]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
MFC r304572 (by bz):
[FreeBSD/FreeBSD.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/hash.h>
44 #include <sys/refcount.h>
45 #include <sys/kernel.h>
46 #include <sys/sysctl.h>
47 #include <sys/limits.h>
48 #include <sys/lock.h>
49 #include <sys/mutex.h>
50 #include <sys/malloc.h>
51 #include <sys/mbuf.h>
52 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
53 #include <sys/random.h>
54 #include <sys/socket.h>
55 #include <sys/socketvar.h>
56 #include <sys/syslog.h>
57 #include <sys/ucred.h>
58
59 #include <sys/md5.h>
60 #include <crypto/siphash/siphash.h>
61
62 #include <vm/uma.h>
63
64 #include <net/if.h>
65 #include <net/if_var.h>
66 #include <net/route.h>
67 #include <net/vnet.h>
68
69 #include <netinet/in.h>
70 #include <netinet/in_systm.h>
71 #include <netinet/ip.h>
72 #include <netinet/in_var.h>
73 #include <netinet/in_pcb.h>
74 #include <netinet/ip_var.h>
75 #include <netinet/ip_options.h>
76 #ifdef INET6
77 #include <netinet/ip6.h>
78 #include <netinet/icmp6.h>
79 #include <netinet6/nd6.h>
80 #include <netinet6/ip6_var.h>
81 #include <netinet6/in6_pcb.h>
82 #endif
83 #include <netinet/tcp.h>
84 #ifdef TCP_RFC7413
85 #include <netinet/tcp_fastopen.h>
86 #endif
87 #include <netinet/tcp_fsm.h>
88 #include <netinet/tcp_seq.h>
89 #include <netinet/tcp_timer.h>
90 #include <netinet/tcp_var.h>
91 #include <netinet/tcp_syncache.h>
92 #ifdef INET6
93 #include <netinet6/tcp6_var.h>
94 #endif
95 #ifdef TCP_OFFLOAD
96 #include <netinet/toecore.h>
97 #endif
98
99 #include <netipsec/ipsec_support.h>
100
101 #include <machine/in_cksum.h>
102
103 #include <security/mac/mac_framework.h>
104
105 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookies) = 1;
106 #define V_tcp_syncookies                VNET(tcp_syncookies)
107 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
108     &VNET_NAME(tcp_syncookies), 0,
109     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
110
111 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookiesonly) = 0;
112 #define V_tcp_syncookiesonly            VNET(tcp_syncookiesonly)
113 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
114     &VNET_NAME(tcp_syncookiesonly), 0,
115     "Use only TCP SYN cookies");
116
117 #ifdef TCP_OFFLOAD
118 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
119 #endif
120
121 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
122 static void      syncache_free(struct syncache *);
123 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
124 static int       syncache_respond(struct syncache *, struct syncache_head *, int,
125                     const struct mbuf *);
126 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
127                     struct mbuf *m);
128 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
129                     int docallout);
130 static void      syncache_timer(void *);
131
132 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
133                     uint8_t *, uintptr_t);
134 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
135 static struct syncache
136                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
137                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
138                     struct socket *);
139 static void      syncookie_reseed(void *);
140 #ifdef INVARIANTS
141 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
142                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
143                     struct socket *lso);
144 #endif
145
146 /*
147  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
148  * 3 retransmits corresponds to a timeout of 3 * (1 + 2 + 4 + 8) == 45 seconds,
149  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
150  */
151 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
152
153 /* Arbitrary values */
154 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
155 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
156
157 static VNET_DEFINE(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
158 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
159
160 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0,
161     "TCP SYN cache");
162
163 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
164     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
165     "Per-bucket hash limit for syncache");
166
167 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
168     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
169     "Overall entry limit for syncache");
170
171 SYSCTL_UMA_CUR(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, CTLFLAG_VNET,
172     &VNET_NAME(tcp_syncache.zone), "Current number of entries in syncache");
173
174 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
175     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
176     "Size of TCP syncache hashtable");
177
178 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
179     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
180     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
181
182 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
183 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
184     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
185     "Send reset on socket allocation failure");
186
187 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
188
189 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
190 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
191 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
192
193 /*
194  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
195  */
196 static void
197 syncache_free(struct syncache *sc)
198 {
199
200         if (sc->sc_ipopts)
201                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
202         if (sc->sc_cred)
203                 crfree(sc->sc_cred);
204 #ifdef MAC
205         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
206 #endif
207
208         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
209 }
210
211 void
212 syncache_init(void)
213 {
214         int i;
215
216         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
217         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
218         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
219         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
220
221         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
222             &V_tcp_syncache.hashsize);
223         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
224             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
225         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
226             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
227                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
228                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
229         }
230         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
231
232         /* Set limits. */
233         V_tcp_syncache.cache_limit =
234             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
235         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
236             &V_tcp_syncache.cache_limit);
237
238         /* Allocate the hash table. */
239         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
240             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
241
242 #ifdef VIMAGE
243         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
244 #endif
245
246         /* Initialize the hash buckets. */
247         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
248                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
249                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
250                          NULL, MTX_DEF);
251                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
252                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
253                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
254                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
255         }
256
257         /* Create the syncache entry zone. */
258         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
259             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
260         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
261             V_tcp_syncache.cache_limit);
262
263         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
264         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
265         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
266         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
267         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
268             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
269 }
270
271 #ifdef VIMAGE
272 void
273 syncache_destroy(void)
274 {
275         struct syncache_head *sch;
276         struct syncache *sc, *nsc;
277         int i;
278
279         /*
280          * Stop the re-seed timer before freeing resources.  No need to
281          * possibly schedule it another time.
