sys/netinet/tcp_syncache.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 2001 McAfee, Inc.
   5  * Copyright (c) 2006,2013 Andre Oppermann, Internet Business Solutions AG
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jonathan Lemon
   9  * and McAfee Research, the Security Research Division of McAfee, Inc. under
  10  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the
  11  * DARPA CHATS research program. [2001 McAfee, Inc.]
  12  *
  13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  14  * modification, are permitted provided that the following conditions
  15  * are met:
  16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  */
  34
  35 #include <sys/cdefs.h>
  36 __FBSDID("$FreeBSD$");
  37
  38 #include "opt_inet.h"
  39 #include "opt_inet6.h"
  40 #include "opt_ipsec.h"
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/systm.h>
  44 #include <sys/hash.h>
  45 #include <sys/refcount.h>
  46 #include <sys/kernel.h>
  47 #include <sys/sysctl.h>
  48 #include <sys/limits.h>
  49 #include <sys/lock.h>
  50 #include <sys/mutex.h>
  51 #include <sys/malloc.h>
  52 #include <sys/mbuf.h>
  53 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
  54 #include <sys/random.h>
  55 #include <sys/socket.h>
  56 #include <sys/socketvar.h>
  57 #include <sys/syslog.h>
  58 #include <sys/ucred.h>
  59
  60 #include <sys/md5.h>
  61 #include <crypto/siphash/siphash.h>
  62
  63 #include <vm/uma.h>
  64
  65 #include <net/if.h>
  66 #include <net/if_var.h>
  67 #include <net/route.h>
  68 #include <net/vnet.h>
  69
  70 #include <netinet/in.h>
  71 #include <netinet/in_kdtrace.h>
  72 #include <netinet/in_systm.h>
  73 #include <netinet/ip.h>
  74 #include <netinet/in_var.h>
  75 #include <netinet/in_pcb.h>
  76 #include <netinet/ip_var.h>
  77 #include <netinet/ip_options.h>
  78 #ifdef INET6
  79 #include <netinet/ip6.h>
  80 #include <netinet/icmp6.h>
  81 #include <netinet6/nd6.h>
  82 #include <netinet6/ip6_var.h>
  83 #include <netinet6/in6_pcb.h>
  84 #endif
  85 #include <netinet/tcp.h>
  86 #include <netinet/tcp_fastopen.h>
  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 #include <netinet/tcp_ecn.h>
  93 #ifdef TCP_BLACKBOX
  94 #include <netinet/tcp_log_buf.h>
  95 #endif
  96 #ifdef TCP_OFFLOAD
  97 #include <netinet/toecore.h>
  98 #endif
  99 #include <netinet/udp.h>
 100
 101 #include <netipsec/ipsec_support.h>
 102
 103 #include <machine/in_cksum.h>
 104
 105 #include <security/mac/mac_framework.h>
 106
 107 VNET_DEFINE_STATIC(int, tcp_syncookies) = 1;
 108 #define V_tcp_syncookies                VNET(tcp_syncookies)
 109 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
 110     &VNET_NAME(tcp_syncookies), 0,
 111     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
 112
 113 VNET_DEFINE_STATIC(int, tcp_syncookiesonly) = 0;
 114 #define V_tcp_syncookiesonly            VNET(tcp_syncookiesonly)
 115 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
 116     &VNET_NAME(tcp_syncookiesonly), 0,
 117     "Use only TCP SYN cookies");
 118
 119 VNET_DEFINE_STATIC(int, functions_inherit_listen_socket_stack) = 1;
 120 #define V_functions_inherit_listen_socket_stack \
 121     VNET(functions_inherit_listen_socket_stack)
 122 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, functions_inherit_listen_socket_stack,
 123     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
 124     &VNET_NAME(functions_inherit_listen_socket_stack), 0,
 125     "Inherit listen socket's stack");
 126
 127 #ifdef TCP_OFFLOAD
 128 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
 129 #endif
 130
 131 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
 132 static void      syncache_free(struct syncache *);
 133 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
 134 static int       syncache_respond(struct syncache *, const struct mbuf *, int);
 135 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
 136                     struct mbuf *m);
 137 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
 138                     int docallout);
 139 static void      syncache_timer(void *);
 140
 141 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
 142                     uint8_t *, uintptr_t);
 143 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
 144 static struct syncache
 145                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
 146                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
 147                     struct socket *, uint16_t);
 148 static void     syncache_pause(struct in_conninfo *);
 149 static void     syncache_unpause(void *);
 150 static void      syncookie_reseed(void *);
 151 #ifdef INVARIANTS
 152 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
 153                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
 154                     struct socket *lso, uint16_t port);
 155 #endif
 156
 157 /*
 158  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
 159  * 3 retransmits corresponds to a timeout with default values of
 160  * tcp_rexmit_initial * (             1 +
 161  *                       tcp_backoff[1] +
 162  *                       tcp_backoff[2] +
 163  *                       tcp_backoff[3]) + 3 * tcp_rexmit_slop,
 164  * 1000 ms * (1 + 2 + 4 + 8) +  3 * 200 ms = 15600 ms,
 165  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
 166  */
 167 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
 168
 169 /* Arbitrary values */
 170 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
 171 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
 172
 173 VNET_DEFINE_STATIC(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
 174 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
 175
 176 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache,
 177     CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 178     "TCP SYN cache");
 179
 180 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
 181     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
 182     "Per-bucket hash limit for syncache");
 183
 184 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
 185     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
 186     "Overall entry limit for syncache");
 187
 188 SYSCTL_UMA_CUR(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, CTLFLAG_VNET,
 189     &VNET_NAME(tcp_syncache.zone), "Current number of entries in syncache");
 190
 191 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
 192     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
 193     "Size of TCP syncache hashtable");
 194
 195 SYSCTL_BOOL(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, see_other, CTLFLAG_VNET |
 196     CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_syncache.see_other), 0,
 197     "All syncache(4) entries are visible, ignoring UID/GID, jail(2) "
 198     "and mac(4) checks");
 199
 200 static int
 201 sysctl_net_inet_tcp_syncache_rexmtlimit_check(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 202 {
 203         int error;
 204         u_int new;
 205
 206         new = V_tcp_syncache.rexmt_limit;
 207         error = sysctl_handle_int(oidp, &new, 0, req);
 208         if ((error == 0) && (req->newptr != NULL)) {
 209                 if (new > TCP_MAXRXTSHIFT)
 210                         error = EINVAL;
 211                 else
 212                         V_tcp_syncache.rexmt_limit = new;
 213         }
 214         return (error);
 215 }
 216
 217 SYSCTL_PROC(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit,
 218     CTLFLAG_VNET | CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_NEEDGIANT,
 219     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
 220     sysctl_net_inet_tcp_syncache_rexmtlimit_check, "UI",
 221     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
 222
 223 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
 224 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
 225     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
 226     "Send reset on socket allocation failure");
 227
 228 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
 229
 230 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
 231 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
 232 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
 233
 234 /*
 235  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
 236  */
 237 static void
 238 syncache_free(struct syncache *sc)
 239 {
 240
 241         if (sc->sc_ipopts)
 242                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
 243         if (sc->sc_cred)
 244                 crfree(sc->sc_cred);
 245 #ifdef MAC
 246         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
 247 #endif
 248
 249         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
 250 }
 251
 252 void
 253 syncache_init(void)
 254 {
 255         int i;
 256
 257         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
 258         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
 259         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
 260         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
 261
 262         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
 263             &V_tcp_syncache.hashsize);
 264         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
 265             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
 266         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
 267             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
 268                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
 269                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
 270         }
 271         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
 272
 273         /* Set limits. */
 274         V_tcp_syncache.cache_limit =
 275             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
 276         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
 277             &V_tcp_syncache.cache_limit);
 278
 279         /* Allocate the hash table. */
 280         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
 281             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
 282
 283 #ifdef VIMAGE
 284         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
 285 #endif
 286
 287         /* Initialize the hash buckets. */
 288         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
 289                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
 290                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
 291                          NULL, MTX_DEF);
 292                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
 293                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
 294                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
 295                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
 296                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_last_overflow =
 297                     -(SYNCOOKIE_LIFETIME + 1);
 298         }
 299
 300         /* Create the syncache entry zone. */
 301         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
 302             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
 303         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
 304             V_tcp_syncache.cache_limit);
 305
 306         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
 307         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
 308         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
 309         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
 310         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
 311             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
 312
 313         /* Initialize the pause machinery. */
 314         mtx_init(&V_tcp_syncache.pause_mtx, "tcp_sc_pause", NULL, MTX_DEF);
 315         callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.pause_co, &V_tcp_syncache.pause_mtx,
 316             0);
 317         V_tcp_syncache.pause_until = time_uptime - TCP_SYNCACHE_PAUSE_TIME;
 318         V_tcp_syncache.pause_backoff = 0;
 319         V_tcp_syncache.paused = false;
 320 }
 321
 322 #ifdef VIMAGE
 323 void
 324 syncache_destroy(void)
 325 {
 326         struct syncache_head *sch;
 327         struct syncache *sc, *nsc;
 328         int i;
 329
 330         /*
 331          * Stop the re-seed timer before freeing resources.  No need to
 332          * possibly schedule it another time.
