]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
Merge in changes from ^/vendor/NetBSD/tests/dist@r313245
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / netinet / tcp_syncache.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2001 McAfee, Inc.
3  * Copyright (c) 2006,2013 Andre Oppermann, Internet Business Solutions AG
4  * All rights reserved.
5  *
6  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jonathan Lemon
7  * and McAfee Research, the Security Research Division of McAfee, Inc. under
8  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the
9  * DARPA CHATS research program. [2001 McAfee, Inc.]
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  */
32
33 #include <sys/cdefs.h>
34 __FBSDID("$FreeBSD$");
35
36 #include "opt_inet.h"
37 #include "opt_inet6.h"
38 #include "opt_ipsec.h"
39 #include "opt_pcbgroup.h"
40
41 #include <sys/param.h>
42 #include <sys/systm.h>
43 #include <sys/hash.h>
44 #include <sys/refcount.h>
45 #include <sys/kernel.h>
46 #include <sys/sysctl.h>
47 #include <sys/limits.h>
48 #include <sys/lock.h>
49 #include <sys/mutex.h>
50 #include <sys/malloc.h>
51 #include <sys/mbuf.h>
52 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
53 #include <sys/random.h>
54 #include <sys/socket.h>
55 #include <sys/socketvar.h>
56 #include <sys/syslog.h>
57 #include <sys/ucred.h>
58
59 #include <sys/md5.h>
60 #include <crypto/siphash/siphash.h>
61
62 #include <vm/uma.h>
63
64 #include <net/if.h>
65 #include <net/if_var.h>
66 #include <net/route.h>
67 #include <net/vnet.h>
68
69 #include <netinet/in.h>
70 #include <netinet/in_systm.h>
71 #include <netinet/ip.h>
72 #include <netinet/in_var.h>
73 #include <netinet/in_pcb.h>
74 #include <netinet/ip_var.h>
75 #include <netinet/ip_options.h>
76 #ifdef INET6
77 #include <netinet/ip6.h>
78 #include <netinet/icmp6.h>
79 #include <netinet6/nd6.h>
80 #include <netinet6/ip6_var.h>
81 #include <netinet6/in6_pcb.h>
82 #endif
83 #include <netinet/tcp.h>
84 #ifdef TCP_RFC7413
85 #include <netinet/tcp_fastopen.h>
86 #endif
87 #include <netinet/tcp_fsm.h>
88 #include <netinet/tcp_seq.h>
89 #include <netinet/tcp_timer.h>
90 #include <netinet/tcp_var.h>
91 #include <netinet/tcp_syncache.h>
92 #ifdef INET6
93 #include <netinet6/tcp6_var.h>
94 #endif
95 #ifdef TCP_OFFLOAD
96 #include <netinet/toecore.h>
97 #endif
98
99 #ifdef IPSEC
100 #include <netipsec/ipsec.h>
101 #ifdef INET6
102 #include <netipsec/ipsec6.h>
103 #endif
104 #include <netipsec/key.h>
105 #endif /*IPSEC*/
106
107 #include <machine/in_cksum.h>
108
109 #include <security/mac/mac_framework.h>
110
111 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookies) = 1;
112 #define V_tcp_syncookies                VNET(tcp_syncookies)
113 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
114     &VNET_NAME(tcp_syncookies), 0,
115     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
116
117 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookiesonly) = 0;
118 #define V_tcp_syncookiesonly            VNET(tcp_syncookiesonly)
119 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
120     &VNET_NAME(tcp_syncookiesonly), 0,
121     "Use only TCP SYN cookies");
122
123 static VNET_DEFINE(int, functions_inherit_listen_socket_stack) = 1;
124 #define V_functions_inherit_listen_socket_stack \
125     VNET(functions_inherit_listen_socket_stack)
126 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, functions_inherit_listen_socket_stack,
127     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
128     &VNET_NAME(functions_inherit_listen_socket_stack), 0,
129     "Inherit listen socket's stack");
130
131 #ifdef TCP_OFFLOAD
132 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
133 #endif
134
135 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
136 static void      syncache_free(struct syncache *);
137 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
138 static int       syncache_respond(struct syncache *, struct syncache_head *, int,
139                     const struct mbuf *);
140 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
141                     struct mbuf *m);
142 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
143                     int docallout);
144 static void      syncache_timer(void *);
145
146 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
147                     uint8_t *, uintptr_t);
148 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
149 static struct syncache
150                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
151                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
152                     struct socket *);
153 static void      syncookie_reseed(void *);
154 #ifdef INVARIANTS
155 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
156                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
157                     struct socket *lso);
158 #endif
159
160 /*
161  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
162  * 3 retransmits corresponds to a timeout of 3 * (1 + 2 + 4 + 8) == 45 seconds,
163  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
164  */
165 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
166
167 /* Arbitrary values */
168 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
169 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
170
171 static VNET_DEFINE(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
172 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
173
174 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0,
175     "TCP SYN cache");
176
177 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
178     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
179     "Per-bucket hash limit for syncache");
180
181 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
182     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
183     "Overall entry limit for syncache");
184
185 SYSCTL_UMA_CUR(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, CTLFLAG_VNET,
186     &VNET_NAME(tcp_syncache.zone), "Current number of entries in syncache");
187
188 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
189     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
190     "Size of TCP syncache hashtable");
191
192 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
193     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
194     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
195
196 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
197 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
198     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
199     "Send reset on socket allocation failure");
200
201 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
202
203 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
204 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
205 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
206
207 /*
208  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
209  */
210 static void
211 syncache_free(struct syncache *sc)
212 {
213
214         if (sc->sc_ipopts)
215                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
216         if (sc->sc_cred)
217                 crfree(sc->sc_cred);
218 #ifdef MAC
219         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
220 #endif
221
222         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
223 }
224
225 void
226 syncache_init(void)
227 {
228         int i;
229
230         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
231         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
232         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
233         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
234
235         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
236             &V_tcp_syncache.hashsize);
237         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
238             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
239         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
240             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
241                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
242                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
243         }
244         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
245
246         /* Set limits. */
247         V_tcp_syncache.cache_limit =
248             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
249         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
250             &V_tcp_syncache.cache_limit);
251
252         /* Allocate the hash table. */
253         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
254             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
255
256 #ifdef VIMAGE
257         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
258 #endif
259
260         /* Initialize the hash buckets. */
261         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
262                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
263                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
264                          NULL, MTX_DEF);
265                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
266                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
267                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
268                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
269         }
270
271         /* Create the syncache entry zone. */
272         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
273             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
274         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
275             V_tcp_syncache.cache_limit);
276
277         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
278         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
279         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
280         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
281         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
282             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
283 }
284
285 #ifdef VIMAGE
286 void
287 syncache_destroy(void)
288 {
289         struct syncache_head *sch;
290         struct syncache *sc, *nsc;
291         int i;
292
293         /*
294          * Stop the re-seed timer before freeing resources.  No need to
295          * possibly schedule it another time.
