]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.3.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
- Copy stable/10@296371 to releng/10.3 in preparation for 10.3-RC1
[FreeBSD/releng/10.3.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/kernel.h>
44 #include <sys/sysctl.h>
45 #include <sys/limits.h>
46 #include <sys/lock.h>
47 #include <sys/mutex.h>
48 #include <sys/malloc.h>
49 #include <sys/mbuf.h>
50 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
51 #include <sys/random.h>
52 #include <sys/socket.h>
53 #include <sys/socketvar.h>
54 #include <sys/syslog.h>
55 #include <sys/ucred.h>
56
57 #include <sys/md5.h>
58 #include <crypto/siphash/siphash.h>
59
60 #include <vm/uma.h>
61
62 #include <net/if.h>
63 #include <net/route.h>
64 #include <net/vnet.h>
65
66 #include <netinet/in.h>
67 #include <netinet/in_systm.h>
68 #include <netinet/ip.h>
69 #include <netinet/in_var.h>
70 #include <netinet/in_pcb.h>
71 #include <netinet/ip_var.h>
72 #include <netinet/ip_options.h>
73 #ifdef INET6
74 #include <netinet/ip6.h>
75 #include <netinet/icmp6.h>
76 #include <netinet6/nd6.h>
77 #include <netinet6/ip6_var.h>
78 #include <netinet6/in6_pcb.h>
79 #endif
80 #include <netinet/tcp.h>
81 #ifdef TCP_RFC7413
82 #include <netinet/tcp_fastopen.h>
83 #endif
84 #include <netinet/tcp_fsm.h>
85 #include <netinet/tcp_seq.h>
86 #include <netinet/tcp_timer.h>
87 #include <netinet/tcp_var.h>
88 #include <netinet/tcp_syncache.h>
89 #ifdef INET6
90 #include <netinet6/tcp6_var.h>
91 #endif
92 #ifdef TCP_OFFLOAD
93 #include <netinet/toecore.h>
94 #endif
95
96 #ifdef IPSEC
97 #include <netipsec/ipsec.h>
98 #ifdef INET6
99 #include <netipsec/ipsec6.h>
100 #endif
101 #include <netipsec/key.h>
102 #endif /*IPSEC*/
103
104 #include <machine/in_cksum.h>
105
106 #include <security/mac/mac_framework.h>
107
108 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookies) = 1;
109 #define V_tcp_syncookies                VNET(tcp_syncookies)
110 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_RW,
111     &VNET_NAME(tcp_syncookies), 0,
112     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
113
114 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookiesonly) = 0;
115 #define V_tcp_syncookiesonly            VNET(tcp_syncookiesonly)
116 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_RW,
117     &VNET_NAME(tcp_syncookiesonly), 0,
118     "Use only TCP SYN cookies");
119
120 #ifdef TCP_OFFLOAD
121 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
122 #endif
123
124 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
125 static void      syncache_free(struct syncache *);
126 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
127 static int       syncache_respond(struct syncache *);
128 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
129                     struct mbuf *m);
130 static int       syncache_sysctl_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
131 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
132                     int docallout);
133 static void      syncache_timer(void *);
134
135 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
136                     uint8_t *, uintptr_t);
137 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
138 static struct syncache
139                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
140                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
141                     struct socket *);
142 static void      syncookie_reseed(void *);
143 #ifdef INVARIANTS
144 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
145                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
146                     struct socket *lso);
147 #endif
148
149 /*
150  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
151  * 3 retransmits corresponds to a timeout of 3 * (1 + 2 + 4 + 8) == 45 seconds,
152  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
153  */
154 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
155
156 /* Arbitrary values */
157 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
158 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
159
160 static VNET_DEFINE(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
161 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
162
163 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0,
164     "TCP SYN cache");
165
166 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_RDTUN,
167     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
168     "Per-bucket hash limit for syncache");
169
170 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_RDTUN,
171     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
172     "Overall entry limit for syncache");
173
174 SYSCTL_VNET_PROC(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, (CTLTYPE_UINT|CTLFLAG_RD),
175     NULL, 0, &syncache_sysctl_count, "IU",
176     "Current number of entries in syncache");
177
178 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_RDTUN,
179     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
180     "Size of TCP syncache hashtable");
181
182 SYSCTL_VNET_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_RW,
183     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
184     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
185
186 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
187 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
188     CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
189     "Send reset on socket allocation failure");
190
191 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
192
193 #define SYNCACHE_HASH(inc, mask)                                        \
194         ((V_tcp_syncache.hash_secret ^                                  \
195           (inc)->inc_faddr.s_addr ^                                     \
196           ((inc)->inc_faddr.s_addr >> 16) ^                             \
197           (inc)->inc_fport ^ (inc)->inc_lport) & mask)
198
199 #define SYNCACHE_HASH6(inc, mask)                                       \
200         ((V_tcp_syncache.hash_secret ^                                  \
201           (inc)->inc6_faddr.s6_addr32[0] ^                              \
202           (inc)->inc6_faddr.s6_addr32[3] ^                              \
203           (inc)->inc_fport ^ (inc)->inc_lport) & mask)
204
205 #define ENDPTS_EQ(a, b) (                                               \
206         (a)->ie_fport == (b)->ie_fport &&                               \
207         (a)->ie_lport == (b)->ie_lport &&                               \
208         (a)->ie_faddr.s_addr == (b)->ie_faddr.s_addr &&                 \
209         (a)->ie_laddr.s_addr == (b)->ie_laddr.s_addr                    \
210 )
211
212 #define ENDPTS6_EQ(a, b) (memcmp(a, b, sizeof(*a)) == 0)
213
214 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
215 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
216 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
217
218 /*
219  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
220  */
221 static void
222 syncache_free(struct syncache *sc)
223 {
224
225         if (sc->sc_ipopts)
226                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
227         if (sc->sc_cred)
228                 crfree(sc->sc_cred);
229 #ifdef MAC
230         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
231 #endif
232
233         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
234 }
235
236 void
237 syncache_init(void)
238 {
239         int i;
240
241         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
242         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
243         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
244         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
245
246         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
247             &V_tcp_syncache.hashsize);
248         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
249             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
250         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
251             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
252                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
253                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
254         }
255         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
256
257         /* Set limits. */
258         V_tcp_syncache.cache_limit =
259             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
260         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
261             &V_tcp_syncache.cache_limit);
262
263         /* Allocate the hash table. */
264         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
265             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
266
267 #ifdef VIMAGE
268         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
269 #endif
270
