]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
MFC r307966:
[FreeBSD/stable/10.git] / sys / netinet / tcp_syncache.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2001 McAfee, Inc.
3  * Copyright (c) 2006,2013 Andre Oppermann, Internet Business Solutions AG
4  * All rights reserved.
5  *
6  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jonathan Lemon
7  * and McAfee Research, the Security Research Division of McAfee, Inc. under
8  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the
9  * DARPA CHATS research program. [2001 McAfee, Inc.]
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  */
32
33 #include <sys/cdefs.h>
34 __FBSDID("$FreeBSD$");
35
36 #include "opt_inet.h"
37 #include "opt_inet6.h"
38 #include "opt_ipsec.h"
39 #include "opt_pcbgroup.h"
40
41 #include <sys/param.h>
42 #include <sys/systm.h>
43 #include <sys/kernel.h>
44 #include <sys/sysctl.h>
45 #include <sys/limits.h>
46 #include <sys/lock.h>
47 #include <sys/mutex.h>
48 #include <sys/malloc.h>
49 #include <sys/mbuf.h>
50 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
51 #include <sys/random.h>
52 #include <sys/socket.h>
53 #include <sys/socketvar.h>
54 #include <sys/syslog.h>
55 #include <sys/ucred.h>
56
57 #include <sys/md5.h>
58 #include <crypto/siphash/siphash.h>
59
60 #include <vm/uma.h>
61
62 #include <net/if.h>
63 #include <net/route.h>
64 #include <net/vnet.h>
65
66 #include <netinet/in.h>
67 #include <netinet/in_systm.h>
68 #include <netinet/ip.h>
69 #include <netinet/in_var.h>
70 #include <netinet/in_pcb.h>
71 #include <netinet/ip_var.h>
72 #include <netinet/ip_options.h>
73 #ifdef INET6
74 #include <netinet/ip6.h>
75 #include <netinet/icmp6.h>
76 #include <netinet6/nd6.h>
77 #include <netinet6/ip6_var.h>
78 #include <netinet6/in6_pcb.h>
79 #endif
80 #include <netinet/tcp.h>
81 #ifdef TCP_RFC7413
82 #include <netinet/tcp_fastopen.h>
83 #endif
84 #include <netinet/tcp_fsm.h>
85 #include <netinet/tcp_seq.h>
86 #include <netinet/tcp_timer.h>
87 #include <netinet/tcp_var.h>
88 #include <netinet/tcp_syncache.h>
89 #ifdef INET6
90 #include <netinet6/tcp6_var.h>
91 #endif
92 #ifdef TCP_OFFLOAD
93 #include <netinet/toecore.h>
94 #endif
95
96 #ifdef IPSEC
97 #include <netipsec/ipsec.h>
98 #ifdef INET6
99 #include <netipsec/ipsec6.h>
100 #endif
101 #include <netipsec/key.h>
102 #endif /*IPSEC*/
103
104 #include <machine/in_cksum.h>
105
106 #include <security/mac/mac_framework.h>
107
108 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookies) = 1;
109 #define V_tcp_syncookies                VNET(tcp_syncookies)
110 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_RW,
111     &VNET_NAME(tcp_syncookies), 0,
112     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
113
114 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookiesonly) = 0;
115 #define V_tcp_syncookiesonly            VNET(tcp_syncookiesonly)
116 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_RW,
117     &VNET_NAME(tcp_syncookiesonly), 0,
118     "Use only TCP SYN cookies");
119
120 #ifdef TCP_OFFLOAD
121 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
122 #endif
123
124 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
125 static void      syncache_free(struct syncache *);
126 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
127 static int       syncache_respond(struct syncache *, const struct mbuf *);
128 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
129                     struct mbuf *m);
130 static int       syncache_sysctl_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
131 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
132                     int docallout);
133 static void      syncache_timer(void *);
134
135 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
136                     uint8_t *, uintptr_t);
137 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
138 static struct syncache
139                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
140                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
141                     struct socket *);
142 static void      syncookie_reseed(void *);
143 #ifdef INVARIANTS
144 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
145                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
146                     struct socket *lso);
147 #endif
148
149 /*
150  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
151  * 3 retransmits corresponds to a timeout of 3 * (1 + 2 + 4 + 8) == 45 seconds,
152  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
153  */
154 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
155
156 /* Arbitrary values */
157 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
158 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
159
160 static VNET_DEFINE(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
161 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
162
163 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0,
164     "TCP SYN cache");
165
166 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_RDTUN,
167     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
168     "Per-bucket hash limit for syncache");
169
170 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_RDTUN,
171     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
172     "Overall entry limit for syncache");
173
174 SYSCTL_VNET_PROC(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, (CTLTYPE_UINT|CTLFLAG_RD),
175     NULL, 0, &syncache_sysctl_count, "IU",
176     "Current number of entries in syncache");
177
178 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_RDTUN,
179     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
180     "Size of TCP syncache hashtable");
181
182 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_RW,
183     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
184     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
185
186 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
187 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
188     CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
189     "Send reset on socket allocation failure");
190
191 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
192
193 #define SYNCACHE_HASH(inc, mask)                                        \
194         ((V_tcp_syncache.hash_secret ^                                  \
195           (inc)->inc_faddr.s_addr ^                                     \
196           ((inc)->inc_faddr.s_addr >> 16) ^                             \
197           (inc)->inc_fport ^ (inc)->inc_lport) & mask)
198
199 #define SYNCACHE_HASH6(inc, mask)                                       \
200         ((V_tcp_syncache.hash_secret ^                                  \
201           (inc)->inc6_faddr.s6_addr32[0] ^                              \
202           (inc)->inc6_faddr.s6_addr32[3] ^                              \
203           (inc)->inc_fport ^ (inc)->inc_lport) & mask)
204
205 #define ENDPTS_EQ(a, b) (                                               \
206         (a)->ie_fport == (b)->ie_fport &&                               \
207         (a)->ie_lport == (b)->ie_lport &&                               \
208         (a)->ie_faddr.s_addr == (b)->ie_faddr.s_addr &&                 \
209         (a)->ie_laddr.s_addr == (b)->ie_laddr.s_addr                    \
210 )
211
212 #define ENDPTS6_EQ(a, b) (memcmp(a, b, sizeof(*a)) == 0)
213
214 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
215 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
216 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
217
218 /*
219  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
220  */
221 static void
222 syncache_free(struct syncache *sc)
223 {
224
225         if (sc->sc_ipopts)
226                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
227         if (sc->sc_cred)
228                 crfree(sc->sc_cred);
229 #ifdef MAC
230         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
231 #endif
232
233         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
234 }
235
236 void
237 syncache_init(void)
238 {
239         int i;
240
241         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
242         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
243         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
244         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
245
246         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
247             &V_tcp_syncache.hashsize);
248         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
249             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
250         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
251             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
252                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
253                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
254         }
255         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
256
257         /* Set limits. */
258         V_tcp_syncache.cache_limit =
259             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
260         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
261             &V_tcp_syncache.cache_limit);
