]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
MFV r298691:
[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         /*
285          * Stop the re-seed timer before freeing resources.  No need to
286          * possibly schedule it another time.
287          */
288         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
289
290         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
291         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
292
293                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
294                 callout_drain(&sch->sch_timer);
295
296                 SCH_LOCK(sch);
297                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
298                         syncache_drop(sc, sch);
299                 SCH_UNLOCK(sch);
300                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
301                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
302                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
303                     __func__, sch->sch_length));
304                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
305         }
306
307         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
308             ("%s: cache_count not 0", __func__));
309
310         /* Free the allocated global resources. */
311         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
312         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
313 }
314 #endif
315
316 /*
317  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
318  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
319  */
320 static void
321 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
322 {
323         struct syncache *sc2;
324
325         SCH_LOCK(sch);
326
327         /*
328          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
329          * If the bucket is full, toss the oldest element.
330          */
331         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
332                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
333                         ("sch->sch_length incorrect"));
334                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
335                 syncache_drop(sc2, sch);
336                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
337         }
338
339         /* Put it into the bucket. */
340         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
341         sch->sch_length++;
342
343 #ifdef TCP_OFFLOAD
344         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
345                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
346
347                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
348         }
349 #endif
350
351         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
352         if (sch->sch_length == 1)
353                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
354         syncache_timeout(sc, sch, 1);
355
356         SCH_UNLOCK(sch);
357
358         TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
359         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
360 }
361
362 /*
363  * Remove and free entry from syncache bucket row.
364  * Expects locked syncache head.
365  */
366 static void
367 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
368 {
369
370         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
371
372         TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
373         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
374         sch->sch_length--;
375
376 #ifdef TCP_OFFLOAD
377         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
378                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
379
380                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
381         }
382 #endif
383
384         syncache_free(sc);
385 }
386
387 /*
388  * Engage/reengage time on bucket row.
389  */
390 static void
391 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
392 {
393         sc->sc_rxttime = ticks +
394                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
395         sc->sc_rxmits++;
396         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
397                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
398                 if (docallout)
399                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
400                             syncache_timer, (void *)sch);
401         }
402 }
403
404 /*
405  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
406  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
407  * One separate timer for each bucket row.
408  */
409 static void
410 syncache_timer(void *xsch)
411 {
412         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
413         struct syncache *sc, *nsc;
414         int tick = ticks;
415         char *s;
416
417         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
418
419         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
420         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
421
422         /*
423          * In the following cycle we may remove some entries and/or
424          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
425          */
426         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
427
428         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
429                 /*
430                  * We do not check if the listen socket still exists
431                  * and accept the case where the listen socket may be
432                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
433                  * not expect this to happens often. If it does,
434                  * then the RST will be sent by the time the remote
435                  * host does the SYN/ACK->ACK.
436                  */
437                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
438                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
439                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
440                         continue;
441                 }
442                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
443                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
444                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
445                                     "giving up and removing syncache entry\n",
446                                     s, __func__);
447                                 free(s, M_TCPLOG);
448                         }
449                         syncache_drop(sc, sch);
450                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
451                         continue;
452                 }
453                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
454                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
455                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
456                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
457                         free(s, M_TCPLOG);
458                 }
459
460                 syncache_respond(sc, sch, 1);
461                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
462                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
463         }
464         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
465                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
466                         syncache_timer, (void *)(sch));
467         CURVNET_RESTORE();
468 }
469
470 /*
471  * Find an entry in the syncache.
472  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
473  */
474 static struct syncache *
475 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
476 {
477         struct syncache *sc;
478         struct syncache_head *sch;
479         uint32_t hash;
480
481         /*
482          * The hash is built on foreign port + local port + foreign address.
483          * We rely on the fact that struct in_conninfo starts with 16 bits
484          * of foreign port, then 16 bits of local port then followed by 128
485          * bits of foreign address.  In case of IPv4 address, the first 3
486          * 32-bit words of the address always are zeroes.
487          */
488         hash = jenkins_hash32((uint32_t *)&inc->inc_ie, 5,
489             V_tcp_syncache.hash_secret) & V_tcp_syncache.hashmask;
490
491         sch = &V_tcp_syncache.hashbase[hash];
492         *schp = sch;
493         SCH_LOCK(sch);
494
495         /* Circle through bucket row to find matching entry. */
496         TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash)
497                 if (bcmp(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie,
498                     sizeof(struct in_endpoints)) == 0)
499                         break;
500
501         return (sc);    /* Always returns with locked sch. */
502 }
503
504 /*
505  * This function is called when we get a RST for a
506  * non-existent connection, so that we can see if the
507  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
508  */
509 void
510 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
511 {
512         struct syncache *sc;
513         struct syncache_head *sch;
514         char *s = NULL;
515
516         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
517         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
518
519         /*
520          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
521          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
522          */
523         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
524                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
525                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
526                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
527                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
528                 goto done;
529         }
530
531         /*
532          * No corresponding connection was found in syncache.