296          */
297         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
298
299         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
300         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
301
302                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
303                 callout_drain(&sch->sch_timer);
304
305                 SCH_LOCK(sch);
306                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
307                         syncache_drop(sc, sch);
308                 SCH_UNLOCK(sch);
309                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
310                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
311                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
312                     __func__, sch->sch_length));
313                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
314         }
315
316         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
317             ("%s: cache_count not 0", __func__));
318
319         /* Free the allocated global resources. */
320         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
321         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
322 }
323 #endif
324
325 /*
326  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
327  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
328  */
329 static void
330 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
331 {
332         struct syncache *sc2;
333
334         SCH_LOCK(sch);
335
336         /*
337          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
338          * If the bucket is full, toss the oldest element.
339          */
340         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
341                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
342                         ("sch->sch_length incorrect"));
343                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
344                 syncache_drop(sc2, sch);
345                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
346         }
347
348         /* Put it into the bucket. */
349         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
350         sch->sch_length++;
351
352 #ifdef TCP_OFFLOAD
353         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
354                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
355
356                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
357         }
358 #endif
359
360         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
361         if (sch->sch_length == 1)
362                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
363         syncache_timeout(sc, sch, 1);
364
365         SCH_UNLOCK(sch);
366
367         TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
368         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
369 }
370
371 /*
372  * Remove and free entry from syncache bucket row.
373  * Expects locked syncache head.
374  */
375 static void
376 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
377 {
378
379         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
380
381         TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
382         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
383         sch->sch_length--;
384
385 #ifdef TCP_OFFLOAD
386         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
387                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
388
389                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
390         }
391 #endif
392
393         syncache_free(sc);
394 }
395
396 /*
397  * Engage/reengage time on bucket row.
398  */
399 static void
400 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
401 {
402         sc->sc_rxttime = ticks +
403                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
404         sc->sc_rxmits++;
405         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
406                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
407                 if (docallout)
408                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
409                             syncache_timer, (void *)sch);
410         }
411 }
412
413 /*
414  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
415  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
416  * One separate timer for each bucket row.
417  */
418 static void
419 syncache_timer(void *xsch)
420 {
421         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
422         struct syncache *sc, *nsc;
423         int tick = ticks;
424         char *s;
425
426         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
427
428         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
429         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
430
431         /*
432          * In the following cycle we may remove some entries and/or
433          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
434          */
435         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
436
437         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
438                 /*
439                  * We do not check if the listen socket still exists
440                  * and accept the case where the listen socket may be
441                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
442                  * not expect this to happens often. If it does,
443                  * then the RST will be sent by the time the remote
444                  * host does the SYN/ACK->ACK.
445                  */
446                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
447                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
448                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
449                         continue;
450                 }
451                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
452                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
453                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
454                                     "giving up and removing syncache entry\n",
455                                     s, __func__);
456                                 free(s, M_TCPLOG);
457                         }
458                         syncache_drop(sc, sch);
459                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
460                         continue;
461                 }
462                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
463                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
464                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
465                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
466                         free(s, M_TCPLOG);
467                 }
468
469                 syncache_respond(sc, sch, 1, NULL);
470                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
471                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
472         }
473         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
474                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
475                         syncache_timer, (void *)(sch));
476         CURVNET_RESTORE();
477 }
478
479 /*
480  * Find an entry in the syncache.
481  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
482  */
483 static struct syncache *
484 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
485 {
486         struct syncache *sc;
487         struct syncache_head *sch;
488         uint32_t hash;
489
490         /*
491          * The hash is built on foreign port + local port + foreign address.
492          * We rely on the fact that struct in_conninfo starts with 16 bits
493          * of foreign port, then 16 bits of local port then followed by 128
494          * bits of foreign address.  In case of IPv4 address, the first 3
495          * 32-bit words of the address always are zeroes.
496          */
497         hash = jenkins_hash32((uint32_t *)&inc->inc_ie, 5,
498             V_tcp_syncache.hash_secret) & V_tcp_syncache.hashmask;
499
500         sch = &V_tcp_syncache.hashbase[hash];
501         *schp = sch;
502         SCH_LOCK(sch);
503
504         /* Circle through bucket row to find matching entry. */
505         TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash)
506                 if (bcmp(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie,
507                     sizeof(struct in_endpoints)) == 0)
508                         break;
509
510         return (sc);    /* Always returns with locked sch. */
511 }
512
513 /*
514  * This function is called when we get a RST for a
515  * non-existent connection, so that we can see if the
516  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
517  */
518 void
519 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
520 {
521         struct syncache *sc;
522         struct syncache_head *sch;
523         char *s = NULL;
524
525         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
526         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
527
528         /*
529          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
530          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
531          */
532         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
533                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
534                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
535                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
536                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
537                 goto done;
538         }
539
540         /*
541          * No corresponding connection was found in syncache.