 333          */
 334         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
 335
 336         /* Stop the SYN cache pause callout. */
 337         mtx_lock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
 338         if (callout_stop(&V_tcp_syncache.pause_co) == 0) {
 339                 mtx_unlock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
 340                 callout_drain(&V_tcp_syncache.pause_co);
 341         } else
 342                 mtx_unlock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
 343
 344         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
 345         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
 346                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
 347                 callout_drain(&sch->sch_timer);
 348
 349                 SCH_LOCK(sch);
 350                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
 351                         syncache_drop(sc, sch);
 352                 SCH_UNLOCK(sch);
 353                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
 354                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
 355                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
 356                     __func__, sch->sch_length));
 357                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
 358         }
 359
 360         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
 361             ("%s: cache_count not 0", __func__));
 362
 363         /* Free the allocated global resources. */
 364         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
 365         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
 366         mtx_destroy(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
 367 }
 368 #endif
 369
 370 /*
 371  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
 372  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
 373  */
 374 static void
 375 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
 376 {
 377         struct syncache *sc2;
 378
 379         SCH_LOCK(sch);
 380
 381         /*
 382          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
 383          * If the bucket is full, toss the oldest element.
 384          */
 385         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
 386                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
 387                         ("sch->sch_length incorrect"));
 388                 syncache_pause(&sc->sc_inc);
 389                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
 390                 sch->sch_last_overflow = time_uptime;
 391                 syncache_drop(sc2, sch);
 392         }
 393
 394         /* Put it into the bucket. */
 395         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
 396         sch->sch_length++;
 397
 398 #ifdef TCP_OFFLOAD
 399         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
 400                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
 401
 402                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
 403         }
 404 #endif
 405
 406         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
 407         if (sch->sch_length == 1)
 408                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
 409         syncache_timeout(sc, sch, 1);
 410
 411         SCH_UNLOCK(sch);
 412
 413         TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
 414         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
 415 }
 416
 417 /*
 418  * Remove and free entry from syncache bucket row.
 419  * Expects locked syncache head.
 420  */
 421 static void
 422 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
 423 {
 424
 425         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 426
 427         TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
 428         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
 429         sch->sch_length--;
 430
 431 #ifdef TCP_OFFLOAD
 432         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
 433                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
 434
 435                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
 436         }
 437 #endif
 438
 439         syncache_free(sc);
 440 }
 441
 442 /*
 443  * Engage/reengage time on bucket row.
 444  */
 445 static void
 446 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
 447 {
 448         int rexmt;
 449
 450         if (sc->sc_rxmits == 0)
 451                 rexmt = tcp_rexmit_initial;
 452         else
 453                 TCPT_RANGESET(rexmt,
 454                     tcp_rexmit_initial * tcp_backoff[sc->sc_rxmits],
 455                     tcp_rexmit_min, TCPTV_REXMTMAX);
 456         sc->sc_rxttime = ticks + rexmt;
 457         sc->sc_rxmits++;
 458         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
 459                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
 460                 if (docallout)
 461                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
 462                             syncache_timer, (void *)sch);
 463         }
 464 }
 465
 466 /*
 467  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
 468  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
 469  * One separate timer for each bucket row.
 470  */
 471 static void
 472 syncache_timer(void *xsch)
 473 {
 474         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
 475         struct syncache *sc, *nsc;
 476         struct epoch_tracker et;
 477         int tick = ticks;
 478         char *s;
 479         bool paused;
 480
 481         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
 482
 483         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
 484         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 485
 486         /*
 487          * In the following cycle we may remove some entries and/or
 488          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
 489          */
 490         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
 491
 492         /*
 493          * If we have paused processing, unconditionally remove
 494          * all syncache entries.
 495          */
 496         mtx_lock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
 497         paused = V_tcp_syncache.paused;
 498         mtx_unlock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
 499
 500         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
 501                 if (paused) {
 502                         syncache_drop(sc, sch);
 503                         continue;
 504                 }
 505                 /*
 506                  * We do not check if the listen socket still exists
 507                  * and accept the case where the listen socket may be
 508                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
 509                  * not expect this to happens often. If it does,
 510                  * then the RST will be sent by the time the remote
 511                  * host does the SYN/ACK->ACK.
 512                  */
 513                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
 514                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
 515                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
 516                         continue;
 517                 }
 518                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_ecn_maxretries) {
 519                         sc->sc_flags &= ~SCF_ECN_MASK;
 520                 }
 521                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
 522                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
 523                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
 524                                     "giving up and removing syncache entry\n",
 525                                     s, __func__);
 526                                 free(s, M_TCPLOG);
 527                         }
 528                         syncache_drop(sc, sch);
 529                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
 530                         continue;
 531                 }
 532                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
 533                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
 534                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
 535                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
 536                         free(s, M_TCPLOG);
 537                 }
 538
 539                 NET_EPOCH_ENTER(et);
 540                 syncache_respond(sc, NULL, TH_SYN|TH_ACK);
 541                 NET_EPOCH_EXIT(et);
 542                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
 543                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
 544         }
 545         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
 546                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
 547                         syncache_timer, (void *)(sch));
 548         CURVNET_RESTORE();
 549 }
 550
 551 /*
 552  * Returns true if the system is only using cookies at the moment.
 553  * This could be due to a sysadmin decision to only use cookies, or it
 554  * could be due to the system detecting an attack.
 555  */
 556 static inline bool
 557 syncache_cookiesonly(void)
 558 {
 559
 560         return (V_tcp_syncookies && (V_tcp_syncache.paused ||
 561             V_tcp_syncookiesonly));
 562 }
 563
 564 /*
 565  * Find the hash bucket for the given connection.
 566  */
 567 static struct syncache_head *
 568 syncache_hashbucket(struct in_conninfo *inc)
 569 {
 570         uint32_t hash;
 571
 572         /*
 573          * The hash is built on foreign port + local port + foreign address.
 574          * We rely on the fact that struct in_conninfo starts with 16 bits
 575          * of foreign port, then 16 bits of local port then followed by 128
 576          * bits of foreign address.  In case of IPv4 address, the first 3
 577          * 32-bit words of the address always are zeroes.
 578          */
 579         hash = jenkins_hash32((uint32_t *)&inc->inc_ie, 5,
 580             V_tcp_syncache.hash_secret) & V_tcp_syncache.hashmask;
 581
 582         return (&V_tcp_syncache.hashbase[hash]);
 583 }
 584
 585 /*
 586  * Find an entry in the syncache.
 587  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
 588  */
 589 static struct syncache *
 590 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
 591 {
 592         struct syncache *sc;
 593         struct syncache_head *sch;
 594
 595         *schp = sch = syncache_hashbucket(inc);
 596         SCH_LOCK(sch);
 597
 598         /* Circle through bucket row to find matching entry. */
 599         TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash)
 600                 if (bcmp(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie,
 601                     sizeof(struct in_endpoints)) == 0)
 602                         break;
 603
 604         return (sc);    /* Always returns with locked sch. */
 605 }
 606
 607 /*
 608  * This function is called when we get a RST for a
 609  * non-existent connection, so that we can see if the
 610  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
 611  * If required send a challenge ACK.
 612  */
 613 void
 614 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th, struct mbuf *m,
 615     uint16_t port)
 616 {
 617         struct syncache *sc;
 618         struct syncache_head *sch;
 619         char *s = NULL;
 620
 621         if (syncache_cookiesonly())
 622                 return;
 623         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 624         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 625
 626         /*
 627          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
 628          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
 629          */
 630         if (tcp_get_flags(th) & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
 631                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
 632                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
 633                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
 634                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
 635                 goto done;
 636         }
 637
 638         /*
 639          * No corresponding connection was found in syncache.
 640          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
 641          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
 642          * may not find a syncache entry.  In that case we're
 643          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
 644          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
 645          */
 646         if (sc == NULL) {
 647                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
 648                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
 649                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
 650                             "segment ignored\n", s, __func__);
 651                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
 652                 goto done;
 653         }
 654
 655         /* The remote UDP encaps port does not match. */
 656         if (sc->sc_port != port) {
 657                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
 658                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with matching "
 659                             "syncache entry but non-matching UDP encaps port, "
 660                             "segment ignored\n", s, __func__);
 661                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
 662                 goto done;
 663         }
 664
 665         /*
 666          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
 667          * if this is a valid reset segment.
