]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
Update llvm to trunk r256633.
[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 #ifdef TCP_OFFLOAD
124 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
125 #endif
126
127 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
128 static void      syncache_free(struct syncache *);
129 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
130 static int       syncache_respond(struct syncache *, struct syncache_head *, int);
131 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
132                     struct mbuf *m);
133 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
134                     int docallout);
135 static void      syncache_timer(void *);
136
137 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
138                     uint8_t *, uintptr_t);
139 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
140 static struct syncache
141                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
142                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
143                     struct socket *);
144 static void      syncookie_reseed(void *);
145 #ifdef INVARIANTS
146 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
147                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
148                     struct socket *lso);
149 #endif
150
151 /*
152  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
153  * 3 retransmits corresponds to a timeout of 3 * (1 + 2 + 4 + 8) == 45 seconds,
154  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
155  */
156 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
157
158 /* Arbitrary values */
159 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
160 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
161
162 static VNET_DEFINE(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
163 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
164
165 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0,
166     "TCP SYN cache");
167
168 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
169     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
170     "Per-bucket hash limit for syncache");
171
172 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
173     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
174     "Overall entry limit for syncache");
175
176 SYSCTL_UMA_CUR(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, CTLFLAG_VNET,
177     &VNET_NAME(tcp_syncache.zone), "Current number of entries in syncache");
178
179 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
180     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
181     "Size of TCP syncache hashtable");
182
183 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
184     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
185     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
186
187 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
188 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
189     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
190     "Send reset on socket allocation failure");
191
192 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
193
194 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
195 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
196 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
197
198 /*
199  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
200  */
201 static void
202 syncache_free(struct syncache *sc)
203 {
204
205         if (sc->sc_ipopts)
206                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
207         if (sc->sc_cred)
208                 crfree(sc->sc_cred);
209 #ifdef MAC
210         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
211 #endif
212
213         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
214 }
215
216 void
217 syncache_init(void)
218 {
219         int i;
220
221         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
222         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
223         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
224         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
225
226         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
227             &V_tcp_syncache.hashsize);
228         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
229             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
230         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
231             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
232                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
233                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
234         }
235         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
236
237         /* Set limits. */
238         V_tcp_syncache.cache_limit =
239             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
240         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
241             &V_tcp_syncache.cache_limit);
242
243         /* Allocate the hash table. */
244         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
245             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
246
247 #ifdef VIMAGE
248         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
249 #endif
250
251         /* Initialize the hash buckets. */
252         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
253                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
254                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
255                          NULL, MTX_DEF);
256                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
257                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
258                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
259                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
260         }
261
262         /* Create the syncache entry zone. */
263         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
264             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
265         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
266             V_tcp_syncache.cache_limit);
267
268         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
269         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
270         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
271         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
272         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
273             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
274 }
275
276 #ifdef VIMAGE
277 void
278 syncache_destroy(void)
279 {
280         struct syncache_head *sch;
281         struct syncache *sc, *nsc;
282         int i;
283
284         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
285         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
286
287                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
288                 callout_drain(&sch->sch_timer);
289
290                 SCH_LOCK(sch);
291                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
292                         syncache_drop(sc, sch);
293                 SCH_UNLOCK(sch);
294                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
295                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
296                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
297                     __func__, sch->sch_length));
298                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
299         }
300
301         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
302             ("%s: cache_count not 0", __func__));
303
304         /* Free the allocated global resources. */
305         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
306         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
307
308         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
309 }
310 #endif
311
312 /*
313  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
314  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
315  */
316 static void
317 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
318 {
319         struct syncache *sc2;
320
321         SCH_LOCK(sch);
322
323         /*
324          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
325          * If the bucket is full, toss the oldest element.
326          */
327         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
328                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
329                         ("sch->sch_length incorrect"));
330                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
331                 syncache_drop(sc2, sch);
332                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
333         }
334
335         /* Put it into the bucket. */
336         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
337         sch->sch_length++;
338
339 #ifdef TCP_OFFLOAD
340         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
341                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
342
343                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
344         }
345 #endif
346
347         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
348         if (sch->sch_length == 1)
349                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
350         syncache_timeout(sc, sch, 1);
351
352         SCH_UNLOCK(sch);
353
354         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
355 }
356
357 /*
358  * Remove and free entry from syncache bucket row.
359  * Expects locked syncache head.
360  */
361 static void
362 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
363 {
364
365         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
366
367         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
368         sch->sch_length--;
369
370 #ifdef TCP_OFFLOAD
371         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
372                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
373
374                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
375         }
376 #endif
377
378         syncache_free(sc);
379 }
380
381 /*
382  * Engage/reengage time on bucket row.
383  */
384 static void
385 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
386 {
387         sc->sc_rxttime = ticks +
388                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
389         sc->sc_rxmits++;
390         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
391                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
392                 if (docallout)
393                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
394                             syncache_timer, (void *)sch);
395         }
396 }
397
398 /*
399  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
400  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
401  * One separate timer for each bucket row.
