sys/netinet/tcp_syncache.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2001 McAfee, Inc.
   3  * Copyright (c) 2006 Andre Oppermann, Internet Business Solutions AG
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jonathan Lemon
   7  * and McAfee Research, the Security Research Division of McAfee, Inc. under
   8  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the
   9  * DARPA CHATS research program.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  * $FreeBSD$
  33  */
  34
  35 #include "opt_inet.h"
  36 #include "opt_inet6.h"
  37 #include "opt_ipsec.h"
  38 #include "opt_mac.h"
  39
  40 #include <sys/param.h>
  41 #include <sys/systm.h>
  42 #include <sys/kernel.h>
  43 #include <sys/sysctl.h>
  44 #include <sys/lock.h>
  45 #include <sys/mutex.h>
  46 #include <sys/malloc.h>
  47 #include <sys/mbuf.h>
  48 #include <sys/md5.h>
  49 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
  50 #include <sys/random.h>
  51 #include <sys/socket.h>
  52 #include <sys/socketvar.h>
  53
  54 #include <vm/uma.h>
  55
  56 #include <net/if.h>
  57 #include <net/route.h>
  58
  59 #include <netinet/in.h>
  60 #include <netinet/in_systm.h>
  61 #include <netinet/ip.h>
  62 #include <netinet/in_var.h>
  63 #include <netinet/in_pcb.h>
  64 #include <netinet/ip_var.h>
  65 #include <netinet/ip_options.h>
  66 #ifdef INET6
  67 #include <netinet/ip6.h>
  68 #include <netinet/icmp6.h>
  69 #include <netinet6/nd6.h>
  70 #include <netinet6/ip6_var.h>
  71 #include <netinet6/in6_pcb.h>
  72 #endif
  73 #include <netinet/tcp.h>
  74 #include <netinet/tcp_fsm.h>
  75 #include <netinet/tcp_seq.h>
  76 #include <netinet/tcp_timer.h>
  77 #include <netinet/tcp_var.h>
  78 #ifdef INET6
  79 #include <netinet6/tcp6_var.h>
  80 #endif
  81
  82 #ifdef IPSEC
  83 #include <netinet6/ipsec.h>
  84 #ifdef INET6
  85 #include <netinet6/ipsec6.h>
  86 #endif
  87 #endif /*IPSEC*/
  88
  89 #ifdef FAST_IPSEC
  90 #include <netipsec/ipsec.h>
  91 #ifdef INET6
  92 #include <netipsec/ipsec6.h>
  93 #endif
  94 #include <netipsec/key.h>
  95 #endif /*FAST_IPSEC*/
  96
  97 #include <machine/in_cksum.h>
  98
  99 #include <security/mac/mac_framework.h>
 100
 101 static int tcp_syncookies = 1;
 102 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_RW,
 103     &tcp_syncookies, 0,
 104     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
 105
 106 static int tcp_syncookiesonly = 0;
 107 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_RW,
 108     &tcp_syncookiesonly, 0,
 109     "Use only TCP SYN cookies");
 110
 111 #define SYNCOOKIE_SECRET_SIZE   8       /* dwords */
 112 #define SYNCOOKIE_LIFETIME      16      /* seconds */
 113
 114 struct syncache {
 115         TAILQ_ENTRY(syncache)   sc_hash;
 116         struct          in_conninfo sc_inc;     /* addresses */
 117         u_long          sc_rxttime;             /* retransmit time */
 118         u_int16_t       sc_rxmits;              /* retransmit counter */
 119
 120         u_int32_t       sc_tsreflect;           /* timestamp to reflect */
 121         u_int32_t       sc_ts;                  /* our timestamp to send */
 122         u_int32_t       sc_tsoff;               /* ts offset w/ syncookies */
 123         u_int32_t       sc_flowlabel;           /* IPv6 flowlabel */
 124         tcp_seq         sc_irs;                 /* seq from peer */
 125         tcp_seq         sc_iss;                 /* our ISS */
 126         struct          mbuf *sc_ipopts;        /* source route */
 127
 128         u_int16_t       sc_peer_mss;            /* peer's MSS */
 129         u_int16_t       sc_wnd;                 /* advertised window */
 130         u_int8_t        sc_ip_ttl;              /* IPv4 TTL */
 131         u_int8_t        sc_ip_tos;              /* IPv4 TOS */
 132         u_int8_t        sc_requested_s_scale:4,
 133                         sc_requested_r_scale:4;
 134         u_int8_t        sc_flags;
 135 #define SCF_NOOPT       0x01                    /* no TCP options */
 136 #define SCF_WINSCALE    0x02                    /* negotiated window scaling */
 137 #define SCF_TIMESTAMP   0x04                    /* negotiated timestamps */
 138                                                 /* MSS is implicit */
 139 #define SCF_UNREACH     0x10                    /* icmp unreachable received */
 140 #define SCF_SIGNATURE   0x20                    /* send MD5 digests */
 141 #define SCF_SACK        0x80                    /* send SACK option */
 142 #ifdef MAC
 143         struct label    *sc_label;              /* MAC label reference */
 144 #endif
 145 };
 146
 147 struct syncache_head {
 148         struct mtx      sch_mtx;
 149         TAILQ_HEAD(sch_head, syncache)  sch_bucket;
 150         struct callout  sch_timer;
 151         int             sch_nextc;
 152         u_int           sch_length;
 153         u_int           sch_oddeven;
 154         u_int32_t       sch_secbits_odd[SYNCOOKIE_SECRET_SIZE];
 155         u_int32_t       sch_secbits_even[SYNCOOKIE_SECRET_SIZE];
 156         u_int           sch_reseed;             /* time_uptime, seconds */
 157 };
 158
 159 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
 160 static void      syncache_free(struct syncache *);
 161 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
 162 struct syncache *syncache_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head **);
 163 static int       syncache_respond(struct syncache *);
 164 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
 165                     struct mbuf *m);
 166 static void      syncache_timer(void *);
 167 static void      syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *,
 168                     u_int32_t *);
 169 static struct syncache
 170                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
 171                     struct syncache *, struct tcpopt *, struct tcphdr *,
 172                     struct socket *);
 173
 174 /*
 175  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
 176  * 3 retransmits corresponds to a timeout of (1 + 2 + 4 + 8 == 15) seconds,
 177  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
 178  */
 179 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
 180
 181 /* Arbitrary values */
 182 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
 183 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
 184
 185 struct tcp_syncache {
 186         struct  syncache_head *hashbase;
 187         uma_zone_t zone;
 188         u_int   hashsize;
 189         u_int   hashmask;