 668          *
 669          * RFC 793 page 37:
 670          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
 671          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
 672          *   valid if its sequence number is in the window.
 673          *
 674          * RFC 793 page 69:
 675          *   There are four cases for the acceptability test for an incoming
 676          *   segment:
 677          *
 678          * Segment Receive  Test
 679          * Length  Window
 680          * ------- -------  -------------------------------------------
 681          *    0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT
 682          *    0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
 683          *   >0       0     not acceptable
 684          *   >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
 685          *               or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
 686          *
 687          * Note that when receiving a SYN segment in the LISTEN state,
 688          * IRS is set to SEG.SEQ and RCV.NXT is set to SEG.SEQ+1, as
 689          * described in RFC 793, page 66.
 690          */
 691         if ((SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + 1) &&
 692             SEQ_LT(th->th_seq, sc->sc_irs + 1 + sc->sc_wnd)) ||
 693             (sc->sc_wnd == 0 && th->th_seq == sc->sc_irs + 1)) {
 694                 if (V_tcp_insecure_rst ||
 695                     th->th_seq == sc->sc_irs + 1) {
 696                         syncache_drop(sc, sch);
 697                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
 698                                 log(LOG_DEBUG,
 699                                     "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
 700                                     "connection attempt aborted by remote "
 701                                     "endpoint\n",
 702                                     s, __func__);
 703                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
 704                 } else {
 705                         TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
 706                         /* Send challenge ACK. */
 707                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
 708                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid "
 709                                     " SEQ %u != NXT %u (+WND %u), "
 710                                     "sending challenge ACK\n",
 711                                     s, __func__,
 712                                     th->th_seq, sc->sc_irs + 1, sc->sc_wnd);
 713                         syncache_respond(sc, m, TH_ACK);
 714                 }
 715         } else {
 716                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
 717                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
 718                             "NXT %u (+WND %u), segment ignored\n",
 719                             s, __func__,
 720                             th->th_seq, sc->sc_irs + 1, sc->sc_wnd);
 721                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
 722         }
 723
 724 done:
 725         if (s != NULL)
 726                 free(s, M_TCPLOG);
 727         SCH_UNLOCK(sch);
 728 }
 729
 730 void
 731 syncache_badack(struct in_conninfo *inc, uint16_t port)
 732 {
 733         struct syncache *sc;
 734         struct syncache_head *sch;
 735
 736         if (syncache_cookiesonly())
 737                 return;
 738         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 739         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 740         if ((sc != NULL) && (sc->sc_port == port)) {
 741                 syncache_drop(sc, sch);
 742                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
 743         }
 744         SCH_UNLOCK(sch);
 745 }
 746
 747 void
 748 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, tcp_seq th_seq, uint16_t port)
 749 {
 750         struct syncache *sc;
 751         struct syncache_head *sch;
 752
 753         if (syncache_cookiesonly())
 754                 return;
 755         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 756         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 757         if (sc == NULL)
 758                 goto done;
 759
 760         /* If the port != sc_port, then it's a bogus ICMP msg */
 761         if (port != sc->sc_port)
 762                 goto done;
 763
 764         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
 765         if (ntohl(th_seq) != sc->sc_iss)
 766                 goto done;
 767
 768         /*
 769          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
 770          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
 771          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
 772          * spurious network outage.
 773          *
 774          * See tcp_notify().
 775          */
 776         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
 777                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
 778                 goto done;
 779         }
 780         syncache_drop(sc, sch);
 781         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
 782 done:
 783         SCH_UNLOCK(sch);
 784 }
 785
 786 /*
 787  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
 788  *
 789  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
 790  */
 791 static struct socket *
 792 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
 793 {
 794         struct tcp_function_block *blk;
 795         struct inpcb *inp = NULL;
 796         struct socket *so;
 797         struct tcpcb *tp;
 798         int error;
 799         char *s;
 800
 801         NET_EPOCH_ASSERT();
 802
 803         /*
 804          * Ok, create the full blown connection, and set things up
 805          * as they would have been set up if we had created the
 806          * connection when the SYN arrived.
 807          */
 808         if ((so = solisten_clone(lso)) == NULL)
 809                 goto allocfail;
 810 #ifdef MAC
 811         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
 812 #endif
 813         error = in_pcballoc(so, &V_tcbinfo);
 814         if (error) {
 815                 sodealloc(so);
 816                 goto allocfail;
 817         }
 818         inp = sotoinpcb(so);
 819         if ((tp = tcp_newtcpcb(inp)) == NULL) {
 820                 in_pcbdetach(inp);
 821                 in_pcbfree(inp);
 822                 sodealloc(so);
 823                 goto allocfail;
 824         }
 825         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
 826 #ifdef INET6
 827         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
 828                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV4;
 829                 inp->inp_vflag |= INP_IPV6;
 830                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
 831         } else {
 832                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
 833                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
 834 #endif
 835                 inp->inp_ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
 836                 inp->inp_ip_tos = sc->sc_ip_tos;
 837                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
 838 #ifdef INET6
 839         }
 840 #endif
 841
 842         /*
 843          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
 844          * inp with that particular flowid.
 845          */
 846         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
 847                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
 848                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
 849 #ifdef NUMA
 850                 inp->inp_numa_domain = m->m_pkthdr.numa_domain;
 851 #endif
 852         }
 853
 854         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
 855 #ifdef INET6
 856         if (inp->inp_vflag & INP_IPV6PROTO) {
 857                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
 858
 859                 /*
 860                  * Inherit socket options from the listening socket.
 861                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
 862                  * copied, since it stores previously received options and is
 863                  * used to detect if each new option is different than the
 864                  * previous one and hence should be passed to a user.
 865                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
 866                  * receive options just after calling the accept system call.
 867                  */
 868                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
 869                 if (oinp->in6p_outputopts)
 870                         inp->in6p_outputopts =
 871                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
 872                 inp->in6p_hops = oinp->in6p_hops;
 873         }
 874
 875         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
 876                 struct sockaddr_in6 sin6;
 877
 878                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
 879                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
 880                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
 881                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
 882                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
 883                 INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
 884                 error = in6_pcbconnect(inp, &sin6, thread0.td_ucred, false);
 885                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
 886                 if (error != 0)
 887                         goto abort;
 888                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
 889                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
 890                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
 891         }
 892 #endif /* INET6 */
 893 #if defined(INET) && defined(INET6)
 894         else
 895 #endif
 896 #ifdef INET
 897         {
 898                 struct sockaddr_in sin;
 899
 900                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
 901
 902                 if (inp->inp_options == NULL) {
 903                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
 904                         sc->sc_ipopts = NULL;
 905                 }
 906
 907                 sin.sin_family = AF_INET;
 908                 sin.sin_len = sizeof(sin);
 909                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
 910                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
 911                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
 912                 INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
 913                 error = in_pcbconnect(inp, &sin, thread0.td_ucred, false);
 914                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
 915                 if (error != 0)
 916                         goto abort;
 917         }
 918 #endif /* INET */
 919 #if defined(IPSEC) || defined(IPSEC_SUPPORT)
 920         /* Copy old policy into new socket's. */
 921         if (ipsec_copy_pcbpolicy(sotoinpcb(lso), inp) != 0)
 922                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
 923 #endif
 924         tp->t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
 925         tp->iss = sc->sc_iss;
 926         tp->irs = sc->sc_irs;
 927         tp->t_port = sc->sc_port;
 928         tcp_rcvseqinit(tp);
 929         tcp_sendseqinit(tp);
 930         blk = sototcpcb(lso)->t_fb;
 931         if (V_functions_inherit_listen_socket_stack && blk != tp->t_fb) {
 932                 /*
 933                  * Our parents t_fb was not the default,
 934                  * we need to release our ref on tp->t_fb and
 935                  * pickup one on the new entry.
 936                  */
 937                 struct tcp_function_block *rblk;
 938                 void *ptr = NULL;
 939
 940                 rblk = find_and_ref_tcp_fb(blk);
 941                 KASSERT(rblk != NULL,
 942                     ("cannot find blk %p out of syncache?", blk));
 943
 944                 if (rblk->tfb_tcp_fb_init == NULL ||
 945                     (*rblk->tfb_tcp_fb_init)(tp, &ptr) == 0) {
 946                         /* Release the old stack */
 947                         if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini != NULL)
 948                                 (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)(tp, 0);
 949                         refcount_release(&tp->t_fb->tfb_refcnt);
 950                         /* Now set in all the pointers */
 951                         tp->t_fb = rblk;
 952                         tp->t_fb_ptr = ptr;
 953                 } else {
 954                         /*
 955                          * Initialization failed. Release the reference count on
 956                          * the looked up default stack.