402  */
403 static void
404 syncache_timer(void *xsch)
405 {
406         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
407         struct syncache *sc, *nsc;
408         int tick = ticks;
409         char *s;
410
411         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
412
413         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
414         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
415
416         /*
417          * In the following cycle we may remove some entries and/or
418          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
419          */
420         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
421
422         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
423                 /*
424                  * We do not check if the listen socket still exists
425                  * and accept the case where the listen socket may be
426                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
427                  * not expect this to happens often. If it does,
428                  * then the RST will be sent by the time the remote
429                  * host does the SYN/ACK->ACK.
430                  */
431                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
432                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
433                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
434                         continue;
435                 }
436                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
437                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
438                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
439                                     "giving up and removing syncache entry\n",
440                                     s, __func__);
441                                 free(s, M_TCPLOG);
442                         }
443                         syncache_drop(sc, sch);
444                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
445                         continue;
446                 }
447                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
448                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
449                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
450                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
451                         free(s, M_TCPLOG);
452                 }
453
454                 syncache_respond(sc, sch, 1);
455                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
456                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
457         }
458         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
459                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
460                         syncache_timer, (void *)(sch));
461         CURVNET_RESTORE();
462 }
463
464 /*
465  * Find an entry in the syncache.
466  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
467  */
468 static struct syncache *
469 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
470 {
471         struct syncache *sc;
472         struct syncache_head *sch;
473         uint32_t hash;
474
475         /*
476          * The hash is built on foreign port + local port + foreign address.
477          * We rely on the fact that struct in_conninfo starts with 16 bits
478          * of foreign port, then 16 bits of local port then followed by 128
479          * bits of foreign address.  In case of IPv4 address, the first 3
480          * 32-bit words of the address always are zeroes.
481          */
482         hash = jenkins_hash32((uint32_t *)&inc->inc_ie, 5,
483             V_tcp_syncache.hash_secret) & V_tcp_syncache.hashmask;
484
485         sch = &V_tcp_syncache.hashbase[hash];
486         *schp = sch;
487         SCH_LOCK(sch);
488
489         /* Circle through bucket row to find matching entry. */
490         TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash)
491                 if (bcmp(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie,
492                     sizeof(struct in_endpoints)) == 0)
493                         break;
494
495         return (sc);    /* Always returns with locked sch. */
496 }
497
498 /*
499  * This function is called when we get a RST for a
500  * non-existent connection, so that we can see if the
501  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
502  */
503 void
504 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
505 {
506         struct syncache *sc;
507         struct syncache_head *sch;
508         char *s = NULL;
509
510         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
511         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
512
513         /*
514          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
515          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
516          */
517         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
518                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
519                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
520                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
521                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
522                 goto done;
523         }
524
525         /*
526          * No corresponding connection was found in syncache.
527          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
528          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
529          * may not find a syncache entry.  In that case we're
530          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
531          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
532          */
533         if (sc == NULL) {
534                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
535                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
536                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
537                             "segment ignored\n", s, __func__);
538                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
539                 goto done;
540         }
541
542         /*
543          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
544          * if this is a valid reset segment.
545          * RFC 793 page 37:
546          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
547          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
548          *   valid if its sequence number is in the window.
549          *
550          *   The sequence number in the reset segment is normally an
551          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
552          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
553          *   of our receive window, and we have to handle this case.
554          */
555         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
556             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
557                 syncache_drop(sc, sch);
558                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
559                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
560                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
561                             s, __func__);
562                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
563         } else {
564                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
565                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
566                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
567                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
568                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
569         }
570
571 done:
572         if (s != NULL)
573                 free(s, M_TCPLOG);
574         SCH_UNLOCK(sch);
575 }
576
577 void
578 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
579 {
580         struct syncache *sc;
581         struct syncache_head *sch;
582
583         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
584         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
585         if (sc != NULL) {
586                 syncache_drop(sc, sch);
587                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
588         }
589         SCH_UNLOCK(sch);
590 }
591
592 void
593 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
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                 goto done;
602
603         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
604         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
605                 goto done;
606
607         /*
608          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
609          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
610          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
611          * spurious network outage.
612          *
613          * See tcp_notify().
614          */
615         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
616                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
617                 goto done;
618         }
619         syncache_drop(sc, sch);
620         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
621 done:
622         SCH_UNLOCK(sch);
623 }
624
625 /*
626  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
627  *
628  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
629  */
630 static struct socket *
631 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
632 {
633         struct tcp_function_block *blk;
634         struct inpcb *inp = NULL;
635         struct socket *so;
636         struct tcpcb *tp;
637         int error;
638         char *s;
639
640         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
641
642         /*
643          * Ok, create the full blown connection, and set things up
644          * as they would have been set up if we had created the
645          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
646          * the connection, abort it.
647          */
648         so = sonewconn(lso, 0);
649         if (so == NULL) {
650                 /*
651                  * Drop the connection; we will either send a RST or
652                  * have the peer retransmit its SYN again after its
653                  * RTO and try again.