533          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
534          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
535          * may not find a syncache entry.  In that case we're
536          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
537          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
538          */
539         if (sc == NULL) {
540                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
541                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
542                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
543                             "segment ignored\n", s, __func__);
544                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
545                 goto done;
546         }
547
548         /*
549          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
550          * if this is a valid reset segment.
551          * RFC 793 page 37:
552          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
553          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
554          *   valid if its sequence number is in the window.
555          *
556          *   The sequence number in the reset segment is normally an
557          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
558          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
559          *   of our receive window, and we have to handle this case.
560          */
561         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
562             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
563                 syncache_drop(sc, sch);
564                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
565                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
566                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
567                             s, __func__);
568                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
569         } else {
570                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
571                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
572                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
573                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
574                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
575         }
576
577 done:
578         if (s != NULL)
579                 free(s, M_TCPLOG);
580         SCH_UNLOCK(sch);
581 }
582
583 void
584 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
585 {
586         struct syncache *sc;
587         struct syncache_head *sch;
588
589         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
590         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
591         if (sc != NULL) {
592                 syncache_drop(sc, sch);
593                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
594         }
595         SCH_UNLOCK(sch);
596 }
597
598 void
599 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
600 {
601         struct syncache *sc;
602         struct syncache_head *sch;
603
604         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
605         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
606         if (sc == NULL)
607                 goto done;
608
609         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
610         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
611                 goto done;
612
613         /*
614          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
615          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
616          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
617          * spurious network outage.
618          *
619          * See tcp_notify().
620          */
621         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
622                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
623                 goto done;
624         }
625         syncache_drop(sc, sch);
626         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
627 done:
628         SCH_UNLOCK(sch);
629 }
630
631 /*
632  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
633  *
634  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
635  */
636 static struct socket *
637 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
638 {
639         struct tcp_function_block *blk;
640         struct inpcb *inp = NULL;
641         struct socket *so;
642         struct tcpcb *tp;
643         int error;
644         char *s;
645
646         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
647
648         /*
649          * Ok, create the full blown connection, and set things up
650          * as they would have been set up if we had created the
651          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
652          * the connection, abort it.
653          */
654         so = sonewconn(lso, 0);
655         if (so == NULL) {
656                 /*
657                  * Drop the connection; we will either send a RST or
658                  * have the peer retransmit its SYN again after its
659                  * RTO and try again.
660                  */
661                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
662                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
663                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
664                             "due to limits or memory shortage\n",
665                             s, __func__);
666                         free(s, M_TCPLOG);
667                 }
668                 goto abort2;
669         }
670 #ifdef MAC
671         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
672 #endif
673
674         inp = sotoinpcb(so);
675         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
676         INP_WLOCK(inp);
677         /*
678          * Exclusive pcbinfo lock is not required in syncache socket case even
679          * if two inpcb locks can be acquired simultaneously:
680          *  - the inpcb in LISTEN state,
681          *  - the newly created inp.
682          *
683          * In this case, an inp cannot be at same time in LISTEN state and
684          * just created by an accept() call.
685          */
686         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
687
688         /* Insert new socket into PCB hash list. */
689         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
690 #ifdef INET6
691         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
692                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
693         } else {
694                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
695                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
696 #endif
697                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
698 #ifdef INET6
699         }
700 #endif
701
702         /*
703          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
704          * inp with that particular flowid.
705          */
706         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
707                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
708                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
709         }
710
711         /*
712          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
713          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
714          * configured.
715          */
716         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
717         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
718                 /*
719                  * Undo the assignments above if we failed to
720                  * put the PCB on the hash lists.
721                  */
722 #ifdef INET6
723                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
724                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
725                 else
726 #endif
727                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
728                 inp->inp_lport = 0;
729                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
730                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
731                             "with error %i\n",
732                             s, __func__, error);
733                         free(s, M_TCPLOG);
734                 }
735                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
736                 goto abort;
737         }
738 #ifdef IPSEC
739         /* Copy old policy into new socket's. */
740         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
741                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
742 #endif
743 #ifdef INET6
744         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
745                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
746                 struct in6_addr laddr6;
747                 struct sockaddr_in6 sin6;
748                 /*
749                  * Inherit socket options from the listening socket.
750                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
751                  * copied, since it stores previously received options and is
752                  * used to detect if each new option is different than the
753                  * previous one and hence should be passed to a user.
754                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
755                  * receive options just after calling the accept system call.