282          */
283         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
284
285         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
286         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
287
288                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
289                 callout_drain(&sch->sch_timer);
290
291                 SCH_LOCK(sch);
292                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
293                         syncache_drop(sc, sch);
294                 SCH_UNLOCK(sch);
295                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
296                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
297                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
298                     __func__, sch->sch_length));
299                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
300         }
301
302         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
303             ("%s: cache_count not 0", __func__));
304
305         /* Free the allocated global resources. */
306         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
307         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
308 }
309 #endif
310
311 /*
312  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
313  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
314  */
315 static void
316 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
317 {
318         struct syncache *sc2;
319
320         SCH_LOCK(sch);
321
322         /*
323          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
324          * If the bucket is full, toss the oldest element.
325          */
326         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
327                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
328                         ("sch->sch_length incorrect"));
329                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
330                 syncache_drop(sc2, sch);
331                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
332         }
333
334         /* Put it into the bucket. */
335         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
336         sch->sch_length++;
337
338 #ifdef TCP_OFFLOAD
339         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
340                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
341
342                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
343         }
344 #endif
345
346         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
347         if (sch->sch_length == 1)
348                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
349         syncache_timeout(sc, sch, 1);
350
351         SCH_UNLOCK(sch);
352
353         TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
354         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
355 }
356
357 /*
358  * Remove and free entry from syncache bucket row.
359  * Expects locked syncache head.
360  */
361 static void
362 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
363 {
364
365         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
366
367         TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
368         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
369         sch->sch_length--;
370
371 #ifdef TCP_OFFLOAD
372         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
373                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
374
375                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
376         }
377 #endif
378
379         syncache_free(sc);
380 }
381
382 /*
383  * Engage/reengage time on bucket row.
384  */
385 static void
386 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
387 {
388         sc->sc_rxttime = ticks +
389                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
390         sc->sc_rxmits++;
391         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
392                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
393                 if (docallout)
394                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
395                             syncache_timer, (void *)sch);
396         }
397 }
398
399 /*
400  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
401  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
402  * One separate timer for each bucket row.
403  */
404 static void
405 syncache_timer(void *xsch)
406 {
407         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
408         struct syncache *sc, *nsc;
409         int tick = ticks;
410         char *s;
411
412         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
413
414         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
415         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
416
417         /*
418          * In the following cycle we may remove some entries and/or
419          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
420          */
421         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
422
423         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
424                 /*
425                  * We do not check if the listen socket still exists
426                  * and accept the case where the listen socket may be
427                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
428                  * not expect this to happens often. If it does,
429                  * then the RST will be sent by the time the remote
430                  * host does the SYN/ACK->ACK.
431                  */
432                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
433                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
434                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
435                         continue;
436                 }
437                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
438                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
439                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
440                                     "giving up and removing syncache entry\n",
441                                     s, __func__);
442                                 free(s, M_TCPLOG);
443                         }
444                         syncache_drop(sc, sch);
445                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
446                         continue;
447                 }
448                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
449                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
450                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
451                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
452                         free(s, M_TCPLOG);
453                 }
454
455                 syncache_respond(sc, sch, 1, NULL);
456                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
457                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
458         }
459         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
460                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
461                         syncache_timer, (void *)(sch));
462         CURVNET_RESTORE();
463 }
464
465 /*
466  * Find an entry in the syncache.
467  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
468  */
469 static struct syncache *
470 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
471 {
472         struct syncache *sc;
473         struct syncache_head *sch;
474         uint32_t hash;
475
476         /*
477          * The hash is built on foreign port + local port + foreign address.
478          * We rely on the fact that struct in_conninfo starts with 16 bits
479          * of foreign port, then 16 bits of local port then followed by 128
480          * bits of foreign address.  In case of IPv4 address, the first 3
481          * 32-bit words of the address always are zeroes.
482          */
483         hash = jenkins_hash32((uint32_t *)&inc->inc_ie, 5,
484             V_tcp_syncache.hash_secret) & V_tcp_syncache.hashmask;
485
486         sch = &V_tcp_syncache.hashbase[hash];
487         *schp = sch;
488         SCH_LOCK(sch);
489
490         /* Circle through bucket row to find matching entry. */
491         TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash)
492                 if (bcmp(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie,
493                     sizeof(struct in_endpoints)) == 0)
494                         break;
495
496         return (sc);    /* Always returns with locked sch. */
497 }
498
499 /*
500  * This function is called when we get a RST for a
501  * non-existent connection, so that we can see if the
502  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
503  */
504 void
505 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
506 {
507         struct syncache *sc;
508         struct syncache_head *sch;
509         char *s = NULL;
510
511         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
512         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
513
514         /*
515          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
516          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
517          */
518         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
519                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
520                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
521                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
522                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
523                 goto done;
524         }
525
526         /*
527          * No corresponding connection was found in syncache.
528          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
529          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
530          * may not find a syncache entry.  In that case we're
531          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
532          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
533          */
534         if (sc == NULL) {
535                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
536                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
537                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
538                             "segment ignored\n", s, __func__);
539                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
540                 goto done;
541         }
542
543         /*
544          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
545          * if this is a valid reset segment.
546          * RFC 793 page 37:
547          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
548          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
549          *   valid if its sequence number is in the window.
550          *
551          *   The sequence number in the reset segment is normally an
552          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
553          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
554          *   of our receive window, and we have to handle this case.