654                  */
655                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
656                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
657                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
658                             "due to limits or memory shortage\n",
659                             s, __func__);
660                         free(s, M_TCPLOG);
661                 }
662                 goto abort2;
663         }
664 #ifdef MAC
665         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
666 #endif
667
668         inp = sotoinpcb(so);
669         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
670         INP_WLOCK(inp);
671         /*
672          * Exclusive pcbinfo lock is not required in syncache socket case even
673          * if two inpcb locks can be acquired simultaneously:
674          *  - the inpcb in LISTEN state,
675          *  - the newly created inp.
676          *
677          * In this case, an inp cannot be at same time in LISTEN state and
678          * just created by an accept() call.
679          */
680         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
681
682         /* Insert new socket into PCB hash list. */
683         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
684 #ifdef INET6
685         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
686                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
687         } else {
688                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
689                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
690 #endif
691                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
692 #ifdef INET6
693         }
694 #endif
695
696         /*
697          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
698          * inp with that particular flowid.
699          */
700         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
701                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
702                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
703         }
704
705         /*
706          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
707          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
708          * configured.
709          */
710         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
711         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
712                 /*
713                  * Undo the assignments above if we failed to
714                  * put the PCB on the hash lists.
715                  */
716 #ifdef INET6
717                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
718                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
719                 else
720 #endif
721                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
722                 inp->inp_lport = 0;
723                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
724                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
725                             "with error %i\n",
726                             s, __func__, error);
727                         free(s, M_TCPLOG);
728                 }
729                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
730                 goto abort;
731         }
732 #ifdef IPSEC
733         /* Copy old policy into new socket's. */
734         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
735                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
736 #endif
737 #ifdef INET6
738         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
739                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
740                 struct in6_addr laddr6;
741                 struct sockaddr_in6 sin6;
742                 /*
743                  * Inherit socket options from the listening socket.
744                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
745                  * copied, since it stores previously received options and is
746                  * used to detect if each new option is different than the
747                  * previous one and hence should be passed to a user.
748                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
749                  * receive options just after calling the accept system call.
750                  */
751                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
752                 if (oinp->in6p_outputopts)
753                         inp->in6p_outputopts =
754                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
755
756                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
757                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
758                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
759                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
760                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
761                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
762                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
763                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
764                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
765                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
766                         inp->in6p_laddr = laddr6;
767                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
768                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
769                                     "with error %i\n",
770                                     s, __func__, error);
771                                 free(s, M_TCPLOG);
772                         }
773                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
774                         goto abort;
775                 }
776                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
777                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
778                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
779         }
780 #endif /* INET6 */
781 #if defined(INET) && defined(INET6)
782         else
783 #endif
784 #ifdef INET
785         {
786                 struct in_addr laddr;
787                 struct sockaddr_in sin;
788
789                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
790                 
791                 if (inp->inp_options == NULL) {
792                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
793                         sc->sc_ipopts = NULL;
794                 }
795
796                 sin.sin_family = AF_INET;
797                 sin.sin_len = sizeof(sin);
798                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
799                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
800                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
801                 laddr = inp->inp_laddr;
802                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
803                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
804                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
805                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
806                         inp->inp_laddr = laddr;
807                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
808                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
809                                     "with error %i\n",
810                                     s, __func__, error);
811                                 free(s, M_TCPLOG);
812                         }
813                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
814                         goto abort;
815                 }
816         }
817 #endif /* INET */
818         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
819         tp = intotcpcb(inp);
820         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
821         tp->iss = sc->sc_iss;
822         tp->irs = sc->sc_irs;
823         tcp_rcvseqinit(tp);
824         tcp_sendseqinit(tp);
825         blk = sototcpcb(lso)->t_fb;
826         if (blk != tp->t_fb) {
827                 /*
828                  * Our parents t_fb was not the default,
829                  * we need to release our ref on tp->t_fb and 
830                  * pickup one on the new entry.
831                  */
832                 struct tcp_function_block *rblk;
833                 
834                 rblk = find_and_ref_tcp_fb(blk);
835                 KASSERT(rblk != NULL,
836                     ("cannot find blk %p out of syncache?", blk));
837                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)
838                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)(tp);
839                 refcount_release(&tp->t_fb->tfb_refcnt);
840                 tp->t_fb = rblk;
841                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init) {
842                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init)(tp);
843                 }
844         }               
845         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
846         tp->snd_max = tp->iss + 1;
847         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
848         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
849         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
850         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
851         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
852
853         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
854         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
855                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
856         else {
857                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
858                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
859                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
860                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
861                 }
862                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
863                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
864                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
865                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
866                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
867                 }
868 #ifdef TCP_SIGNATURE
869                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
870                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
871 #endif
872                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
873                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
874         }
875
876         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
877                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
878
879         /*
880          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
881          * This might overwrite some of the defaults we just set.
882          */
883         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
884
885         /*
886          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
887          * limited to one segment in cc_conn_init().
888          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
889          */
890         if (sc->sc_rxmits > 1)
891                 tp->snd_cwnd = 1;
892
893 #ifdef TCP_OFFLOAD
894         /*
895          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
896          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
897          * new connection before the TOE driver has done its thing.