 190         u_int   bucket_limit;
 191         u_int   cache_count;            /* XXX: unprotected */
 192         u_int   cache_limit;
 193         u_int   rexmt_limit;
 194         u_int   hash_secret;
 195 };
 196 static struct tcp_syncache tcp_syncache;
 197
 198 SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0, "TCP SYN cache");
 199
 200 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_RDTUN,
 201      &tcp_syncache.bucket_limit, 0, "Per-bucket hash limit for syncache");
 202
 203 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_RDTUN,
 204      &tcp_syncache.cache_limit, 0, "Overall entry limit for syncache");
 205
 206 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, CTLFLAG_RD,
 207      &tcp_syncache.cache_count, 0, "Current number of entries in syncache");
 208
 209 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_RDTUN,
 210      &tcp_syncache.hashsize, 0, "Size of TCP syncache hashtable");
 211
 212 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_RW,
 213      &tcp_syncache.rexmt_limit, 0, "Limit on SYN/ACK retransmissions");
 214
 215 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
 216
 217 #define SYNCACHE_HASH(inc, mask)                                        \
 218         ((tcp_syncache.hash_secret ^                                    \
 219           (inc)->inc_faddr.s_addr ^                                     \
 220           ((inc)->inc_faddr.s_addr >> 16) ^                             \
 221           (inc)->inc_fport ^ (inc)->inc_lport) & mask)
 222
 223 #define SYNCACHE_HASH6(inc, mask)                                       \
 224         ((tcp_syncache.hash_secret ^                                    \
 225           (inc)->inc6_faddr.s6_addr32[0] ^                              \
 226           (inc)->inc6_faddr.s6_addr32[3] ^                              \
 227           (inc)->inc_fport ^ (inc)->inc_lport) & mask)
 228
 229 #define ENDPTS_EQ(a, b) (                                               \
 230         (a)->ie_fport == (b)->ie_fport &&                               \
 231         (a)->ie_lport == (b)->ie_lport &&                               \
 232         (a)->ie_faddr.s_addr == (b)->ie_faddr.s_addr &&                 \
 233         (a)->ie_laddr.s_addr == (b)->ie_laddr.s_addr                    \
 234 )
 235
 236 #define ENDPTS6_EQ(a, b) (memcmp(a, b, sizeof(*a)) == 0)
 237
 238 #define SYNCACHE_TIMEOUT(sc, sch, co) do {                              \
 239         (sc)->sc_rxmits++;                                              \
 240         (sc)->sc_rxttime = ticks +                                      \
 241                 TCPTV_RTOBASE * tcp_backoff[(sc)->sc_rxmits - 1];       \
 242         if ((sch)->sch_nextc > (sc)->sc_rxttime)                        \
 243                 (sch)->sch_nextc = (sc)->sc_rxttime;                    \
 244         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket) && !(co))                  \
 245                 callout_reset(&(sch)->sch_timer,                        \
 246                         (sch)->sch_nextc - ticks,                       \
 247                         syncache_timer, (void *)(sch));                 \
 248 } while (0)
 249
 250 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
 251 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
 252 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
 253
 254 /*
 255  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
 256  */
 257 static void
 258 syncache_free(struct syncache *sc)
 259 {
 260         if (sc->sc_ipopts)
 261                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
 262 #ifdef MAC
 263         mac_destroy_syncache(&sc->sc_label);
 264 #endif
 265
 266         uma_zfree(tcp_syncache.zone, sc);
 267 }
 268
 269 void
 270 syncache_init(void)
 271 {
 272         int i;
 273
 274         tcp_syncache.cache_count = 0;
 275         tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
 276         tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
 277         tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
 278         tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
 279
 280         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
 281             &tcp_syncache.hashsize);
 282         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
 283             &tcp_syncache.bucket_limit);
 284         if (!powerof2(tcp_syncache.hashsize) || tcp_syncache.hashsize == 0) {
 285                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
 286                 tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
 287         }
 288         tcp_syncache.hashmask = tcp_syncache.hashsize - 1;
 289
 290         /* Set limits. */
 291         tcp_syncache.cache_limit =
 292             tcp_syncache.hashsize * tcp_syncache.bucket_limit;
 293         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
 294             &tcp_syncache.cache_limit);
 295
 296         /* Allocate the hash table. */
 297         MALLOC(tcp_syncache.hashbase, struct syncache_head *,
 298             tcp_syncache.hashsize * sizeof(struct syncache_head),
 299             M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
 300
 301         /* Initialize the hash buckets. */
 302         for (i = 0; i < tcp_syncache.hashsize; i++) {
 303                 TAILQ_INIT(&tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
 304                 mtx_init(&tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
 305                          NULL, MTX_DEF);
 306                 callout_init_mtx(&tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
 307                          &tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
 308                 tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
 309         }
 310
 311         /* Create the syncache entry zone. */
 312         tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
 313             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
 314         uma_zone_set_max(tcp_syncache.zone, tcp_syncache.cache_limit);
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
 319  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
 320  */
 321 static void
 322 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
 323 {
 324         struct syncache *sc2;
 325
 326         SCH_LOCK(sch);
 327
 328         /*
 329          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
 330          * If the bucket is full, toss the oldest element.
