// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

/*
 * Test key rotation for TFO.
 * New keys are 'rotated' in two steps:
 * 1) Add new key as the 'backup' key 'behind' the primary key
 * 2) Make new key the primary by swapping the backup and primary keys
 *
 * The rotation is done in stages using multiple sockets bound
 * to the same port via SO_REUSEPORT. This simulates key rotation
 * behind say a load balancer. We verify that across the rotation
 * there are no cases in which a cookie is not accepted by verifying
 * that TcpExtTCPFastOpenPassiveFail remains 0.
 */
#define _GNU_SOURCE
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <error.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>

#include "../kselftest.h"

#ifndef TCP_FASTOPEN_KEY
#define TCP_FASTOPEN_KEY 33
#endif

#define N_LISTEN 10
#define PROC_FASTOPEN_KEY "/proc/sys/net/ipv4/tcp_fastopen_key"
#define KEY_LENGTH 16

static bool do_ipv6;
static bool do_sockopt;
static bool do_rotate;
static int key_len = KEY_LENGTH;
static int rcv_fds[N_LISTEN];
static int proc_fd;
static const char *IP4_ADDR = "127.0.0.1";
static const char *IP6_ADDR = "::1";
static const int PORT = 8891;

static void get_keys(int fd, uint32_t *keys)
{
 char buf[128];
 socklen_t len = KEY_LENGTH * 2;

 if (do_sockopt) {
  if (getsockopt(fd, SOL_TCP, TCP_FASTOPEN_KEY, keys, &len))
   error(1, errno, "Unable to get key");
  return;
 }
 lseek(proc_fd, 0, SEEK_SET);
 if (read(proc_fd, buf, sizeof(buf)) <= 0)
  error(1, errno, "Unable to read %s", PROC_FASTOPEN_KEY);
 if (sscanf(buf, "%x-%x-%x-%x,%x-%x-%x-%x", keys, keys + 1, keys + 2,
     keys + 3, keys + 4, keys + 5, keys + 6, keys + 7) != 8)
  error(1, 0, "Unable to parse %s", PROC_FASTOPEN_KEY);
}

static void set_keys(int fd, uint32_t *keys)
{
 char buf[128];

 if (do_sockopt) {
  if (setsockopt(fd, SOL_TCP, TCP_FASTOPEN_KEY, keys,
      key_len))
   error(1, errno, "Unable to set key");
  return;
 }
 if (do_rotate)
  snprintf(buf, 128, "%08x-%08x-%08x-%08x,%08x-%08x-%08x-%08x",
    keys[0], keys[1], keys[2], keys[3], keys[4], keys[5],
    keys[6], keys[7]);
 else
  snprintf(buf, 128, "%08x-%08x-%08x-%08x",
    keys[0], keys[1], keys[2], keys[3]);
 lseek(proc_fd, 0, SEEK_SET);
 if (write(proc_fd, buf, sizeof(buf)) <= 0)
  error(1, errno, "Unable to write %s", PROC_FASTOPEN_KEY);
}

static void build_rcv_fd(int family, int proto, int *rcv_fds)
{
 struct sockaddr_in  addr4 = {0};
 struct sockaddr_in6 addr6 = {0};
 struct sockaddr *addr;
 int opt = 1, i, sz;
 int qlen = 100;
 uint32_t keys[8];

 switch (family) {
 case AF_INET:
  addr4.sin_family = family;
  addr4.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  addr4.sin_port = htons(PORT);
  sz = sizeof(addr4);
  addr = (struct sockaddr *)&addr4;
  break;
 case AF_INET6:
  addr6.sin6_family = AF_INET6;
  addr6.sin6_addr = in6addr_any;
  addr6.sin6_port = htons(PORT);
  sz = sizeof(addr6);
  addr = (struct sockaddr *)&addr6;
  break;
 default:
  error(1, 0, "Unsupported family %d", family);
  /* clang does not recognize error() above as terminating
   * the program, so it complains that saddr, sz are
   * not initialized when this code path is taken. Silence it.
 */
  return;
 }
 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(keys); i++)
  keys[i] = rand();
 for (i = 0; i < N_LISTEN; i++) {
  rcv_fds[i] = socket(family, proto, 0);
  if (rcv_fds[i] < 0)
   error(1, errno, "failed to create receive socket");
  if (setsockopt(rcv_fds[i], SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &opt,
          sizeof(opt)))
   error(1, errno, "failed to set SO_REUSEPORT");
  if (bind(rcv_fds[i], addr, sz))
   error(1, errno, "failed to bind receive socket");
  if (setsockopt(rcv_fds[i], SOL_TCP, TCP_FASTOPEN, &qlen,
          sizeof(qlen)))
   error(1, errno, "failed to set TCP_FASTOPEN");
  set_keys(rcv_fds[i], keys);
  if (proto == SOCK_STREAM && listen(rcv_fds[i], 10))
   error(1, errno, "failed to listen on receive port");
 }
}

static int connect_and_send(int family, int proto)
{
 struct sockaddr_in  saddr4 = {0};
 struct sockaddr_in  daddr4 = {0};
 struct sockaddr_in6 saddr6 = {0};
 struct sockaddr_in6 daddr6 = {0};
 struct sockaddr *saddr, *daddr;
 int fd, sz, ret;
 char data[1];

 switch (family) {
 case AF_INET:
  saddr4.sin_family = AF_INET;
  saddr4.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  saddr4.sin_port = 0;