898          */
899         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
900                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
901
902                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
903         }
904 #endif
905         /*
906          * Copy and activate timers.
907          */
908         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
909         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
910         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
911         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
912         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
913
914         soisconnected(so);
915
916         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
917         return (so);
918
919 abort:
920         INP_WUNLOCK(inp);
921 abort2:
922         if (so != NULL)
923                 soabort(so);
924         return (NULL);
925 }
926
927 /*
928  * This function gets called when we receive an ACK for a
929  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
930  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
931  * the cache and turn it into a full-blown connection in
932  * the SYN-RECEIVED state.
933  *
934  * On syncache_socket() success the newly created socket
935  * has its underlying inp locked.
936  */
937 int
938 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
939     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
940 {
941         struct syncache *sc;
942         struct syncache_head *sch;
943         struct syncache scs;
944         char *s;
945
946         /*
947          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
948          * and create a new socket.
949          */
950         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
951         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
952             ("%s: can handle only ACK", __func__));
953
954         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
955         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
956
957 #ifdef INVARIANTS
958         /*
959          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
960          * values with the reconstructed values from the cookie.
961          */
962         if (sc != NULL)
963                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
964 #endif
965
966         if (sc == NULL) {
967                 /*
968                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
969                  * a returning syncookie.  To do this, first:
970                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
971                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
972                  *     if we've never received a SYN.
973                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
974                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
975                  */
976                 if (!V_tcp_syncookies) {
977                         SCH_UNLOCK(sch);
978                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
979                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
980                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
981                                     s, __func__);
982                         goto failed;
983                 }
984                 bzero(&scs, sizeof(scs));
985                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
986                 SCH_UNLOCK(sch);
987                 if (sc == NULL) {
988                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
989                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
990                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
991                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
992                         goto failed;
993                 }
994         } else {
995                 /* Pull out the entry to unlock the bucket row. */
996                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
997                 sch->sch_length--;
998 #ifdef TCP_OFFLOAD
999                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1000                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1001
1002                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1003                 }
1004 #endif
1005                 SCH_UNLOCK(sch);
1006         }
1007
1008         /*
1009          * Segment validation:
1010          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1011          */
1012         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1013                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1014                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1015                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1016                 goto failed;
1017         }
1018
1019         /*
1020          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1021          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1022          */
1023         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1024             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1025                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1026                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1027                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1028                 goto failed;
1029         }
1030
1031         /*
1032          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1033          * must not appear on any segment during this session.
1034          */
1035         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1036                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1037                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1038                             "segment rejected\n", s, __func__);
1039                 goto failed;
1040         }
1041
1042         /*
1043          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1044          * appear on every segment during this session.
1045          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1046          * reports of non-compliants stacks.
1047          */
1048         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1049                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1050                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1051                             "no action\n", s, __func__);
1052                         free(s, M_TCPLOG);
1053                         s = NULL;
1054                 }
1055         }
1056
1057         /*
1058          * If timestamps were negotiated the reflected timestamp
1059          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK.
1060          */
1061         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1062                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1063                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1064                             "segment rejected\n",
1065                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1066                 goto failed;
1067         }
1068
1069         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1070
1071         if (*lsop == NULL)
1072                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1073         else
1074                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1075
1076 /* how do we find the inp for the new socket? */
1077         if (sc != &scs)
1078                 syncache_free(sc);
1079         return (1);
1080 failed:
1081         if (sc != NULL && sc != &scs)
1082                 syncache_free(sc);
1083         if (s != NULL)
1084                 free(s, M_TCPLOG);
1085         *lsop = NULL;
1086         return (0);
1087 }
1088
1089 #ifdef TCP_RFC7413
1090 static void
1091 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1092     uint64_t response_cookie)
1093 {
1094         struct inpcb *inp;
1095         struct tcpcb *tp;
1096         unsigned int *pending_counter;
1097
1098         /*
1099          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1100          * and create a new socket.
1101          */
1102         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1103
1104         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1105         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1106         if (*lsop == NULL) {
1107                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1108                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1109         } else {
1110                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1111                 tp = intotcpcb(inp);
1112                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1113                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1114                 tp->snd_max = tp->iss;
1115                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1116                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1117                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1118         }
1119 }
1120 #endif /* TCP_RFC7413 */
1121
1122 /*
1123  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1124  * this to the syn cache, and send back a segment:
1125  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1126  * to the source.
1127  *
1128  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1129  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1130  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1131  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1132  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1133  * the data, we avoid this DoS scenario.
1134  *
1135  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1136  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1137  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1138  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1139  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1140  * TFO-socket-creation path was taken.
1141  */
1142 int
1143 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1144     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1145     void *todctx)
1146 {
1147         struct tcpcb *tp;
1148         struct socket *so;
1149         struct syncache *sc = NULL;
1150         struct syncache_head *sch;
1151         struct mbuf *ipopts = NULL;
1152         u_int ltflags;
1153         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1154         char *s;
1155         int rv = 0;
1156 #ifdef INET6
1157         int autoflowlabel = 0;
1158 #endif
1159 #ifdef MAC
1160         struct label *maclabel;
1161 #endif
1162         struct syncache scs;
1163         struct ucred *cred;
1164 #ifdef TCP_RFC7413
1165         uint64_t tfo_response_cookie;
1166         int tfo_cookie_valid = 0;
1167         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1168 #endif
1169
1170         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1171         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1172             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1173
1174         /*
1175          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1176          * soon as possible.