756                  */
757                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
758                 if (oinp->in6p_outputopts)
759                         inp->in6p_outputopts =
760                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
761
762                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
763                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
764                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
765                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
766                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
767                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
768                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
769                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
770                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
771                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
772                         inp->in6p_laddr = laddr6;
773                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
774                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
775                                     "with error %i\n",
776                                     s, __func__, error);
777                                 free(s, M_TCPLOG);
778                         }
779                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
780                         goto abort;
781                 }
782                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
783                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
784                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
785         }
786 #endif /* INET6 */
787 #if defined(INET) && defined(INET6)
788         else
789 #endif
790 #ifdef INET
791         {
792                 struct in_addr laddr;
793                 struct sockaddr_in sin;
794
795                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
796                 
797                 if (inp->inp_options == NULL) {
798                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
799                         sc->sc_ipopts = NULL;
800                 }
801
802                 sin.sin_family = AF_INET;
803                 sin.sin_len = sizeof(sin);
804                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
805                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
806                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
807                 laddr = inp->inp_laddr;
808                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
809                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
810                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
811                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
812                         inp->inp_laddr = laddr;
813                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
814                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
815                                     "with error %i\n",
816                                     s, __func__, error);
817                                 free(s, M_TCPLOG);
818                         }
819                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
820                         goto abort;
821                 }
822         }
823 #endif /* INET */
824         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
825         tp = intotcpcb(inp);
826         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
827         tp->iss = sc->sc_iss;
828         tp->irs = sc->sc_irs;
829         tcp_rcvseqinit(tp);
830         tcp_sendseqinit(tp);
831         blk = sototcpcb(lso)->t_fb;
832         if (blk != tp->t_fb) {
833                 /*
834                  * Our parents t_fb was not the default,
835                  * we need to release our ref on tp->t_fb and 
836                  * pickup one on the new entry.
837                  */
838                 struct tcp_function_block *rblk;
839                 
840                 rblk = find_and_ref_tcp_fb(blk);
841                 KASSERT(rblk != NULL,
842                     ("cannot find blk %p out of syncache?", blk));
843                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)
844                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)(tp);
845                 refcount_release(&tp->t_fb->tfb_refcnt);
846                 tp->t_fb = rblk;
847                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init) {
848                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init)(tp);
849                 }
850         }               
851         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
852         tp->snd_max = tp->iss + 1;
853         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
854         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
855         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
856         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
857         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
858
859         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
860         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
861                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
862         else {
863                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
864                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
865                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
866                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
867                 }
868                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
869                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
870                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
871                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
872                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
873                 }
874 #ifdef TCP_SIGNATURE
875                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
876                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
877 #endif
878                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
879                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
880         }
881
882         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
883                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
884
885         /*
886          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
887          * This might overwrite some of the defaults we just set.
888          */
889         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
890
891         /*
892          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
893          * limited to one segment in cc_conn_init().
894          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
895          */
896         if (sc->sc_rxmits > 1)
897                 tp->snd_cwnd = 1;
898
899 #ifdef TCP_OFFLOAD
900         /*
901          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
902          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
903          * new connection before the TOE driver has done its thing.
904          */
905         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
906                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
907
908                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
909         }
910 #endif
911         /*
912          * Copy and activate timers.
913          */
914         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
915         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
916         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
917         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
918         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
919
920         soisconnected(so);
921
922         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
923         return (so);
924
925 abort:
926         INP_WUNLOCK(inp);
927 abort2:
928         if (so != NULL)
929                 soabort(so);
930         return (NULL);
931 }
932
933 /*
934  * This function gets called when we receive an ACK for a
935  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
936  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
937  * the cache and turn it into a full-blown connection in
938  * the SYN-RECEIVED state.
939  *
940  * On syncache_socket() success the newly created socket
941  * has its underlying inp locked.
942  */
943 int
944 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
945     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
946 {
947         struct syncache *sc;
948         struct syncache_head *sch;
949         struct syncache scs;
950         char *s;
951
952         /*
953          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
954          * and create a new socket.
955          */
956         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
957         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
958             ("%s: can handle only ACK", __func__));
959
960         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
961         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
962
963 #ifdef INVARIANTS
964         /*
965          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
966          * values with the reconstructed values from the cookie.
967          */
968         if (sc != NULL)
969                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
970 #endif
971
972         if (sc == NULL) {
973                 /*
974                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
975                  * a returning syncookie.  To do this, first:
976                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
977                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
978                  *     if we've never received a SYN.
979                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
980                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
981                  */
982                 if (!V_tcp_syncookies) {
983                         SCH_UNLOCK(sch);
984                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
985                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
986                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
987                                     s, __func__);
988                         goto failed;
989                 }
990                 bzero(&scs, sizeof(scs));
991                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
992                 SCH_UNLOCK(sch);
993                 if (sc == NULL) {
994                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
995                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
996                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
997                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
998                         goto failed;
999                 }
1000         } else {
1001                 /*
1002                  * Pull out the entry to unlock the bucket row.