555          */
556         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
557             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
558                 syncache_drop(sc, sch);
559                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
560                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
561                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
562                             s, __func__);
563                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
564         } else {
565                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
566                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
567                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
568                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
569                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
570         }
571
572 done:
573         if (s != NULL)
574                 free(s, M_TCPLOG);
575         SCH_UNLOCK(sch);
576 }
577
578 void
579 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
580 {
581         struct syncache *sc;
582         struct syncache_head *sch;
583
584         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
585         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
586         if (sc != NULL) {
587                 syncache_drop(sc, sch);
588                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
589         }
590         SCH_UNLOCK(sch);
591 }
592
593 void
594 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
595 {
596         struct syncache *sc;
597         struct syncache_head *sch;
598
599         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
600         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
601         if (sc == NULL)
602                 goto done;
603
604         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
605         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
606                 goto done;
607
608         /*
609          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
610          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
611          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
612          * spurious network outage.
613          *
614          * See tcp_notify().
615          */
616         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
617                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
618                 goto done;
619         }
620         syncache_drop(sc, sch);
621         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
622 done:
623         SCH_UNLOCK(sch);
624 }
625
626 /*
627  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
628  *
629  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
630  */
631 static struct socket *
632 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
633 {
634         struct tcp_function_block *blk;
635         struct inpcb *inp = NULL;
636         struct socket *so;
637         struct tcpcb *tp;
638         int error;
639         char *s;
640
641         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
642
643         /*
644          * Ok, create the full blown connection, and set things up
645          * as they would have been set up if we had created the
646          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
647          * the connection, abort it.
648          */
649         so = sonewconn(lso, 0);
650         if (so == NULL) {
651                 /*
652                  * Drop the connection; we will either send a RST or
653                  * have the peer retransmit its SYN again after its
654                  * RTO and try again.
655                  */
656                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
657                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
658                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
659                             "due to limits or memory shortage\n",
660                             s, __func__);
661                         free(s, M_TCPLOG);
662                 }
663                 goto abort2;
664         }
665 #ifdef MAC
666         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
667 #endif
668
669         inp = sotoinpcb(so);
670         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
671         INP_WLOCK(inp);
672         /*
673          * Exclusive pcbinfo lock is not required in syncache socket case even
674          * if two inpcb locks can be acquired simultaneously:
675          *  - the inpcb in LISTEN state,
676          *  - the newly created inp.
677          *
678          * In this case, an inp cannot be at same time in LISTEN state and
679          * just created by an accept() call.
680          */
681         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
682
683         /* Insert new socket into PCB hash list. */
684         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
685 #ifdef INET6
686         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
687                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
688         } else {
689                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
690                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
691 #endif
692                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
693 #ifdef INET6
694         }
695 #endif
696
697         /*
698          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
699          * inp with that particular flowid.
700          */
701         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
702                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
703                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
704         }
705
706         /*
707          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
708          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
709          * configured.
710          */
711         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
712         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
713                 /*
714                  * Undo the assignments above if we failed to
715                  * put the PCB on the hash lists.
716                  */
717 #ifdef INET6
718                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
719                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
720                 else
721 #endif
722                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
723                 inp->inp_lport = 0;
724                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
725                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
726                             "with error %i\n",
727                             s, __func__, error);
728                         free(s, M_TCPLOG);
729                 }
730                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
731                 goto abort;
732         }
733 #ifdef INET6
734         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
735                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
736                 struct in6_addr laddr6;
737                 struct sockaddr_in6 sin6;
738                 /*
739                  * Inherit socket options from the listening socket.
740                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
741                  * copied, since it stores previously received options and is
742                  * used to detect if each new option is different than the
743                  * previous one and hence should be passed to a user.
744                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
745                  * receive options just after calling the accept system call.
746                  */
747                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
748                 if (oinp->in6p_outputopts)
749                         inp->in6p_outputopts =
750                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
751
752                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
753                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
754                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
755                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
756                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
757                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
758                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
759                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
760                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
761                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
762                         inp->in6p_laddr = laddr6;
763                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
764                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
765                                     "with error %i\n",
766                                     s, __func__, error);
767                                 free(s, M_TCPLOG);
768                         }
769                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
770                         goto abort;
771                 }
772                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
773                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
774                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
775         }
776 #endif /* INET6 */
777 #if defined(INET) && defined(INET6)
778         else
779 #endif
780 #ifdef INET
781         {
782                 struct in_addr laddr;
783                 struct sockaddr_in sin;
784
785                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
786                 
787                 if (inp->inp_options == NULL) {
788                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
789                         sc->sc_ipopts = NULL;
790                 }
791
792                 sin.sin_family = AF_INET;
793                 sin.sin_len = sizeof(sin);
794                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
795                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
796                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
797                 laddr = inp->inp_laddr;
798                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
799                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
800                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
801                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
802                         inp->inp_laddr = laddr;
803                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
804                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
805                                     "with error %i\n",
806                                     s, __func__, error);
807                                 free(s, M_TCPLOG);
808                         }
809                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
810                         goto abort;
811                 }
812         }
813 #endif /* INET */
814 #if defined(IPSEC) || defined(IPSEC_SUPPORT)
815         /* Copy old policy into new socket's. */
816         if (ipsec_copy_pcbpolicy(sotoinpcb(lso), inp) != 0)
817                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
818 #endif
819         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
820         tp = intotcpcb(inp);
821         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
822         tp->iss = sc->sc_iss;
823         tp->irs = sc->sc_irs;
824         tcp_rcvseqinit(tp);
825         tcp_sendseqinit(tp);
826         blk = sototcpcb(lso)->t_fb;
827         if (blk != tp->t_fb) {
828                 /*
829                  * Our parents t_fb was not the default,
830                  * we need to release our ref on tp->t_fb and 
831                  * pickup one on the new entry.