 331          */
 332         if (sch->sch_length >= tcp_syncache.bucket_limit) {
 333                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
 334                         ("sch->sch_length incorrect"));
 335                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
 336                 syncache_drop(sc2, sch);
 337                 tcpstat.tcps_sc_bucketoverflow++;
 338         }
 339
 340         /* Put it into the bucket. */
 341         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
 342         sch->sch_length++;
 343
 344         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
 345         SYNCACHE_TIMEOUT(sc, sch, 1);
 346
 347         SCH_UNLOCK(sch);
 348
 349         tcp_syncache.cache_count++;
 350         tcpstat.tcps_sc_added++;
 351 }
 352
 353 /*
 354  * Remove and free entry from syncache bucket row.
 355  * Expects locked syncache head.
 356  */
 357 static void
 358 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
 359 {
 360
 361         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 362
 363         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
 364         sch->sch_length--;
 365
 366         syncache_free(sc);
 367         tcp_syncache.cache_count--;
 368 }
 369
 370 /*
 371  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
 372  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
 373  * One separate timer for each bucket row.
 374  */
 375 static void
 376 syncache_timer(void *xsch)
 377 {
 378         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
 379         struct syncache *sc, *nsc;
 380         int tick = ticks;
 381
 382         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
 383         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 384
 385         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
 386                 /*
 387                  * We do not check if the listen socket still exists
 388                  * and accept the case where the listen socket may be
 389                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
 390                  * not expect this to happens often. If it does,
 391                  * then the RST will be sent by the time the remote
 392                  * host does the SYN/ACK->ACK.
 393                  */
 394                 if (sc->sc_rxttime >= tick) {
 395                         if (sc->sc_rxttime < sch->sch_nextc)
 396                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
 397                         continue;
 398                 }
 399
 400                 if (sc->sc_rxmits > tcp_syncache.rexmt_limit) {
 401                         syncache_drop(sc, sch);
 402                         tcpstat.tcps_sc_stale++;
 403                         continue;
 404                 }
 405
 406                 (void) syncache_respond(sc);
 407                 tcpstat.tcps_sc_retransmitted++;
 408                 SYNCACHE_TIMEOUT(sc, sch, 0);
 409         }
 410         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
 411                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
 412                         syncache_timer, (void *)(sch));
 413 }
 414
 415 /*
 416  * Find an entry in the syncache.
 417  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
 418  */
 419 struct syncache *
 420 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
 421 {
 422         struct syncache *sc;
 423         struct syncache_head *sch;
 424
 425 #ifdef INET6
 426         if (inc->inc_isipv6) {
 427                 sch = &tcp_syncache.hashbase[
 428                     SYNCACHE_HASH6(inc, tcp_syncache.hashmask)];
 429                 *schp = sch;
 430
 431                 SCH_LOCK(sch);
 432
 433                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
 434                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
 435                         if (ENDPTS6_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
 436                                 return (sc);
 437                 }
 438         } else
 439 #endif
 440         {
 441                 sch = &tcp_syncache.hashbase[
 442                     SYNCACHE_HASH(inc, tcp_syncache.hashmask)];
 443                 *schp = sch;
 444
 445                 SCH_LOCK(sch);
 446
 447                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
 448                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
 449 #ifdef INET6
 450                         if (sc->sc_inc.inc_isipv6)
 451                                 continue;
 452 #endif
 453                         if (ENDPTS_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
 454                                 return (sc);
 455                 }
 456         }
 457         SCH_LOCK_ASSERT(*schp);
 458         return (NULL);                  /* always returns with locked sch */
 459 }
 460
 461 /*
 462  * This function is called when we get a RST for a
 463  * non-existent connection, so that we can see if the
 464  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
 465  */
 466 void
 467 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
 468 {
 469         struct syncache *sc;
 470         struct syncache_head *sch;
 471
 472         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 473         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 474         if (sc == NULL)
 475                 goto done;
 476
 477         /*
 478          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
 479          * if this is a valid reset segment.
 480          * RFC 793 page 37:
 481          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
 482          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
 483          *   valid if its sequence number is in the window.
 484          *
 485          *   The sequence number in the reset segment is normally an
 486          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
 487          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
 488          *   of our receive window, and we have to handle this case.
 489          */
 490         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
 491             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
 492                 syncache_drop(sc, sch);
 493                 tcpstat.tcps_sc_reset++;
 494         }
 495 done:
 496         SCH_UNLOCK(sch);
 497 }
 498
 499 void
 500 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
 501 {
 502         struct syncache *sc;
 503         struct syncache_head *sch;
 504
 505         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 506         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 507         if (sc != NULL) {
 508                 syncache_drop(sc, sch);
 509                 tcpstat.tcps_sc_badack++;
 510         }
 511         SCH_UNLOCK(sch);
 512 }
 513
 514 void
 515 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
 516 {
 517         struct syncache *sc;
 518         struct syncache_head *sch;
 519
 520         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 521         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 522         if (sc == NULL)
 523                 goto done;
 524
 525         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
 526         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
 527                 goto done;
 528
 529         /*
 530          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
 531          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
 532          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
 533          * spurious network outage.
 534          *
 535          * See tcp_notify().
 536          */
 537         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
 538                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
 539                 goto done;
 540         }
 541         syncache_drop(sc, sch);
 542         tcpstat.tcps_sc_unreach++;
 543 done:
 544         SCH_UNLOCK(sch);
 545 }
 546
 547 /*
 548  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
 549  */
 550 static struct socket *
 551 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
 552 {
 553         struct inpcb *inp = NULL;
 554         struct socket *so;
 555         struct tcpcb *tp;
 556
 557         NET_ASSERT_GIANT();
 558         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&tcbinfo);
 559
 560         /*
 561          * Ok, create the full blown connection, and set things up
 562          * as they would have been set up if we had created the
 563          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
 564          * the connection, abort it.