1177          */
1178         so = *lsop;
1179         tp = sototcpcb(so);
1180         cred = crhold(so->so_cred);
1181
1182 #ifdef INET6
1183         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1184             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1185                 autoflowlabel = 1;
1186 #endif
1187         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1188         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1189         win = sbspace(&so->so_rcv);
1190         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1191         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1192
1193 #ifdef TCP_RFC7413
1194         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1195             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1196                 /*
1197                  * Limit the number of pending TFO connections to
1198                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1199                  * SYN floods from starving the service by filling the
1200                  * listen queue with bogus TFO connections.
1201                  */
1202                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1203                     (so->so_qlimit / 2)) {
1204                         int result;
1205
1206                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1207                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1208                             &tfo_response_cookie);
1209                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1210                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1211                 } else
1212                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1213         }
1214 #endif
1215
1216         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1217         so = NULL;
1218         tp = NULL;
1219
1220 #ifdef MAC
1221         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1222                 INP_WUNLOCK(inp);
1223                 goto done;
1224         } else
1225                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1226 #endif
1227 #ifdef TCP_RFC7413
1228         if (!tfo_cookie_valid)
1229 #endif
1230                 INP_WUNLOCK(inp);
1231
1232         /*
1233          * Remember the IP options, if any.
1234          */
1235 #ifdef INET6
1236         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1237 #endif
1238 #ifdef INET
1239                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1240 #else
1241                 ipopts = NULL;
1242 #endif
1243
1244         /*
1245          * See if we already have an entry for this connection.
1246          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1247          *
1248          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1249          * of the new SYN here (which may have different options?)
1250          *
1251          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1252          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1253          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1254          * drop the current entry and create a new one?
1255          */
1256         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1257         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1258         if (sc != NULL) {
1259 #ifdef TCP_RFC7413
1260                 if (tfo_cookie_valid)
1261                         INP_WUNLOCK(inp);
1262 #endif
1263                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1264                 if (ipopts) {
1265                         /*
1266                          * If we were remembering a previous source route,
1267                          * forget it and use the new one we've been given.
1268                          */
1269                         if (sc->sc_ipopts)
1270                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1271                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1272                 }
1273                 /*
1274                  * Update timestamp if present.
1275                  */
1276                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1277                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1278                 else
1279                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1280 #ifdef MAC
1281                 /*
1282                  * Since we have already unconditionally allocated label
1283                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1284                  * have an initialized label we can use.
1285                  */
1286                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1287 #endif
1288                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1289                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1290                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1291                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1292                             s, __func__);
1293                         free(s, M_TCPLOG);
1294                 }
1295                 if (syncache_respond(sc, sch, 1) == 0) {
1296                         sc->sc_rxmits = 0;
1297                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1298                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1299                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1300                 }
1301                 SCH_UNLOCK(sch);
1302                 goto done;
1303         }
1304
1305 #ifdef TCP_RFC7413
1306         if (tfo_cookie_valid) {
1307                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1308                 sc = &scs;
1309                 goto skip_alloc;
1310         }
1311 #endif
1312
1313         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1314         if (sc == NULL) {
1315                 /*
1316                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1317                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1318                  * entry and insert the new one.
1319                  */
1320                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1321                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
1322                         syncache_drop(sc, sch);
1323                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1324                 if (sc == NULL) {
1325                         if (V_tcp_syncookies) {
1326                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1327                                 sc = &scs;
1328                         } else {
1329                                 SCH_UNLOCK(sch);
1330                                 if (ipopts)
1331                                         (void) m_free(ipopts);
1332                                 goto done;
1333                         }
1334                 }
1335         }
1336
1337 #ifdef TCP_RFC7413
1338 skip_alloc:
1339         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1340                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1341 #endif
1342
1343         /*
1344          * Fill in the syncache values.
1345          */
1346 #ifdef MAC
1347         sc->sc_label = maclabel;
1348 #endif
1349         sc->sc_cred = cred;
1350         cred = NULL;
1351         sc->sc_ipopts = ipopts;
1352         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1353 #ifdef INET6
1354         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1355 #endif
1356         {
1357                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1358                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1359         }
1360 #ifdef TCP_OFFLOAD
1361         sc->sc_tod = tod;
1362         sc->sc_todctx = todctx;
1363 #endif
1364         sc->sc_irs = th->th_seq;
1365         sc->sc_iss = arc4random();
1366         sc->sc_flags = 0;
1367         sc->sc_flowlabel = 0;
1368
1369         /*
1370          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1371          * win was derived from socket earlier in the function.