832                  */
833                 struct tcp_function_block *rblk;
834                 
835                 rblk = find_and_ref_tcp_fb(blk);
836                 KASSERT(rblk != NULL,
837                     ("cannot find blk %p out of syncache?", blk));
838                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)
839                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)(tp);
840                 refcount_release(&tp->t_fb->tfb_refcnt);
841                 tp->t_fb = rblk;
842                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init) {
843                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init)(tp);
844                 }
845         }               
846         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
847         tp->snd_max = tp->iss + 1;
848         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
849         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
850         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
851         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
852         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
853
854         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
855         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
856                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
857         else {
858                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
859                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
860                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
861                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
862                 }
863                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
864                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
865                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
866                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
867                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
868                 }
869 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
870                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
871                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
872 #endif
873                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
874                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
875         }
876
877         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
878                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
879
880         /*
881          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
882          * This might overwrite some of the defaults we just set.
883          */
884         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
885
886         /*
887          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
888          * limited to one segment in cc_conn_init().
889          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
890          */
891         if (sc->sc_rxmits > 1)
892                 tp->snd_cwnd = 1;
893
894 #ifdef TCP_OFFLOAD
895         /*
896          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
897          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
898          * new connection before the TOE driver has done its thing.
899          */
900         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
901                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
902
903                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
904         }
905 #endif
906         /*
907          * Copy and activate timers.
908          */
909         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
910         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
911         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
912         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
913         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
914
915         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
916         return (so);
917
918 abort:
919         INP_WUNLOCK(inp);
920 abort2:
921         if (so != NULL)
922                 soabort(so);
923         return (NULL);
924 }
925
926 /*
927  * This function gets called when we receive an ACK for a
928  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
929  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
930  * the cache and turn it into a full-blown connection in
931  * the SYN-RECEIVED state.
932  *
933  * On syncache_socket() success the newly created socket
934  * has its underlying inp locked.
935  */
936 int
937 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
938     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
939 {
940         struct syncache *sc;
941         struct syncache_head *sch;
942         struct syncache scs;
943         char *s;
944
945         /*
946          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
947          * and create a new socket.
948          */
949         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
950         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
951             ("%s: can handle only ACK", __func__));
952
953         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
954         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
955
956 #ifdef INVARIANTS
957         /*
958          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
959          * values with the reconstructed values from the cookie.
960          */
961         if (sc != NULL)
962                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
963 #endif
964
965         if (sc == NULL) {
966                 /*
967                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
968                  * a returning syncookie.  To do this, first:
969                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
970                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
971                  *     if we've never received a SYN.
972                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
973                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
974                  */
975                 if (!V_tcp_syncookies) {
976                         SCH_UNLOCK(sch);
977                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
978                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
979                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
980                                     s, __func__);
981                         goto failed;
982                 }
983                 bzero(&scs, sizeof(scs));
984                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
985                 SCH_UNLOCK(sch);
986                 if (sc == NULL) {
987                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
988                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
989                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
990                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
991                         goto failed;
992                 }
993 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
994                 /* If received ACK has MD5 signature, check it. */
995                 if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) != 0 &&
996                     (!TCPMD5_ENABLED() ||
997                     TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0)) {
998                         /* Drop the ACK. */
999                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1000                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment rejected, "
1001                                     "MD5 signature doesn't match.\n",
1002                                     s, __func__);
1003                                 free(s, M_TCPLOG);
1004                         }
1005                         TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_sigopt);
1006                         return (-1); /* Do not send RST */
1007                 }
1008 #endif /* TCP_SIGNATURE */
1009         } else {
1010 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1011                 /*
1012                  * If listening socket requested TCP digests, check that
1013                  * received ACK has signature and it is correct.
1014                  * If not, drop the ACK and leave sc entry in th cache,
1015                  * because SYN was received with correct signature.
1016                  */
1017                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1018                         if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) == 0) {
1019                                 /* No signature */
1020                                 TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_nosigopt);
1021                                 SCH_UNLOCK(sch);
1022                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1023                                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment "
1024                                             "rejected, MD5 signature wasn't "
1025                                             "provided.\n", s, __func__);
1026                                         free(s, M_TCPLOG);
1027                                 }
1028                                 return (-1); /* Do not send RST */
1029                         }
1030                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1031                             TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0) {
1032                                 /* Doesn't match or no SA */
1033                                 SCH_UNLOCK(sch);
1034                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1035                                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment "
1036                                             "rejected, MD5 signature doesn't "
1037                                             "match.\n", s, __func__);
1038                                         free(s, M_TCPLOG);
1039                                 }
1040                                 return (-1); /* Do not send RST */
1041                         }
1042                 }
1043 #endif /* TCP_SIGNATURE */
1044                 /*
1045                  * Pull out the entry to unlock the bucket row.
1046                  * 
1047                  * NOTE: We must decrease TCPS_SYN_RECEIVED count here, not
1048                  * tcp_state_change().  The tcpcb is not existent at this
1049                  * moment.  A new one will be allocated via syncache_socket->
1050                  * sonewconn->tcp_usr_attach in TCPS_CLOSED state, then
1051                  * syncache_socket() will change it to TCPS_SYN_RECEIVED.
1052                  */
1053                 TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1054                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1055                 sch->sch_length--;
1056 #ifdef TCP_OFFLOAD
1057                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1058                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1059
1060                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1061                 }
1062 #endif
1063                 SCH_UNLOCK(sch);
1064         }
1065
1066         /*
1067          * Segment validation:
1068          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1069          */
1070         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1071                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1072                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1073                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1074                 goto failed;
1075         }
1076
1077         /*
1078          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1079          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1080          */
1081         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1082             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1083                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1084                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1085                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1086                 goto failed;
1087         }
1088
1089         /*
1090          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1091          * must not appear on any segment during this session.
1092          */
1093         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1094                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1095                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1096                             "segment rejected\n", s, __func__);
1097                 goto failed;
1098         }
1099
1100         /*
1101          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1102          * appear on every segment during this session.
1103          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1104          * reports of non-compliants stacks.