271         /* Initialize the hash buckets. */
272         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
273                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
274                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
275                          NULL, MTX_DEF);
276                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
277                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
278                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
279                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
280         }
281
282         /* Create the syncache entry zone. */
283         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
284             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
285         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
286             V_tcp_syncache.cache_limit);
287
288         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
289         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
290         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
291         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
292         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
293             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
294 }
295
296 #ifdef VIMAGE
297 void
298 syncache_destroy(void)
299 {
300         struct syncache_head *sch;
301         struct syncache *sc, *nsc;
302         int i;
303
304         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
305         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
306
307                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
308                 callout_drain(&sch->sch_timer);
309
310                 SCH_LOCK(sch);
311                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
312                         syncache_drop(sc, sch);
313                 SCH_UNLOCK(sch);
314                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
315                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
316                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
317                     __func__, sch->sch_length));
318                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
319         }
320
321         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
322             ("%s: cache_count not 0", __func__));
323
324         /* Free the allocated global resources. */
325         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
326         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
327
328         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
329 }
330 #endif
331
332 static int
333 syncache_sysctl_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
334 {
335         int count;
336
337         count = uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone);
338         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
339 }
340
341 /*
342  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
343  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
344  */
345 static void
346 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
347 {
348         struct syncache *sc2;
349
350         SCH_LOCK(sch);
351
352         /*
353          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
354          * If the bucket is full, toss the oldest element.
355          */
356         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
357                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
358                         ("sch->sch_length incorrect"));
359                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
360                 syncache_drop(sc2, sch);
361                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
362         }
363
364         /* Put it into the bucket. */
365         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
366         sch->sch_length++;
367
368 #ifdef TCP_OFFLOAD
369         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
370                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
371
372                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
373         }
374 #endif
375
376         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
377         if (sch->sch_length == 1)
378                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
379         syncache_timeout(sc, sch, 1);
380
381         SCH_UNLOCK(sch);
382
383         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
384 }
385
386 /*
387  * Remove and free entry from syncache bucket row.
388  * Expects locked syncache head.
389  */
390 static void
391 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
392 {
393
394         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
395
396         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
397         sch->sch_length--;
398
399 #ifdef TCP_OFFLOAD
400         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
401                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
402
403                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
404         }
405 #endif
406
407         syncache_free(sc);
408 }
409
410 /*
411  * Engage/reengage time on bucket row.
412  */
413 static void
414 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
415 {
416         sc->sc_rxttime = ticks +
417                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
418         sc->sc_rxmits++;
419         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
420                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
421                 if (docallout)
422                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
423                             syncache_timer, (void *)sch);
424         }
425 }
426
427 /*
428  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
429  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
430  * One separate timer for each bucket row.
431  */
432 static void
433 syncache_timer(void *xsch)
434 {
435         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
436         struct syncache *sc, *nsc;
437         int tick = ticks;
438         char *s;
439
440         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
441
442         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
443         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
444
445         /*
446          * In the following cycle we may remove some entries and/or
447          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
448          */
449         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
450
451         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
452                 /*
453                  * We do not check if the listen socket still exists
454                  * and accept the case where the listen socket may be
455                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
456                  * not expect this to happens often. If it does,
457                  * then the RST will be sent by the time the remote
458                  * host does the SYN/ACK->ACK.
459                  */
460                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
461                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
462                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
463                         continue;
464                 }
465                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
466                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
467                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
468                                     "giving up and removing syncache entry\n",
469                                     s, __func__);
470                                 free(s, M_TCPLOG);
471                         }
472                         syncache_drop(sc, sch);
473                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
474                         continue;
475                 }
476                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
477                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
478                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
479                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
480                         free(s, M_TCPLOG);
481                 }
482
483                 (void) syncache_respond(sc);
484                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
485                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
486         }
487         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
488                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
489                         syncache_timer, (void *)(sch));
490         CURVNET_RESTORE();
491 }
492
493 /*
494  * Find an entry in the syncache.