 957                          */
 958                         refcount_release(&rblk->tfb_refcnt);
 959                 }
 960         }
 961         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
 962         tp->snd_max = tp->iss + 1;
 963         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
 964         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
 965         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
 966         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
 967         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
 968
 969         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
 970         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
 971                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
 972         else {
 973                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
 974                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
 975                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
 976                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
 977                 }
 978                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
 979                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
 980                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
 981                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
 982                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
 983                 }
 984 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
 985                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
 986                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
 987 #endif
 988                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
 989                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
 990         }
 991
 992         tcp_ecn_syncache_socket(tp, sc);
 993
 994         /*
 995          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
 996          * This might overwrite some of the defaults we just set.
 997          */
 998         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
 999
1000         /*
1001          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
1002          * limited to one segment in cc_conn_init().
1003          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
1004          */
1005         if (sc->sc_rxmits > 1)
1006                 tp->snd_cwnd = 1;
1007
1008 #ifdef TCP_OFFLOAD
1009         /*
1010          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
1011          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
1012          * new connection before the TOE driver has done its thing.
1013          */
1014         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1015                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1016
1017                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
1018         }
1019 #endif
1020 #ifdef TCP_BLACKBOX
1021         /*
1022          * Inherit the log state from the listening socket, if
1023          * - the log state of the listening socket is not off and
1024          * - the listening socket was not auto selected from all sessions and
1025          * - a log id is not set on the listening socket.
1026          * This avoids inheriting a log state which was automatically set.
1027          */
1028         if ((tcp_get_bblog_state(sototcpcb(lso)) != TCP_LOG_STATE_OFF) &&
1029             ((sototcpcb(lso)->t_flags2 & TF2_LOG_AUTO) == 0) &&
1030             (sototcpcb(lso)->t_lib == NULL)) {
1031                 tcp_log_state_change(tp, tcp_get_bblog_state(sototcpcb(lso)));
1032         }
1033 #endif
1034         /*
1035          * Copy and activate timers.
1036          */
1037         tp->t_maxunacktime = sototcpcb(lso)->t_maxunacktime;
1038         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
1039         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
1040         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
1041         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
1042         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
1043
1044         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
1045         TCP_PROBE6(state__change, NULL, tp, NULL, tp, NULL, TCPS_LISTEN);
1046
1047         if (!solisten_enqueue(so, SS_ISCONNECTED))
1048                 tp->t_flags |= TF_SONOTCONN;
1049
1050         return (so);
1051
1052 allocfail:
1053         /*
1054          * Drop the connection; we will either send a RST or have the peer
1055          * retransmit its SYN again after its RTO and try again.
1056          */
1057         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
1058                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
1059                     "due to limits or memory shortage\n",
1060                     s, __func__);
1061                 free(s, M_TCPLOG);
1062         }
1063         TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
1064         return (NULL);
1065
1066 abort:
1067         in_pcbdetach(inp);
1068         in_pcbfree(inp);
1069         sodealloc(so);
1070         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
1071                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in%s_pcbconnect failed with error %i\n",
1072                     s, __func__, (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? "6" : "",
1073                     error);
1074                 free(s, M_TCPLOG);
1075         }
1076         TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
1077         return (NULL);
1078 }
1079
1080 /*
1081  * This function gets called when we receive an ACK for a
1082  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
1083  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
1084  * the cache and turn it into a full-blown connection in
1085  * the SYN-RECEIVED state.
1086  *
1087  * On syncache_socket() success the newly created socket
1088  * has its underlying inp locked.
1089  */
1090 int
1091 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1092     struct socket **lsop, struct mbuf *m, uint16_t port)
1093 {
1094         struct syncache *sc;
1095         struct syncache_head *sch;
1096         struct syncache scs;
1097         char *s;
1098         bool locked;
1099
1100         NET_EPOCH_ASSERT();
1101         KASSERT((tcp_get_flags(th) & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
1102             ("%s: can handle only ACK", __func__));
1103
1104         if (syncache_cookiesonly()) {
1105                 sc = NULL;
1106                 sch = syncache_hashbucket(inc);
1107                 locked = false;
1108         } else {
1109                 sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
1110                 locked = true;
1111                 SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1112         }
1113
1114 #ifdef INVARIANTS
1115         /*
1116          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
1117          * values with the reconstructed values from the cookie.
1118          */
1119         if (sc != NULL)
1120                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop, port);
1121 #endif
1122
1123         if (sc == NULL) {
1124                 /*
1125                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
1126                  * a returning syncookie.  To do this, first:
1127                  *  A. Check if syncookies are used in case of syncache
1128                  *     overflows
1129                  *  B. See if this socket has had a syncache entry dropped in
1130                  *     the recent past. We don't want to accept a bogus
1131                  *     syncookie if we've never received a SYN or accept it
1132                  *     twice.
1133                  *  C. check that the syncookie is valid.  If it is, then
1134                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
1135                  */
1136                 if (locked && !V_tcp_syncookies) {
1137                         SCH_UNLOCK(sch);
1138                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1139                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
1140                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
1141                                     s, __func__);
1142                         goto failed;
1143                 }
1144                 if (locked && !V_tcp_syncookiesonly &&
1145                     sch->sch_last_overflow < time_uptime - SYNCOOKIE_LIFETIME) {
1146                         SCH_UNLOCK(sch);
1147                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1148                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
1149                                     "segment rejected (no syncache entry)\n",
1150                                     s, __func__);
1151                         goto failed;
1152                 }
1153                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1154                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop, port);
1155                 if (locked)
1156                         SCH_UNLOCK(sch);
1157                 if (sc == NULL) {
1158                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1159                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
1160                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
1161                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
1162                         goto failed;
1163                 }
1164 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1165                 /* If received ACK has MD5 signature, check it. */
1166                 if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) != 0 &&
1167                     (!TCPMD5_ENABLED() ||
1168                     TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0)) {
1169                         /* Drop the ACK. */
1170                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1171                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment rejected, "
1172                                     "MD5 signature doesn't match.\n",
1173                                     s, __func__);
1174                                 free(s, M_TCPLOG);
1175                         }
1176                         TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_sigopt);
1177                         return (-1); /* Do not send RST */
1178                 }
1179 #endif /* TCP_SIGNATURE */
1180                 TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1181         } else {
1182                 if (sc->sc_port != port) {
1183                         SCH_UNLOCK(sch);
1184                         return (0);
1185                 }
1186 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1187                 /*
1188                  * If listening socket requested TCP digests, check that
1189                  * received ACK has signature and it is correct.
1190                  * If not, drop the ACK and leave sc entry in th cache,
1191                  * because SYN was received with correct signature.
1192                  */
1193                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1194                         if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) == 0) {
1195                                 /* No signature */
1196                                 TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_nosigopt);
1197                                 SCH_UNLOCK(sch);
1198                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1199                                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment "
1200                                             "rejected, MD5 signature wasn't "
1201                                             "provided.\n", s, __func__);
1202                                         free(s, M_TCPLOG);
1203                                 }
1204                                 return (-1); /* Do not send RST */
1205                         }
1206                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1207                             TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0) {
1208                                 /* Doesn't match or no SA */
1209                                 SCH_UNLOCK(sch);
1210                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1211                                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment "
1212                                             "rejected, MD5 signature doesn't "
1213                                             "match.\n", s, __func__);
1214                                         free(s, M_TCPLOG);
1215                                 }
1216                                 return (-1); /* Do not send RST */
1217                         }
1218                 }
1219 #endif /* TCP_SIGNATURE */
1220
1221                 /*
1222                  * RFC 7323 PAWS: If we have a timestamp on this segment and
1223                  * it's less than ts_recent, drop it.
1224                  * XXXMT: RFC 7323 also requires to send an ACK.
1225                  *        In tcp_input.c this is only done for TCP segments
1226                  *        with user data, so be consistent here and just drop
1227                  *        the segment.
1228                  */
1229                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP && to->to_flags & TOF_TS &&
1230                     TSTMP_LT(to->to_tsval, sc->sc_tsreflect)) {
1231                         SCH_UNLOCK(sch);
1232                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1233                                 log(LOG_DEBUG,
1234                                     "%s; %s: SEG.TSval %u < TS.Recent %u, "
1235                                     "segment dropped\n", s, __func__,
1236                                     to->to_tsval, sc->sc_tsreflect);
1237                                 free(s, M_TCPLOG);
1238                         }
1239                         return (-1);  /* Do not send RST */
1240                 }
1241
1242                 /*
1243                  * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK and a
1244                  * segment with a timestamp is received, ignore the
1245                  * timestamp and process the packet normally.
1246                  * See section 3.2 of RFC 7323.
1247                  */
1248                 if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) &&
1249                     (to->to_flags & TOF_TS)) {
1250                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1251                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not "
1252                                     "expected, segment processed normally\n",
1253                                     s, __func__);
1254                                 free(s, M_TCPLOG);
1255                                 s = NULL;
1256                         }
1257                 }
1258
1259                 /*
1260                  * If timestamps were negotiated during SYN/ACK and a
1261                  * segment without a timestamp is received, silently drop
1262                  * the segment, unless the missing timestamps are tolerated.