542          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
543          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
544          * may not find a syncache entry.  In that case we're
545          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
546          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
547          */
548         if (sc == NULL) {
549                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
550                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
551                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
552                             "segment ignored\n", s, __func__);
553                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
554                 goto done;
555         }
556
557         /*
558          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
559          * if this is a valid reset segment.
560          * RFC 793 page 37:
561          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
562          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
563          *   valid if its sequence number is in the window.
564          *
565          *   The sequence number in the reset segment is normally an
566          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
567          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
568          *   of our receive window, and we have to handle this case.
569          */
570         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
571             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
572                 syncache_drop(sc, sch);
573                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
574                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
575                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
576                             s, __func__);
577                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
578         } else {
579                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
580                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
581                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
582                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
583                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
584         }
585
586 done:
587         if (s != NULL)
588                 free(s, M_TCPLOG);
589         SCH_UNLOCK(sch);
590 }
591
592 void
593 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
594 {
595         struct syncache *sc;
596         struct syncache_head *sch;
597
598         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
599         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
600         if (sc != NULL) {
601                 syncache_drop(sc, sch);
602                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
603         }
604         SCH_UNLOCK(sch);
605 }
606
607 void
608 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
609 {
610         struct syncache *sc;
611         struct syncache_head *sch;
612
613         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
614         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
615         if (sc == NULL)
616                 goto done;
617
618         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
619         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
620                 goto done;
621
622         /*
623          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
624          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
625          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
626          * spurious network outage.
627          *
628          * See tcp_notify().
629          */
630         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
631                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
632                 goto done;
633         }
634         syncache_drop(sc, sch);
635         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
636 done:
637         SCH_UNLOCK(sch);
638 }
639
640 /*
641  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
642  *
643  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
644  */
645 static struct socket *
646 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
647 {
648         struct tcp_function_block *blk;
649         struct inpcb *inp = NULL;
650         struct socket *so;
651         struct tcpcb *tp;
652         int error;
653         char *s;
654
655         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
656
657         /*
658          * Ok, create the full blown connection, and set things up
659          * as they would have been set up if we had created the
660          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
661          * the connection, abort it.
662          */
663         so = sonewconn(lso, 0);
664         if (so == NULL) {
665                 /*
666                  * Drop the connection; we will either send a RST or
667                  * have the peer retransmit its SYN again after its
668                  * RTO and try again.
669                  */
670                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
671                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
672                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
673                             "due to limits or memory shortage\n",
674                             s, __func__);
675                         free(s, M_TCPLOG);
676                 }
677                 goto abort2;
678         }
679 #ifdef MAC
680         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
681 #endif
682
683         inp = sotoinpcb(so);
684         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
685         INP_WLOCK(inp);
686         /*
687          * Exclusive pcbinfo lock is not required in syncache socket case even
688          * if two inpcb locks can be acquired simultaneously:
689          *  - the inpcb in LISTEN state,
690          *  - the newly created inp.
691          *
692          * In this case, an inp cannot be at same time in LISTEN state and
693          * just created by an accept() call.
694          */
695         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
696
697         /* Insert new socket into PCB hash list. */
698         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
699 #ifdef INET6
700         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
701                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
702         } else {
703                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
704                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
705 #endif
706                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
707 #ifdef INET6
708         }
709 #endif
710
711         /*
712          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
713          * inp with that particular flowid.
714          */
715         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
716                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
717                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
718         }
719
720         /*
721          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
722          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
723          * configured.
724          */
725         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
726         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
727                 /*
728                  * Undo the assignments above if we failed to
729                  * put the PCB on the hash lists.
730                  */
731 #ifdef INET6
732                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
733                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
734                 else
735 #endif
736                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
737                 inp->inp_lport = 0;
738                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
739                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
740                             "with error %i\n",
741                             s, __func__, error);
742                         free(s, M_TCPLOG);
743                 }
744                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
745                 goto abort;
746         }
747 #ifdef IPSEC
748         /* Copy old policy into new socket's. */
749         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
750                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
751 #endif
752 #ifdef INET6
753         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
754                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
755                 struct in6_addr laddr6;
756                 struct sockaddr_in6 sin6;
757                 /*
758                  * Inherit socket options from the listening socket.
759                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
760                  * copied, since it stores previously received options and is
761                  * used to detect if each new option is different than the
762                  * previous one and hence should be passed to a user.
763                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
764                  * receive options just after calling the accept system call.
765                  */
766                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
767                 if (oinp->in6p_outputopts)
768                         inp->in6p_outputopts =
769                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
770
771                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
772                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
773                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
774                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
775                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
776                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
777                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
778                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
779                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
780                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
781                         inp->in6p_laddr = laddr6;
782                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
783                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
784                                     "with error %i\n",
785                                     s, __func__, error);
786                                 free(s, M_TCPLOG);
787                         }
788                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
789                         goto abort;
790                 }
791                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
792                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
793                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
794         }
795 #endif /* INET6 */
796 #if defined(INET) && defined(INET6)
797         else
798 #endif
799 #ifdef INET
800         {
801                 struct in_addr laddr;
802                 struct sockaddr_in sin;
803
804                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
805                 
806                 if (inp->inp_options == NULL) {
807                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
808                         sc->sc_ipopts = NULL;
809                 }
810
811                 sin.sin_family = AF_INET;
812                 sin.sin_len = sizeof(sin);
813                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
814                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
815                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
816                 laddr = inp->inp_laddr;
817                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
818                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
819                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
820                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
821                         inp->inp_laddr = laddr;
822                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
823                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
824                                     "with error %i\n",
825                                     s, __func__, error);
826                                 free(s, M_TCPLOG);
827                         }
828                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
829                         goto abort;
830                 }
831         }
832 #endif /* INET */
833         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
834         tp = intotcpcb(inp);
835         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
836         tp->iss = sc->sc_iss;
837         tp->irs = sc->sc_irs;
838         tcp_rcvseqinit(tp);
839         tcp_sendseqinit(tp);
840         blk = sototcpcb(lso)->t_fb;
841         if (V_functions_inherit_listen_socket_stack && blk != tp->t_fb) {
842                 /*
843                  * Our parents t_fb was not the default,
844                  * we need to release our ref on tp->t_fb and 
845                  * pickup one on the new entry.