 565          */
 566         so = sonewconn(lso, SS_ISCONNECTED);
 567         if (so == NULL) {
 568                 /*
 569                  * Drop the connection; we will send a RST if the peer
 570                  * retransmits the ACK,
 571                  */
 572                 tcpstat.tcps_listendrop++;
 573                 goto abort2;
 574         }
 575 #ifdef MAC
 576         SOCK_LOCK(so);
 577         mac_set_socket_peer_from_mbuf(m, so);
 578         SOCK_UNLOCK(so);
 579 #endif
 580
 581         inp = sotoinpcb(so);
 582         INP_LOCK(inp);
 583
 584         /* Insert new socket into PCB hash list. */
 585         inp->inp_inc.inc_isipv6 = sc->sc_inc.inc_isipv6;
 586 #ifdef INET6
 587         if (sc->sc_inc.inc_isipv6) {
 588                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
 589         } else {
 590                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
 591                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
 592 #endif
 593                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
 594 #ifdef INET6
 595         }
 596 #endif
 597         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
 598         if (in_pcbinshash(inp) != 0) {
 599                 /*
 600                  * Undo the assignments above if we failed to
 601                  * put the PCB on the hash lists.
 602                  */
 603 #ifdef INET6
 604                 if (sc->sc_inc.inc_isipv6)
 605                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
 606                 else
 607 #endif
 608                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
 609                 inp->inp_lport = 0;
 610                 goto abort;
 611         }
 612 #ifdef IPSEC
 613         /* Copy old policy into new socket's. */
 614         if (ipsec_copy_pcbpolicy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
 615                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
 616 #endif
 617 #ifdef FAST_IPSEC
 618         /* Copy old policy into new socket's. */
 619         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
 620                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
 621 #endif
 622 #ifdef INET6
 623         if (sc->sc_inc.inc_isipv6) {
 624                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
 625                 struct in6_addr laddr6;
 626                 struct sockaddr_in6 sin6;
 627                 /*
 628                  * Inherit socket options from the listening socket.
 629                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
 630                  * copied, since it stores previously received options and is
 631                  * used to detect if each new option is different than the
 632                  * previous one and hence should be passed to a user.
 633                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
 634                  * receive options just after calling the accept system call.
 635                  */
 636                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
 637                 if (oinp->in6p_outputopts)
 638                         inp->in6p_outputopts =
 639                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
 640
 641                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
 642                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
 643                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
 644                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
 645                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
 646                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
 647                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
 648                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
 649                 if (in6_pcbconnect(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
 650                     thread0.td_ucred)) {
 651                         inp->in6p_laddr = laddr6;
 652                         goto abort;
 653                 }
 654                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
 655                 inp->in6p_flowinfo &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
 656                 inp->in6p_flowinfo |= sc->sc_flowlabel;
 657         } else
 658 #endif
 659         {
 660                 struct in_addr laddr;
 661                 struct sockaddr_in sin;
 662
 663                 inp->inp_options = ip_srcroute(m);
 664                 if (inp->inp_options == NULL) {
 665                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
 666                         sc->sc_ipopts = NULL;
 667                 }
 668
 669                 sin.sin_family = AF_INET;
 670                 sin.sin_len = sizeof(sin);
 671                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
 672                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
 673                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
 674                 laddr = inp->inp_laddr;
 675                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
 676                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
 677                 if (in_pcbconnect(inp, (struct sockaddr *)&sin,
 678                     thread0.td_ucred)) {
 679                         inp->inp_laddr = laddr;
 680                         goto abort;
 681                 }
 682         }
 683         tp = intotcpcb(inp);
 684         tp->t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
 685         tp->iss = sc->sc_iss;
 686         tp->irs = sc->sc_irs;
 687         tcp_rcvseqinit(tp);
 688         tcp_sendseqinit(tp);
 689         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
 690         tp->snd_max = tp->iss + 1;
 691         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
 692         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
 693         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
 694         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
 695         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
 696
 697         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
 698         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
 699                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
 700         else {
 701                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
 702                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
 703                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
 704                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
 705                 }
 706                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
 707                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
 708                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
 709                         tp->ts_recent_age = ticks;
 710                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
 711                 }
 712 #ifdef TCP_SIGNATURE
 713                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
 714                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
 715 #endif
 716                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK) {
 717                         tp->sack_enable = 1;
 718                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
 719                 }
 720         }
 721
 722         /*
 723          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
 724          * This might overwrite some of the defaults we just set.
 725          */
 726         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
 727
 728         /*
 729          * If the SYN,ACK was retransmitted, reset cwnd to 1 segment.
 730          */
 731         if (sc->sc_rxmits > 1)
 732                 tp->snd_cwnd = tp->t_maxseg;
 733         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, tcp_keepinit);
 734
 735         INP_UNLOCK(inp);
 736
 737         tcpstat.tcps_accepts++;
 738         return (so);
 739
 740 abort:
 741         INP_UNLOCK(inp);
 742 abort2:
 743         if (so != NULL)
 744                 soabort(so);
 745         return (NULL);
 746 }
 747
 748 /*
 749  * This function gets called when we receive an ACK for a
 750  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
 751  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
 752  * the cache and turn it into a full-blown connection in
 753  * the SYN-RECEIVED state.
 754  */
 755 int
 756 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
 757     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
 758 {
 759         struct syncache *sc;
 760         struct syncache_head *sch;
 761         struct syncache scs;
 762
 763         /*
 764          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
 765          * and create a new socket.
 766          */
 767         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&tcbinfo);
 768
 769         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
 770         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 771         if (sc == NULL) {
 772                 /*
 773                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
 774                  * a returning syncookie.  To do this, first:
 775                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
 776                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
 777                  *     if we've never received a SYN.