1372          */
1373         win = imax(win, 0);
1374         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1375         sc->sc_wnd = win;
1376
1377         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1378                 /*
1379                  * A timestamp received in a SYN makes
1380                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1381                  */
1382                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1383                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1384                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1385                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1386                 }
1387                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1388                         int wscale = 0;
1389
1390                         /*
1391                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1392                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1393                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1394                          *
1395                          * We do this because there are broken firewalls that
1396                          * will corrupt the window scale option, leading to
1397                          * the other endpoint believing that our advertised
1398                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1399                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1400                          * leading to serious problems when traversing these
1401                          * broken firewalls.
1402                          *
1403                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1404                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1405                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1406                          * for the compatiblity problems mentioned above.
1407                          *
1408                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1409                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1410                          */
1411                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1412                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1413                                 wscale++;
1414                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1415                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1416                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1417                 }
1418         }
1419 #ifdef TCP_SIGNATURE
1420         /*
1421          * If listening socket requested TCP digests, OR received SYN
1422          * contains the option, flag this in the syncache so that
1423          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1424          */
1425         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE || ltflags & TF_SIGNATURE)
1426                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1427 #endif
1428         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1429                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1430         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1431                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1432         if (ltflags & TF_NOOPT)
1433                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1434         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1435                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1436
1437         if (V_tcp_syncookies)
1438                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1439 #ifdef INET6
1440         if (autoflowlabel) {
1441                 if (V_tcp_syncookies)
1442                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1443                 else
1444                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1445                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1446         }
1447 #endif
1448         SCH_UNLOCK(sch);
1449
1450 #ifdef TCP_RFC7413
1451         if (tfo_cookie_valid) {
1452                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1453                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1454                 rv = 1;
1455                 goto tfo_done;
1456         }
1457 #endif
1458
1459         /*
1460          * Do a standard 3-way handshake.
1461          */
1462         if (syncache_respond(sc, sch, 0) == 0) {
1463                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1464                         syncache_free(sc);
1465                 else if (sc != &scs)
1466                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1467                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1468                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1469         } else {
1470                 if (sc != &scs)
1471                         syncache_free(sc);
1472                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1473         }
1474
1475 done:
1476         if (m) {
1477                 *lsop = NULL;
1478                 m_freem(m);
1479         }
1480 #ifdef TCP_RFC7413
1481 tfo_done:
1482 #endif
1483         if (cred != NULL)
1484                 crfree(cred);
1485 #ifdef MAC
1486         if (sc == &scs)
1487                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1488 #endif
1489         return (rv);
1490 }
1491
1492 static int
1493 syncache_respond(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int locked)
1494 {
1495         struct ip *ip = NULL;
1496         struct mbuf *m;
1497         struct tcphdr *th = NULL;
1498         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1499         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1500         struct tcpopt to;
1501 #ifdef INET6
1502         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1503 #endif
1504 #ifdef TCP_SIGNATURE
1505         struct secasvar *sav;
1506 #endif
1507
1508         hlen =
1509 #ifdef INET6
1510                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1511 #endif
1512                 sizeof(struct ip);
1513         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1514
1515         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1516         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1517         if (sc->sc_peer_mss)
1518                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1519
1520         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1521         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1522             ("syncache: mbuf too small"));
1523
1524         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1525         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1526         if (m == NULL)
1527                 return (ENOBUFS);
1528 #ifdef MAC
1529         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1530 #endif
1531         m->m_data += max_linkhdr;
1532         m->m_len = tlen;
1533         m->m_pkthdr.len = tlen;
1534         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1535
1536 #ifdef INET6
1537         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1538                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1539                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1540                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1541                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1542                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1543                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1544                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1545                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1546                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1547
1548                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1549         }
1550 #endif
1551 #if defined(INET6) && defined(INET)
1552         else
1553 #endif
1554 #ifdef INET
1555         {
1556                 ip = mtod(m, struct ip *);
1557                 ip->ip_v = IPVERSION;
1558                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1559                 ip->ip_len = htons(tlen);
1560                 ip->ip_id = 0;
1561                 ip->ip_off = 0;
1562                 ip->ip_sum = 0;
1563                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1564                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1565                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1566                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1567                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1568
1569                 /*
1570                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1571                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1572                  *
1573                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1574                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1575                  */
1576                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1577                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1578
1579                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1580         }
1581 #endif /* INET */
1582         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1583         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1584
1585         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1586         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1587         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1588         th->th_x2 = 0;
1589         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1590         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1591         th->th_urp = 0;
1592
1593         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1594                 th->th_flags |= TH_ECE;
1595                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1596         }
1597
1598         /* Tack on the TCP options. */
1599         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1600                 to.to_flags = 0;
1601
1602                 to.to_mss = mssopt;
1603                 to.to_flags = TOF_MSS;
1604                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1605                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1606                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1607                 }
1608                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1609                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1610                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1611                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1612                         to.to_flags |= TOF_TS;
1613                 }
1614                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1615                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1616 #ifdef TCP_SIGNATURE
1617                 sav = NULL;
1618                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1619                         sav = tcp_get_sav(m, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1620                         if (sav != NULL)
1621                                 to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1622                         else {
1623
1624                                 /*
1625                                  * We've got SCF_SIGNATURE flag
1626                                  * inherited from listening socket,
1627                                  * but no SADB key for given source
1628                                  * address. Assume signature is not
1629                                  * required and remove signature flag
1630                                  * instead of silently dropping
1631                                  * connection.