846                  */
847                 struct tcp_function_block *rblk;
848                 
849                 rblk = find_and_ref_tcp_fb(blk);
850                 KASSERT(rblk != NULL,
851                     ("cannot find blk %p out of syncache?", blk));
852                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)
853                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)(tp, 0);
854                 refcount_release(&tp->t_fb->tfb_refcnt);
855                 tp->t_fb = rblk;
856                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init) {
857                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init)(tp);
858                 }
859         }               
860         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
861         tp->snd_max = tp->iss + 1;
862         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
863         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
864         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
865         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
866         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
867
868         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
869         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
870                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
871         else {
872                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
873                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
874                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
875                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
876                 }
877                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
878                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
879                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
880                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
881                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
882                 }
883 #ifdef TCP_SIGNATURE
884                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
885                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
886 #endif
887                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
888                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
889         }
890
891         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
892                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
893
894         /*
895          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
896          * This might overwrite some of the defaults we just set.
897          */
898         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
899
900         /*
901          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
902          * limited to one segment in cc_conn_init().
903          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
904          */
905         if (sc->sc_rxmits > 1)
906                 tp->snd_cwnd = 1;
907
908 #ifdef TCP_OFFLOAD
909         /*
910          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
911          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
912          * new connection before the TOE driver has done its thing.
913          */
914         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
915                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
916
917                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
918         }
919 #endif
920         /*
921          * Copy and activate timers.
922          */
923         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
924         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
925         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
926         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
927         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
928
929         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
930         return (so);
931
932 abort:
933         INP_WUNLOCK(inp);
934 abort2:
935         if (so != NULL)
936                 soabort(so);
937         return (NULL);
938 }
939
940 /*
941  * This function gets called when we receive an ACK for a
942  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
943  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
944  * the cache and turn it into a full-blown connection in
945  * the SYN-RECEIVED state.
946  *
947  * On syncache_socket() success the newly created socket
948  * has its underlying inp locked.
949  */
950 int
951 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
952     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
953 {
954         struct syncache *sc;
955         struct syncache_head *sch;
956         struct syncache scs;
957         char *s;
958
959         /*
960          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
961          * and create a new socket.
962          */
963         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
964         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
965             ("%s: can handle only ACK", __func__));
966
967         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
968         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
969
970 #ifdef INVARIANTS
971         /*
972          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
973          * values with the reconstructed values from the cookie.
974          */
975         if (sc != NULL)
976                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
977 #endif
978
979         if (sc == NULL) {
980                 /*
981                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
982                  * a returning syncookie.  To do this, first:
983                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
984                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
985                  *     if we've never received a SYN.
986                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
987                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
988                  */
989                 if (!V_tcp_syncookies) {
990                         SCH_UNLOCK(sch);
991                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
992                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
993                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
994                                     s, __func__);
995                         goto failed;
996                 }
997                 bzero(&scs, sizeof(scs));
998                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
999                 SCH_UNLOCK(sch);
1000                 if (sc == NULL) {
1001                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1002                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
1003                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
1004                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
1005                         goto failed;
1006                 }
1007         } else {
1008                 /*
1009                  * Pull out the entry to unlock the bucket row.
1010                  * 
1011                  * NOTE: We must decrease TCPS_SYN_RECEIVED count here, not
1012                  * tcp_state_change().  The tcpcb is not existent at this
1013                  * moment.  A new one will be allocated via syncache_socket->
1014                  * sonewconn->tcp_usr_attach in TCPS_CLOSED state, then
1015                  * syncache_socket() will change it to TCPS_SYN_RECEIVED.
1016                  */
1017                 TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1018                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1019                 sch->sch_length--;
1020 #ifdef TCP_OFFLOAD
1021                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1022                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1023
1024                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1025                 }
1026 #endif
1027                 SCH_UNLOCK(sch);
1028         }
1029
1030         /*
1031          * Segment validation:
1032          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1033          */
1034         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1035                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1036                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1037                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1038                 goto failed;
1039         }
1040
1041         /*
1042          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1043          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1044          */
1045         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1046             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1047                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1048                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1049                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1050                 goto failed;
1051         }
1052
1053         /*
1054          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1055          * must not appear on any segment during this session.
1056          */
1057         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1058                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1059                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1060                             "segment rejected\n", s, __func__);
1061                 goto failed;
1062         }
1063
1064         /*
1065          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1066          * appear on every segment during this session.
1067          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1068          * reports of non-compliants stacks.
1069          */
1070         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1071                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1072                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1073                             "no action\n", s, __func__);
1074                         free(s, M_TCPLOG);
1075                         s = NULL;
1076                 }
1077         }
1078
1079         /*
1080          * If timestamps were negotiated, the reflected timestamp
1081          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK
1082          * except in the case of 0. Some boxes are known for sending
1083          * broken timestamp replies during the 3whs (and potentially
1084          * during the connection also).
1085          *
1086          * Accept the final ACK of 3whs with reflected timestamp of 0
1087          * instead of sending a RST and deleting the syncache entry.