495  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
496  */
497 static struct syncache *
498 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
499 {
500         struct syncache *sc;
501         struct syncache_head *sch;
502
503 #ifdef INET6
504         if (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
505                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[
506                     SYNCACHE_HASH6(inc, V_tcp_syncache.hashmask)];
507                 *schp = sch;
508
509                 SCH_LOCK(sch);
510
511                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
512                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
513                         if (ENDPTS6_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
514                                 return (sc);
515                 }
516         } else
517 #endif
518         {
519                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[
520                     SYNCACHE_HASH(inc, V_tcp_syncache.hashmask)];
521                 *schp = sch;
522
523                 SCH_LOCK(sch);
524
525                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
526                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
527 #ifdef INET6
528                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
529                                 continue;
530 #endif
531                         if (ENDPTS_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
532                                 return (sc);
533                 }
534         }
535         SCH_LOCK_ASSERT(*schp);
536         return (NULL);                  /* always returns with locked sch */
537 }
538
539 /*
540  * This function is called when we get a RST for a
541  * non-existent connection, so that we can see if the
542  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
543  */
544 void
545 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
546 {
547         struct syncache *sc;
548         struct syncache_head *sch;
549         char *s = NULL;
550
551         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
552         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
553
554         /*
555          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
556          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
557          */
558         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
559                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
560                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
561                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
562                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
563                 goto done;
564         }
565
566         /*
567          * No corresponding connection was found in syncache.
568          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
569          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
570          * may not find a syncache entry.  In that case we're
571          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
572          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
573          */
574         if (sc == NULL) {
575                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
576                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
577                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
578                             "segment ignored\n", s, __func__);
579                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
580                 goto done;
581         }
582
583         /*
584          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
585          * if this is a valid reset segment.
586          * RFC 793 page 37:
587          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
588          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
589          *   valid if its sequence number is in the window.
590          *
591          *   The sequence number in the reset segment is normally an
592          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
593          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
594          *   of our receive window, and we have to handle this case.
595          */
596         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
597             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
598                 syncache_drop(sc, sch);
599                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
600                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
601                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
602                             s, __func__);
603                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
604         } else {
605                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
606                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
607                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
608                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
609                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
610         }
611
612 done:
613         if (s != NULL)
614                 free(s, M_TCPLOG);
615         SCH_UNLOCK(sch);
616 }
617
618 void
619 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
620 {
621         struct syncache *sc;
622         struct syncache_head *sch;
623
624         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
625         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
626         if (sc != NULL) {
627                 syncache_drop(sc, sch);
628                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
629         }
630         SCH_UNLOCK(sch);
631 }
632
633 void
634 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
635 {
636         struct syncache *sc;
637         struct syncache_head *sch;
638
639         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
640         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
641         if (sc == NULL)
642                 goto done;
643
644         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
645         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
646                 goto done;
647
648         /*
649          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
650          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
651          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
652          * spurious network outage.
653          *
654          * See tcp_notify().
655          */
656         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
657                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
658                 goto done;
659         }
660         syncache_drop(sc, sch);
661         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
662 done:
663         SCH_UNLOCK(sch);
664 }
665
666 /*
667  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
668  */
669 static struct socket *
670 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
671 {
672         struct inpcb *inp = NULL;
673         struct socket *so;
674         struct tcpcb *tp;
675         int error;
676         char *s;
677
678         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
679
680         /*
681          * Ok, create the full blown connection, and set things up
682          * as they would have been set up if we had created the
683          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
684          * the connection, abort it.
685          */
686         so = sonewconn(lso, SS_ISCONNECTED);
687         if (so == NULL) {
688                 /*
689                  * Drop the connection; we will either send a RST or
690                  * have the peer retransmit its SYN again after its
691                  * RTO and try again.
692                  */
693                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
694                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
695                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
696                             "due to limits or memory shortage\n",
697                             s, __func__);
698                         free(s, M_TCPLOG);
699                 }
700                 goto abort2;
701         }
702 #ifdef MAC
703         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
704 #endif
705
706         inp = sotoinpcb(so);
707         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
708         INP_WLOCK(inp);
709         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
710
711         /* Insert new socket into PCB hash list. */
712         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
713 #ifdef INET6
714         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
715                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
716         } else {
717                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
718                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
719 #endif
720                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
721 #ifdef INET6
722         }
723 #endif
724
725         /*
726          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
727          * inp with that particular flowid.
728          */
729         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
730                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
731                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
732         }
733
734         /*
735          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
736          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
737          * configured.
738          */
739         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
740         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
741                 /*
742                  * Undo the assignments above if we failed to
743                  * put the PCB on the hash lists.
744                  */
745 #ifdef INET6
746                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
747                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
748                 else
749 #endif
750                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
751                 inp->inp_lport = 0;
752                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
753                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
754                             "with error %i\n",
755                             s, __func__, error);
756                         free(s, M_TCPLOG);
757                 }
758                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
759                 goto abort;
760         }
761 #ifdef IPSEC
762         /* Copy old policy into new socket's. */
763         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
764                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
765 #endif
766 #ifdef INET6
767         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
768                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
769                 struct in6_addr laddr6;
770                 struct sockaddr_in6 sin6;
771                 /*
772                  * Inherit socket options from the listening socket.
773                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
774                  * copied, since it stores previously received options and is
775                  * used to detect if each new option is different than the
776                  * previous one and hence should be passed to a user.
777                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
778                  * receive options just after calling the accept system call.