1632                                  */
1633                                 if (locked == 0)
1634                                         SCH_LOCK(sch);
1635                                 sc->sc_flags &= ~SCF_SIGNATURE;
1636                                 if (locked == 0)
1637                                         SCH_UNLOCK(sch);
1638                         }
1639                 }
1640 #endif
1641
1642 #ifdef TCP_RFC7413
1643                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1644                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1645                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1646                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1647                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1648                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1649                 }
1650 #endif
1651                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1652
1653                 /* Adjust headers by option size. */
1654                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1655                 m->m_len += optlen;
1656                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1657
1658 #ifdef TCP_SIGNATURE
1659                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1660                         tcp_signature_do_compute(m, 0, optlen,
1661                             to.to_signature, sav);
1662 #endif
1663 #ifdef INET6
1664                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1665                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1666                 else
1667 #endif
1668                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1669         } else
1670                 optlen = 0;
1671
1672         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1673         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1674 #ifdef INET6
1675         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1676                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1677                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1678                     IPPROTO_TCP, 0);
1679                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1680 #ifdef TCP_OFFLOAD
1681                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1682                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1683
1684                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1685
1686                         return (error);
1687                 }
1688 #endif
1689                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1690         }
1691 #endif
1692 #if defined(INET6) && defined(INET)
1693         else
1694 #endif
1695 #ifdef INET
1696         {
1697                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1698                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1699                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1700 #ifdef TCP_OFFLOAD
1701                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1702                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1703
1704                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1705
1706                         return (error);
1707                 }
1708 #endif
1709                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1710         }
1711 #endif
1712         return (error);
1713 }
1714
1715 /*
1716  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1717  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1718  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1719  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1720  *
1721  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1722  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1723  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1724  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1725  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1726  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1727  *
1728  * The only reliable information persisting the 3WHS is our inital sequence
1729  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1730  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1731  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1732  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1733  *
1734  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1735  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1736  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1737  *
1738  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1739  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1740  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1741  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1742  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1743  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1744  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1745  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1746  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1747  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1748  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1749  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1750  *   making us under-estimate the available window size halving our
1751  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1752  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1753  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1754  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1755  *   the ACK has them.
1756  *
1757  * Security of syncookies and attack vectors:
1758  *
1759  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1760  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1761  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1762  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1763  * MAC are embedded into the ISS.
1764  *
1765  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1766  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1767  * 15-30 seconds.
1768  *
1769  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1770  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1771  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1772  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1773  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1774  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1775  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1776  *
1777  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1778  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1779  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1780  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1781  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1782  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1783  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1784  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1785  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1786  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1787  *
1788  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1789  * exhaustion attack vector itself.
1790  *
1791  * References:
1792  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1793  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1794  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1795  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1796  *
1797  *
1798  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1799  *  0        1         2         3
1800  *  12345678901234567890123456789012
1801  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1802  *
1803  *  x 24 MAC (truncated)
1804  *  W  3 Send Window Scale index
1805  *  M  3 MSS index
1806  *  S  1 SACK permitted
1807  *  P  1 Odd/even secret
1808  */
1809
1810 /*
1811  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1812  * rounded down to the next lower one.
1813  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1814  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1815  */
1816 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1817
1818 /*
1819  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1820  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1821  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1822  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1823  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1824  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1825  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1826  * direction) is encoded with index zero.
1827  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1828  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1829  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1830  */
1831 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1832
1833 /*
1834  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1835  * and good cryptographic properties.
1836  */
1837 static uint32_t
1838 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1839     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1840 {
1841         SIPHASH_CTX ctx;
1842         uint32_t siphash[2];
1843
1844         SipHash24_Init(&ctx);
1845         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1846         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1847 #ifdef INET
1848         case 0:
1849                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1850                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1851                 break;
1852 #endif
1853 #ifdef INET6
1854         case INC_ISIPV6:
1855                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1856                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1857                 break;
1858 #endif
1859         }
1860         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1861         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1862         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1863         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1864         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1865         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1866
1867         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1868 }
1869
1870 static tcp_seq
1871 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1872 {
1873         u_int i, mss, secbit, wscale;
1874         uint32_t iss, hash;
1875         uint8_t *secbits;
1876         union syncookie cookie;
1877
1878         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1879
1880         cookie.cookie = 0;
1881
1882         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1883         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1884         for (i = sizeof(tcp_sc_msstab) / sizeof(*tcp_sc_msstab) - 1;
1885              tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1886              i--)
1887                 ;
1888         cookie.flags.mss_idx = i;
1889
1890         /*
1891          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1892          * the wscale option was received.