 778                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
 779                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
 780                  */
 781                 if (!tcp_syncookies) {
 782                         SCH_UNLOCK(sch);
 783                         goto failed;
 784                 }
 785                 bzero(&scs, sizeof(scs));
 786                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, to, th, *lsop);
 787                 SCH_UNLOCK(sch);
 788                 if (sc == NULL)
 789                         goto failed;
 790                 tcpstat.tcps_sc_recvcookie++;
 791         } else {
 792                 /* Pull out the entry to unlock the bucket row. */
 793                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
 794                 sch->sch_length--;
 795                 tcp_syncache.cache_count--;
 796                 SCH_UNLOCK(sch);
 797         }
 798
 799         /*
 800          * If seg contains an ACK, but not for our SYN/ACK, send a RST.
 801          */
 802         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1)
 803                 goto failed;
 804
 805         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
 806
 807         if (*lsop == NULL)
 808                 tcpstat.tcps_sc_aborted++;
 809         else
 810                 tcpstat.tcps_sc_completed++;
 811
 812         if (sc != &scs)
 813                 syncache_free(sc);
 814         return (1);
 815 failed:
 816         if (sc != NULL && sc != &scs)
 817                 syncache_free(sc);
 818         *lsop = NULL;
 819         return (0);
 820 }
 821
 822 /*
 823  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
 824  * this to the syn cache, and send back a segment:
 825  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
 826  * to the source.
 827  *
 828  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
 829  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
 830  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
 831  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
 832  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
 833  * the data, we avoid this DoS scenario.
 834  */
 835 void
 836 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
 837     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m)
 838 {
 839         struct tcpcb *tp;
 840         struct socket *so;
 841         struct syncache *sc = NULL;
 842         struct syncache_head *sch;
 843         struct mbuf *ipopts = NULL;
 844         u_int32_t flowtmp;
 845         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos, noopt;
 846 #ifdef INET6
 847         int autoflowlabel = 0;
 848 #endif
 849 #ifdef MAC
 850         struct label *maclabel;
 851 #endif
 852         struct syncache scs;
 853
 854         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&tcbinfo);
 855         INP_LOCK_ASSERT(inp);                   /* listen socket */
 856
 857         /*
 858          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
 859          * soon as possible.
 860          */
 861         so = *lsop;
 862         tp = sototcpcb(so);
 863
 864 #ifdef INET6
 865         if (inc->inc_isipv6 &&
 866             (inp->in6p_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
 867                 autoflowlabel = 1;
 868 #endif
 869         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
 870         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
 871         win = sbspace(&so->so_rcv);
 872         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
 873         noopt = (tp->t_flags & TF_NOOPT);
 874
 875         so = NULL;
 876         tp = NULL;
 877
 878 #ifdef MAC
 879         if (mac_init_syncache(&maclabel) != 0) {
 880                 INP_UNLOCK(inp);
 881                 INP_INFO_WUNLOCK(&tcbinfo);
 882                 goto done;
 883         } else
 884                 mac_init_syncache_from_inpcb(maclabel, inp);
 885 #endif
 886         INP_UNLOCK(inp);
 887         INP_INFO_WUNLOCK(&tcbinfo);
 888
 889         /*
 890          * Remember the IP options, if any.
 891          */
 892 #ifdef INET6
 893         if (!inc->inc_isipv6)
 894 #endif
 895                 ipopts = ip_srcroute(m);
 896
 897         /*
 898          * See if we already have an entry for this connection.
 899          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
 900          *
 901          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
 902          * of the new SYN here (which may have different options?)
 903          */
 904         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
 905         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
 906         if (sc != NULL) {
 907                 tcpstat.tcps_sc_dupsyn++;
 908                 if (ipopts) {
 909                         /*
 910                          * If we were remembering a previous source route,
 911                          * forget it and use the new one we've been given.
 912                          */
 913                         if (sc->sc_ipopts)
 914                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
 915                         sc->sc_ipopts = ipopts;
 916                 }
 917                 /*
 918                  * Update timestamp if present.
 919                  */
 920                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
 921                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
 922                 else
 923                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
 924 #ifdef MAC
 925                 /*
 926                  * Since we have already unconditionally allocated label
 927                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
 928                  * have an initialized label we can use.
 929                  */
 930                 mac_destroy_syncache(&maclabel);
 931                 KASSERT(sc->sc_label != NULL,
 932                     ("%s: label not initialized", __func__));
 933 #endif
 934                 if (syncache_respond(sc) == 0) {
 935                         SYNCACHE_TIMEOUT(sc, sch, 1);
 936                         tcpstat.tcps_sndacks++;
 937                         tcpstat.tcps_sndtotal++;
 938                 }
 939                 SCH_UNLOCK(sch);
 940                 goto done;
 941         }
 942
 943         sc = uma_zalloc(tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
 944         if (sc == NULL) {
 945                 /*
 946                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
 947                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
 948                  * entry and insert the new one.
 949                  */
 950                 tcpstat.tcps_sc_zonefail++;
 951                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
 952                         syncache_drop(sc, sch);
 953                 sc = uma_zalloc(tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
 954                 if (sc == NULL) {
 955                         if (tcp_syncookies) {
 956                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
 957                                 sc = &scs;
 958                         } else {
 959                                 SCH_UNLOCK(sch);
 960                                 if (ipopts)
 961                                         (void) m_free(ipopts);
 962                                 goto done;
 963                         }
 964                 }
 965         }
 966
 967         /*
 968          * Fill in the syncache values.
 969          */
 970 #ifdef MAC
 971         sc->sc_label = maclabel;
 972 #endif
 973         sc->sc_ipopts = ipopts;
 974         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
 975 #ifdef INET6
 976         if (!inc->inc_isipv6)
 977 #endif
 978         {
 979                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
 980                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
 981         }
 982
 983         sc->sc_irs = th->th_seq;
 984         sc->sc_iss = arc4random();
 985         sc->sc_flags = 0;
 986         sc->sc_flowlabel = 0;
 987
 988         /*
 989          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
 990          * win was derived from socket earlier in the function.