779                  */
780                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
781                 if (oinp->in6p_outputopts)
782                         inp->in6p_outputopts =
783                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
784
785                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
786                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
787                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
788                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
789                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
790                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
791                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
792                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
793                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
794                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
795                         inp->in6p_laddr = laddr6;
796                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
797                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
798                                     "with error %i\n",
799                                     s, __func__, error);
800                                 free(s, M_TCPLOG);
801                         }
802                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
803                         goto abort;
804                 }
805                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
806                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
807                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
808         }
809 #endif /* INET6 */
810 #if defined(INET) && defined(INET6)
811         else
812 #endif
813 #ifdef INET
814         {
815                 struct in_addr laddr;
816                 struct sockaddr_in sin;
817
818                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
819                 
820                 if (inp->inp_options == NULL) {
821                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
822                         sc->sc_ipopts = NULL;
823                 }
824
825                 sin.sin_family = AF_INET;
826                 sin.sin_len = sizeof(sin);
827                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
828                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
829                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
830                 laddr = inp->inp_laddr;
831                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
832                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
833                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
834                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
835                         inp->inp_laddr = laddr;
836                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
837                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
838                                     "with error %i\n",
839                                     s, __func__, error);
840                                 free(s, M_TCPLOG);
841                         }
842                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
843                         goto abort;
844                 }
845         }
846 #endif /* INET */
847         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
848         tp = intotcpcb(inp);
849         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
850         tp->iss = sc->sc_iss;
851         tp->irs = sc->sc_irs;
852         tcp_rcvseqinit(tp);
853         tcp_sendseqinit(tp);
854         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
855         tp->snd_max = tp->iss + 1;
856         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
857         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
858         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
859         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
860         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
861
862         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
863         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
864                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
865         else {
866                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
867                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
868                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
869                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
870                 }
871                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
872                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
873                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
874                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
875                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
876                 }
877 #ifdef TCP_SIGNATURE
878                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
879                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
880 #endif
881                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
882                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
883         }
884
885         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
886                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
887
888         /*
889          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
890          * This might overwrite some of the defaults we just set.
891          */
892         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
893
894         /*
895          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
896          * limited to one segment in cc_conn_init().
897          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
898          */
899         if (sc->sc_rxmits > 1)
900                 tp->snd_cwnd = 1;
901
902 #ifdef TCP_OFFLOAD
903         /*
904          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
905          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
906          * new connection before the TOE driver has done its thing.
907          */
908         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
909                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
910
911                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
912         }
913 #endif
914         /*
915          * Copy and activate timers.
916          */
917         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
918         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
919         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
920         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
921         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
922
923         INP_WUNLOCK(inp);
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 int
944 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
945     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
946 {
947         struct syncache *sc;
948         struct syncache_head *sch;
949         struct syncache scs;
950         char *s;
951
952         /*
953          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
954          * and create a new socket.
955          */
956         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
957         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
958             ("%s: can handle only ACK", __func__));
959
960         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
961         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
962
963 #ifdef INVARIANTS
964         /*
965          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
966          * values with the reconstructed values from the cookie.
967          */
968         if (sc != NULL)
969                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
970 #endif
971
972         if (sc == NULL) {
973                 /*
974                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
975                  * a returning syncookie.  To do this, first:
976                  *  A. See if this socket has had a syncache entry dropped in
977                  *     the past.  We don't want to accept a bogus syncookie
978                  *     if we've never received a SYN.
979                  *  B. check that the syncookie is valid.  If it is, then
980                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
981                  */
982                 if (!V_tcp_syncookies) {
983                         SCH_UNLOCK(sch);
984                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
985                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
986                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
987                                     s, __func__);
988                         goto failed;
989                 }
990                 bzero(&scs, sizeof(scs));
991                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
992                 SCH_UNLOCK(sch);
993                 if (sc == NULL) {
994                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
995                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
996                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
997                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
998                         goto failed;
999                 }
1000         } else {
1001                 /* Pull out the entry to unlock the bucket row. */
1002                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1003                 sch->sch_length--;
1004 #ifdef TCP_OFFLOAD
1005                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1006                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1007
1008                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1009                 }
1010 #endif
1011                 SCH_UNLOCK(sch);
1012         }
1013
1014         /*
1015          * Segment validation:
1016          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1017          */
1018         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1019                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1020                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1021                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1022                 goto failed;
1023         }
1024
1025         /*
1026          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1027          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1028          */
1029         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1030             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1031                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1032                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1033                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1034                 goto failed;
1035         }
1036
1037         /*
1038          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1039          * must not appear on any segment during this session.
1040          */
1041         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1042                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1043                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1044                             "segment rejected\n", s, __func__);
1045                 goto failed;
1046         }
1047
1048         /*
1049          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1050          * appear on every segment during this session.
1051          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1052          * reports of non-compliants stacks.
1053          */
1054         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1055                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1056                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1057                             "no action\n", s, __func__);
1058                         free(s, M_TCPLOG);
1059                         s = NULL;
1060                 }
1061         }
1062
1063         /*
1064          * If timestamps were negotiated the reflected timestamp
1065          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK.