1893          */
1894         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1895                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1896                 for (i = sizeof(tcp_sc_wstab) / sizeof(*tcp_sc_wstab) - 1;
1897                      tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1898                      i--)
1899                         ;
1900                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1901         }
1902
1903         /* Can we do SACK? */
1904         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1905                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1906
1907         /* Which of the two secrets to use. */
1908         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1909         cookie.flags.odd_even = secbit;
1910
1911         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1912         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1913             (uintptr_t)sch);
1914
1915         /*
1916          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1917          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1918          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1919          * wire.
1920          */
1921         iss = hash & ~0xff;
1922         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1923
1924         /* Randomize the timestamp. */
1925         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1926                 sc->sc_ts = arc4random();
1927                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
1928         }
1929
1930         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
1931         return (iss);
1932 }
1933
1934 static struct syncache *
1935 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
1936     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
1937     struct socket *lso)
1938 {
1939         uint32_t hash;
1940         uint8_t *secbits;
1941         tcp_seq ack, seq;
1942         int wnd, wscale = 0;
1943         union syncookie cookie;
1944
1945         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1946
1947         /*
1948          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
1949          * advances.
1950          */
1951         ack = th->th_ack - 1;
1952         seq = th->th_seq - 1;
1953
1954         /*
1955          * Unpack the flags containing enough information to restore the
1956          * connection.
1957          */
1958         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
1959
1960         /* Which of the two secrets to use. */
1961         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
1962
1963         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
1964
1965         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
1966         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
1967                 return (NULL);
1968
1969         /* Fill in the syncache values. */
1970         sc->sc_flags = 0;
1971         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1972         sc->sc_ipopts = NULL;
1973         
1974         sc->sc_irs = seq;
1975         sc->sc_iss = ack;
1976
1977         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1978 #ifdef INET
1979         case 0:
1980                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
1981                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
1982                 break;
1983 #endif
1984 #ifdef INET6
1985         case INC_ISIPV6:
1986                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
1987                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1988                 break;
1989 #endif
1990         }
1991
1992         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
1993
1994         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
1995         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1996                 wscale++;
1997
1998         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
1999         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2000                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2001                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2002                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2003         }
2004
2005         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2006         wnd = imax(wnd, 0);
2007         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2008         sc->sc_wnd = wnd;
2009
2010         if (cookie.flags.sack_ok)
2011                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2012
2013         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2014                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2015                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2016                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2017                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2018         }
2019
2020         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2021                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2022
2023         sc->sc_rxmits = 0;
2024
2025         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2026         return (sc);
2027 }
2028
2029 #ifdef INVARIANTS
2030 static int
2031 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2032     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2033     struct socket *lso)
2034 {
2035         struct syncache scs, *scx;
2036         char *s;
2037
2038         bzero(&scs, sizeof(scs));
2039         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2040
2041         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2042                 return (0);
2043
2044         if (scx != NULL) {
2045                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2046                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2047                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2048
2049                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2050                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2051                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2052                             scx->sc_requested_r_scale);
2053
2054                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2055                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2056                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2057                             scx->sc_requested_s_scale);
2058
2059                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2060                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2061         }
2062
2063         if (s != NULL)
2064                 free(s, M_TCPLOG);
2065         return (0);
2066 }
2067 #endif /* INVARIANTS */
2068
2069 static void
2070 syncookie_reseed(void *arg)
2071 {
2072         struct tcp_syncache *sc = arg;
2073         uint8_t *secbits;
2074         int secbit;
2075
2076         /*
2077          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2078          * It only must be ensured that the new random values are visible
2079          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2080          * semantics ensures that.
2081          */
2082         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2083         secbits = sc->secret.key[secbit];
2084         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2085         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2086
2087         /* Reschedule ourself. */
2088         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2089 }
2090
2091 /*
2092  * Returns the current number of syncache entries.  This number
2093  * will probably change before you get around to calling 
2094  * syncache_pcblist.
2095  */
2096 int
2097 syncache_pcbcount(void)
2098 {
2099         struct syncache_head *sch;
2100         int count, i;
2101
2102         for (count = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2103                 /* No need to lock for a read. */
2104                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2105                 count += sch->sch_length;
2106         }
2107         return count;
2108 }
2109
2110 /*
2111  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2112  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2113  * called only from tcp_pcblist.
2114  *
2115  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2116  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2117  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2118  */
2119 int
2120 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2121 {
2122         struct xtcpcb xt;
2123         struct syncache *sc;
2124         struct syncache_head *sch;
2125         int count, error, i;
2126
2127         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2128                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2129                 SCH_LOCK(sch);
2130                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2131                         if (count >= max_pcbs) {
2132                                 SCH_UNLOCK(sch);
2133                                 goto exit;
2134                         }
2135                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2136                                 continue;
2137                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2138                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2139                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2140                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2141                         else
2142                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2143                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2144                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2145                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2146                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2147                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2148                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2149                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2150                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2151                         if (error) {
2152                                 SCH_UNLOCK(sch);
2153                                 goto exit;
2154                         }
2155                         count++;
2156                 }
2157                 SCH_UNLOCK(sch);
2158         }
2159 exit:
2160         *pcbs_exported = count;
2161         return error;
2162 }