1105          */
1106         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1107                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1108                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1109                             "no action\n", s, __func__);
1110                         free(s, M_TCPLOG);
1111                         s = NULL;
1112                 }
1113         }
1114
1115         /*
1116          * If timestamps were negotiated, the reflected timestamp
1117          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK
1118          * except in the case of 0. Some boxes are known for sending
1119          * broken timestamp replies during the 3whs (and potentially
1120          * during the connection also).
1121          *
1122          * Accept the final ACK of 3whs with reflected timestamp of 0
1123          * instead of sending a RST and deleting the syncache entry.
1124          */
1125         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr &&
1126             to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1127                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1128                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1129                             "segment rejected\n",
1130                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1131                 goto failed;
1132         }
1133
1134         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1135
1136         if (*lsop == NULL)
1137                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1138         else
1139                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1140
1141 /* how do we find the inp for the new socket? */
1142         if (sc != &scs)
1143                 syncache_free(sc);
1144         return (1);
1145 failed:
1146         if (sc != NULL && sc != &scs)
1147                 syncache_free(sc);
1148         if (s != NULL)
1149                 free(s, M_TCPLOG);
1150         *lsop = NULL;
1151         return (0);
1152 }
1153
1154 #ifdef TCP_RFC7413
1155 static void
1156 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1157     uint64_t response_cookie)
1158 {
1159         struct inpcb *inp;
1160         struct tcpcb *tp;
1161         unsigned int *pending_counter;
1162
1163         /*
1164          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1165          * and create a new socket.
1166          */
1167         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1168
1169         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1170         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1171         if (*lsop == NULL) {
1172                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1173                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1174         } else {
1175                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1176                 tp = intotcpcb(inp);
1177                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1178                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1179                 tp->snd_max = tp->iss;
1180                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1181                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1182                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1183         }
1184 }
1185 #endif /* TCP_RFC7413 */
1186
1187 /*
1188  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1189  * this to the syn cache, and send back a segment:
1190  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1191  * to the source.
1192  *
1193  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1194  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1195  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1196  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1197  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1198  * the data, we avoid this DoS scenario.
1199  *
1200  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1201  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1202  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1203  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1204  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1205  * TFO-socket-creation path was taken.
1206  */
1207 int
1208 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1209     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1210     void *todctx)
1211 {
1212         struct tcpcb *tp;
1213         struct socket *so;
1214         struct syncache *sc = NULL;
1215         struct syncache_head *sch;
1216         struct mbuf *ipopts = NULL;
1217         u_int ltflags;
1218         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1219         char *s;
1220         int rv = 0;
1221 #ifdef INET6
1222         int autoflowlabel = 0;
1223 #endif
1224 #ifdef MAC
1225         struct label *maclabel;
1226 #endif
1227         struct syncache scs;
1228         struct ucred *cred;
1229 #ifdef TCP_RFC7413
1230         uint64_t tfo_response_cookie;
1231         int tfo_cookie_valid = 0;
1232         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1233 #endif
1234
1235         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1236         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1237             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1238
1239         /*
1240          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1241          * soon as possible.
1242          */
1243         so = *lsop;
1244         tp = sototcpcb(so);
1245         cred = crhold(so->so_cred);
1246
1247 #ifdef INET6
1248         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1249             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1250                 autoflowlabel = 1;
1251 #endif
1252         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1253         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1254         win = sbspace(&so->so_rcv);
1255         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1256         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1257
1258 #ifdef TCP_RFC7413
1259         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1260             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1261                 /*
1262                  * Limit the number of pending TFO connections to
1263                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1264                  * SYN floods from starving the service by filling the
1265                  * listen queue with bogus TFO connections.
1266                  */
1267                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1268                     (so->so_qlimit / 2)) {
1269                         int result;
1270
1271                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1272                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1273                             &tfo_response_cookie);
1274                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1275                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1276                 } else
1277                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1278         }
1279 #endif
1280
1281         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1282         so = NULL;
1283         tp = NULL;
1284
1285 #ifdef MAC
1286         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1287                 INP_WUNLOCK(inp);
1288                 goto done;
1289         } else
1290                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1291 #endif
1292 #ifdef TCP_RFC7413
1293         if (!tfo_cookie_valid)
1294 #endif
1295                 INP_WUNLOCK(inp);
1296
1297         /*
1298          * Remember the IP options, if any.
1299          */
1300 #ifdef INET6
1301         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1302 #endif
1303 #ifdef INET
1304                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1305 #else
1306                 ipopts = NULL;
1307 #endif
1308
1309 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1310         /*
1311          * If listening socket requested TCP digests, check that received
1312          * SYN has signature and it is correct. If signature doesn't match
1313          * or TCP_SIGNATURE support isn't enabled, drop the packet.
1314          */
1315         if (ltflags & TF_SIGNATURE) {
1316                 if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) == 0) {
1317                         TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_nosigopt);
1318                         goto done;
1319                 }
1320                 if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1321                     TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0)
1322                         goto done;
1323         }
1324 #endif  /* TCP_SIGNATURE */
1325         /*
1326          * See if we already have an entry for this connection.
1327          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1328          *
1329          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1330          * of the new SYN here (which may have different options?)
1331          *
1332          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1333          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1334          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1335          * drop the current entry and create a new one?
1336          */
1337         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1338         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1339         if (sc != NULL) {
1340 #ifdef TCP_RFC7413
1341                 if (tfo_cookie_valid)
1342                         INP_WUNLOCK(inp);
1343 #endif
1344                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1345                 if (ipopts) {
1346                         /*
1347                          * If we were remembering a previous source route,
1348                          * forget it and use the new one we've been given.
1349                          */
1350                         if (sc->sc_ipopts)
1351                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1352                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1353                 }
1354                 /*
1355                  * Update timestamp if present.