1066          */
1067         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1068                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1069                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1070                             "segment rejected\n",
1071                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1072                 goto failed;
1073         }
1074
1075         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1076
1077         if (*lsop == NULL)
1078                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1079         else
1080                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1081
1082 /* how do we find the inp for the new socket? */
1083         if (sc != &scs)
1084                 syncache_free(sc);
1085         return (1);
1086 failed:
1087         if (sc != NULL && sc != &scs)
1088                 syncache_free(sc);
1089         if (s != NULL)
1090                 free(s, M_TCPLOG);
1091         *lsop = NULL;
1092         return (0);
1093 }
1094
1095 #ifdef TCP_RFC7413
1096 static void
1097 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1098     uint64_t response_cookie)
1099 {
1100         struct inpcb *inp;
1101         struct tcpcb *tp;
1102         unsigned int *pending_counter;
1103
1104         /*
1105          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1106          * and create a new socket.
1107          */
1108         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1109
1110         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1111         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1112         if (*lsop == NULL) {
1113                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1114                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1115         } else {
1116                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1117                 tp = intotcpcb(inp);
1118                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1119                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1120                 tp->snd_max = tp->iss;
1121                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1122                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1123                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1124         }
1125 }
1126 #endif /* TCP_RFC7413 */
1127
1128 /*
1129  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1130  * this to the syn cache, and send back a segment:
1131  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1132  * to the source.
1133  *
1134  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1135  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1136  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1137  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1138  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1139  * the data, we avoid this DoS scenario.
1140  *
1141  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1142  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1143  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1144  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1145  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1146  * TFO-socket-creation path was taken.
1147  */
1148 int
1149 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1150     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1151     void *todctx)
1152 {
1153         struct tcpcb *tp;
1154         struct socket *so;
1155         struct syncache *sc = NULL;
1156         struct syncache_head *sch;
1157         struct mbuf *ipopts = NULL;
1158         u_int ltflags;
1159         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1160         char *s;
1161         int rv = 0;
1162 #ifdef INET6
1163         int autoflowlabel = 0;
1164 #endif
1165 #ifdef MAC
1166         struct label *maclabel;
1167 #endif
1168         struct syncache scs;
1169         struct ucred *cred;
1170 #ifdef TCP_RFC7413
1171         uint64_t tfo_response_cookie;
1172         int tfo_cookie_valid = 0;
1173         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1174 #endif
1175
1176         INP_INFO_WLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1177         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1178         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1179             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1180
1181         /*
1182          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1183          * soon as possible.
1184          */
1185         so = *lsop;
1186         tp = sototcpcb(so);
1187         cred = crhold(so->so_cred);
1188
1189 #ifdef INET6
1190         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1191             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1192                 autoflowlabel = 1;
1193 #endif
1194         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1195         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1196         win = sbspace(&so->so_rcv);
1197         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1198         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1199
1200 #ifdef TCP_RFC7413
1201         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1202             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1203                 /*
1204                  * Limit the number of pending TFO connections to
1205                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1206                  * SYN floods from starving the service by filling the
1207                  * listen queue with bogus TFO connections.
1208                  */
1209                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1210                     (so->so_qlimit / 2)) {
1211                         int result;
1212
1213                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1214                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1215                             &tfo_response_cookie);
1216                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1217                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1218                 } else
1219                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1220         }
1221 #endif
1222
1223         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1224         so = NULL;
1225         tp = NULL;
1226
1227 #ifdef MAC
1228         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1229                 INP_WUNLOCK(inp);
1230                 INP_INFO_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
1231                 goto done;
1232         } else
1233                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1234 #endif
1235 #ifdef TCP_RFC7413
1236         if (!tfo_cookie_valid) {
1237                 INP_WUNLOCK(inp);
1238                 INP_INFO_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
1239         }
1240 #else
1241         INP_WUNLOCK(inp);
1242         INP_INFO_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
1243 #endif
1244         
1245         /*
1246          * Remember the IP options, if any.
1247          */
1248 #ifdef INET6
1249         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1250 #endif
1251 #ifdef INET
1252                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1253 #else
1254                 ipopts = NULL;
1255 #endif
1256
1257         /*
1258          * See if we already have an entry for this connection.
1259          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1260          *
1261          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1262          * of the new SYN here (which may have different options?)
1263          *
1264          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1265          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1266          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1267          * drop the current entry and create a new one?
1268          */
1269         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1270         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1271         if (sc != NULL) {
1272 #ifdef TCP_RFC7413
1273                 if (tfo_cookie_valid) {
1274                         INP_WUNLOCK(inp);
1275                         INP_INFO_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
1276                 }
1277 #endif
1278                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1279                 if (ipopts) {
1280                         /*
1281                          * If we were remembering a previous source route,
1282                          * forget it and use the new one we've been given.
1283                          */
1284                         if (sc->sc_ipopts)
1285                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1286                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1287                 }
1288                 /*
1289                  * Update timestamp if present.
1290                  */
1291                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1292                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1293                 else
1294                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1295 #ifdef MAC
1296                 /*
1297                  * Since we have already unconditionally allocated label
1298                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1299                  * have an initialized label we can use.
1300                  */
1301                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1302 #endif
1303                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1304                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1305                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1306                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1307                             s, __func__);
1308                         free(s, M_TCPLOG);
1309                 }
1310                 if (syncache_respond(sc) == 0) {
1311                         sc->sc_rxmits = 0;
1312                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1313                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1314                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1315                 }
1316                 SCH_UNLOCK(sch);
1317                 goto done;
1318         }
1319
1320 #ifdef TCP_RFC7413
1321         if (tfo_cookie_valid) {
1322                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1323                 sc = &scs;
1324                 goto skip_alloc;
1325         }
1326 #endif
1327
1328         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1329         if (sc == NULL) {
1330                 /*
1331                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1332                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1333                  * entry and insert the new one.