262
263         /* Allocate the hash table. */
264         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
265             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
266
267 #ifdef VIMAGE
268         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
269 #endif
270
271         /* Initialize the hash buckets. */
272         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
273                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
274                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
275                          NULL, MTX_DEF);
276                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
277                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
278                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
279                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
280         }
281
282         /* Create the syncache entry zone. */
283         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
284             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
285         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
286             V_tcp_syncache.cache_limit);
287
288         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
289         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
290         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
291         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
292         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
293             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
294 }
295
296 #ifdef VIMAGE
297 void
298 syncache_destroy(void)
299 {
300         struct syncache_head *sch;
301         struct syncache *sc, *nsc;
302         int i;
303
304         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
305         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
306
307                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
308                 callout_drain(&sch->sch_timer);
309
310                 SCH_LOCK(sch);
311                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
312                         syncache_drop(sc, sch);
313                 SCH_UNLOCK(sch);
314                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
315                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
316                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
317                     __func__, sch->sch_length));
318                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
319         }
320
321         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
322             ("%s: cache_count not 0", __func__));
323
324         /* Free the allocated global resources. */
325         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
326         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
327
328         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
329 }
330 #endif
331
332 static int
333 syncache_sysctl_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
334 {
335         int count;
336
337         count = uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone);
338         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
339 }
340
341 /*
342  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
343  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
344  */
345 static void
346 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
347 {
348         struct syncache *sc2;
349
350         SCH_LOCK(sch);
351
352         /*
353          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
354          * If the bucket is full, toss the oldest element.
355          */
356         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
357                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
358                         ("sch->sch_length incorrect"));
359                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
360                 syncache_drop(sc2, sch);
361                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
362         }
363
364         /* Put it into the bucket. */
365         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
366         sch->sch_length++;
367
368 #ifdef TCP_OFFLOAD
369         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
370                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
371
372                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
373         }
374 #endif
375
376         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
377         if (sch->sch_length == 1)
378                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
379         syncache_timeout(sc, sch, 1);
380
381         SCH_UNLOCK(sch);
382
383         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
384 }
385
386 /*
387  * Remove and free entry from syncache bucket row.
388  * Expects locked syncache head.
389  */
390 static void
391 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
392 {
393
394         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
395
396         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
397         sch->sch_length--;
398
399 #ifdef TCP_OFFLOAD
400         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
401                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
402
403                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
404         }
405 #endif
406
407         syncache_free(sc);
408 }
409
410 /*
411  * Engage/reengage time on bucket row.
412  */
413 static void
414 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
415 {
416         sc->sc_rxttime = ticks +
417                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
418         sc->sc_rxmits++;
419         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
420                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
421                 if (docallout)
422                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
423                             syncache_timer, (void *)sch);
424         }
425 }
426
427 /*
428  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
429  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
430  * One separate timer for each bucket row.
431  */
432 static void
433 syncache_timer(void *xsch)
434 {
435         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
436         struct syncache *sc, *nsc;
437         int tick = ticks;
438         char *s;
439
440         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
441
442         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
443         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
444
445         /*
446          * In the following cycle we may remove some entries and/or
447          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
448          */
449         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
450
451         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
452                 /*
453                  * We do not check if the listen socket still exists
454                  * and accept the case where the listen socket may be
455                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
456                  * not expect this to happens often. If it does,
457                  * then the RST will be sent by the time the remote
458                  * host does the SYN/ACK->ACK.
459                  */
460                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
461                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
462                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
463                         continue;
464                 }
465                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
466                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
467                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
468                                     "giving up and removing syncache entry\n",
469                                     s, __func__);
470                                 free(s, M_TCPLOG);
471                         }
472                         syncache_drop(sc, sch);
473                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
474                         continue;
475                 }
476                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
477                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
478                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
479                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
480                         free(s, M_TCPLOG);
481                 }
482
483                 (void) syncache_respond(sc, NULL);
484                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
485                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
486         }
487         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
488                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
489                         syncache_timer, (void *)(sch));
490         CURVNET_RESTORE();
491 }
492
493 /*
494  * Find an entry in the syncache.