1003                  * 
1004                  * NOTE: We must decrease TCPS_SYN_RECEIVED count here, not
1005                  * tcp_state_change().  The tcpcb is not existent at this
1006                  * moment.  A new one will be allocated via syncache_socket->
1007                  * sonewconn->tcp_usr_attach in TCPS_CLOSED state, then
1008                  * syncache_socket() will change it to TCPS_SYN_RECEIVED.
1009                  */
1010                 TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1011                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1012                 sch->sch_length--;
1013 #ifdef TCP_OFFLOAD
1014                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1015                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1016
1017                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1018                 }
1019 #endif
1020                 SCH_UNLOCK(sch);
1021         }
1022
1023         /*
1024          * Segment validation:
1025          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1026          */
1027         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1028                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1029                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1030                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1031                 goto failed;
1032         }
1033
1034         /*
1035          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1036          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1037          */
1038         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1039             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1040                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1041                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1042                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1043                 goto failed;
1044         }
1045
1046         /*
1047          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1048          * must not appear on any segment during this session.
1049          */
1050         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1051                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1052                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1053                             "segment rejected\n", s, __func__);
1054                 goto failed;
1055         }
1056
1057         /*
1058          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1059          * appear on every segment during this session.
1060          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1061          * reports of non-compliants stacks.
1062          */
1063         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1064                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1065                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1066                             "no action\n", s, __func__);
1067                         free(s, M_TCPLOG);
1068                         s = NULL;
1069                 }
1070         }
1071
1072         /*
1073          * If timestamps were negotiated the reflected timestamp
1074          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK.
1075          */
1076         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1077                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1078                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1079                             "segment rejected\n",
1080                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1081                 goto failed;
1082         }
1083
1084         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1085
1086         if (*lsop == NULL)
1087                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1088         else
1089                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1090
1091 /* how do we find the inp for the new socket? */
1092         if (sc != &scs)
1093                 syncache_free(sc);
1094         return (1);
1095 failed:
1096         if (sc != NULL && sc != &scs)
1097                 syncache_free(sc);
1098         if (s != NULL)
1099                 free(s, M_TCPLOG);
1100         *lsop = NULL;
1101         return (0);
1102 }
1103
1104 #ifdef TCP_RFC7413
1105 static void
1106 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1107     uint64_t response_cookie)
1108 {
1109         struct inpcb *inp;
1110         struct tcpcb *tp;
1111         unsigned int *pending_counter;
1112
1113         /*
1114          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1115          * and create a new socket.
1116          */
1117         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1118
1119         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1120         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1121         if (*lsop == NULL) {
1122                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1123                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1124         } else {
1125                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1126                 tp = intotcpcb(inp);
1127                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1128                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1129                 tp->snd_max = tp->iss;
1130                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1131                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1132                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1133         }
1134 }
1135 #endif /* TCP_RFC7413 */
1136
1137 /*
1138  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1139  * this to the syn cache, and send back a segment:
1140  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1141  * to the source.
1142  *
1143  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1144  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1145  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1146  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1147  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1148  * the data, we avoid this DoS scenario.
1149  *
1150  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1151  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1152  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1153  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1154  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1155  * TFO-socket-creation path was taken.
1156  */
1157 int
1158 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1159     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1160     void *todctx)
1161 {
1162         struct tcpcb *tp;
1163         struct socket *so;
1164         struct syncache *sc = NULL;
1165         struct syncache_head *sch;
1166         struct mbuf *ipopts = NULL;
1167         u_int ltflags;
1168         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1169         char *s;
1170         int rv = 0;
1171 #ifdef INET6
1172         int autoflowlabel = 0;
1173 #endif
1174 #ifdef MAC
1175         struct label *maclabel;
1176 #endif
1177         struct syncache scs;
1178         struct ucred *cred;
1179 #ifdef TCP_RFC7413
1180         uint64_t tfo_response_cookie;
1181         int tfo_cookie_valid = 0;
1182         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1183 #endif
1184
1185         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1186         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1187             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1188
1189         /*
1190          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1191          * soon as possible.
1192          */
1193         so = *lsop;
1194         tp = sototcpcb(so);
1195         cred = crhold(so->so_cred);
1196
1197 #ifdef INET6
1198         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1199             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1200                 autoflowlabel = 1;
1201 #endif
1202         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1203         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1204         win = sbspace(&so->so_rcv);
1205         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1206         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1207
1208 #ifdef TCP_RFC7413
1209         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1210             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1211                 /*
1212                  * Limit the number of pending TFO connections to
1213                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1214                  * SYN floods from starving the service by filling the
1215                  * listen queue with bogus TFO connections.