1334                  */
1335                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1336                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL)
1337                         syncache_drop(sc, sch);
1338                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1339                 if (sc == NULL) {
1340                         if (V_tcp_syncookies) {
1341                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1342                                 sc = &scs;
1343                         } else {
1344                                 SCH_UNLOCK(sch);
1345                                 if (ipopts)
1346                                         (void) m_free(ipopts);
1347                                 goto done;
1348                         }
1349                 }
1350         }
1351
1352 #ifdef TCP_RFC7413
1353 skip_alloc:
1354         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1355                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1356 #endif
1357
1358         /*
1359          * Fill in the syncache values.
1360          */
1361 #ifdef MAC
1362         sc->sc_label = maclabel;
1363 #endif
1364         sc->sc_cred = cred;
1365         cred = NULL;
1366         sc->sc_ipopts = ipopts;
1367         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1368 #ifdef INET6
1369         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1370 #endif
1371         {
1372                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1373                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1374         }
1375 #ifdef TCP_OFFLOAD
1376         sc->sc_tod = tod;
1377         sc->sc_todctx = todctx;
1378 #endif
1379         sc->sc_irs = th->th_seq;
1380         sc->sc_iss = arc4random();
1381         sc->sc_flags = 0;
1382         sc->sc_flowlabel = 0;
1383
1384         /*
1385          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1386          * win was derived from socket earlier in the function.
1387          */
1388         win = imax(win, 0);
1389         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1390         sc->sc_wnd = win;
1391
1392         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1393                 /*
1394                  * A timestamp received in a SYN makes
1395                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1396                  */
1397                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1398                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1399                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1400                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1401                 }
1402                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1403                         int wscale = 0;
1404
1405                         /*
1406                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1407                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1408                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1409                          *
1410                          * We do this because there are broken firewalls that
1411                          * will corrupt the window scale option, leading to
1412                          * the other endpoint believing that our advertised
1413                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1414                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1415                          * leading to serious problems when traversing these
1416                          * broken firewalls.
1417                          *
1418                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1419                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1420                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1421                          * for the compatiblity problems mentioned above.
1422                          *
1423                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1424                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1425                          */
1426                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1427                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1428                                 wscale++;
1429                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1430                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1431                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1432                 }
1433         }
1434 #ifdef TCP_SIGNATURE
1435         /*
1436          * If listening socket requested TCP digests, and received SYN
1437          * contains the option, flag this in the syncache so that
1438          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1439          * XXX: Currently we always record the option by default and will
1440          * attempt to use it in syncache_respond().
1441          */
1442         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE || ltflags & TF_SIGNATURE)
1443                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1444 #endif
1445         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1446                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1447         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1448                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1449         if (ltflags & TF_NOOPT)
1450                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1451         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1452                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1453
1454         if (V_tcp_syncookies)
1455                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1456 #ifdef INET6
1457         if (autoflowlabel) {
1458                 if (V_tcp_syncookies)
1459                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1460                 else
1461                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1462                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1463         }
1464 #endif
1465         SCH_UNLOCK(sch);
1466
1467 #ifdef TCP_RFC7413
1468         if (tfo_cookie_valid) {
1469                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1470                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1471                 rv = 1;
1472                 goto tfo_done;
1473         }
1474 #endif
1475
1476         /*
1477          * Do a standard 3-way handshake.
1478          */
1479         if (syncache_respond(sc) == 0) {
1480                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1481                         syncache_free(sc);
1482                 else if (sc != &scs)
1483                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1484                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1485                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1486         } else {
1487                 if (sc != &scs)
1488                         syncache_free(sc);
1489                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1490         }
1491
1492 done:
1493         if (m) {
1494                 *lsop = NULL;
1495                 m_freem(m);
1496         }
1497 #ifdef TCP_RFC7413
1498 tfo_done:
1499 #endif
1500         if (cred != NULL)
1501                 crfree(cred);
1502 #ifdef MAC
1503         if (sc == &scs)
1504                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1505 #endif
1506         return (rv);
1507 }
1508
1509 static int
1510 syncache_respond(struct syncache *sc)
1511 {
1512         struct ip *ip = NULL;
1513         struct mbuf *m;
1514         struct tcphdr *th = NULL;
1515         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1516         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1517         struct tcpopt to;
1518 #ifdef INET6
1519         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1520 #endif
1521
1522         hlen =
1523 #ifdef INET6
1524                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1525 #endif
1526                 sizeof(struct ip);
1527         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1528
1529         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1530         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1531         if (sc->sc_peer_mss)
1532                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1533
1534         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1535         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1536             ("syncache: mbuf too small"));
1537
1538         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1539         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1540         if (m == NULL)
1541                 return (ENOBUFS);
1542 #ifdef MAC
1543         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1544 #endif
1545         m->m_data += max_linkhdr;
1546         m->m_len = tlen;
1547         m->m_pkthdr.len = tlen;
1548         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1549
1550 #ifdef INET6
1551         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1552                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1553                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1554                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1555                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1556                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1557                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1558                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1559                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1560                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1561
1562                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1563         }
1564 #endif
1565 #if defined(INET6) && defined(INET)
1566         else
1567 #endif
1568 #ifdef INET
1569         {
1570                 ip = mtod(m, struct ip *);
1571                 ip->ip_v = IPVERSION;
1572                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1573                 ip->ip_len = htons(tlen);
1574                 ip->ip_id = 0;
1575                 ip->ip_off = 0;
1576                 ip->ip_sum = 0;
1577                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1578                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1579                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1580                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1581                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1582
1583                 /*
1584                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1585                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1586                  *
1587                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1588                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1589                  */
1590                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1591                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1592
1593                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1594         }
1595 #endif /* INET */
1596         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1597         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1598
1599         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1600         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1601         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1602         th->th_x2 = 0;
1603         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1604         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1605         th->th_urp = 0;
1606
1607         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1608                 th->th_flags |= TH_ECE;