1088          */
1089         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr &&
1090             to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1091                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1092                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1093                             "segment rejected\n",
1094                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1095                 goto failed;
1096         }
1097
1098         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1099
1100         if (*lsop == NULL)
1101                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1102         else
1103                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1104
1105 /* how do we find the inp for the new socket? */
1106         if (sc != &scs)
1107                 syncache_free(sc);
1108         return (1);
1109 failed:
1110         if (sc != NULL && sc != &scs)
1111                 syncache_free(sc);
1112         if (s != NULL)
1113                 free(s, M_TCPLOG);
1114         *lsop = NULL;
1115         return (0);
1116 }
1117
1118 #ifdef TCP_RFC7413
1119 static void
1120 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1121     uint64_t response_cookie)
1122 {
1123         struct inpcb *inp;
1124         struct tcpcb *tp;
1125         unsigned int *pending_counter;
1126
1127         /*
1128          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1129          * and create a new socket.
1130          */
1131         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1132
1133         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1134         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1135         if (*lsop == NULL) {
1136                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1137                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1138         } else {
1139                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1140                 tp = intotcpcb(inp);
1141                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1142                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1143                 tp->snd_max = tp->iss;
1144                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1145                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1146                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1147         }
1148 }
1149 #endif /* TCP_RFC7413 */
1150
1151 /*
1152  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1153  * this to the syn cache, and send back a segment:
1154  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1155  * to the source.
1156  *
1157  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1158  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1159  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1160  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1161  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1162  * the data, we avoid this DoS scenario.
1163  *
1164  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1165  * cookie is processed and a new socket is created.  In this case, any data
1166  * accompanying the SYN will be queued to the socket by tcp_input() and will
1167  * be ACKed either when the application sends response data or the delayed
1168  * ACK timer expires, whichever comes first.
1169  */
1170 int
1171 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1172     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1173     void *todctx)
1174 {
1175         struct tcpcb *tp;
1176         struct socket *so;
1177         struct syncache *sc = NULL;
1178         struct syncache_head *sch;
1179         struct mbuf *ipopts = NULL;
1180         u_int ltflags;
1181         int win, ip_ttl, ip_tos;
1182         char *s;
1183         int rv = 0;
1184 #ifdef INET6
1185         int autoflowlabel = 0;
1186 #endif
1187 #ifdef MAC
1188         struct label *maclabel;
1189 #endif
1190         struct syncache scs;
1191         struct ucred *cred;
1192 #ifdef TCP_RFC7413
1193         uint64_t tfo_response_cookie;
1194         unsigned int *tfo_pending = NULL;
1195         int tfo_cookie_valid = 0;
1196         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1197 #endif
1198
1199         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1200         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1201             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1202
1203         /*
1204          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1205          * soon as possible.
1206          */
1207         so = *lsop;
1208         tp = sototcpcb(so);
1209         cred = crhold(so->so_cred);
1210
1211 #ifdef INET6
1212         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1213             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1214                 autoflowlabel = 1;
1215 #endif
1216         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1217         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1218         win = sbspace(&so->so_rcv);
1219         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1220
1221 #ifdef TCP_RFC7413
1222         if (V_tcp_fastopen_enabled && IS_FASTOPEN(tp->t_flags) &&
1223             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1224                 /*
1225                  * Limit the number of pending TFO connections to
1226                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1227                  * SYN floods from starving the service by filling the
1228                  * listen queue with bogus TFO connections.
1229                  */
1230                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1231                     (so->so_qlimit / 2)) {
1232                         int result;
1233
1234                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1235                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1236                             &tfo_response_cookie);
1237                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1238                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1239                 }
1240
1241                 /*
1242                  * Remember the TFO pending counter as it will have to be
1243                  * decremented below if we don't make it to syncache_tfo_expand().
1244                  */
1245                 tfo_pending = tp->t_tfo_pending;
1246         }
1247 #endif
1248
1249         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1250         so = NULL;
1251         tp = NULL;
1252
1253 #ifdef MAC
1254         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1255                 INP_WUNLOCK(inp);
1256                 goto done;
1257         } else
1258                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1259 #endif
1260 #ifdef TCP_RFC7413
1261         if (!tfo_cookie_valid)
1262 #endif
1263                 INP_WUNLOCK(inp);
1264
1265         /*
1266          * Remember the IP options, if any.
1267          */
1268 #ifdef INET6
1269         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1270 #endif
1271 #ifdef INET
1272                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1273 #else
1274                 ipopts = NULL;
1275 #endif
1276
1277         /*
1278          * See if we already have an entry for this connection.
1279          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1280          *
1281          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1282          * of the new SYN here (which may have different options?)
1283          *
1284          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1285          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1286          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1287          * drop the current entry and create a new one?
1288          */
1289         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1290         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1291         if (sc != NULL) {
1292 #ifdef TCP_RFC7413
1293                 if (tfo_cookie_valid)
1294                         INP_WUNLOCK(inp);
1295 #endif
1296                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1297                 if (ipopts) {
1298                         /*
1299                          * If we were remembering a previous source route,
1300                          * forget it and use the new one we've been given.
1301                          */
1302                         if (sc->sc_ipopts)
1303                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1304                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1305                 }
1306                 /*
1307                  * Update timestamp if present.
1308                  */
1309                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1310                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1311                 else
1312                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1313 #ifdef MAC
1314                 /*
1315                  * Since we have already unconditionally allocated label
1316                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1317                  * have an initialized label we can use.
1318                  */
1319                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1320 #endif
1321                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1322                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1323                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1324                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1325                             s, __func__);
1326                         free(s, M_TCPLOG);
1327                 }
1328                 if (syncache_respond(sc, sch, 1, m) == 0) {
1329                         sc->sc_rxmits = 0;
1330                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1331                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1332                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1333                 }
1334                 SCH_UNLOCK(sch);
1335                 goto done;
1336         }
1337
1338 #ifdef TCP_RFC7413
1339         if (tfo_cookie_valid) {
1340                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1341                 sc = &scs;
1342                 goto skip_alloc;
1343         }
1344 #endif
1345
1346         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1347         if (sc == NULL) {
1348                 /*
1349                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1350                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1351                  * entry and insert the new one.