1356                  */
1357                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1358                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1359                 else
1360                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1361 #ifdef MAC
1362                 /*
1363                  * Since we have already unconditionally allocated label
1364                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1365                  * have an initialized label we can use.
1366                  */
1367                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1368 #endif
1369                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1370                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1371                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1372                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1373                             s, __func__);
1374                         free(s, M_TCPLOG);
1375                 }
1376                 if (syncache_respond(sc, sch, 1, m) == 0) {
1377                         sc->sc_rxmits = 0;
1378                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1379                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1380                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1381                 }
1382                 SCH_UNLOCK(sch);
1383                 goto done;
1384         }
1385
1386 #ifdef TCP_RFC7413
1387         if (tfo_cookie_valid) {
1388                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1389                 sc = &scs;
1390                 goto skip_alloc;
1391         }
1392 #endif
1393
1394         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1395         if (sc == NULL) {
1396                 /*
1397                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1398                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1399                  * entry and insert the new one.
1400                  */
1401                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1402                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
1403                         syncache_drop(sc, sch);
1404                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1405                 if (sc == NULL) {
1406                         if (V_tcp_syncookies) {
1407                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1408                                 sc = &scs;
1409                         } else {
1410                                 SCH_UNLOCK(sch);
1411                                 if (ipopts)
1412                                         (void) m_free(ipopts);
1413                                 goto done;
1414                         }
1415                 }
1416         }
1417
1418 #ifdef TCP_RFC7413
1419 skip_alloc:
1420         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1421                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1422 #endif
1423
1424         /*
1425          * Fill in the syncache values.
1426          */
1427 #ifdef MAC
1428         sc->sc_label = maclabel;
1429 #endif
1430         sc->sc_cred = cred;
1431         cred = NULL;
1432         sc->sc_ipopts = ipopts;
1433         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1434 #ifdef INET6
1435         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1436 #endif
1437         {
1438                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1439                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1440         }
1441 #ifdef TCP_OFFLOAD
1442         sc->sc_tod = tod;
1443         sc->sc_todctx = todctx;
1444 #endif
1445         sc->sc_irs = th->th_seq;
1446         sc->sc_iss = arc4random();
1447         sc->sc_flags = 0;
1448         sc->sc_flowlabel = 0;
1449
1450         /*
1451          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1452          * win was derived from socket earlier in the function.
1453          */
1454         win = imax(win, 0);
1455         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1456         sc->sc_wnd = win;
1457
1458         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1459                 /*
1460                  * A timestamp received in a SYN makes
1461                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1462                  */
1463                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1464                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1465                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1466                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1467                 }
1468                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1469                         int wscale = 0;
1470
1471                         /*
1472                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1473                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1474                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1475                          *
1476                          * We do this because there are broken firewalls that
1477                          * will corrupt the window scale option, leading to
1478                          * the other endpoint believing that our advertised
1479                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1480                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1481                          * leading to serious problems when traversing these
1482                          * broken firewalls.
1483                          *
1484                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1485                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1486                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1487                          * for the compatibility problems mentioned above.
1488                          *
1489                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1490                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1491                          */
1492                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1493                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1494                                 wscale++;
1495                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1496                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1497                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1498                 }
1499         }
1500 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1501         /*
1502          * If listening socket requested TCP digests, flag this in the
1503          * syncache so that syncache_respond() will do the right thing
1504          * with the SYN+ACK.
1505          */
1506         if (ltflags & TF_SIGNATURE)
1507                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1508 #endif  /* TCP_SIGNATURE */
1509         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1510                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1511         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1512                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1513         if (ltflags & TF_NOOPT)
1514                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1515         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1516                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1517
1518         if (V_tcp_syncookies)
1519                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1520 #ifdef INET6
1521         if (autoflowlabel) {
1522                 if (V_tcp_syncookies)
1523                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1524                 else
1525                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1526                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1527         }
1528 #endif
1529         SCH_UNLOCK(sch);
1530
1531 #ifdef TCP_RFC7413
1532         if (tfo_cookie_valid) {
1533                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1534                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1535                 rv = 1;
1536                 goto tfo_done;
1537         }
1538 #endif
1539
1540         /*
1541          * Do a standard 3-way handshake.
1542          */
1543         if (syncache_respond(sc, sch, 0, m) == 0) {
1544                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1545                         syncache_free(sc);
1546                 else if (sc != &scs)
1547                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1548                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1549                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1550         } else {
1551                 if (sc != &scs)
1552                         syncache_free(sc);
1553                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1554         }
1555
1556 done:
1557         if (m) {
1558                 *lsop = NULL;
1559                 m_freem(m);
1560         }
1561 #ifdef TCP_RFC7413
1562 tfo_done:
1563 #endif
1564         if (cred != NULL)
1565                 crfree(cred);
1566 #ifdef MAC
1567         if (sc == &scs)
1568                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1569 #endif
1570         return (rv);
1571 }
1572
1573 /*
1574  * Send SYN|ACK to the peer.  Either in response to the peer's SYN,
1575  * i.e. m0 != NULL, or upon 3WHS ACK timeout, i.e. m0 == NULL.