1216                  */
1217                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1218                     (so->so_qlimit / 2)) {
1219                         int result;
1220
1221                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1222                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1223                             &tfo_response_cookie);
1224                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1225                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1226                 } else
1227                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1228         }
1229 #endif
1230
1231         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1232         so = NULL;
1233         tp = NULL;
1234
1235 #ifdef MAC
1236         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1237                 INP_WUNLOCK(inp);
1238                 goto done;
1239         } else
1240                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1241 #endif
1242 #ifdef TCP_RFC7413
1243         if (!tfo_cookie_valid)
1244 #endif
1245                 INP_WUNLOCK(inp);
1246
1247         /*
1248          * Remember the IP options, if any.
1249          */
1250 #ifdef INET6
1251         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1252 #endif
1253 #ifdef INET
1254                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1255 #else
1256                 ipopts = NULL;
1257 #endif
1258
1259         /*
1260          * See if we already have an entry for this connection.
1261          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1262          *
1263          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1264          * of the new SYN here (which may have different options?)
1265          *
1266          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1267          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1268          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1269          * drop the current entry and create a new one?
1270          */
1271         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1272         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1273         if (sc != NULL) {
1274 #ifdef TCP_RFC7413
1275                 if (tfo_cookie_valid)
1276                         INP_WUNLOCK(inp);
1277 #endif
1278                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1279                 if (ipopts) {
1280                         /*
1281                          * If we were remembering a previous source route,
1282                          * forget it and use the new one we've been given.
1283                          */
1284                         if (sc->sc_ipopts)
1285                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1286                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1287                 }
1288                 /*
1289                  * Update timestamp if present.
1290                  */
1291                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1292                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1293                 else
1294                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1295 #ifdef MAC
1296                 /*
1297                  * Since we have already unconditionally allocated label
1298                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1299                  * have an initialized label we can use.
1300                  */
1301                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1302 #endif
1303                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1304                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1305                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1306                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1307                             s, __func__);
1308                         free(s, M_TCPLOG);
1309                 }
1310                 if (syncache_respond(sc, sch, 1) == 0) {
1311                         sc->sc_rxmits = 0;
1312                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1313                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1314                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1315                 }
1316                 SCH_UNLOCK(sch);
1317                 goto done;
1318         }
1319
1320 #ifdef TCP_RFC7413
1321         if (tfo_cookie_valid) {
1322                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1323                 sc = &scs;
1324                 goto skip_alloc;
1325         }
1326 #endif
1327
1328         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1329         if (sc == NULL) {
1330                 /*
1331                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1332                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1333                  * entry and insert the new one.
1334                  */
1335                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1336                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
1337                         syncache_drop(sc, sch);
1338                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1339                 if (sc == NULL) {
1340                         if (V_tcp_syncookies) {
1341                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1342                                 sc = &scs;
1343                         } else {
1344                                 SCH_UNLOCK(sch);
1345                                 if (ipopts)
1346                                         (void) m_free(ipopts);
1347                                 goto done;
1348                         }
1349                 }
1350         }
1351
1352 #ifdef TCP_RFC7413
1353 skip_alloc:
1354         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1355                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1356 #endif
1357
1358         /*
1359          * Fill in the syncache values.
1360          */
1361 #ifdef MAC
1362         sc->sc_label = maclabel;
1363 #endif
1364         sc->sc_cred = cred;
1365         cred = NULL;
1366         sc->sc_ipopts = ipopts;
1367         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1368 #ifdef INET6
1369         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1370 #endif
1371         {
1372                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1373                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1374         }
1375 #ifdef TCP_OFFLOAD
1376         sc->sc_tod = tod;
1377         sc->sc_todctx = todctx;
1378 #endif
1379         sc->sc_irs = th->th_seq;
1380         sc->sc_iss = arc4random();
1381         sc->sc_flags = 0;
1382         sc->sc_flowlabel = 0;
1383
1384         /*
1385          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1386          * win was derived from socket earlier in the function.
1387          */
1388         win = imax(win, 0);
1389         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1390         sc->sc_wnd = win;
1391
1392         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1393                 /*
1394                  * A timestamp received in a SYN makes
1395                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1396                  */
1397                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1398                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1399                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1400                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1401                 }
1402                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1403                         int wscale = 0;
1404
1405                         /*
1406                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1407                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1408                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1409                          *
1410                          * We do this because there are broken firewalls that
1411                          * will corrupt the window scale option, leading to
1412                          * the other endpoint believing that our advertised
1413                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1414                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1415                          * leading to serious problems when traversing these
1416                          * broken firewalls.