1263                  * See section 3.2 of RFC 7323.
1264                  */
1265                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) &&
1266                     !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1267                         if (V_tcp_tolerate_missing_ts) {
1268                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1269                                         log(LOG_DEBUG,
1270                                             "%s; %s: Timestamp missing, "
1271                                             "segment processed normally\n",
1272                                             s, __func__);
1273                                         free(s, M_TCPLOG);
1274                                 }
1275                         } else {
1276                                 SCH_UNLOCK(sch);
1277                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1278                                         log(LOG_DEBUG,
1279                                             "%s; %s: Timestamp missing, "
1280                                             "segment silently dropped\n",
1281                                             s, __func__);
1282                                         free(s, M_TCPLOG);
1283                                 }
1284                                 return (-1);  /* Do not send RST */
1285                         }
1286                 }
1287                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1288                 sch->sch_length--;
1289 #ifdef TCP_OFFLOAD
1290                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1291                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1292
1293                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1294                 }
1295 #endif
1296                 SCH_UNLOCK(sch);
1297         }
1298
1299         /*
1300          * Segment validation:
1301          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1302          */
1303         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1304                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1305                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1306                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1307                 goto failed;
1308         }
1309
1310         /*
1311          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1312          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1313          */
1314         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1315             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1316                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1317                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1318                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1319                 goto failed;
1320         }
1321
1322         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1323
1324         if (__predict_false(*lsop == NULL)) {
1325                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1326                 TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1327         } else
1328                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1329
1330 /* how do we find the inp for the new socket? */
1331         if (sc != &scs)
1332                 syncache_free(sc);
1333         return (1);
1334 failed:
1335         if (sc != NULL) {
1336                 TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1337                 if (sc != &scs)
1338                         syncache_free(sc);
1339         }
1340         if (s != NULL)
1341                 free(s, M_TCPLOG);
1342         *lsop = NULL;
1343         return (0);
1344 }
1345
1346 static struct socket *
1347 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m,
1348     uint64_t response_cookie)
1349 {
1350         struct inpcb *inp;
1351         struct tcpcb *tp;
1352         unsigned int *pending_counter;
1353         struct socket *so;
1354
1355         NET_EPOCH_ASSERT();
1356
1357         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(lso))->t_tfo_pending;
1358         so = syncache_socket(sc, lso, m);
1359         if (so == NULL) {
1360                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1361                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1362         } else {
1363                 soisconnected(so);
1364                 inp = sotoinpcb(so);
1365                 tp = intotcpcb(inp);
1366                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1367                 tp->t_tfo_cookie.server = response_cookie;
1368                 tp->snd_max = tp->iss;
1369                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1370                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1371                 TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1372                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1373         }
1374
1375         return (so);
1376 }
1377
1378 /*
1379  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1380  * this to the syn cache, and send back a segment:
1381  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1382  * to the source.
1383  *
1384  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1385  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1386  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1387  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1388  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1389  * the data, we avoid this DoS scenario.
1390  *
1391  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1392  * cookie is processed and a new socket is created.  In this case, any data
1393  * accompanying the SYN will be queued to the socket by tcp_input() and will
1394  * be ACKed either when the application sends response data or the delayed
1395  * ACK timer expires, whichever comes first.
1396  */
1397 struct socket *
1398 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1399     struct inpcb *inp, struct socket *so, struct mbuf *m, void *tod,
1400     void *todctx, uint8_t iptos, uint16_t port)
1401 {
1402         struct tcpcb *tp;
1403         struct socket *rv = NULL;
1404         struct syncache *sc = NULL;
1405         struct syncache_head *sch;
1406         struct mbuf *ipopts = NULL;
1407         u_int ltflags;
1408         int win, ip_ttl, ip_tos;
1409         char *s;
1410 #ifdef INET6
1411         int autoflowlabel = 0;
1412 #endif
1413 #ifdef MAC
1414         struct label *maclabel;
1415 #endif
1416         struct syncache scs;
1417         struct ucred *cred;
1418         uint64_t tfo_response_cookie;
1419         unsigned int *tfo_pending = NULL;
1420         int tfo_cookie_valid = 0;
1421         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1422         bool locked;
1423
1424         INP_RLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1425         KASSERT((tcp_get_flags(th) & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1426             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1427
1428         /*
1429          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1430          * soon as possible.
1431          */
1432         KASSERT(SOLISTENING(so), ("%s: %p not listening", __func__, so));
1433         tp = sototcpcb(so);
1434         cred = V_tcp_syncache.see_other ? NULL : crhold(so->so_cred);
1435
1436 #ifdef INET6
1437         if (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1438                 if (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL) {
1439                         autoflowlabel = 1;
1440                 }
1441                 ip_ttl = in6_selecthlim(inp, NULL);
1442                 if ((inp->in6p_outputopts == NULL) ||
1443                     (inp->in6p_outputopts->ip6po_tclass == -1)) {
1444                         ip_tos = 0;
1445                 } else {
1446                         ip_tos = inp->in6p_outputopts->ip6po_tclass;
1447                 }
1448         }
1449 #endif
1450 #if defined(INET6) && defined(INET)
1451         else
1452 #endif
1453 #ifdef INET
1454         {
1455                 ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1456                 ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1457         }
1458 #endif
1459         win = so->sol_sbrcv_hiwat;
1460         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1461
1462         if (V_tcp_fastopen_server_enable && IS_FASTOPEN(tp->t_flags) &&
1463             (tp->t_tfo_pending != NULL) &&
1464             (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1465                 /*
1466                  * Limit the number of pending TFO connections to
1467                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1468                  * SYN floods from starving the service by filling the
1469                  * listen queue with bogus TFO connections.
1470                  */
1471                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1472                     (so->sol_qlimit / 2)) {
1473                         int result;
1474
1475                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1476                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1477                             &tfo_response_cookie);
1478                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1479                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1480                 }
1481
1482                 /*
1483                  * Remember the TFO pending counter as it will have to be
1484                  * decremented below if we don't make it to syncache_tfo_expand().
1485                  */
1486                 tfo_pending = tp->t_tfo_pending;
1487         }
1488
1489 #ifdef MAC
1490         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1491                 INP_RUNLOCK(inp);
1492                 goto done;
1493         } else
1494                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1495 #endif
1496         if (!tfo_cookie_valid)
1497                 INP_RUNLOCK(inp);
1498
1499         /*
1500          * Remember the IP options, if any.
1501          */
1502 #ifdef INET6
1503         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1504 #endif
1505 #ifdef INET
1506                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1507 #else
1508                 ipopts = NULL;
1509 #endif
1510
1511 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1512         /*
1513          * When the socket is TCP-MD5 enabled check that,
1514          *  - a signed packet is valid
1515          *  - a non-signed packet does not have a security association
1516          *
1517          *  If a signed packet fails validation or a non-signed packet has a
1518          *  security association, the packet will be dropped.
1519          */
1520         if (ltflags & TF_SIGNATURE) {
1521                 if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE) {
1522                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1523                             TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0)
1524                                 goto done;
1525                 } else {
1526                         if (TCPMD5_ENABLED() &&
1527                             TCPMD5_INPUT(m, NULL, NULL) != ENOENT)
1528                                 goto done;
1529                 }
1530         } else if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
1531                 goto done;
1532 #endif  /* TCP_SIGNATURE */
1533         /*
1534          * See if we already have an entry for this connection.
1535          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1536          *
1537          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1538          * of the new SYN here (which may have different options?)
1539          *
1540          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1541          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1542          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1543          * drop the current entry and create a new one?
1544          */
1545         if (syncache_cookiesonly()) {
1546                 sc = NULL;
1547                 sch = syncache_hashbucket(inc);
1548                 locked = false;
1549         } else {
1550                 sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
1551                 locked = true;
1552                 SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1553         }
1554         if (sc != NULL) {
1555                 if (tfo_cookie_valid)
1556                         INP_RUNLOCK(inp);
1557                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1558                 if (ipopts) {
1559                         /*
1560                          * If we were remembering a previous source route,
1561                          * forget it and use the new one we've been given.
1562                          */
1563                         if (sc->sc_ipopts)
1564                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1565                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1566                 }
1567                 /*
1568                  * Update timestamp if present.
1569                  */
1570                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1571                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1572                 else
1573                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1574                 /*
1575                  * Adjust ECN response if needed, e.g. different
1576                  * IP ECN field, or a fallback by the remote host.
1577                  */
1578                 if (sc->sc_flags & SCF_ECN_MASK) {
1579                         sc->sc_flags &= ~SCF_ECN_MASK;
1580                         sc->sc_flags = tcp_ecn_syncache_add(tcp_get_flags(th), iptos);
1581                 }
1582 #ifdef MAC
1583                 /*
1584                  * Since we have already unconditionally allocated label
1585                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1586                  * have an initialized label we can use.