1352                  */
1353                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1354                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
1355                         syncache_drop(sc, sch);
1356                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1357                 if (sc == NULL) {
1358                         if (V_tcp_syncookies) {
1359                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1360                                 sc = &scs;
1361                         } else {
1362                                 SCH_UNLOCK(sch);
1363                                 if (ipopts)
1364                                         (void) m_free(ipopts);
1365                                 goto done;
1366                         }
1367                 }
1368         }
1369
1370 #ifdef TCP_RFC7413
1371 skip_alloc:
1372         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1373                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1374 #endif
1375
1376         /*
1377          * Fill in the syncache values.
1378          */
1379 #ifdef MAC
1380         sc->sc_label = maclabel;
1381 #endif
1382         sc->sc_cred = cred;
1383         cred = NULL;
1384         sc->sc_ipopts = ipopts;
1385         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1386 #ifdef INET6
1387         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1388 #endif
1389         {
1390                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1391                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1392         }
1393 #ifdef TCP_OFFLOAD
1394         sc->sc_tod = tod;
1395         sc->sc_todctx = todctx;
1396 #endif
1397         sc->sc_irs = th->th_seq;
1398         sc->sc_iss = arc4random();
1399         sc->sc_flags = 0;
1400         sc->sc_flowlabel = 0;
1401
1402         /*
1403          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1404          * win was derived from socket earlier in the function.
1405          */
1406         win = imax(win, 0);
1407         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1408         sc->sc_wnd = win;
1409
1410         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1411                 /*
1412                  * A timestamp received in a SYN makes
1413                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1414                  */
1415                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1416                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1417                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1418                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1419                 }
1420                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1421                         int wscale = 0;
1422
1423                         /*
1424                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1425                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1426                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1427                          *
1428                          * We do this because there are broken firewalls that
1429                          * will corrupt the window scale option, leading to
1430                          * the other endpoint believing that our advertised
1431                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1432                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1433                          * leading to serious problems when traversing these
1434                          * broken firewalls.
1435                          *
1436                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1437                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1438                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1439                          * for the compatibility problems mentioned above.
1440                          *
1441                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1442                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1443                          */
1444                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1445                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1446                                 wscale++;
1447                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1448                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1449                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1450                 }
1451         }
1452 #ifdef TCP_SIGNATURE
1453         /*
1454          * If listening socket requested TCP digests, OR received SYN
1455          * contains the option, flag this in the syncache so that
1456          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1457          */
1458         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE || ltflags & TF_SIGNATURE)
1459                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1460 #endif
1461         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1462                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1463         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1464                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1465         if (ltflags & TF_NOOPT)
1466                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1467         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1468                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1469
1470         if (V_tcp_syncookies)
1471                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1472 #ifdef INET6
1473         if (autoflowlabel) {
1474                 if (V_tcp_syncookies)
1475                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1476                 else
1477                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1478                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1479         }
1480 #endif
1481         SCH_UNLOCK(sch);
1482
1483 #ifdef TCP_RFC7413
1484         if (tfo_cookie_valid) {
1485                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1486                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the caller */
1487                 rv = 1;
1488                 goto tfo_expanded;
1489         }
1490 #endif
1491
1492         /*
1493          * Do a standard 3-way handshake.
1494          */
1495         if (syncache_respond(sc, sch, 0, m) == 0) {
1496                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1497                         syncache_free(sc);
1498                 else if (sc != &scs)
1499                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1500                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1501                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1502         } else {
1503                 if (sc != &scs)
1504                         syncache_free(sc);
1505                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1506         }
1507
1508 done:
1509         if (m) {
1510                 *lsop = NULL;
1511                 m_freem(m);
1512         }
1513 #ifdef TCP_RFC7413
1514         /*
1515          * If tfo_pending is not NULL here, then a TFO SYN that did not
1516          * result in a new socket was processed and the associated pending
1517          * counter has not yet been decremented.  All such TFO processing paths
1518          * transit this point.
1519          */
1520         if (tfo_pending != NULL)
1521                 tcp_fastopen_decrement_counter(tfo_pending);
1522
1523 tfo_expanded:
1524 #endif
1525         if (cred != NULL)
1526                 crfree(cred);
1527 #ifdef MAC
1528         if (sc == &scs)
1529                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1530 #endif
1531         return (rv);
1532 }
1533
1534 /*
1535  * Send SYN|ACK to the peer.  Either in response to the peer's SYN,
1536  * i.e. m0 != NULL, or upon 3WHS ACK timeout, i.e. m0 == NULL.