495  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
496  */
497 static struct syncache *
498 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
499 {
500         struct syncache *sc;
501         struct syncache_head *sch;
502
503 #ifdef INET6
504         if (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
505                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[
506                     SYNCACHE_HASH6(inc, V_tcp_syncache.hashmask)];
507                 *schp = sch;
508
509                 SCH_LOCK(sch);
510
511                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
512                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
513                         if (ENDPTS6_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
514                                 return (sc);
515                 }
516         } else
517 #endif
518         {
519                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[
520                     SYNCACHE_HASH(inc, V_tcp_syncache.hashmask)];
521                 *schp = sch;
522
523                 SCH_LOCK(sch);
524
525                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
526                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
527 #ifdef INET6
528                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
529                                 continue;
530 #endif
531                         if (ENDPTS_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
532                                 return (sc);
533                 }
534         }
535         SCH_LOCK_ASSERT(*schp);
536         return (NULL);                  /* always returns with locked sch */
537 }
538
539 /*
540  * This function is called when we get a RST for a
541  * non-existent connection, so that we can see if the
542  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
543  */
544 void
545 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
546 {
547         struct syncache *sc;
548         struct syncache_head *sch;
549         char *s = NULL;
550
551         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
552         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
553
554         /*
555          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
556          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
557          */
558         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
559                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
560                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
561                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
562                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
563                 goto done;
564         }
565
566         /*
567          * No corresponding connection was found in syncache.
568          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
569          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
570          * may not find a syncache entry.  In that case we're
571          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
572          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
573          */
574         if (sc == NULL) {
575                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
576                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
577                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
578                             "segment ignored\n", s, __func__);
579                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
580                 goto done;
581         }
582
583         /*
584          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
585          * if this is a valid reset segment.
586          * RFC 793 page 37:
587          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
588          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
589          *   valid if its sequence number is in the window.
590          *
591          *   The sequence number in the reset segment is normally an
592          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
593          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
594          *   of our receive window, and we have to handle this case.
595          */
596         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
597             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
598                 syncache_drop(sc, sch);
599                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
600                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
601                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
602                             s, __func__);
603                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
604         } else {
605                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
606                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
607                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
608                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
609                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
610         }
611
612 done:
613         if (s != NULL)
614                 free(s, M_TCPLOG);
615         SCH_UNLOCK(sch);
616 }
617
618 void
619 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
620 {
621         struct syncache *sc;
622         struct syncache_head *sch;
623
624         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
625         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
626         if (sc != NULL) {
627                 syncache_drop(sc, sch);
628                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
629         }
630         SCH_UNLOCK(sch);
631 }
632
633 void
634 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
635 {
636         struct syncache *sc;
637         struct syncache_head *sch;
638
639         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
640         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
641         if (sc == NULL)
642                 goto done;
643
644         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
645         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
646                 goto done;
647
648         /*
649          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
650          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
651          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
652          * spurious network outage.
653          *
654          * See tcp_notify().
655          */
656         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
657                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
658                 goto done;
659         }
660         syncache_drop(sc, sch);
661         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
662 done:
663         SCH_UNLOCK(sch);
664 }
665
666 /*
667  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
668  */
669 static struct socket *
670 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
671 {
672         struct inpcb *inp = NULL;
673         struct socket *so;
674         struct tcpcb *tp;
675         int error;
676         char *s;
677
678         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
679
680         /*
681          * Ok, create the full blown connection, and set things up
682          * as they would have been set up if we had created the
683          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
684          * the connection, abort it.
685          */
686         so = sonewconn(lso, 0);
687         if (so == NULL) {
688                 /*
689                  * Drop the connection; we will either send a RST or
690                  * have the peer retransmit its SYN again after its
691                  * RTO and try again.
692                  */
693                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
694                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
695                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
696                             "due to limits or memory shortage\n",
697                             s, __func__);
698                         free(s, M_TCPLOG);
699                 }
700                 goto abort2;
701         }
702 #ifdef MAC
703         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
704 #endif
705
706         inp = sotoinpcb(so);
707         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
708         INP_WLOCK(inp);
709         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
710
711         /* Insert new socket into PCB hash list. */
712         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
713 #ifdef INET6
714         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
715                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
716         } else {
717                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
718                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
719 #endif
720                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
721 #ifdef INET6
722         }
723 #endif
724
725         /*
726          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
727          * inp with that particular flowid.
728          */
729         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
730                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
731                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
732         }
733
734         /*
735          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
736          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
737          * configured.
738          */
739         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
740         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
741                 /*
742                  * Undo the assignments above if we failed to
743                  * put the PCB on the hash lists.
744                  */
745 #ifdef INET6
746                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
747                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
748                 else
749 #endif
750                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
751                 inp->inp_lport = 0;
752                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
753                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
754                             "with error %i\n",
755                             s, __func__, error);
756                         free(s, M_TCPLOG);
757                 }
758                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
759                 goto abort;
760         }
761 #ifdef IPSEC
762         /* Copy old policy into new socket's. */
763         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
764                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
765 #endif
766 #ifdef INET6
767         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
768                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
769                 struct in6_addr laddr6;
770                 struct sockaddr_in6 sin6;
771                 /*
772                  * Inherit socket options from the listening socket.
773                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
774                  * copied, since it stores previously received options and is
775                  * used to detect if each new option is different than the
776                  * previous one and hence should be passed to a user.
777                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
778                  * receive options just after calling the accept system call.
