml-c14n-20010315");
 
-       if (standard == INTEROP) {
+       if (standard == Standard::INTEROP) {
                signed_info->add_child("SignatureMethod", "dsig")->set_attribute("Algorithm", "http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#rsa-sha1");
        } else {
                signed_info->add_child("SignatureMethod", "dsig")->set_attribute("Algorithm", "http://www.w3.org/2001/04/xmldsig-more#rsa-sha256");
        }
 
-       xmlpp::Element* reference = signed_info->add_child("Reference", "dsig");
+       auto reference = signed_info->add_child("Reference", "dsig");
        reference->set_attribute ("URI", "");
 
-       xmlpp::Element* transforms = reference->add_child("Transforms", "dsig");
+       auto transforms = reference->add_child("Transforms", "dsig");
        transforms->add_child("Transform", "dsig")->set_attribute (
                "Algorithm", "http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"
                );
@@ -509,27 +615,22 @@ CertificateChain::sign (xmlpp::Element* parent, Standard standard) const
 
        signature->add_child("SignatureValue", "dsig");
        signature->add_child("KeyInfo", "dsig");
-       add_signature_value (signature, "dsig");
+       add_signature_value (signature, "dsig", true);
 }
 
 
-/** Sign an XML node.
- *
- *  @param parent Node to sign.
- *  @param ns Namespace to use for the signature XML nodes.
- */
 void
-CertificateChain::add_signature_value (xmlpp::Node* parent, string ns) const
+CertificateChain::add_signature_value (xmlpp::Element* parent, string ns, bool add_indentation) const
 {
        cxml::Node cp (parent);
-       xmlpp::Node* key_info = cp.node_child("KeyInfo")->node ();
+       auto key_info = cp.node_child("KeyInfo")->node();
 
        /* Add the certificate chain to the KeyInfo child node of parent */
-       BOOST_FOREACH (Certificate const & i, leaf_to_root ()) {
-               xmlpp::Element* data = key_info->add_child("X509Data", ns);
+       for (auto const& i: leaf_to_root()) {
+               auto data = key_info->add_child("X509Data", ns);
 
                {
-                       xmlpp::Element* serial = data->add_child("X509IssuerSerial", ns);
+                       auto serial = data->add_child("X509IssuerSerial", ns);
                        serial->add_child("X509IssuerName", ns)->add_child_text (i.issuer ());
                        serial->add_child("X509SerialNumber", ns)->add_child_text (i.serial ());
                }
@@ -537,7 +638,7 @@ CertificateChain::add_signature_value (xmlpp::Node* parent, string ns) const
                data->add_child("X509Certificate", ns)->add_child_text (i.certificate());
        }
 
-       xmlSecDSigCtxPtr signature_context = xmlSecDSigCtxCreate (0);
+       auto signature_context = xmlSecDSigCtxCreate (0);
        if (signature_context == 0) {
                throw MiscError ("could not create signature context");
        }
@@ -550,11 +651,9 @@ CertificateChain::add_signature_value (xmlpp::Node* parent, string ns) const
                throw runtime_error ("could not read private key");
        }
 
-       /* XXX: set key name to the PEM string: this can't be right! */
-       if (xmlSecKeySetName (signature_context->signKey, reinterpret_cast<const xmlChar *> (_key->c_str())) < 0) {
-               throw MiscError ("could not set key name");
+       if (add_indentation) {
+               indent (parent, 2);
        }
-
        int const r = xmlSecDSigCtxSign (signature_context, parent->cobj ());
        if (r < 0) {
                throw MiscError (String::compose ("could not sign (%1)", r));
@@ -563,11 +662,12 @@ CertificateChain::add_signature_value (xmlpp::Node* parent, string ns) const
        xmlSecDSigCtxDestroy (signature_context);
 }
 
+
 string
 CertificateChain::chain () const
 {
        string o;
-       BOOST_FOREACH (Certificate const &i, root_to_leaf ()) {
+       for (auto const& i: root_to_leaf()) {
                o += i.certificate(true);
        }