1576  */
1577 static int
1578 syncache_respond(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int locked,
1579     const struct mbuf *m0)
1580 {
1581         struct ip *ip = NULL;
1582         struct mbuf *m;
1583         struct tcphdr *th = NULL;
1584         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1585         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1586         struct tcpopt to;
1587 #ifdef INET6
1588         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1589 #endif
1590         hlen =
1591 #ifdef INET6
1592                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1593 #endif
1594                 sizeof(struct ip);
1595         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1596
1597         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1598         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1599         if (sc->sc_peer_mss)
1600                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1601
1602         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1603         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1604             ("syncache: mbuf too small"));
1605
1606         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1607         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1608         if (m == NULL)
1609                 return (ENOBUFS);
1610 #ifdef MAC
1611         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1612 #endif
1613         m->m_data += max_linkhdr;
1614         m->m_len = tlen;
1615         m->m_pkthdr.len = tlen;
1616         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1617
1618 #ifdef INET6
1619         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1620                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1621                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1622                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1623                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1624                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1625                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1626                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1627                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1628                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1629
1630                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1631         }
1632 #endif
1633 #if defined(INET6) && defined(INET)
1634         else
1635 #endif
1636 #ifdef INET
1637         {
1638                 ip = mtod(m, struct ip *);
1639                 ip->ip_v = IPVERSION;
1640                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1641                 ip->ip_len = htons(tlen);
1642                 ip->ip_id = 0;
1643                 ip->ip_off = 0;
1644                 ip->ip_sum = 0;
1645                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1646                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1647                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1648                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1649                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1650
1651                 /*
1652                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1653                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1654                  *
1655                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1656                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1657                  */
1658                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1659                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1660
1661                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1662         }
1663 #endif /* INET */
1664         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1665         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1666
1667         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1668         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1669         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1670         th->th_x2 = 0;
1671         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1672         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1673         th->th_urp = 0;
1674
1675         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1676                 th->th_flags |= TH_ECE;
1677                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1678         }
1679
1680         /* Tack on the TCP options. */
1681         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1682                 to.to_flags = 0;
1683
1684                 to.to_mss = mssopt;
1685                 to.to_flags = TOF_MSS;
1686                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1687                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1688                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1689                 }
1690                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1691                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1692                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1693                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1694                         to.to_flags |= TOF_TS;
1695                 }
1696                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1697                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1698 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1699                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1700                         to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1701 #endif
1702 #ifdef TCP_RFC7413
1703                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1704                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1705                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1706                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1707                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1708                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1709                 }
1710 #endif
1711                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1712
1713                 /* Adjust headers by option size. */
1714                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1715                 m->m_len += optlen;
1716                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1717 #ifdef INET6
1718                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1719                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1720                 else
1721 #endif
1722                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1723 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1724                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1725                         KASSERT(to.to_flags & TOF_SIGNATURE,
1726                             ("tcp_addoptions() didn't set tcp_signature"));
1727
1728                         /* NOTE: to.to_signature is inside of mbuf */
1729                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1730                             TCPMD5_OUTPUT(m, th, to.to_signature) != 0) {
1731                                 m_freem(m);
1732                                 return (EACCES);
1733                         }
1734                 }
1735 #endif
1736         } else
1737                 optlen = 0;
1738
1739         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1740         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1741         /*
1742          * If we have peer's SYN and it has a flowid, then let's assign it to
1743          * our SYN|ACK.  ip6_output() and ip_output() will not assign flowid
1744          * to SYN|ACK due to lack of inp here.
1745          */
1746         if (m0 != NULL && M_HASHTYPE_GET(m0) != M_HASHTYPE_NONE) {
1747                 m->m_pkthdr.flowid = m0->m_pkthdr.flowid;
1748                 M_HASHTYPE_SET(m, M_HASHTYPE_GET(m0));
1749         }
1750 #ifdef INET6
1751         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1752                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1753                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1754                     IPPROTO_TCP, 0);
1755                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1756 #ifdef TCP_OFFLOAD
1757                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1758                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1759
1760                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1761
1762                         return (error);
1763                 }
1764 #endif
1765                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1766         }
1767 #endif
1768 #if defined(INET6) && defined(INET)
1769         else
1770 #endif
1771 #ifdef INET
1772         {
1773                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1774                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1775                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1776 #ifdef TCP_OFFLOAD
1777                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1778                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1779
1780                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1781
1782                         return (error);
1783                 }
1784 #endif
1785                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1786         }
1787 #endif
1788         return (error);
1789 }
1790
1791 /*
1792  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1793  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1794  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1795  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1796  *
1797  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1798  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1799  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1800  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1801  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1802  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1803  *
1804  * The only reliable information persisting the 3WHS is our initial sequence
1805  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1806  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1807  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1808  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1809  *
1810  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1811  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1812  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1813  *
1814  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1815  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1816  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1817  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1818  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1819  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1820  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1821  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1822  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1823  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1824  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1825  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1826  *   making us under-estimate the available window size halving our
1827  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1828  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1829  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1830  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1831  *   the ACK has them.
1832  *
1833  * Security of syncookies and attack vectors:
1834  *
1835  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1836  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1837  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1838  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1839  * MAC are embedded into the ISS.
1840  *
1841  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1842  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1843  * 15-30 seconds.
1844  *
1845  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1846  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1847  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1848  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1849  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1850  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1851  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1852  *
1853  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1854  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1855  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1856  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1857  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1858  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1859  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1860  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1861  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1862  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1863  *
1864  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1865  * exhaustion attack vector itself.
1866  *
1867  * References:
1868  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1869  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1870  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1871  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1872  *
1873  *
1874  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1875  *  0        1         2         3
1876  *  12345678901234567890123456789012
1877  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1878  *
1879  *  x 24 MAC (truncated)
1880  *  W  3 Send Window Scale index
1881  *  M  3 MSS index
1882  *  S  1 SACK permitted
1883  *  P  1 Odd/even secret
1884  */
1885
1886 /*
1887  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1888  * rounded down to the next lower one.
1889  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1890  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1891  */
1892 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1893
1894 /*
1895  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1896  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1897  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1898  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1899  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1900  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1901  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1902  * direction) is encoded with index zero.
1903  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1904  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1905  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1906  */
1907 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1908
1909 /*
1910  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1911  * and good cryptographic properties.