1609                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1610         }
1611
1612         /* Tack on the TCP options. */
1613         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1614                 to.to_flags = 0;
1615
1616                 to.to_mss = mssopt;
1617                 to.to_flags = TOF_MSS;
1618                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1619                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1620                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1621                 }
1622                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1623                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1624                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1625                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1626                         to.to_flags |= TOF_TS;
1627                 }
1628                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1629                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1630 #ifdef TCP_SIGNATURE
1631                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1632                         to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1633 #endif
1634
1635 #ifdef TCP_RFC7413
1636                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1637                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1638                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1639                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1640                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1641                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1642                 }
1643 #endif
1644                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1645
1646                 /* Adjust headers by option size. */
1647                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1648                 m->m_len += optlen;
1649                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1650
1651 #ifdef TCP_SIGNATURE
1652                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1653                         tcp_signature_compute(m, 0, 0, optlen,
1654                             to.to_signature, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1655 #endif
1656 #ifdef INET6
1657                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1658                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1659                 else
1660 #endif
1661                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1662         } else
1663                 optlen = 0;
1664
1665         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1666         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1667 #ifdef INET6
1668         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1669                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1670                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1671                     IPPROTO_TCP, 0);
1672                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1673 #ifdef TCP_OFFLOAD
1674                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1675                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1676
1677                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1678
1679                         return (error);
1680                 }
1681 #endif
1682                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1683         }
1684 #endif
1685 #if defined(INET6) && defined(INET)
1686         else
1687 #endif
1688 #ifdef INET
1689         {
1690                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1691                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1692                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1693 #ifdef TCP_OFFLOAD
1694                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1695                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1696
1697                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1698
1699                         return (error);
1700                 }
1701 #endif
1702                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1703         }
1704 #endif
1705         return (error);
1706 }
1707
1708 /*
1709  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1710  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1711  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1712  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1713  *
1714  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1715  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1716  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1717  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1718  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1719  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1720  *
1721  * The only reliable information persisting the 3WHS is our inital sequence
1722  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1723  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1724  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1725  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1726  *
1727  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1728  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1729  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1730  *
1731  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1732  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1733  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1734  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1735  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1736  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1737  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1738  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1739  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1740  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1741  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1742  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1743  *   making us under-estimate the available window size halving our
1744  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1745  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1746  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1747  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1748  *   the ACK has them.
1749  *
1750  * Security of syncookies and attack vectors:
1751  *
1752  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1753  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1754  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1755  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1756  * MAC are embedded into the ISS.
1757  *
1758  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1759  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1760  * 15-30 seconds.
1761  *
1762  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1763  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1764  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1765  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1766  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1767  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1768  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1769  *
1770  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1771  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1772  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1773  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1774  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1775  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1776  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1777  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1778  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1779  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1780  *
1781  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1782  * exhaustion attack vector itself.
1783  *
1784  * References:
1785  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1786  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1787  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1788  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1789  *
1790  *
1791  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1792  *  0        1         2         3
1793  *  12345678901234567890123456789012
1794  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1795  *
1796  *  x 24 MAC (truncated)
1797  *  W  3 Send Window Scale index
1798  *  M  3 MSS index
1799  *  S  1 SACK permitted
1800  *  P  1 Odd/even secret
1801  */
1802
1803 /*
1804  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1805  * rounded down to the next lower one.
1806  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1807  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1808  */
1809 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1810
1811 /*
1812  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1813  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1814  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1815  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1816  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1817  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1818  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1819  * direction) is encoded with index zero.
1820  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1821  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1822  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1823  */
1824 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1825
1826 /*
1827  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1828  * and good cryptographic properties.
1829  */
1830 static uint32_t
1831 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1832     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1833 {
1834         SIPHASH_CTX ctx;
1835         uint32_t siphash[2];
1836
1837         SipHash24_Init(&ctx);
1838         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1839         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1840 #ifdef INET
1841         case 0:
1842                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1843                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1844                 break;
1845 #endif
1846 #ifdef INET6
1847         case INC_ISIPV6:
1848                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1849                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1850                 break;
1851 #endif
1852         }
1853         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1854         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1855         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1856         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1857         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1858         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1859
1860         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1861 }
1862
1863 static tcp_seq
1864 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1865 {
1866         u_int i, mss, secbit, wscale;
1867         uint32_t iss, hash;
1868         uint8_t *secbits;
1869         union syncookie cookie;
1870
1871         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1872
1873         cookie.cookie = 0;
1874
1875         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1876         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1877         for (i = sizeof(tcp_sc_msstab) / sizeof(*tcp_sc_msstab) - 1;
1878              tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1879              i--)
1880                 ;
1881         cookie.flags.mss_idx = i;
1882
1883         /*
1884          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1885          * the wscale option was received.