1537  */
1538 static int
1539 syncache_respond(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int locked,
1540     const struct mbuf *m0)
1541 {
1542         struct ip *ip = NULL;
1543         struct mbuf *m;
1544         struct tcphdr *th = NULL;
1545         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1546         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1547         struct tcpopt to;
1548 #ifdef INET6
1549         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1550 #endif
1551 #ifdef TCP_SIGNATURE
1552         struct secasvar *sav;
1553 #endif
1554
1555         hlen =
1556 #ifdef INET6
1557                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1558 #endif
1559                 sizeof(struct ip);
1560         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1561
1562         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1563         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1564         if (sc->sc_peer_mss)
1565                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1566
1567         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1568         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1569             ("syncache: mbuf too small"));
1570
1571         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1572         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1573         if (m == NULL)
1574                 return (ENOBUFS);
1575 #ifdef MAC
1576         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1577 #endif
1578         m->m_data += max_linkhdr;
1579         m->m_len = tlen;
1580         m->m_pkthdr.len = tlen;
1581         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1582
1583 #ifdef INET6
1584         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1585                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1586                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1587                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1588                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1589                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1590                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1591                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1592                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1593                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1594
1595                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1596         }
1597 #endif
1598 #if defined(INET6) && defined(INET)
1599         else
1600 #endif
1601 #ifdef INET
1602         {
1603                 ip = mtod(m, struct ip *);
1604                 ip->ip_v = IPVERSION;
1605                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1606                 ip->ip_len = htons(tlen);
1607                 ip->ip_id = 0;
1608                 ip->ip_off = 0;
1609                 ip->ip_sum = 0;
1610                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1611                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1612                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1613                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1614                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1615
1616                 /*
1617                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1618                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1619                  *
1620                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1621                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1622                  */
1623                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1624                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1625
1626                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1627         }
1628 #endif /* INET */
1629         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1630         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1631
1632         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1633         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1634         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1635         th->th_x2 = 0;
1636         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1637         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1638         th->th_urp = 0;
1639
1640         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1641                 th->th_flags |= TH_ECE;
1642                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1643         }
1644
1645         /* Tack on the TCP options. */
1646         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1647                 to.to_flags = 0;
1648
1649                 to.to_mss = mssopt;
1650                 to.to_flags = TOF_MSS;
1651                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1652                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1653                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1654                 }
1655                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1656                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1657                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1658                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1659                         to.to_flags |= TOF_TS;
1660                 }
1661                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1662                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1663 #ifdef TCP_SIGNATURE
1664                 sav = NULL;
1665                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1666                         sav = tcp_get_sav(m, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1667                         if (sav != NULL)
1668                                 to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1669                         else {
1670
1671                                 /*
1672                                  * We've got SCF_SIGNATURE flag
1673                                  * inherited from listening socket,
1674                                  * but no SADB key for given source
1675                                  * address. Assume signature is not
1676                                  * required and remove signature flag
1677                                  * instead of silently dropping
1678                                  * connection.
1679                                  */
1680                                 if (locked == 0)
1681                                         SCH_LOCK(sch);
1682                                 sc->sc_flags &= ~SCF_SIGNATURE;
1683                                 if (locked == 0)
1684                                         SCH_UNLOCK(sch);
1685                         }
1686                 }
1687 #endif
1688
1689 #ifdef TCP_RFC7413
1690                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1691                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1692                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1693                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1694                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1695                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1696                 }
1697 #endif
1698                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1699
1700                 /* Adjust headers by option size. */
1701                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1702                 m->m_len += optlen;
1703                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1704
1705 #ifdef TCP_SIGNATURE
1706                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1707                         tcp_signature_do_compute(m, 0, optlen,
1708                             to.to_signature, sav);
1709 #endif
1710 #ifdef INET6
1711                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1712                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1713                 else
1714 #endif
1715                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1716         } else
1717                 optlen = 0;
1718
1719         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1720         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1721         /*
1722          * If we have peer's SYN and it has a flowid, then let's assign it to
1723          * our SYN|ACK.  ip6_output() and ip_output() will not assign flowid
1724          * to SYN|ACK due to lack of inp here.
1725          */
1726         if (m0 != NULL && M_HASHTYPE_GET(m0) != M_HASHTYPE_NONE) {
1727                 m->m_pkthdr.flowid = m0->m_pkthdr.flowid;
1728                 M_HASHTYPE_SET(m, M_HASHTYPE_GET(m0));
1729         }
1730 #ifdef INET6
1731         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1732                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1733                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1734                     IPPROTO_TCP, 0);
1735                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1736 #ifdef TCP_OFFLOAD
1737                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1738                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1739
1740                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1741
1742                         return (error);
1743                 }
1744 #endif
1745                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1746         }
1747 #endif
1748 #if defined(INET6) && defined(INET)
1749         else
1750 #endif
1751 #ifdef INET
1752         {
1753                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1754                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1755                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1756 #ifdef TCP_OFFLOAD
1757                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1758                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1759
1760                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1761
1762                         return (error);
1763                 }
1764 #endif
1765                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1766         }
1767 #endif
1768         return (error);
1769 }
1770
1771 /*
1772  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1773  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1774  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1775  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1776  *
1777  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1778  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1779  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1780  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1781  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1782  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1783  *
1784  * The only reliable information persisting the 3WHS is our initial sequence
1785  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1786  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1787  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1788  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1789  *
1790  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1791  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1792  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1793  *
1794  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1795  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1796  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1797  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1798  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1799  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1800  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1801  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1802  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1803  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1804  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1805  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1806  *   making us under-estimate the available window size halving our
1807  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1808  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1809  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1810  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1811  *   the ACK has them.
1812  *
1813  * Security of syncookies and attack vectors:
1814  *
1815  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1816  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1817  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1818  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1819  * MAC are embedded into the ISS.
1820  *
1821  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1822  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1823  * 15-30 seconds.
1824  *
1825  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1826  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1827  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1828  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1829  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1830  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1831  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1832  *
1833  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1834  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1835  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1836  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1837  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1838  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1839  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1840  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1841  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1842  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1843  *
1844  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1845  * exhaustion attack vector itself.
1846  *
1847  * References:
1848  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1849  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1850  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1851  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1852  *
1853  *
1854  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1855  *  0        1         2         3
1856  *  12345678901234567890123456789012
1857  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1858  *
1859  *  x 24 MAC (truncated)
1860  *  W  3 Send Window Scale index
1861  *  M  3 MSS index
1862  *  S  1 SACK permitted
1863  *  P  1 Odd/even secret
1864  */
1865
1866 /*
1867  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1868  * rounded down to the next lower one.
1869  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1870  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1871  */
1872 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1873
1874 /*
1875  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1876  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1877  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1878  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1879  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1880  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1881  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1882  * direction) is encoded with index zero.
1883  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1884  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1885  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1886  */
1887 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1888
1889 /*
1890  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1891  * and good cryptographic properties.