1587                  */
1588                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1589 #endif
1590                 TCP_PROBE5(receive, NULL, NULL, m, NULL, th);
1591                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1592                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1593                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1594                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1595                             s, __func__);
1596                         free(s, M_TCPLOG);
1597                 }
1598                 if (syncache_respond(sc, m, TH_SYN|TH_ACK) == 0) {
1599                         sc->sc_rxmits = 0;
1600                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1601                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1602                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1603                 }
1604                 SCH_UNLOCK(sch);
1605                 goto donenoprobe;
1606         }
1607
1608         if (tfo_cookie_valid) {
1609                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1610                 sc = &scs;
1611                 goto skip_alloc;
1612         }
1613
1614         /*
1615          * Skip allocating a syncache entry if we are just going to discard
1616          * it later.
1617          */
1618         if (!locked) {
1619                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1620                 sc = &scs;
1621         } else
1622                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1623         if (sc == NULL) {
1624                 /*
1625                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1626                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1627                  * entry and insert the new one.
1628                  */
1629                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1630                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL) {
1631                         sch->sch_last_overflow = time_uptime;
1632                         syncache_drop(sc, sch);
1633                         syncache_pause(inc);
1634                 }
1635                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1636                 if (sc == NULL) {
1637                         if (V_tcp_syncookies) {
1638                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1639                                 sc = &scs;
1640                         } else {
1641                                 KASSERT(locked,
1642                                     ("%s: bucket unexpectedly unlocked",
1643                                     __func__));
1644                                 SCH_UNLOCK(sch);
1645                                 if (ipopts)
1646                                         (void) m_free(ipopts);
1647                                 goto done;
1648                         }
1649                 }
1650         }
1651
1652 skip_alloc:
1653         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1654                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1655
1656         /*
1657          * Fill in the syncache values.
1658          */
1659 #ifdef MAC
1660         sc->sc_label = maclabel;
1661 #endif
1662         sc->sc_cred = cred;
1663         sc->sc_port = port;
1664         cred = NULL;
1665         sc->sc_ipopts = ipopts;
1666         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1667         sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1668         sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1669 #ifdef TCP_OFFLOAD
1670         sc->sc_tod = tod;
1671         sc->sc_todctx = todctx;
1672 #endif
1673         sc->sc_irs = th->th_seq;
1674         sc->sc_flags = 0;
1675         sc->sc_flowlabel = 0;
1676
1677         /*
1678          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1679          * win was derived from socket earlier in the function.
1680          */
1681         win = imax(win, 0);
1682         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1683         sc->sc_wnd = win;
1684
1685         if (V_tcp_do_rfc1323 &&
1686             !(ltflags & TF_NOOPT)) {
1687                 /*
1688                  * A timestamp received in a SYN makes
1689                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1690                  */
1691                 if ((to->to_flags & TOF_TS) && (V_tcp_do_rfc1323 != 2)) {
1692                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1693                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1694                         sc->sc_tsoff = tcp_new_ts_offset(inc);
1695                 }
1696                 if ((to->to_flags & TOF_SCALE) && (V_tcp_do_rfc1323 != 3)) {
1697                         int wscale = 0;
1698
1699                         /*
1700                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1701                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1702                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1703                          *
1704                          * We do this because there are broken firewalls that
1705                          * will corrupt the window scale option, leading to
1706                          * the other endpoint believing that our advertised
1707                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1708                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1709                          * leading to serious problems when traversing these
1710                          * broken firewalls.
1711                          *
1712                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1713                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1714                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1715                          * for the compatibility problems mentioned above.
1716                          *
1717                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1718                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1719                          */
1720                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1721                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1722                                 wscale++;
1723                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1724                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1725                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1726                 }
1727         }
1728 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1729         /*
1730          * If incoming packet has an MD5 signature, flag this in the
1731          * syncache so that syncache_respond() will do the right thing
1732          * with the SYN+ACK.
1733          */
1734         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
1735                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1736 #endif  /* TCP_SIGNATURE */
1737         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1738                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1739         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1740                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1741         if (ltflags & TF_NOOPT)
1742                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1743         /* ECN Handshake */
1744         if (V_tcp_do_ecn && (tp->t_flags2 & TF2_CANNOT_DO_ECN) == 0)
1745                 sc->sc_flags |= tcp_ecn_syncache_add(tcp_get_flags(th), iptos);
1746
1747         if (V_tcp_syncookies)
1748                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1749         else
1750                 sc->sc_iss = arc4random();
1751 #ifdef INET6
1752         if (autoflowlabel) {
1753                 if (V_tcp_syncookies)
1754                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1755                 else
1756                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1757                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1758         }
1759 #endif
1760         if (locked)
1761                 SCH_UNLOCK(sch);
1762
1763         if (tfo_cookie_valid) {
1764                 rv = syncache_tfo_expand(sc, so, m, tfo_response_cookie);
1765                 /* INP_RUNLOCK(inp) will be performed by the caller */
1766                 goto tfo_expanded;
1767         }
1768
1769         TCP_PROBE5(receive, NULL, NULL, m, NULL, th);
1770         /*
1771          * Do a standard 3-way handshake.
1772          */
1773         if (syncache_respond(sc, m, TH_SYN|TH_ACK) == 0) {
1774                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1775                         syncache_free(sc);
1776                 else if (sc != &scs)
1777                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1778                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1779                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1780         } else {
1781                 if (sc != &scs)
1782                         syncache_free(sc);
1783                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1784         }
1785         goto donenoprobe;
1786
1787 done:
1788         TCP_PROBE5(receive, NULL, NULL, m, NULL, th);
1789 donenoprobe:
1790         if (m)
1791                 m_freem(m);
1792         /*
1793          * If tfo_pending is not NULL here, then a TFO SYN that did not
1794          * result in a new socket was processed and the associated pending
1795          * counter has not yet been decremented.  All such TFO processing paths
1796          * transit this point.
1797          */
1798         if (tfo_pending != NULL)
1799                 tcp_fastopen_decrement_counter(tfo_pending);
1800
1801 tfo_expanded:
1802         if (cred != NULL)
1803                 crfree(cred);
1804 #ifdef MAC
1805         if (sc == &scs)
1806                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1807 #endif
1808         return (rv);
1809 }
1810
1811 /*
1812  * Send SYN|ACK or ACK to the peer.  Either in response to a peer's segment,
1813  * i.e. m0 != NULL, or upon 3WHS ACK timeout, i.e. m0 == NULL.
