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