1892  */
1893 static uint32_t
1894 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1895     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1896 {
1897         SIPHASH_CTX ctx;
1898         uint32_t siphash[2];
1899
1900         SipHash24_Init(&ctx);
1901         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1902         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1903 #ifdef INET
1904         case 0:
1905                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1906                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1907                 break;
1908 #endif
1909 #ifdef INET6
1910         case INC_ISIPV6:
1911                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1912                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1913                 break;
1914 #endif
1915         }
1916         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1917         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1918         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1919         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1920         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1921         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1922
1923         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1924 }
1925
1926 static tcp_seq
1927 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1928 {
1929         u_int i, mss, secbit, wscale;
1930         uint32_t iss, hash;
1931         uint8_t *secbits;
1932         union syncookie cookie;
1933
1934         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1935
1936         cookie.cookie = 0;
1937
1938         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1939         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1940         for (i = nitems(tcp_sc_msstab) - 1; tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1941              i--)
1942                 ;
1943         cookie.flags.mss_idx = i;
1944
1945         /*
1946          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1947          * the wscale option was received.
1948          */
1949         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1950                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1951                 for (i = nitems(tcp_sc_wstab) - 1;
1952                     tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1953                      i--)
1954                         ;
1955                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1956         }
1957
1958         /* Can we do SACK? */
1959         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1960                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1961
1962         /* Which of the two secrets to use. */
1963         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1964         cookie.flags.odd_even = secbit;
1965
1966         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1967         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1968             (uintptr_t)sch);
1969
1970         /*
1971          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1972          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1973          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1974          * wire.
1975          */
1976         iss = hash & ~0xff;
1977         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1978
1979         /* Randomize the timestamp. */
1980         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1981                 sc->sc_ts = arc4random();
1982                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
1983         }
1984
1985         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
1986         return (iss);
1987 }
1988
1989 static struct syncache *
1990 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
1991     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
1992     struct socket *lso)
1993 {
1994         uint32_t hash;
1995         uint8_t *secbits;
1996         tcp_seq ack, seq;
1997         int wnd, wscale = 0;
1998         union syncookie cookie;
1999
2000         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
2001
2002         /*
2003          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
2004          * advances.
2005          */
2006         ack = th->th_ack - 1;
2007         seq = th->th_seq - 1;
2008
2009         /*
2010          * Unpack the flags containing enough information to restore the
2011          * connection.
2012          */
2013         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
2014
2015         /* Which of the two secrets to use. */
2016         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
2017
2018         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
2019
2020         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
2021         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
2022                 return (NULL);
2023
2024         /* Fill in the syncache values. */
2025         sc->sc_flags = 0;
2026         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
2027         sc->sc_ipopts = NULL;
2028         
2029         sc->sc_irs = seq;
2030         sc->sc_iss = ack;
2031
2032         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
2033 #ifdef INET
2034         case 0:
2035                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
2036                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
2037                 break;
2038 #endif
2039 #ifdef INET6
2040         case INC_ISIPV6:
2041                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
2042                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
2043                 break;
2044 #endif
2045         }
2046
2047         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
2048
2049         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
2050         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
2051                 wscale++;
2052
2053         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
2054         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2055                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2056                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2057                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2058         }
2059
2060         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2061         wnd = imax(wnd, 0);
2062         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2063         sc->sc_wnd = wnd;
2064
2065         if (cookie.flags.sack_ok)
2066                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2067
2068         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2069                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2070                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2071                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2072                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2073         }
2074
2075         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2076                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2077
2078         sc->sc_rxmits = 0;
2079
2080         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2081         return (sc);
2082 }
2083
2084 #ifdef INVARIANTS
2085 static int
2086 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2087     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2088     struct socket *lso)
2089 {
2090         struct syncache scs, *scx;
2091         char *s;
2092
2093         bzero(&scs, sizeof(scs));
2094         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2095
2096         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2097                 return (0);
2098
2099         if (scx != NULL) {
2100                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2101                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2102                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2103
2104                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2105                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2106                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2107                             scx->sc_requested_r_scale);
2108
2109                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2110                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2111                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2112                             scx->sc_requested_s_scale);
2113
2114                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2115                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2116         }
2117
2118         if (s != NULL)
2119                 free(s, M_TCPLOG);
2120         return (0);
2121 }
2122 #endif /* INVARIANTS */
2123
2124 static void
2125 syncookie_reseed(void *arg)
2126 {
2127         struct tcp_syncache *sc = arg;
2128         uint8_t *secbits;
2129         int secbit;
2130
2131         /*
2132          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2133          * It only must be ensured that the new random values are visible
2134          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2135          * semantics ensures that.
2136          */
2137         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2138         secbits = sc->secret.key[secbit];
2139         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2140         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2141
2142         /* Reschedule ourself. */
2143         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2144 }
2145
2146 /*
2147  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2148  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2149  * called only from tcp_pcblist.
2150  *
2151  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2152  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2153  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2154  */
2155 int
2156 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2157 {
2158         struct xtcpcb xt;
2159         struct syncache *sc;
2160         struct syncache_head *sch;
2161         int count, error, i;
2162
2163         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2164                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2165                 SCH_LOCK(sch);
2166                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2167                         if (count >= max_pcbs) {
2168                                 SCH_UNLOCK(sch);
2169                                 goto exit;
2170                         }
2171                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2172                                 continue;
2173                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2174                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2175                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2176                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2177                         else
2178                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2179                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2180                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2181                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2182                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2183                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2184                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2185                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2186                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2187                         if (error) {
2188                                 SCH_UNLOCK(sch);
2189                                 goto exit;
2190                         }
2191                         count++;
2192                 }
2193                 SCH_UNLOCK(sch);
2194         }
2195 exit:
2196         *pcbs_exported = count;
2197         return error;
2198 }