1814  */
1815 static int
1816 syncache_respond(struct syncache *sc, const struct mbuf *m0, int flags)
1817 {
1818         struct ip *ip = NULL;
1819         struct mbuf *m;
1820         struct tcphdr *th = NULL;
1821         struct udphdr *udp = NULL;
1822         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1823         u_int16_t hlen, tlen, mssopt, ulen;
1824         struct tcpopt to;
1825 #ifdef INET6
1826         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1827 #endif
1828
1829         NET_EPOCH_ASSERT();
1830
1831         hlen =
1832 #ifdef INET6
1833                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1834 #endif
1835                 sizeof(struct ip);
1836         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1837         if (sc->sc_port) {
1838                 tlen += sizeof(struct udphdr);
1839         }
1840         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1841         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1842         if (sc->sc_port)
1843                 mssopt -= V_tcp_udp_tunneling_overhead;
1844         mssopt = max(mssopt, V_tcp_minmss);
1845
1846         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1847         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1848             ("syncache: mbuf too small: hlen %u, sc_port %u, max_linkhdr %d + "
1849             "tlen %d + TCP_MAXOLEN %ju <= MHLEN %d", hlen, sc->sc_port,
1850             max_linkhdr, tlen, (uintmax_t)TCP_MAXOLEN, MHLEN));
1851
1852         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1853         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1854         if (m == NULL)
1855                 return (ENOBUFS);
1856 #ifdef MAC
1857         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1858 #endif
1859         m->m_data += max_linkhdr;
1860         m->m_len = tlen;
1861         m->m_pkthdr.len = tlen;
1862         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1863
1864 #ifdef INET6
1865         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1866                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1867                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1868                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1869                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1870                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1871                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1872                 /* Zero out traffic class and flow label. */
1873                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWINFO_MASK;
1874                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1875                 if (sc->sc_port != 0) {
1876                         ip6->ip6_nxt = IPPROTO_UDP;
1877                         udp = (struct udphdr *)(ip6 + 1);
1878                         udp->uh_sport = htons(V_tcp_udp_tunneling_port);
1879                         udp->uh_dport = sc->sc_port;
1880                         ulen = (tlen - sizeof(struct ip6_hdr));
1881                         th = (struct tcphdr *)(udp + 1);
1882                 } else {
1883                         ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1884                         th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1885                 }
1886                 ip6->ip6_flow |= htonl(sc->sc_ip_tos << IPV6_FLOWLABEL_LEN);
1887         }
1888 #endif
1889 #if defined(INET6) && defined(INET)
1890         else
1891 #endif
1892 #ifdef INET
1893         {
1894                 ip = mtod(m, struct ip *);
1895                 ip->ip_v = IPVERSION;
1896                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1897                 ip->ip_len = htons(tlen);
1898                 ip->ip_id = 0;
1899                 ip->ip_off = 0;
1900                 ip->ip_sum = 0;
1901                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1902                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1903                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1904                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1905
1906                 /*
1907                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1908                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1909                  *
1910                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1911                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1912                  */
1913                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1914                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1915                 if (sc->sc_port == 0) {
1916                         ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1917                         th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1918                 } else {
1919                         ip->ip_p = IPPROTO_UDP;
1920                         udp = (struct udphdr *)(ip + 1);
1921                         udp->uh_sport = htons(V_tcp_udp_tunneling_port);
1922                         udp->uh_dport = sc->sc_port;
1923                         ulen = (tlen - sizeof(struct ip));
1924                         th = (struct tcphdr *)(udp + 1);
1925                 }
1926         }
1927 #endif /* INET */
1928         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1929         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1930
1931         if (flags & TH_SYN)
1932                 th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1933         else
1934                 th->th_seq = htonl(sc->sc_iss + 1);
1935         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1936         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1937         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1938         th->th_urp = 0;
1939
1940         flags = tcp_ecn_syncache_respond(flags, sc);
1941         tcp_set_flags(th, flags);
1942
1943         /* Tack on the TCP options. */
1944         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1945                 to.to_flags = 0;
1946
1947                 if (flags & TH_SYN) {
1948                         to.to_mss = mssopt;
1949                         to.to_flags = TOF_MSS;
1950                         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1951                                 to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1952                                 to.to_flags |= TOF_SCALE;
1953                         }
1954                         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1955                                 to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1956 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1957                         if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1958                                 to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1959 #endif
1960                         if (sc->sc_tfo_cookie) {
1961                                 to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1962                                 to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1963                                 to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1964                                 /* don't send cookie again when retransmitting response */
1965                                 sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1966                         }
1967                 }
1968                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1969                         to.to_tsval = sc->sc_tsoff + tcp_ts_getticks();
1970                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1971                         to.to_flags |= TOF_TS;
1972                 }
1973                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1974
1975                 /* Adjust headers by option size. */
1976                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1977                 m->m_len += optlen;
1978                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1979 #ifdef INET6
1980                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1981                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1982                 else
1983 #endif
1984                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1985 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1986                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1987                         KASSERT(to.to_flags & TOF_SIGNATURE,
1988                             ("tcp_addoptions() didn't set tcp_signature"));
1989
1990                         /* NOTE: to.to_signature is inside of mbuf */
1991                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1992                             TCPMD5_OUTPUT(m, th, to.to_signature) != 0) {
1993                                 m_freem(m);
1994                                 return (EACCES);
1995                         }
1996                 }
1997 #endif
1998         } else
1999                 optlen = 0;
2000
2001         if (udp) {
2002                 ulen += optlen;
2003                 udp->uh_ulen = htons(ulen);
2004         }
2005         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
2006         /*
2007          * If we have peer's SYN and it has a flowid, then let's assign it to
2008          * our SYN|ACK.  ip6_output() and ip_output() will not assign flowid
2009          * to SYN|ACK due to lack of inp here.
2010          */
2011         if (m0 != NULL && M_HASHTYPE_GET(m0) != M_HASHTYPE_NONE) {
2012                 m->m_pkthdr.flowid = m0->m_pkthdr.flowid;
2013                 M_HASHTYPE_SET(m, M_HASHTYPE_GET(m0));
2014         }
2015 #ifdef INET6
2016         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
2017                 if (sc->sc_port) {
2018                         m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_UDP_IPV6;
2019                         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct udphdr, uh_sum);
2020                         udp->uh_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, ulen,
2021                               IPPROTO_UDP, 0);
2022                         th->th_sum = htons(0);
2023                 } else {
2024                         m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
2025                         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
2026                         th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
2027                             IPPROTO_TCP, 0);
2028                 }
2029                 ip6->ip6_hlim = sc->sc_ip_ttl;
2030 #ifdef TCP_OFFLOAD
2031                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
2032                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
2033
2034                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
2035
2036                         return (error);
2037                 }
2038 #endif
2039                 TCP_PROBE5(send, NULL, NULL, ip6, NULL, th);
2040                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
2041         }
2042 #endif
2043 #if defined(INET6) && defined(INET)
2044         else
2045 #endif
2046 #ifdef INET
2047         {
2048                 if (sc->sc_port) {
2049                         m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_UDP;
2050                         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct udphdr, uh_sum);
2051                         udp->uh_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr,
2052                               ip->ip_dst.s_addr, htons(ulen + IPPROTO_UDP));
2053                         th->th_sum = htons(0);
2054                 } else {
2055                         m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
2056                         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
2057                         th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
2058                             htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
2059                 }
2060 #ifdef TCP_OFFLOAD
2061                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
2062                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
2063
2064                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
2065
2066                         return (error);
2067                 }
2068 #endif
2069                 TCP_PROBE5(send, NULL, NULL, ip, NULL, th);
2070                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
2071         }
2072 #endif
2073         return (error);
2074 }
2075
2076 /*
2077  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
2078  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
2079  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
2080  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
2081  *
2082  * Syncookies encode and include all necessary information about the
2083  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
2084  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
2085  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
2086  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
2087  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
2088  *
2089  * The only reliable information persisting the 3WHS is our initial sequence
2090  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
2091  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
2092  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
2093  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
2094  *
2095  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
2096  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
2097  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
2098  *
2099  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
2100  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
2101  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
2102  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
2103  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
2104  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
2105  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
2106  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
2107  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
2108  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
2109  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
2110  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
2111  *   making us under-estimate the available window size halving our
2112  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
2113  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
2114  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
2115  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
2116  *   the ACK has them.
2117  *
2118  * Security of syncookies and attack vectors:
2119  *
2120  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
2121  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
2122  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
2123  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
2124  * MAC are embedded into the ISS.
2125  *
2126  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
2127  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
2128  * 15-30 seconds.
2129  *
2130  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
2131  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
2132  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
2133  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
2134  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
2135  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
2136  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
2137  *
2138  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
2139  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
2140  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
2141  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
2142  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
2143  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
2144  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
2145  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
2146  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
2147  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
2148  *
2149  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
2150  * exhaustion attack vector itself.
2151  *
2152  * References:
2153  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
2154  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
2155  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
2156  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
2157  *
2158  *
2159  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
2160  *  0        1         2         3
2161  *  12345678901234567890123456789012
2162  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
2163  *
2164  *  x 24 MAC (truncated)
2165  *  W  3 Send Window Scale index
2166  *  M  3 MSS index
2167  *  S  1 SACK permitted
2168  *  P  1 Odd/even secret
2169  */
2170
2171 /*
2172  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
2173  * rounded down to the next lower one.
2174  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
2175  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
2176  */
2177 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
2178
2179 /*
2180  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
2181  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
2182  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
2183  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
2184  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
2185  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
2186  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
2187  * direction) is encoded with index zero.
2188  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
2189  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
2190  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
2191  */
2192 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
2193
2194 /*
2195  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
2196  * and good cryptographic properties.
2197  */
2198 static uint32_t
2199 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
2200     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
2201 {
2202         SIPHASH_CTX ctx;
2203         uint32_t siphash[2];
2204
2205         SipHash24_Init(&ctx);
2206         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
2207         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
2208 #ifdef INET
2209         case 0:
2210                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
2211                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
2212                 break;
2213 #endif
2214 #ifdef INET6
2215         case INC_ISIPV6:
2216                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
2217                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
2218                 break;
2219 #endif
2220         }
2221         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
2222         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
2223         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
2224         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
2225         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
2226         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
2227
2228         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
2229 }
2230
2231 static tcp_seq
2232 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
2233 {
2234         u_int i, secbit, wscale;
2235         uint32_t iss, hash;
2236         uint8_t *secbits;
2237         union syncookie cookie;
2238
2239         cookie.cookie = 0;
2240
2241         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
2242         for (i = nitems(tcp_sc_msstab) - 1;
2243              tcp_sc_msstab[i] > sc->sc_peer_mss && i > 0;
2244              i--)
2245                 ;
2246         cookie.flags.mss_idx = i;
2247
2248         /*
2249          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
2250          * the wscale option was received.