1417                          *
1418                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1419                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1420                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1421                          * for the compatiblity problems mentioned above.
1422                          *
1423                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1424                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1425                          */
1426                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1427                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1428                                 wscale++;
1429                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1430                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1431                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1432                 }
1433         }
1434 #ifdef TCP_SIGNATURE
1435         /*
1436          * If listening socket requested TCP digests, OR received SYN
1437          * contains the option, flag this in the syncache so that
1438          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1439          */
1440         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE || ltflags & TF_SIGNATURE)
1441                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1442 #endif
1443         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1444                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1445         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1446                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1447         if (ltflags & TF_NOOPT)
1448                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1449         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1450                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1451
1452         if (V_tcp_syncookies)
1453                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1454 #ifdef INET6
1455         if (autoflowlabel) {
1456                 if (V_tcp_syncookies)
1457                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1458                 else
1459                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1460                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1461         }
1462 #endif
1463         SCH_UNLOCK(sch);
1464
1465 #ifdef TCP_RFC7413
1466         if (tfo_cookie_valid) {
1467                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1468                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1469                 rv = 1;
1470                 goto tfo_done;
1471         }
1472 #endif
1473
1474         /*
1475          * Do a standard 3-way handshake.
1476          */
1477         if (syncache_respond(sc, sch, 0) == 0) {
1478                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1479                         syncache_free(sc);
1480                 else if (sc != &scs)
1481                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1482                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1483                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1484         } else {
1485                 if (sc != &scs)
1486                         syncache_free(sc);
1487                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1488         }
1489
1490 done:
1491         if (m) {
1492                 *lsop = NULL;
1493                 m_freem(m);
1494         }
1495 #ifdef TCP_RFC7413
1496 tfo_done:
1497 #endif
1498         if (cred != NULL)
1499                 crfree(cred);
1500 #ifdef MAC
1501         if (sc == &scs)
1502                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1503 #endif
1504         return (rv);
1505 }
1506
1507 static int
1508 syncache_respond(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int locked)
1509 {
1510         struct ip *ip = NULL;
1511         struct mbuf *m;
1512         struct tcphdr *th = NULL;
1513         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1514         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1515         struct tcpopt to;
1516 #ifdef INET6
1517         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1518 #endif
1519 #ifdef TCP_SIGNATURE
1520         struct secasvar *sav;
1521 #endif
1522
1523         hlen =
1524 #ifdef INET6
1525                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1526 #endif
1527                 sizeof(struct ip);
1528         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1529
1530         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1531         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1532         if (sc->sc_peer_mss)
1533                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1534
1535         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1536         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1537             ("syncache: mbuf too small"));
1538
1539         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1540         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1541         if (m == NULL)
1542                 return (ENOBUFS);
1543 #ifdef MAC
1544         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1545 #endif
1546         m->m_data += max_linkhdr;
1547         m->m_len = tlen;
1548         m->m_pkthdr.len = tlen;
1549         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1550
1551 #ifdef INET6
1552         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1553                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1554                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1555                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1556                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1557                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1558                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1559                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1560                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1561                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1562
1563                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1564         }
1565 #endif
1566 #if defined(INET6) && defined(INET)
1567         else
1568 #endif
1569 #ifdef INET
1570         {
1571                 ip = mtod(m, struct ip *);
1572                 ip->ip_v = IPVERSION;
1573                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1574                 ip->ip_len = htons(tlen);
1575                 ip->ip_id = 0;
1576                 ip->ip_off = 0;
1577                 ip->ip_sum = 0;
1578                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1579                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1580                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1581                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1582                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1583
1584                 /*
1585                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1586                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1587                  *
1588                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1589                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1590                  */
1591                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1592                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1593
1594                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1595         }
1596 #endif /* INET */
1597         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1598         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1599
1600         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1601         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1602         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1603         th->th_x2 = 0;
1604         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1605         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1606         th->th_urp = 0;
1607
1608         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1609                 th->th_flags |= TH_ECE;
1610                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1611         }
1612
1613         /* Tack on the TCP options. */
1614         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1615                 to.to_flags = 0;
1616
1617                 to.to_mss = mssopt;
1618                 to.to_flags = TOF_MSS;
1619                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1620                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1621                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1622                 }
1623                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1624                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1625                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1626                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1627                         to.to_flags |= TOF_TS;
1628                 }
1629                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1630                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1631 #ifdef TCP_SIGNATURE
1632                 sav = NULL;
1633                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1634                         sav = tcp_get_sav(m, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1635                         if (sav != NULL)
1636                                 to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1637                         else {
1638
1639                                 /*
1640                                  * We've got SCF_SIGNATURE flag
1641                                  * inherited from listening socket,
1642                                  * but no SADB key for given source
1643                                  * address. Assume signature is not
1644                                  * required and remove signature flag
1645                                  * instead of silently dropping
1646                                  * connection.