 991          */
 992         win = imax(win, 0);
 993         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
 994         sc->sc_wnd = win;
 995
 996         if (tcp_do_rfc1323) {
 997                 /*
 998                  * A timestamp received in a SYN makes
 999                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1000                  */
1001                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1002                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1003                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1004                 }
1005                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1006                         int wscale = 0;
1007
1008                         /*
1009                          * Compute proper scaling value from buffer space.
1010                          * Leave enough room for the socket buffer to grow
1011                          * with auto sizing.  This allows us to scale the
1012                          * receive buffer over a wide range while not losing
1013                          * any efficiency or fine granularity.
1014                          *
1015                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1016                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1017                          */
1018                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1019                             (0x1 << wscale) < tcp_minmss)
1020                                 wscale++;
1021                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1022                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1023                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1024                 }
1025         }
1026 #ifdef TCP_SIGNATURE
1027         /*
1028          * If listening socket requested TCP digests, and received SYN
1029          * contains the option, flag this in the syncache so that
1030          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1031          * XXX: Currently we always record the option by default and will
1032          * attempt to use it in syncache_respond().
1033          */
1034         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
1035                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1036 #endif
1037         if (to->to_flags & TOF_SACK)
1038                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1039         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1040                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1041         if (noopt)
1042                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1043
1044         if (tcp_syncookies) {
1045                 syncookie_generate(sch, sc, &flowtmp);
1046 #ifdef INET6
1047                 if (autoflowlabel)
1048                         sc->sc_flowlabel = flowtmp;
1049 #endif
1050         } else {
1051 #ifdef INET6
1052                 if (autoflowlabel)
1053                         sc->sc_flowlabel =
1054                             (htonl(ip6_randomflowlabel()) & IPV6_FLOWLABEL_MASK);
1055 #endif
1056         }
1057         SCH_UNLOCK(sch);
1058
1059         /*
1060          * Do a standard 3-way handshake.
1061          */
1062         if (syncache_respond(sc) == 0) {
1063                 if (tcp_syncookies && tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1064                         syncache_free(sc);
1065                 else if (sc != &scs)
1066                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1067                 tcpstat.tcps_sndacks++;
1068                 tcpstat.tcps_sndtotal++;
1069         } else {
1070                 if (sc != &scs)
1071                         syncache_free(sc);
1072                 tcpstat.tcps_sc_dropped++;
1073         }
1074
1075 done:
1076 #ifdef MAC
1077         if (sc == &scs)
1078                 mac_destroy_syncache(&maclabel);
1079 #endif
1080         *lsop = NULL;
1081         m_freem(m);
1082         return;
1083 }
1084
1085 static int
1086 syncache_respond(struct syncache *sc)
1087 {
1088         struct ip *ip = NULL;
1089         struct mbuf *m;
1090         struct tcphdr *th;
1091         int optlen, error;
1092         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1093         struct tcpopt to;
1094 #ifdef INET6
1095         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1096 #endif
1097
1098         hlen =
1099 #ifdef INET6
1100                (sc->sc_inc.inc_isipv6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1101 #endif
1102                 sizeof(struct ip);
1103         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1104
1105         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1106         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1107         if (sc->sc_peer_mss)
1108                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), tcp_minmss);
1109
1110         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1111         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1112             ("syncache: mbuf too small"));
1113
1114         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1115         m = m_gethdr(M_DONTWAIT, MT_DATA);
1116         if (m == NULL)
1117                 return (ENOBUFS);
1118 #ifdef MAC
1119         mac_create_mbuf_from_syncache(sc->sc_label, m);
1120 #endif
1121         m->m_data += max_linkhdr;
1122         m->m_len = tlen;
1123         m->m_pkthdr.len = tlen;
1124         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1125
1126 #ifdef INET6
1127         if (sc->sc_inc.inc_isipv6) {
1128                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1129                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1130                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1131                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1132                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1133                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1134                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1135                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1136                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1137
1138                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1139         } else
1140 #endif
1141         {
1142                 ip = mtod(m, struct ip *);
1143                 ip->ip_v = IPVERSION;
1144                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1145                 ip->ip_len = tlen;
1146                 ip->ip_id = 0;
1147                 ip->ip_off = 0;
1148                 ip->ip_sum = 0;
1149                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1150                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1151                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1152                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1153                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1154
1155                 /*
1156                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1157                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1158                  *
1159                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1160                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1161                  */
1162                 if (path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1163                        ip->ip_off |= IP_DF;
1164
1165                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1166         }
1167         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1168         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1169
1170         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1171         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1172         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1173         th->th_x2 = 0;
1174         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1175         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1176         th->th_urp = 0;
1177
1178         /* Tack on the TCP options. */
1179         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1180                 to.to_flags = 0;
1181
1182                 to.to_mss = mssopt;
1183                 to.to_flags = TOF_MSS;
1184                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1185                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1186                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1187                 }
1188                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1189                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1190                         to.to_tsval = sc->sc_ts ? sc->sc_ts : ticks;
1191                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1192                         to.to_flags |= TOF_TS;
1193                 }
1194                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1195                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1196 #ifdef TCP_SIGNATURE
1197                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1198                         to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1199 #endif
1200                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1201
1202 #ifdef TCP_SIGNATURE
1203                 tcp_signature_compute(m, sizeof(struct ip), 0, optlen,
1204                     to.to_signature, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1205 #endif
1206
1207                 /* Adjust headers by option size. */
1208                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1209                 m->m_len += optlen;
1210                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1211 #ifdef INET6
1212                 if (sc->sc_inc.inc_isipv6)
1213                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1214                 else
1215 #endif
1216                         ip->ip_len += optlen;
1217         } else
1218                 optlen = 0;
1219
1220 #ifdef INET6
1221         if (sc->sc_inc.inc_isipv6) {
1222                 th->th_sum = 0;
1223                 th->th_sum = in6_cksum(m, IPPROTO_TCP, hlen,
1224                                        tlen + optlen - hlen);
1225                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1226                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1227         } else
1228 #endif
1229         {
1230                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1231                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1232                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1233                 m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1234                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1235         }
1236         return (error);
1237 }
1238
1239 /*
1240  * The purpose of SYN cookies is to avoid keeping track of all SYN's we
1241  * receive and to be able to handle SYN floods from bogus source addresses
1242  * (where we will never receive any reply).  SYN floods try to exhaust all
1243  * our memory and available slots in the SYN cache table to cause a denial
1244  * of service to legitimate users of the local host.