1912  */
1913 static uint32_t
1914 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1915     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1916 {
1917         SIPHASH_CTX ctx;
1918         uint32_t siphash[2];
1919
1920         SipHash24_Init(&ctx);
1921         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1922         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1923 #ifdef INET
1924         case 0:
1925                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1926                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1927                 break;
1928 #endif
1929 #ifdef INET6
1930         case INC_ISIPV6:
1931                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1932                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1933                 break;
1934 #endif
1935         }
1936         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1937         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1938         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1939         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1940         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1941         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1942
1943         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1944 }
1945
1946 static tcp_seq
1947 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1948 {
1949         u_int i, mss, secbit, wscale;
1950         uint32_t iss, hash;
1951         uint8_t *secbits;
1952         union syncookie cookie;
1953
1954         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1955
1956         cookie.cookie = 0;
1957
1958         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1959         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1960         for (i = nitems(tcp_sc_msstab) - 1; tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1961              i--)
1962                 ;
1963         cookie.flags.mss_idx = i;
1964
1965         /*
1966          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1967          * the wscale option was received.
1968          */
1969         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1970                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1971                 for (i = nitems(tcp_sc_wstab) - 1;
1972                     tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1973                      i--)
1974                         ;
1975                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1976         }
1977
1978         /* Can we do SACK? */
1979         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1980                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1981
1982         /* Which of the two secrets to use. */
1983         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1984         cookie.flags.odd_even = secbit;
1985
1986         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1987         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1988             (uintptr_t)sch);
1989
1990         /*
1991          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1992          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1993          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1994          * wire.
1995          */
1996         iss = hash & ~0xff;
1997         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1998
1999         /* Randomize the timestamp. */
2000         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
2001                 sc->sc_ts = arc4random();
2002                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
2003         }
2004
2005         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
2006         return (iss);
2007 }
2008
2009 static struct syncache *
2010 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
2011     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2012     struct socket *lso)
2013 {
2014         uint32_t hash;
2015         uint8_t *secbits;
2016         tcp_seq ack, seq;
2017         int wnd, wscale = 0;
2018         union syncookie cookie;
2019
2020         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
2021
2022         /*
2023          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
2024          * advances.
2025          */
2026         ack = th->th_ack - 1;
2027         seq = th->th_seq - 1;
2028
2029         /*
2030          * Unpack the flags containing enough information to restore the
2031          * connection.
2032          */
2033         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
2034
2035         /* Which of the two secrets to use. */
2036         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
2037
2038         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
2039
2040         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
2041         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
2042                 return (NULL);
2043
2044         /* Fill in the syncache values. */
2045         sc->sc_flags = 0;
2046         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
2047         sc->sc_ipopts = NULL;
2048         
2049         sc->sc_irs = seq;
2050         sc->sc_iss = ack;
2051
2052         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
2053 #ifdef INET
2054         case 0:
2055                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
2056                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
2057                 break;
2058 #endif
2059 #ifdef INET6
2060         case INC_ISIPV6:
2061                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
2062                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
2063                 break;
2064 #endif
2065         }
2066
2067         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
2068
2069         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
2070         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
2071                 wscale++;
2072
2073         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
2074         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2075                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2076                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2077                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2078         }
2079
2080         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2081         wnd = imax(wnd, 0);
2082         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2083         sc->sc_wnd = wnd;
2084
2085         if (cookie.flags.sack_ok)
2086                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2087
2088         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2089                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2090                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2091                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2092                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2093         }
2094
2095         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2096                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2097
2098         sc->sc_rxmits = 0;
2099
2100         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2101         return (sc);
2102 }
2103
2104 #ifdef INVARIANTS
2105 static int
2106 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2107     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2108     struct socket *lso)
2109 {
2110         struct syncache scs, *scx;
2111         char *s;
2112
2113         bzero(&scs, sizeof(scs));
2114         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2115
2116         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2117                 return (0);
2118
2119         if (scx != NULL) {
2120                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2121                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2122                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2123
2124                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2125                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2126                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2127                             scx->sc_requested_r_scale);
2128
2129                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2130                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2131                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2132                             scx->sc_requested_s_scale);
2133
2134                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2135                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2136         }
2137
2138         if (s != NULL)
2139                 free(s, M_TCPLOG);
2140         return (0);
2141 }
2142 #endif /* INVARIANTS */
2143
2144 static void
2145 syncookie_reseed(void *arg)
2146 {
2147         struct tcp_syncache *sc = arg;
2148         uint8_t *secbits;
2149         int secbit;
2150
2151         /*
2152          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2153          * It only must be ensured that the new random values are visible
2154          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2155          * semantics ensures that.
2156          */
2157         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2158         secbits = sc->secret.key[secbit];
2159         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2160         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2161
2162         /* Reschedule ourself. */
2163         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2164 }
2165
2166 /*
2167  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2168  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2169  * called only from tcp_pcblist.
2170  *
2171  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2172  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2173  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2174  */
2175 int
2176 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2177 {
2178         struct xtcpcb xt;
2179         struct syncache *sc;
2180         struct syncache_head *sch;
2181         int count, error, i;
2182
2183         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2184                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2185                 SCH_LOCK(sch);
2186                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2187                         if (count >= max_pcbs) {
2188                                 SCH_UNLOCK(sch);
2189                                 goto exit;
2190                         }
2191                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2192                                 continue;
2193                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2194                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2195                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2196                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2197                         else
2198                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2199                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2200                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2201                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2202                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2203                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2204                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2205                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2206                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2207                         if (error) {
2208                                 SCH_UNLOCK(sch);
2209                                 goto exit;
2210                         }
2211                         count++;
2212                 }
2213                 SCH_UNLOCK(sch);
2214         }
2215 exit:
2216         *pcbs_exported = count;
2217         return error;
2218 }