1647                                  */
1648                                 if (locked == 0)
1649                                         SCH_LOCK(sch);
1650                                 sc->sc_flags &= ~SCF_SIGNATURE;
1651                                 if (locked == 0)
1652                                         SCH_UNLOCK(sch);
1653                         }
1654                 }
1655 #endif
1656
1657 #ifdef TCP_RFC7413
1658                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1659                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1660                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1661                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1662                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1663                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1664                 }
1665 #endif
1666                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1667
1668                 /* Adjust headers by option size. */
1669                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1670                 m->m_len += optlen;
1671                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1672
1673 #ifdef TCP_SIGNATURE
1674                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1675                         tcp_signature_do_compute(m, 0, optlen,
1676                             to.to_signature, sav);
1677 #endif
1678 #ifdef INET6
1679                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1680                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1681                 else
1682 #endif
1683                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1684         } else
1685                 optlen = 0;
1686
1687         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1688         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1689 #ifdef INET6
1690         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1691                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1692                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1693                     IPPROTO_TCP, 0);
1694                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1695 #ifdef TCP_OFFLOAD
1696                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1697                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1698
1699                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1700
1701                         return (error);
1702                 }
1703 #endif
1704                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1705         }
1706 #endif
1707 #if defined(INET6) && defined(INET)
1708         else
1709 #endif
1710 #ifdef INET
1711         {
1712                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1713                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1714                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1715 #ifdef TCP_OFFLOAD
1716                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1717                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1718
1719                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1720
1721                         return (error);
1722                 }
1723 #endif
1724                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1725         }
1726 #endif
1727         return (error);
1728 }
1729
1730 /*
1731  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1732  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1733  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1734  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1735  *
1736  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1737  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1738  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1739  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1740  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1741  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1742  *
1743  * The only reliable information persisting the 3WHS is our inital sequence
1744  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1745  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1746  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1747  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1748  *
1749  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1750  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1751  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1752  *
1753  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1754  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1755  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1756  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1757  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1758  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1759  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1760  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1761  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1762  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1763  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1764  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1765  *   making us under-estimate the available window size halving our
1766  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1767  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1768  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1769  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1770  *   the ACK has them.
1771  *
1772  * Security of syncookies and attack vectors:
1773  *
1774  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1775  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1776  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1777  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1778  * MAC are embedded into the ISS.
1779  *
1780  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1781  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1782  * 15-30 seconds.
1783  *
1784  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1785  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1786  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1787  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1788  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1789  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1790  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1791  *
1792  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1793  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1794  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1795  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1796  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1797  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1798  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1799  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1800  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1801  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1802  *
1803  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1804  * exhaustion attack vector itself.
1805  *
1806  * References:
1807  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1808  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1809  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1810  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1811  *
1812  *
1813  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1814  *  0        1         2         3
1815  *  12345678901234567890123456789012
1816  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1817  *
1818  *  x 24 MAC (truncated)
1819  *  W  3 Send Window Scale index
1820  *  M  3 MSS index
1821  *  S  1 SACK permitted
1822  *  P  1 Odd/even secret
1823  */
1824
1825 /*
1826  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1827  * rounded down to the next lower one.
1828  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1829  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1830  */
1831 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1832
1833 /*
1834  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1835  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1836  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1837  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1838  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1839  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1840  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1841  * direction) is encoded with index zero.
1842  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1843  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1844  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1845  */
1846 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1847
1848 /*
1849  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1850  * and good cryptographic properties.
1851  */
1852 static uint32_t
1853 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1854     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1855 {
1856         SIPHASH_CTX ctx;
1857         uint32_t siphash[2];
1858
1859         SipHash24_Init(&ctx);
1860         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1861         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1862 #ifdef INET
1863         case 0:
1864                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1865                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1866                 break;
1867 #endif
1868 #ifdef INET6
1869         case INC_ISIPV6:
1870                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1871                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1872                 break;
1873 #endif
1874         }
1875         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1876         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1877         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1878         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1879         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1880         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1881
1882         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1883 }
1884
1885 static tcp_seq
1886 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1887 {
1888         u_int i, mss, secbit, wscale;
1889         uint32_t iss, hash;
1890         uint8_t *secbits;
1891         union syncookie cookie;
1892
1893         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1894
1895         cookie.cookie = 0;
1896
1897         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1898         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1899         for (i = nitems(tcp_sc_msstab) - 1; tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1900              i--)
1901                 ;
1902         cookie.flags.mss_idx = i;
1903
1904         /*
1905          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1906          * the wscale option was received.