1245  *
1246  * The idea of SYN cookies is to encode and include all necessary information
1247  * about the connection setup state within the SYN-ACK we send back and thus
1248  * to get along without keeping any local state until the ACK to the SYN-ACK
1249  * arrives (if ever).  Everything we need to know should be available from
1250  * the information we encoded in the SYN-ACK.
1251  *
1252  * More information about the theory behind SYN cookies and its first
1253  * discussion and specification can be found at:
1254  *  http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1255  *  http://cr.yp.to/syncookies/archive (gory details)
1256  *
1257  * This implementation extends the orginal idea and first implementation
1258  * of FreeBSD by using not only the initial sequence number field to store
1259  * information but also the timestamp field if present.  This way we can
1260  * keep track of the entire state we need to know to recreate the session in
1261  * its original form.  Almost all TCP speakers implement RFC1323 timestamps
1262  * these days.  For those that do not we still have to live with the known
1263  * shortcomings of the ISN only SYN cookies.
1264  *
1265  * Cookie layers:
1266  *
1267  * Initial sequence number we send:
1268  * 31|................................|0
1269  *    DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDMMMRRRP
1270  *    D = MD5 Digest (first dword)
1271  *    M = MSS index
1272  *    R = Rotation of secret
1273  *    P = Odd or Even secret
1274  *
1275  * The MD5 Digest is computed with over following parameters:
1276  *  a) randomly rotated secret
1277  *  b) struct in_conninfo containing the remote/local ip/port (IPv4&IPv6)
1278  *  c) the received initial sequence number from remote host
1279  *  d) the rotation offset and odd/even bit
1280  *
1281  * Timestamp we send:
1282  * 31|................................|0
1283  *    DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDSSSSRRRRA5
1284  *    D = MD5 Digest (third dword) (only as filler)
1285  *    S = Requested send window scale
1286  *    R = Requested receive window scale
1287  *    A = SACK allowed
1288  *    5 = TCP-MD5 enabled (not implemented yet)
1289  *    XORed with MD5 Digest (forth dword)
1290  *
1291  * The timestamp isn't cryptographically secure and doesn't need to be.
1292  * The double use of the MD5 digest dwords ties it to a specific remote/
1293  * local host/port, remote initial sequence number and our local time
1294  * limited secret.  A received timestamp is reverted (XORed) and then
1295  * the contained MD5 dword is compared to the computed one to ensure the
1296  * timestamp belongs to the SYN-ACK we sent.  The other parameters may
1297  * have been tampered with but this isn't different from supplying bogus
1298  * values in the SYN in the first place.
1299  *
1300  * Some problems with SYN cookies remain however:
1301  * Consider the problem of a recreated (and retransmitted) cookie.  If the
1302  * original SYN was accepted, the connection is established.  The second
1303  * SYN is inflight, and if it arrives with an ISN that falls within the
1304  * receive window, the connection is killed.
1305  *
1306  * Notes:
1307  * A heuristic to determine when to accept syn cookies is not necessary.
1308  * An ACK flood would cause the syncookie verification to be attempted,
1309  * but a SYN flood causes syncookies to be generated.  Both are of equal
1310  * cost, so there's no point in trying to optimize the ACK flood case.
1311  * Also, if you don't process certain ACKs for some reason, then all someone
1312  * would have to do is launch a SYN and ACK flood at the same time, which
1313  * would stop cookie verification and defeat the entire purpose of syncookies.
1314  */
1315 static int tcp_sc_msstab[] = { 0, 256, 468, 536, 996, 1452, 1460, 8960 };
1316
1317 static void
1318 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc,
1319     u_int32_t *flowlabel)
1320 {
1321         MD5_CTX ctx;
1322         u_int32_t md5_buffer[MD5_DIGEST_LENGTH / sizeof(u_int32_t)];
1323         u_int32_t data;
1324         u_int32_t *secbits;
1325         u_int off, pmss, mss;
1326         int i;
1327
1328         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1329
1330         /* Which of the two secrets to use. */
1331         secbits = sch->sch_oddeven ?
1332                         sch->sch_secbits_odd : sch->sch_secbits_even;
1333
1334         /* Reseed secret if too old. */
1335         if (sch->sch_reseed < time_uptime) {
1336                 sch->sch_oddeven = sch->sch_oddeven ? 0 : 1;    /* toggle */
1337                 secbits = sch->sch_oddeven ?