2251          */
2252         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
2253                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
2254                 for (i = nitems(tcp_sc_wstab) - 1;
2255                     tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
2256                      i--)
2257                         ;
2258                 cookie.flags.wscale_idx = i;
2259         }
2260
2261         /* Can we do SACK? */
2262         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
2263                 cookie.flags.sack_ok = 1;
2264
2265         /* Which of the two secrets to use. */
2266         secbit = V_tcp_syncache.secret.oddeven & 0x1;
2267         cookie.flags.odd_even = secbit;
2268
2269         secbits = V_tcp_syncache.secret.key[secbit];
2270         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
2271             (uintptr_t)sch);
2272
2273         /*
2274          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
2275          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
2276          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
2277          * wire.
2278          */
2279         iss = hash & ~0xff;
2280         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
2281
2282         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
2283         return (iss);
2284 }
2285
2286 static struct syncache *
2287 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2288     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2289     struct socket *lso, uint16_t port)
2290 {
2291         uint32_t hash;
2292         uint8_t *secbits;
2293         tcp_seq ack, seq;
2294         int wnd, wscale = 0;
2295         union syncookie cookie;
2296
2297         /*
2298          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
2299          * advances.
2300          */
2301         ack = th->th_ack - 1;
2302         seq = th->th_seq - 1;
2303
2304         /*
2305          * Unpack the flags containing enough information to restore the
2306          * connection.
2307          */
2308         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
2309
2310         /* Which of the two secrets to use. */
2311         secbits = V_tcp_syncache.secret.key[cookie.flags.odd_even];
2312
2313         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
2314
2315         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
2316         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
2317                 return (NULL);
2318
2319         /* Fill in the syncache values. */
2320         sc->sc_flags = 0;
2321         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
2322         sc->sc_ipopts = NULL;
2323
2324         sc->sc_irs = seq;
2325         sc->sc_iss = ack;
2326
2327         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
2328 #ifdef INET
2329         case 0:
2330                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
2331                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
2332                 break;
2333 #endif
2334 #ifdef INET6
2335         case INC_ISIPV6:
2336                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
2337                         sc->sc_flowlabel =
2338                             htonl(sc->sc_iss) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
2339                 break;
2340 #endif
2341         }
2342
2343         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
2344
2345         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
2346         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
2347                 wscale++;
2348
2349         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
2350         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2351                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2352                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2353                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2354         }
2355
2356         wnd = lso->sol_sbrcv_hiwat;
2357         wnd = imax(wnd, 0);
2358         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2359         sc->sc_wnd = wnd;
2360
2361         if (cookie.flags.sack_ok)
2362                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2363
2364         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2365                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2366                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2367                 sc->sc_tsoff = tcp_new_ts_offset(inc);
2368         }
2369
2370         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2371                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2372
2373         sc->sc_rxmits = 0;
2374
2375         sc->sc_port = port;
2376
2377         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2378         return (sc);
2379 }
2380
2381 #ifdef INVARIANTS
2382 static int
2383 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2384     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2385     struct socket *lso, uint16_t port)
2386 {
2387         struct syncache scs, *scx;
2388         char *s;
2389
2390         bzero(&scs, sizeof(scs));
2391         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso, port);
2392
2393         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2394                 return (0);
2395
2396         if (scx != NULL) {
2397                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2398                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2399                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2400
2401                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2402                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2403                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2404                             scx->sc_requested_r_scale);
2405
2406                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2407                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2408                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2409                             scx->sc_requested_s_scale);
2410
2411                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2412                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2413         }
2414
2415         if (s != NULL)
2416                 free(s, M_TCPLOG);
2417         return (0);
2418 }
2419 #endif /* INVARIANTS */
2420
2421 static void
2422 syncookie_reseed(void *arg)
2423 {
2424         struct tcp_syncache *sc = arg;
2425         uint8_t *secbits;
2426         int secbit;
2427
2428         /*
2429          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2430          * It only must be ensured that the new random values are visible
2431          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2432          * semantics ensures that.
2433          */
2434         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2435         secbits = sc->secret.key[secbit];
2436         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2437         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2438
2439         /* Reschedule ourself. */
2440         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2441 }
2442
2443 /*
2444  * We have overflowed a bucket. Let's pause dealing with the syncache.
2445  * This function will increment the bucketoverflow statistics appropriately
2446  * (once per pause when pausing is enabled; otherwise, once per overflow).
2447  */
2448 static void
2449 syncache_pause(struct in_conninfo *inc)
2450 {
2451         time_t delta;
2452         const char *s;
2453
2454         /* XXX:
2455          * 2. Add sysctl read here so we don't get the benefit of this
2456          * change without the new sysctl.
2457          */
2458
2459         /*
2460          * Try an unlocked read. If we already know that another thread
2461          * has activated the feature, there is no need to proceed.
2462          */
2463         if (V_tcp_syncache.paused)
2464                 return;
2465
2466         /* Are cookied enabled? If not, we can't pause. */
2467         if (!V_tcp_syncookies) {
2468                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
2469                 return;
2470         }
2471
2472         /*
2473          * We may be the first thread to find an overflow. Get the lock
2474          * and evaluate if we need to take action.
2475          */
2476         mtx_lock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
2477         if (V_tcp_syncache.paused) {
2478                 mtx_unlock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
2479                 return;
2480         }
2481
2482         /* Activate protection. */
2483         V_tcp_syncache.paused = true;
2484         TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
2485
2486         /*
2487          * Determine the last backoff time. If we are seeing a re-newed
2488          * attack within that same time after last reactivating the syncache,
2489          * consider it an extension of the same attack.
2490          */
2491         delta = TCP_SYNCACHE_PAUSE_TIME << V_tcp_syncache.pause_backoff;
2492         if (V_tcp_syncache.pause_until + delta - time_uptime > 0) {
2493                 if (V_tcp_syncache.pause_backoff < TCP_SYNCACHE_MAX_BACKOFF) {
2494                         delta <<= 1;
2495                         V_tcp_syncache.pause_backoff++;
2496                 }
2497         } else {
2498                 delta = TCP_SYNCACHE_PAUSE_TIME;
2499                 V_tcp_syncache.pause_backoff = 0;
2500         }
2501
2502         /* Log a warning, including IP addresses, if able. */
2503         if (inc != NULL)
2504                 s = tcp_log_addrs(inc, NULL, NULL, NULL);
2505         else
2506                 s = (const char *)NULL;
2507         log(LOG_WARNING, "TCP syncache overflow detected; using syncookies for "
2508             "the next %lld seconds%s%s%s\n", (long long)delta,
2509             (s != NULL) ? " (last SYN: " : "", (s != NULL) ? s : "",
2510             (s != NULL) ? ")" : "");
2511         free(__DECONST(void *, s), M_TCPLOG);
2512
2513         /* Use the calculated delta to set a new pause time. */
2514         V_tcp_syncache.pause_until = time_uptime + delta;
2515         callout_reset(&V_tcp_syncache.pause_co, delta * hz, syncache_unpause,
2516             &V_tcp_syncache);
2517         mtx_unlock(&V_tcp_syncache.pause_mtx);
2518 }
2519
2520 /* Evaluate whether we need to unpause. */
2521 static void
2522 syncache_unpause(void *arg)
2523 {
2524         struct tcp_syncache *sc;
2525         time_t delta;
2526
2527         sc = arg;
2528         mtx_assert(&sc->pause_mtx, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2529         callout_deactivate(&sc->pause_co);
2530
2531         /*
2532          * Check to make sure we are not running early. If the pause
2533          * time has expired, then deactivate the protection.
2534          */
2535         if ((delta = sc->pause_until - time_uptime) > 0)
2536                 callout_schedule(&sc->pause_co, delta * hz);
2537         else
2538                 sc->paused = false;
2539 }
2540
2541 /*
2542  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2543  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2544  * called only from tcp_pcblist.
2545  *
2546  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2547  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2548  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2549  */
2550 int
2551 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req)
2552 {
2553         struct xtcpcb xt;
2554         struct syncache *sc;
2555         struct syncache_head *sch;
2556         int error, i;
2557
2558         bzero(&xt, sizeof(xt));
2559         xt.xt_len = sizeof(xt);
2560         xt.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2561         xt.xt_inp.xi_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2562         xt.xt_inp.xi_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2563         xt.xt_inp.xi_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2564         xt.xt_inp.xi_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2565
2566         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2567                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2568                 SCH_LOCK(sch);
2569                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2570                         if (sc->sc_cred != NULL &&
2571                             cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2572                                 continue;
2573                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2574                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2575                         else
2576                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2577                         xt.xt_encaps_port = sc->sc_port;
2578                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc,
2579                             sizeof (struct in_conninfo));
2580                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2581                         if (error) {
2582                                 SCH_UNLOCK(sch);
2583                                 return (0);
2584                         }
2585                 }
2586                 SCH_UNLOCK(sch);
2587         }
2588
2589         return (0);
2590 }