779                  */
780                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
781                 if (oinp->in6p_outputopts)
782                         inp->in6p_outputopts =
783                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
784
785                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
786                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
787                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
788                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
789                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
790                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
791                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
792                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
793                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
794                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
795                         inp->in6p_laddr = laddr6;
796                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
797                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
798                                     "with error %i\n",
799                                     s, __func__, error);
800                                 free(s, M_TCPLOG);
801                         }
802                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
803                         goto abort;
804                 }
805                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
806                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
807                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
808         }
809 #endif /* INET6 */
810 #if defined(INET) && defined(INET6)
811         else
812 #endif
813 #ifdef INET
814         {
815                 struct in_addr laddr;
816                 struct sockaddr_in sin;
817
818                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
819                 
820                 if (inp->inp_options == NULL) {
821                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
822                         sc->sc_ipopts = NULL;
823                 }
824
825                 sin.sin_family = AF_INET;
826                 sin.sin_len = sizeof(sin);
827                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
828                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
829                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
830                 laddr = inp->inp_laddr;
831                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
832                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
833                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
834                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
835                         inp->inp_laddr = laddr;
836                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
837                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
838                                     "with error %i\n",
839                                     s, __func__, error);
840                                 free(s, M_TCPLOG);
841                         }
842                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
843                         goto abort;
844                 }
845         }
846 #endif /* INET */
847         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
848         tp = intotcpcb(inp);
849         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
850         tp->iss = sc->sc_iss;
851         tp->irs = sc->sc_irs;
852         tcp_rcvseqinit(tp);
853         tcp_sendseqinit(tp);
854         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
855         tp->snd_max = tp->iss + 1;
856         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
857         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
858         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
859         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
860         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
861
862         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
863         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
864                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
865         else {
866                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
867                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
868                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
869                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
870                 }
871                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
872                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
873                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
874                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
875                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
876                 }
877 #ifdef TCP_SIGNATURE
878                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
879                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
880 #endif
881                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
882                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
883         }
884
885         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
886                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
887
888         /*
889          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
890          * This might overwrite some of the defaults we just set.
891          */
892         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
893
894         /*
895          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
896          * limited to one segment in cc_conn_init().
897          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
898          */
899         if (sc->sc_rxmits > 1)
900                 tp->snd_cwnd = 1;
901
902 #ifdef TCP_OFFLOAD
903         /*
904          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
905          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
906          * new connection before the TOE driver has done its thing.
907          */
908         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
909                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
910
911                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
912         }
913 #endif
914         /*
915          * Copy and activate timers.
916          */
917         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
918         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
919         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
920         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
921         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
922
923         INP_WUNLOCK(inp);
924
925         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
926         return (so);
927
928 abort:
929         INP_WUNLOCK(inp);
930 abort2:
931         if (so != NULL)
932                 soabort(so);
933         return (NULL);
934 }
935
936 /*
937  * This function gets called when we receive an ACK for a
938  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
939  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
940  * the cache and turn it into a full-blown connection in
941  * the SYN-RECEIVED state.
942  */
943 int
944 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
945     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
946 {
947         struct syncache *sc;
948         struct syncache_head *sch;
949         struct syncache scs;
950         char *s;
951
952         /*
953          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
954          * and create a new socket.
955          */
956         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
957         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
958             ("%s: can handle only ACK", __func__));
959
960         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
961         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
962
963 #ifdef INVARIANTS
964         /*
965          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
966          * values with the reconstructed values from the cookie.
967          */
968         if (sc != NULL)
969                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
970 #endif
971
972         if (sc == NULL) {
973                 /*
974                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
975                  * a returning syncookie.  To do this, first:
976                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
977                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
978                  *     if we've never received a SYN.
979                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
980                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
981                  */
982                 if (!V_tcp_syncookies) {
983                         SCH_UNLOCK(sch);
984                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
985                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
986                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
987                                     s, __func__);
988                         goto failed;
989                 }
990                 bzero(&scs, sizeof(scs));
991                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
992                 SCH_UNLOCK(sch);
993                 if (sc == NULL) {
994                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
995                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
996                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
997                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
998                         goto failed;
999                 }
1000         } else {
1001                 /* Pull out the entry to unlock the bucket row. */
1002                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1003                 sch->sch_length--;
1004 #ifdef TCP_OFFLOAD
1005                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1006                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1007
1008                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1009                 }
1010 #endif
1011                 SCH_UNLOCK(sch);
1012         }
1013
1014         /*
1015          * Segment validation:
1016          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1017          */
1018         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1019                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1020                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1021                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1022                 goto failed;
1023         }
1024
1025         /*
1026          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1027          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1028          */
1029         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1030             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1031                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1032                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1033                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1034                 goto failed;
1035         }
1036
1037         /*
1038          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1039          * must not appear on any segment during this session.
1040          */
1041         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1042                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1043                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1044                             "segment rejected\n", s, __func__);
1045                 goto failed;
1046         }
1047
1048         /*
1049          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1050          * appear on every segment during this session.
1051          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1052          * reports of non-compliants stacks.
1053          */
1054         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1055                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1056                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1057                             "no action\n", s, __func__);
1058                         free(s, M_TCPLOG);
1059                         s = NULL;
1060                 }
1061         }
1062
1063         /*
1064          * If timestamps were negotiated the reflected timestamp
1065          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK.