1907          */
1908         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1909                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1910                 for (i = nitems(tcp_sc_wstab) - 1;
1911                     tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1912                      i--)
1913                         ;
1914                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1915         }
1916
1917         /* Can we do SACK? */
1918         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1919                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1920
1921         /* Which of the two secrets to use. */
1922         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1923         cookie.flags.odd_even = secbit;
1924
1925         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1926         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1927             (uintptr_t)sch);
1928
1929         /*
1930          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1931          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1932          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1933          * wire.
1934          */
1935         iss = hash & ~0xff;
1936         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1937
1938         /* Randomize the timestamp. */
1939         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1940                 sc->sc_ts = arc4random();
1941                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
1942         }
1943
1944         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
1945         return (iss);
1946 }
1947
1948 static struct syncache *
1949 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
1950     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
1951     struct socket *lso)
1952 {
1953         uint32_t hash;
1954         uint8_t *secbits;
1955         tcp_seq ack, seq;
1956         int wnd, wscale = 0;
1957         union syncookie cookie;
1958
1959         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1960
1961         /*
1962          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
1963          * advances.
1964          */
1965         ack = th->th_ack - 1;
1966         seq = th->th_seq - 1;
1967
1968         /*
1969          * Unpack the flags containing enough information to restore the
1970          * connection.
1971          */
1972         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
1973
1974         /* Which of the two secrets to use. */
1975         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
1976
1977         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
1978
1979         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
1980         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
1981                 return (NULL);
1982
1983         /* Fill in the syncache values. */
1984         sc->sc_flags = 0;
1985         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1986         sc->sc_ipopts = NULL;
1987         
1988         sc->sc_irs = seq;
1989         sc->sc_iss = ack;
1990
1991         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1992 #ifdef INET
1993         case 0:
1994                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
1995                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
1996                 break;
1997 #endif
1998 #ifdef INET6
1999         case INC_ISIPV6:
2000                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
2001                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
2002                 break;
2003 #endif
2004         }
2005
2006         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
2007
2008         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
2009         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
2010                 wscale++;
2011
2012         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
2013         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2014                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2015                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2016                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2017         }
2018
2019         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2020         wnd = imax(wnd, 0);
2021         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2022         sc->sc_wnd = wnd;
2023
2024         if (cookie.flags.sack_ok)
2025                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2026
2027         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2028                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2029                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2030                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2031                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2032         }
2033
2034         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2035                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2036
2037         sc->sc_rxmits = 0;
2038
2039         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2040         return (sc);
2041 }
2042
2043 #ifdef INVARIANTS
2044 static int
2045 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2046     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2047     struct socket *lso)
2048 {
2049         struct syncache scs, *scx;
2050         char *s;
2051
2052         bzero(&scs, sizeof(scs));
2053         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2054
2055         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2056                 return (0);
2057
2058         if (scx != NULL) {
2059                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2060                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2061                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2062
2063                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2064                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2065                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2066                             scx->sc_requested_r_scale);
2067
2068                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2069                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2070                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2071                             scx->sc_requested_s_scale);
2072
2073                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2074                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2075         }
2076
2077         if (s != NULL)
2078                 free(s, M_TCPLOG);
2079         return (0);
2080 }
2081 #endif /* INVARIANTS */
2082
2083 static void
2084 syncookie_reseed(void *arg)
2085 {
2086         struct tcp_syncache *sc = arg;
2087         uint8_t *secbits;
2088         int secbit;
2089
2090         /*
2091          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2092          * It only must be ensured that the new random values are visible
2093          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2094          * semantics ensures that.
2095          */
2096         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2097         secbits = sc->secret.key[secbit];
2098         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2099         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2100
2101         /* Reschedule ourself. */
2102         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2103 }
2104
2105 /*
2106  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2107  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2108  * called only from tcp_pcblist.
2109  *
2110  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2111  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2112  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2113  */
2114 int
2115 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2116 {
2117         struct xtcpcb xt;
2118         struct syncache *sc;
2119         struct syncache_head *sch;
2120         int count, error, i;
2121
2122         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2123                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2124                 SCH_LOCK(sch);
2125                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2126                         if (count >= max_pcbs) {
2127                                 SCH_UNLOCK(sch);
2128                                 goto exit;
2129                         }
2130                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2131                                 continue;
2132                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2133                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2134                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2135                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2136                         else
2137                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2138                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2139                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2140                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2141                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2142                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2143                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2144                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2145                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2146                         if (error) {
2147                                 SCH_UNLOCK(sch);
2148                                 goto exit;
2149                         }
2150                         count++;
2151                 }
2152                 SCH_UNLOCK(sch);
2153         }
2154 exit:
2155         *pcbs_exported = count;
2156         return error;
2157 }