  daddr4.sin_family = AF_INET;
  if (!inet_pton(family, IP4_ADDR, &daddr4.sin_addr.s_addr))
   error(1, errno, "inet_pton failed: %s", IP4_ADDR);
  daddr4.sin_port = htons(PORT);

  sz = sizeof(saddr4);
  saddr = (struct sockaddr *)&saddr4;
  daddr = (struct sockaddr *)&daddr4;
  break;
 case AF_INET6:
  saddr6.sin6_family = AF_INET6;
  saddr6.sin6_addr = in6addr_any;

  daddr6.sin6_family = AF_INET6;
  if (!inet_pton(family, IP6_ADDR, &daddr6.sin6_addr))
   error(1, errno, "inet_pton failed: %s", IP6_ADDR);
  daddr6.sin6_port = htons(PORT);

  sz = sizeof(saddr6);
  saddr = (struct sockaddr *)&saddr6;
  daddr = (struct sockaddr *)&daddr6;
  break;
 default:
  error(1, 0, "Unsupported family %d", family);
  /* clang does not recognize error() above as terminating
   * the program, so it complains that saddr, daddr, sz are
   * not initialized when this code path is taken. Silence it.
 */
  return -1;
 }
 fd = socket(family, proto, 0);
 if (fd < 0)
  error(1, errno, "failed to create send socket");
 if (bind(fd, saddr, sz))
  error(1, errno, "failed to bind send socket");
 data[0] = 'a';
 ret = sendto(fd, data, 1, MSG_FASTOPEN, daddr, sz);
 if (ret != 1)
  error(1, errno, "failed to sendto");

 return fd;
}

static bool is_listen_fd(int fd)
{
 int i;

 for (i = 0; i < N_LISTEN; i++) {
  if (rcv_fds[i] == fd)
   return true;
 }
 return false;
}

static void rotate_key(int fd)
{
 static int iter;
 static uint32_t new_key[4];
 uint32_t keys[8];
 uint32_t tmp_key[4];
 int i;

 if (iter < N_LISTEN) {
  /* first set new key as backups */
  if (iter == 0) {
   for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(new_key); i++)
    new_key[i] = rand();
  }
  get_keys(fd, keys);
  memcpy(keys + 4, new_key, KEY_LENGTH);
  set_keys(fd, keys);
 } else {
  /* swap the keys */
  get_keys(fd, keys);
  memcpy(tmp_key, keys + 4, KEY_LENGTH);
  memcpy(keys + 4, keys, KEY_LENGTH);
  memcpy(keys, tmp_key, KEY_LENGTH);
  set_keys(fd, keys);
 }
 if (++iter >= (N_LISTEN * 2))
  iter = 0;
}

static void run_one_test(int family)
{
 struct epoll_event ev;
 int i, send_fd;
 int n_loops = 10000;
 int rotate_key_fd = 0;
 int key_rotate_interval = 50;
 int fd, epfd;
 char buf[1];

 build_rcv_fd(family, SOCK_STREAM, rcv_fds);
 epfd = epoll_create(1);
 if (epfd < 0)
  error(1, errno, "failed to create epoll");
 ev.events = EPOLLIN;
 for (i = 0; i < N_LISTEN; i++) {
  ev.data.fd = rcv_fds[i];
  if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, rcv_fds[i], &ev))
   error(1, errno, "failed to register sock epoll");
 }
 while (n_loops--) {
  send_fd = connect_and_send(family, SOCK_STREAM);
  if (do_rotate && ((n_loops % key_rotate_interval) == 0)) {
   rotate_key(rcv_fds[rotate_key_fd]);
   if (++rotate_key_fd >= N_LISTEN)
    rotate_key_fd = 0;
  }
  while (1) {
   i = epoll_wait(epfd, &ev, 1, -1);
   if (i < 0)
    error(1, errno, "epoll_wait failed");
   if (is_listen_fd(ev.data.fd)) {
    fd = accept(ev.data.fd, NULL, NULL);
    if (fd < 0)
     error(1, errno, "failed to accept");
    ev.data.fd = fd;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev))
     error(1, errno, "failed epoll add");
    continue;
   }
   i = recv(ev.data.fd, buf, sizeof(buf), 0);
   if (i != 1)
    error(1, errno, "failed recv data");
   if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ev.data.fd, NULL))
    error(1, errno, "failed epoll del");
   close(ev.data.fd);
   break;
  }
  close(send_fd);
 }
 for (i = 0; i < N_LISTEN; i++)
  close(rcv_fds[i]);
}

static void parse_opts(int argc, char **argv)
{
 int c;

 while ((c = getopt(argc, argv, "46sr")) != -1) {
  switch (c) {
  case '4':
   do_ipv6 = false;
   break;
  case '6':
   do_ipv6 = true;
   break;
  case 's':
   do_sockopt = true;
   break;
  case 'r':
   do_rotate = true;
   key_len = KEY_LENGTH * 2;
   break;
  default:
   error(1, 0, "%s: parse error", argv[0]);
  }
 }
}

int main(int argc, char **argv)
{
 parse_opts(argc, argv);
 proc_fd = open(PROC_FASTOPEN_KEY, O_RDWR);
 if (proc_fd < 0)
  error(1, errno, "Unable to open %s", PROC_FASTOPEN_KEY);
 srand(time(NULL));
 if (do_ipv6)
  run_one_test(AF_INET6);
 else
  run_one_test(AF_INET);
 close(proc_fd);
 fprintf(stderr, "PASS\n");
 return 0;
}