1066          */
1067         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1068                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1069                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1070                             "segment rejected\n",
1071                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1072                 goto failed;
1073         }
1074
1075         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1076
1077         if (*lsop == NULL)
1078                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1079         else
1080                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1081
1082 /* how do we find the inp for the new socket? */
1083         if (sc != &scs)
1084                 syncache_free(sc);
1085         return (1);
1086 failed:
1087         if (sc != NULL && sc != &scs)
1088                 syncache_free(sc);
1089         if (s != NULL)
1090                 free(s, M_TCPLOG);
1091         *lsop = NULL;
1092         return (0);
1093 }
1094
1095 #ifdef TCP_RFC7413
1096 static void
1097 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1098     uint64_t response_cookie)
1099 {
1100         struct inpcb *inp;
1101         struct tcpcb *tp;
1102         unsigned int *pending_counter;
1103
1104         /*
1105          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1106          * and create a new socket.
1107          */
1108         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1109
1110         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1111         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1112         if (*lsop == NULL) {
1113                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1114                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1115         } else {
1116                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1117                 tp = intotcpcb(inp);
1118                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1119                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1120                 tp->snd_max = tp->iss;
1121                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1122                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1123                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1124         }
1125 }
1126 #endif /* TCP_RFC7413 */
1127
1128 /*
1129  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1130  * this to the syn cache, and send back a segment:
1131  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1132  * to the source.
1133  *
1134  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1135  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1136  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1137  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1138  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1139  * the data, we avoid this DoS scenario.
1140  *
1141  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1142  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1143  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1144  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1145  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1146  * TFO-socket-creation path was taken.
1147  */
1148 int
1149 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1150     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1151     void *todctx)
1152 {
1153         struct tcpcb *tp;
1154         struct socket *so;
1155         struct syncache *sc = NULL;
1156         struct syncache_head *sch;
1157         struct mbuf *ipopts = NULL;
1158         u_int ltflags;
1159         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1160         char *s;
1161         int rv = 0;
1162 #ifdef INET6
1163         int autoflowlabel = 0;
1164 #endif
1165 #ifdef MAC
1166         struct label *maclabel;
1167 #endif
1168         struct syncache scs;
1169         struct ucred *cred;
1170 #ifdef TCP_RFC7413
1171         uint64_t tfo_response_cookie;
1172         int tfo_cookie_valid = 0;
1173         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1174 #endif
1175
1176         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1177         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1178             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1179
1180         /*
1181          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1182          * soon as possible.
1183          */
1184         so = *lsop;
1185         tp = sototcpcb(so);
1186         cred = crhold(so->so_cred);
1187
1188 #ifdef INET6
1189         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1190             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1191                 autoflowlabel = 1;
1192 #endif
1193         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1194         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1195         win = sbspace(&so->so_rcv);
1196         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1197         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1198
1199 #ifdef TCP_RFC7413
1200         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1201             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1202                 /*
1203                  * Limit the number of pending TFO connections to
1204                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1205                  * SYN floods from starving the service by filling the
1206                  * listen queue with bogus TFO connections.
1207                  */
1208                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1209                     (so->so_qlimit / 2)) {
1210                         int result;
1211
1212                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1213                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1214                             &tfo_response_cookie);
1215                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1216                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1217                 } else
1218                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1219         }
1220 #endif
1221
1222         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1223         so = NULL;
1224         tp = NULL;
1225
1226 #ifdef MAC
1227         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1228                 INP_WUNLOCK(inp);
1229                 goto done;
1230         } else
1231                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1232 #endif
1233 #ifdef TCP_RFC7413
1234         if (!tfo_cookie_valid)
1235 #endif
1236                 INP_WUNLOCK(inp);
1237
1238         /*
1239          * Remember the IP options, if any.
1240          */
1241 #ifdef INET6
1242         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1243 #endif
1244 #ifdef INET
1245                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1246 #else
1247                 ipopts = NULL;
1248 #endif
1249
1250         /*
1251          * See if we already have an entry for this connection.
1252          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1253          *
1254          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1255          * of the new SYN here (which may have different options?)
1256          *
1257          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1258          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1259          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1260          * drop the current entry and create a new one?
1261          */
1262         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1263         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1264         if (sc != NULL) {
1265 #ifdef TCP_RFC7413
1266                 if (tfo_cookie_valid)
1267                         INP_WUNLOCK(inp);
1268 #endif
1269                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1270                 if (ipopts) {
1271                         /*
1272                          * If we were remembering a previous source route,
1273                          * forget it and use the new one we've been given.
1274                          */
1275                         if (sc->sc_ipopts)
1276                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1277                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1278                 }
1279                 /*
1280                  * Update timestamp if present.
1281                  */
1282                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1283                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1284                 else
1285                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1286 #ifdef MAC
1287                 /*
1288                  * Since we have already unconditionally allocated label
1289                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1290                  * have an initialized label we can use.
1291                  */
1292                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1293 #endif
1294                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1295                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1296                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1297                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1298                             s, __func__);
1299                         free(s, M_TCPLOG);
1300                 }
1301                 if (syncache_respond(sc, m) == 0) {
1302                         sc->sc_rxmits = 0;
1303                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1304                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1305                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1306                 }
1307                 SCH_UNLOCK(sch);
1308                 goto done;
1309         }
1310
1311 #ifdef TCP_RFC7413
1312         if (tfo_cookie_valid) {
1313                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1314                 sc = &scs;
1315                 goto skip_alloc;
1316         }
1317 #endif
1318
1319         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1320         if (sc == NULL) {
1321                 /*
1322                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1323                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1324                  * entry and insert the new one.