1886          */
1887         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1888                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1889                 for (i = sizeof(tcp_sc_wstab) / sizeof(*tcp_sc_wstab) - 1;
1890                      tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1891                      i--)
1892                         ;
1893                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1894         }
1895
1896         /* Can we do SACK? */
1897         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1898                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1899
1900         /* Which of the two secrets to use. */
1901         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1902         cookie.flags.odd_even = secbit;
1903
1904         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1905         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1906             (uintptr_t)sch);
1907
1908         /*
1909          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1910          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1911          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1912          * wire.
1913          */
1914         iss = hash & ~0xff;
1915         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1916
1917         /* Randomize the timestamp. */
1918         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1919                 sc->sc_ts = arc4random();
1920                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
1921         }
1922
1923         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
1924         return (iss);
1925 }
1926
1927 static struct syncache *
1928 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
1929     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
1930     struct socket *lso)
1931 {
1932         uint32_t hash;
1933         uint8_t *secbits;
1934         tcp_seq ack, seq;
1935         int wnd, wscale = 0;
1936         union syncookie cookie;
1937
1938         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1939
1940         /*
1941          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
1942          * advances.
1943          */
1944         ack = th->th_ack - 1;
1945         seq = th->th_seq - 1;
1946
1947         /*
1948          * Unpack the flags containing enough information to restore the
1949          * connection.
1950          */
1951         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
1952
1953         /* Which of the two secrets to use. */
1954         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
1955
1956         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
1957
1958         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
1959         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
1960                 return (NULL);
1961
1962         /* Fill in the syncache values. */
1963         sc->sc_flags = 0;
1964         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1965         sc->sc_ipopts = NULL;
1966         
1967         sc->sc_irs = seq;
1968         sc->sc_iss = ack;
1969
1970         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1971 #ifdef INET
1972         case 0:
1973                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
1974                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
1975                 break;
1976 #endif
1977 #ifdef INET6
1978         case INC_ISIPV6:
1979                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
1980                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1981                 break;
1982 #endif
1983         }
1984
1985         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
1986
1987         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
1988         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1989                 wscale++;
1990
1991         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
1992         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
1993                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1994                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
1995                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1996         }
1997
1998         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
1999         wnd = imax(wnd, 0);
2000         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2001         sc->sc_wnd = wnd;
2002
2003         if (cookie.flags.sack_ok)
2004                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2005
2006         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2007                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2008                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2009                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2010                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2011         }
2012
2013         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2014                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2015
2016         sc->sc_rxmits = 0;
2017
2018         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2019         return (sc);
2020 }
2021
2022 #ifdef INVARIANTS
2023 static int
2024 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2025     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2026     struct socket *lso)
2027 {
2028         struct syncache scs, *scx;
2029         char *s;
2030
2031         bzero(&scs, sizeof(scs));
2032         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2033
2034         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2035                 return (0);
2036
2037         if (scx != NULL) {
2038                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2039                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2040                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2041
2042                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2043                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2044                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2045                             scx->sc_requested_r_scale);
2046
2047                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2048                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2049                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2050                             scx->sc_requested_s_scale);
2051
2052                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2053                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2054         }
2055
2056         if (s != NULL)
2057                 free(s, M_TCPLOG);
2058         return (0);
2059 }
2060 #endif /* INVARIANTS */
2061
2062 static void
2063 syncookie_reseed(void *arg)
2064 {
2065         struct tcp_syncache *sc = arg;
2066         uint8_t *secbits;
2067         int secbit;
2068
2069         /*
2070          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2071          * It only must be ensured that the new random values are visible
2072          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2073          * semantics ensures that.
2074          */
2075         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2076         secbits = sc->secret.key[secbit];
2077         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2078         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2079
2080         /* Reschedule ourself. */
2081         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2082 }
2083
2084 /*
2085  * Returns the current number of syncache entries.  This number
2086  * will probably change before you get around to calling 
2087  * syncache_pcblist.
2088  */
2089 int
2090 syncache_pcbcount(void)
2091 {
2092         struct syncache_head *sch;
2093         int count, i;
2094
2095         for (count = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2096                 /* No need to lock for a read. */
2097                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2098                 count += sch->sch_length;
2099         }
2100         return count;
2101 }
2102
2103 /*
2104  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2105  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2106  * called only from tcp_pcblist.
2107  *
2108  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2109  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2110  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2111  */
2112 int
2113 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2114 {
2115         struct xtcpcb xt;
2116         struct syncache *sc;
2117         struct syncache_head *sch;
2118         int count, error, i;
2119
2120         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2121                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2122                 SCH_LOCK(sch);
2123                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2124                         if (count >= max_pcbs) {
2125                                 SCH_UNLOCK(sch);
2126                                 goto exit;
2127                         }
2128                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2129                                 continue;
2130                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2131                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2132                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2133                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2134                         else
2135                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2136                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2137                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2138                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2139                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2140                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2141                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2142                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2143                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2144                         if (error) {
2145                                 SCH_UNLOCK(sch);
2146                                 goto exit;
2147                         }
2148                         count++;
2149                 }
2150                 SCH_UNLOCK(sch);
2151         }
2152 exit:
2153         *pcbs_exported = count;
2154         return error;
2155 }