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