1325                  */
1326                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1327                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
1328                         syncache_drop(sc, sch);
1329                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1330                 if (sc == NULL) {
1331                         if (V_tcp_syncookies) {
1332                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1333                                 sc = &scs;
1334                         } else {
1335                                 SCH_UNLOCK(sch);
1336                                 if (ipopts)
1337                                         (void) m_free(ipopts);
1338                                 goto done;
1339                         }
1340                 }
1341         }
1342
1343 #ifdef TCP_RFC7413
1344 skip_alloc:
1345         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1346                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1347 #endif
1348
1349         /*
1350          * Fill in the syncache values.
1351          */
1352 #ifdef MAC
1353         sc->sc_label = maclabel;
1354 #endif
1355         sc->sc_cred = cred;
1356         cred = NULL;
1357         sc->sc_ipopts = ipopts;
1358         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1359 #ifdef INET6
1360         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1361 #endif
1362         {
1363                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1364                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1365         }
1366 #ifdef TCP_OFFLOAD
1367         sc->sc_tod = tod;
1368         sc->sc_todctx = todctx;
1369 #endif
1370         sc->sc_irs = th->th_seq;
1371         sc->sc_iss = arc4random();
1372         sc->sc_flags = 0;
1373         sc->sc_flowlabel = 0;
1374
1375         /*
1376          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1377          * win was derived from socket earlier in the function.
1378          */
1379         win = imax(win, 0);
1380         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1381         sc->sc_wnd = win;
1382
1383         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1384                 /*
1385                  * A timestamp received in a SYN makes
1386                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1387                  */
1388                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1389                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1390                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1391                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1392                 }
1393                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1394                         int wscale = 0;
1395
1396                         /*
1397                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1398                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1399                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1400                          *
1401                          * We do this because there are broken firewalls that
1402                          * will corrupt the window scale option, leading to
1403                          * the other endpoint believing that our advertised
1404                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1405                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1406                          * leading to serious problems when traversing these
1407                          * broken firewalls.
1408                          *
1409                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1410                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1411                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1412                          * for the compatiblity problems mentioned above.
1413                          *
1414                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1415                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1416                          */
1417                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1418                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1419                                 wscale++;
1420                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1421                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1422                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1423                 }
1424         }
1425 #ifdef TCP_SIGNATURE
1426         /*
1427          * If listening socket requested TCP digests, and received SYN
1428          * contains the option, flag this in the syncache so that
1429          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1430          * XXX: Currently we always record the option by default and will
1431          * attempt to use it in syncache_respond().
1432          */
1433         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE || ltflags & TF_SIGNATURE)
1434                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1435 #endif
1436         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1437                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1438         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1439                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1440         if (ltflags & TF_NOOPT)
1441                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1442         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1443                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1444
1445         if (V_tcp_syncookies)
1446                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1447 #ifdef INET6
1448         if (autoflowlabel) {
1449                 if (V_tcp_syncookies)
1450                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1451                 else
1452                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1453                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1454         }
1455 #endif
1456         SCH_UNLOCK(sch);
1457
1458 #ifdef TCP_RFC7413
1459         if (tfo_cookie_valid) {
1460                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1461                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1462                 rv = 1;
1463                 goto tfo_done;
1464         }
1465 #endif
1466
1467         /*
1468          * Do a standard 3-way handshake.
1469          */
1470         if (syncache_respond(sc, m) == 0) {
1471                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1472                         syncache_free(sc);
1473                 else if (sc != &scs)
1474                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1475                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1476                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1477         } else {
1478                 if (sc != &scs)
1479                         syncache_free(sc);
1480                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1481         }
1482
1483 done:
1484         if (m) {
1485                 *lsop = NULL;
1486                 m_freem(m);
1487         }
1488 #ifdef TCP_RFC7413
1489 tfo_done:
1490 #endif
1491         if (cred != NULL)
1492                 crfree(cred);
1493 #ifdef MAC
1494         if (sc == &scs)
1495                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1496 #endif
1497         return (rv);
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Send SYN|ACK to the peer.  Either in response to the peer's SYN,
1502  * i.e. m0 != NULL, or upon 3WHS ACK timeout, i.e. m0 == NULL.