1338                                 sch->sch_secbits_odd : sch->sch_secbits_even;
1339                 for (i = 0; i < SYNCOOKIE_SECRET_SIZE; i++)
1340                         secbits[i] = arc4random();
1341                 sch->sch_reseed = time_uptime + SYNCOOKIE_LIFETIME;
1342         }
1343
1344         /* Secret rotation offset. */
1345         off = sc->sc_iss & 0x7;                 /* iss was randomized before */
1346
1347         /* Maximum segment size calculation. */
1348         pmss = max( min(sc->sc_peer_mss, tcp_mssopt(&sc->sc_inc)), tcp_minmss);
1349         for (mss = sizeof(tcp_sc_msstab) / sizeof(int) - 1; mss > 0; mss--)
1350                 if (tcp_sc_msstab[mss] <= pmss)
1351                         break;
1352
1353         /* Fold parameters and MD5 digest into the ISN we will send. */
1354         data = sch->sch_oddeven;/* odd or even secret, 1 bit */
1355         data |= off << 1;       /* secret offset, derived from iss, 3 bits */
1356         data |= mss << 4;       /* mss, 3 bits */
1357
1358         MD5Init(&ctx);
1359         MD5Update(&ctx, ((u_int8_t *)secbits) + off,
1360             SYNCOOKIE_SECRET_SIZE * sizeof(*secbits) - off);
1361         MD5Update(&ctx, secbits, off);
1362         MD5Update(&ctx, &sc->sc_inc, sizeof(sc->sc_inc));
1363         MD5Update(&ctx, &sc->sc_irs, sizeof(sc->sc_irs));
1364         MD5Update(&ctx, &data, sizeof(data));
1365         MD5Final((u_int8_t *)&md5_buffer, &ctx);
1366
1367         data |= (md5_buffer[0] << 7);
1368         sc->sc_iss = data;
1369
1370 #ifdef INET6
1371         *flowlabel = md5_buffer[1] & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1372 #endif
1373
1374         /* Additional parameters are stored in the timestamp if present. */
1375         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1376                 data =  ((sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) ? 1 : 0); /* TCP-MD5, 1 bit */
1377                 data |= ((sc->sc_flags & SCF_SACK) ? 1 : 0) << 1; /* SACK, 1 bit */
1378                 data |= sc->sc_requested_s_scale << 2;  /* SWIN scale, 4 bits */
1379                 data |= sc->sc_requested_r_scale << 6;  /* RWIN scale, 4 bits */
1380                 data |= md5_buffer[2] << 10;            /* more digest bits */
1381                 data ^= md5_buffer[3];
1382                 sc->sc_ts = data;
1383                 sc->sc_tsoff = data - ticks;            /* after XOR */
1384         } else
1385                 sc->sc_ts = 0;
1386
1387         return;
1388 }
1389
1390 static struct syncache *
1391 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
1392     struct syncache *sc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1393     struct socket *so)
1394 {
1395         MD5_CTX ctx;
1396         u_int32_t md5_buffer[MD5_DIGEST_LENGTH / sizeof(u_int32_t)];
1397         u_int32_t data = 0;
1398         u_int32_t *secbits;
1399         tcp_seq ack, seq;
1400         int off, mss, wnd, flags;
1401
1402         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1403
1404         /*
1405          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and
1406          * revert sequence number advances.
1407          */
1408         ack = th->th_ack - 1;
1409         seq = th->th_seq - 1;
1410         off = (ack >> 1) & 0x7;
1411         mss = (ack >> 4) & 0x7;
1412         flags = ack & 0x7f;
1413
1414         /* Which of the two secrets to use. */
1415         secbits = (flags & 0x1) ? sch->sch_secbits_odd : sch->sch_secbits_even;
1416
1417         /*
1418          * The secret wasn't updated for the lifetime of a syncookie,
1419          * so this SYN-ACK/ACK is either too old (replay) or totally bogus.
1420          */
1421         if (sch->sch_reseed < time_uptime) {
1422                 return (NULL);
1423         }
1424
1425         /* Recompute the digest so we can compare it. */
1426         MD5Init(&ctx);
1427         MD5Update(&ctx, ((u_int8_t *)secbits) + off,
1428             SYNCOOKIE_SECRET_SIZE * sizeof(*secbits) - off);
1429         MD5Update(&ctx, secbits, off);
1430         MD5Update(&ctx, inc, sizeof(*inc));
1431         MD5Update(&ctx, &seq, sizeof(seq));
1432         MD5Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1433         MD5Final((u_int8_t *)&md5_buffer, &ctx);
1434
1435         /* Does the digest part of or ACK'ed ISS match? */
1436         if ((ack & (~0x7f)) != (md5_buffer[0] << 7))
1437                 return (NULL);
1438
1439         /* Does the digest part of our reflected timestamp match? */
1440         if (to->to_flags & TOF_TS) {
1441                 data = md5_buffer[3] ^ to->to_tsecr;
1442                 if ((data & (~0x3ff)) != (md5_buffer[2] << 10))
1443                         return (NULL);
1444         }
1445
1446         /* Fill in the syncache values. */
1447         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1448         sc->sc_ipopts = NULL;
1449
1450         sc->sc_irs = seq;
1451         sc->sc_iss = ack;
1452
1453 #ifdef INET6
1454         if (inc->inc_isipv6) {
1455                 if (sotoinpcb(so)->in6p_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
1456                         sc->sc_flowlabel = md5_buffer[1] & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1457         } else
1458 #endif
1459         {
1460                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(so)->inp_ip_ttl;
1461                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(so)->inp_ip_tos;
1462         }
1463
1464         /* Additional parameters that were encoded in the timestamp. */
1465         if (data) {
1466                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1467                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1468                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - ticks;
1469                 sc->sc_flags |= (data & 0x1) ? SCF_SIGNATURE : 0;
1470                 sc->sc_flags |= ((data >> 1) & 0x1) ? SCF_SACK : 0;
1471                 sc->sc_requested_s_scale = min((data >> 2) & 0xf,
1472                     TCP_MAX_WINSHIFT);
1473                 sc->sc_requested_r_scale = min((data >> 6) & 0xf,
1474                     TCP_MAX_WINSHIFT);
1475                 if (sc->sc_requested_s_scale || sc->sc_requested_r_scale)
1476                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1477         } else
1478                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1479
1480         wnd = sbspace(&so->so_rcv);
1481         wnd = imax(wnd, 0);
1482         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
1483         sc->sc_wnd = wnd;
1484
1485         sc->sc_rxmits = 0;
1486         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[mss];
1487
1488         return (sc);
1489 }