1503  */
1504 static int
1505 syncache_respond(struct syncache *sc, const struct mbuf *m0)
1506 {
1507         struct ip *ip = NULL;
1508         struct mbuf *m;
1509         struct tcphdr *th = NULL;
1510         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1511         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1512         struct tcpopt to;
1513 #ifdef INET6
1514         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1515 #endif
1516
1517         hlen =
1518 #ifdef INET6
1519                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1520 #endif
1521                 sizeof(struct ip);
1522         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1523
1524         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1525         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1526         if (sc->sc_peer_mss)
1527                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1528
1529         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1530         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1531             ("syncache: mbuf too small"));
1532
1533         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1534         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1535         if (m == NULL)
1536                 return (ENOBUFS);
1537 #ifdef MAC
1538         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1539 #endif
1540         m->m_data += max_linkhdr;
1541         m->m_len = tlen;
1542         m->m_pkthdr.len = tlen;
1543         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1544
1545 #ifdef INET6
1546         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1547                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1548                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1549                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1550                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1551                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1552                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1553                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1554                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1555                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1556
1557                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1558         }
1559 #endif
1560 #if defined(INET6) && defined(INET)
1561         else
1562 #endif
1563 #ifdef INET
1564         {
1565                 ip = mtod(m, struct ip *);
1566                 ip->ip_v = IPVERSION;
1567                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1568                 ip->ip_len = htons(tlen);
1569                 ip->ip_id = 0;
1570                 ip->ip_off = 0;
1571                 ip->ip_sum = 0;
1572                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1573                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1574                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1575                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1576                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1577
1578                 /*
1579                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1580                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1581                  *
1582                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1583                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1584                  */
1585                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1586                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1587
1588                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1589         }
1590 #endif /* INET */
1591         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1592         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1593
1594         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1595         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1596         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1597         th->th_x2 = 0;
1598         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1599         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1600         th->th_urp = 0;
1601
1602         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1603                 th->th_flags |= TH_ECE;
1604                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1605         }
1606
1607         /* Tack on the TCP options. */
1608         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1609                 to.to_flags = 0;
1610
1611                 to.to_mss = mssopt;
1612                 to.to_flags = TOF_MSS;
1613                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1614                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1615                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1616                 }
1617                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1618                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1619                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1620                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1621                         to.to_flags |= TOF_TS;
1622                 }
1623                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1624                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1625 #ifdef TCP_SIGNATURE
1626                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1627                         to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1628 #endif
1629
1630 #ifdef TCP_RFC7413
1631                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1632                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1633                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1634                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1635                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1636                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1637                 }
1638 #endif
1639                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1640
1641                 /* Adjust headers by option size. */
1642                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1643                 m->m_len += optlen;
1644                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1645
1646 #ifdef TCP_SIGNATURE
1647                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1648                         tcp_signature_compute(m, 0, 0, optlen,
1649                             to.to_signature, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1650 #endif
1651 #ifdef INET6
1652                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1653                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1654                 else
1655 #endif
1656                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1657         } else
1658                 optlen = 0;
1659
1660         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1661         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1662         /*
1663          * If we have peer's SYN and it has a flowid, then let's assign it to
1664          * our SYN|ACK.  ip6_output() and ip_output() will not assign flowid
1665          * to SYN|ACK due to lack of inp here.
1666          */
1667         if (m0 != NULL && M_HASHTYPE_GET(m0) != M_HASHTYPE_NONE) {
1668                 m->m_pkthdr.flowid = m0->m_pkthdr.flowid;
1669                 M_HASHTYPE_SET(m, M_HASHTYPE_GET(m0));
1670         }
1671 #ifdef INET6
1672         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1673                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1674                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1675                     IPPROTO_TCP, 0);
1676                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1677 #ifdef TCP_OFFLOAD
1678                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1679                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1680
1681                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1682
1683                         return (error);
1684                 }
1685 #endif
1686                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1687         }
1688 #endif
1689 #if defined(INET6) && defined(INET)
1690         else
1691 #endif
1692 #ifdef INET
1693         {
1694                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1695                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1696                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1697 #ifdef TCP_OFFLOAD
1698                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1699                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1700
1701                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1702
1703                         return (error);
1704                 }
1705 #endif
1706                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1707         }
1708 #endif
1709         return (error);
1710 }
1711
1712 /*
1713  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1714  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1715  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1716  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1717  *
1718  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1719  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1720  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1721  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1722  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1723  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1724  *
1725  * The only reliable information persisting the 3WHS is our inital sequence
1726  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1727  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1728  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1729  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1730  *
1731  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1732  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1733  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1734  *
1735  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1736  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1737  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1738  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1739  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1740  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1741  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1742  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1743  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1744  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1745  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1746  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1747  *   making us under-estimate the available window size halving our
1748  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1749  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1750  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1751  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1752  *   the ACK has them.
1753  *
1754  * Security of syncookies and attack vectors:
1755  *
1756  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1757  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1758  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1759  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1760  * MAC are embedded into the ISS.
1761  *
1762  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1763  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1764  * 15-30 seconds.
1765  *
1766  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1767  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1768  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1769  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1770  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1771  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1772  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1773  *
1774  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1775  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1776  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1777  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1778  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1779  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1780  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1781  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1782  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1783  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1784  *
1785  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1786  * exhaustion attack vector itself.
1787  *
1788  * References:
1789  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1790  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1791  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1792  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1793  *
1794  *
1795  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1796  *  0        1         2         3
1797  *  12345678901234567890123456789012
1798  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1799  *
1800  *  x 24 MAC (truncated)
1801  *  W  3 Send Window Scale index
1802  *  M  3 MSS index
1803  *  S  1 SACK permitted
1804  *  P  1 Odd/even secret
1805  */
1806
1807 /*
1808  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1809  * rounded down to the next lower one.
1810  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1811  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1812  */
1813 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1814
1815 /*
1816  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1817  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1818  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1819  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1820  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1821  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1822  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1823  * direction) is encoded with index zero.
1824  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1825  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1826  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1827  */
1828 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1829
1830 /*
1831  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1832  * and good cryptographic properties.
1833  */
1834 static uint32_t
1835 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1836     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1837 {
1838         SIPHASH_CTX ctx;
1839         uint32_t siphash[2];
1840
1841         SipHash24_Init(&ctx);
1842         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1843         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1844 #ifdef INET
1845         case 0:
1846                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1847                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1848                 break;
1849 #endif
1850 #ifdef INET6
1851         case INC_ISIPV6:
1852                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1853                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1854                 break;
1855 #endif
1856         }
1857         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1858         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1859         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1860         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1861         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1862         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1863
1864         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1865 }
1866
1867 static tcp_seq
1868 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1869 {
1870         u_int i, mss, secbit, wscale;
1871         uint32_t iss, hash;
1872         uint8_t *secbits;
1873         union syncookie cookie;
1874
1875         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1876
1877         cookie.cookie = 0;
1878
1879         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1880         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1881         for (i = sizeof(tcp_sc_msstab) / sizeof(*tcp_sc_msstab) - 1;
1882              tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1883              i--)
1884                 ;
1885         cookie.flags.mss_idx = i;
1886
1887         /*
1888          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1889          * the wscale option was received.
1890          */
1891         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1892                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1893                 for (i = sizeof(tcp_sc_wstab) / sizeof(*tcp_sc_wstab) - 1;
1894                      tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1895                      i--)
1896                         ;
1897                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1898         }
1899
1900         /* Can we do SACK? */
1901         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1902                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1903
1904         /* Which of the two secrets to use. */
1905         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1906         cookie.flags.odd_even = secbit;
1907
1908         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1909         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1910             (uintptr_t)sch);
1911
1912         /*
1913          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1914          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1915          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1916          * wire.
1917          */
1918         iss = hash & ~0xff;
1919         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1920
1921         /* Randomize the timestamp. */
1922         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1923                 sc->sc_ts = arc4random();
1924                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
1925         }
1926
1927         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
1928         return (iss);
1929 }
1930
1931 static struct syncache *
1932 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
1933     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
1934     struct socket *lso)
1935 {
1936         uint32_t hash;
1937         uint8_t *secbits;
1938         tcp_seq ack, seq;
1939         int wnd, wscale = 0;
1940         union syncookie cookie;
1941
1942         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1943
1944         /*
1945          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
1946          * advances.
1947          */
1948         ack = th->th_ack - 1;
1949         seq = th->th_seq - 1;
1950
1951         /*
1952          * Unpack the flags containing enough information to restore the
1953          * connection.
1954          */
1955         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
1956
1957         /* Which of the two secrets to use. */
1958         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
1959
1960         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
1961
1962         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
1963         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
1964                 return (NULL);
1965
1966         /* Fill in the syncache values. */
1967         sc->sc_flags = 0;
1968         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1969         sc->sc_ipopts = NULL;
1970         
1971         sc->sc_irs = seq;
1972         sc->sc_iss = ack;
1973
1974         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1975 #ifdef INET
1976         case 0:
1977                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
1978                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
1979                 break;
1980 #endif
1981 #ifdef INET6
1982         case INC_ISIPV6:
1983                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
1984                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1985                 break;
1986 #endif
1987         }
1988
1989         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
1990
1991         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
1992         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1993                 wscale++;
1994
1995         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
1996         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
1997                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1998                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
1999                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2000         }
2001
2002         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2003         wnd = imax(wnd, 0);
2004         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2005         sc->sc_wnd = wnd;
2006
2007         if (cookie.flags.sack_ok)
2008                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2009
2010         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2011                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2012                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2013                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2014                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2015         }
2016
2017         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2018                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2019
2020         sc->sc_rxmits = 0;
2021
2022         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2023         return (sc);
2024 }
2025
2026 #ifdef INVARIANTS
2027 static int
2028 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2029     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2030     struct socket *lso)
2031 {
2032         struct syncache scs, *scx;
2033         char *s;
2034
2035         bzero(&scs, sizeof(scs));
2036         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2037
2038         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2039                 return (0);
2040
2041         if (scx != NULL) {
2042                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2043                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2044                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2045
2046                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2047                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2048                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2049                             scx->sc_requested_r_scale);
2050
2051                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2052                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2053                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2054                             scx->sc_requested_s_scale);
2055
2056                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2057                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2058         }
2059
2060         if (s != NULL)
2061                 free(s, M_TCPLOG);
2062         return (0);
2063 }
2064 #endif /* INVARIANTS */
2065
2066 static void
2067 syncookie_reseed(void *arg)
2068 {
2069         struct tcp_syncache *sc = arg;
2070         uint8_t *secbits;
2071         int secbit;
2072
2073         /*
2074          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2075          * It only must be ensured that the new random values are visible
2076          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2077          * semantics ensures that.
2078          */
2079         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2080         secbits = sc->secret.key[secbit];
2081         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2082         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2083
2084         /* Reschedule ourself. */
2085         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2086 }
2087
2088 /*
2089  * Returns the current number of syncache entries.  This number
2090  * will probably change before you get around to calling 
2091  * syncache_pcblist.
2092  */
2093 int
2094 syncache_pcbcount(void)
2095 {
2096         struct syncache_head *sch;
2097         int count, i;
2098
2099         for (count = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2100                 /* No need to lock for a read. */
2101                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2102                 count += sch->sch_length;
2103         }
2104         return count;
2105 }
2106
2107 /*
2108  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2109  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2110  * called only from tcp_pcblist.
2111  *
2112  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2113  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2114  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2115  */
2116 int
2117 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2118 {
2119         struct xtcpcb xt;
2120         struct syncache *sc;
2121         struct syncache_head *sch;
2122         int count, error, i;
2123
2124         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2125                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2126                 SCH_LOCK(sch);
2127                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2128                         if (count >= max_pcbs) {
2129                                 SCH_UNLOCK(sch);
2130                                 goto exit;
2131                         }
2132                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2133                                 continue;
2134                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2135                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2136                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2137                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2138                         else
2139                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2140                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2141                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2142                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2143                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2144                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2145                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2146                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2147                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2148                         if (error) {
2149                                 SCH_UNLOCK(sch);
2150                                 goto exit;
2151                         }
2152                         count++;
2153                 }
2154                 SCH_UNLOCK(sch);
2155         }
2156 exit:
2157         *pcbs_exported = count;
2158         return error;
2159 }