]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
MFC r368207,368607:
[FreeBSD/stable/10.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 *, const struct mbuf *);
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                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_last_overflow =
281                     -(SYNCOOKIE_LIFETIME + 1);
282         }
283
284         /* Create the syncache entry zone. */
285         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
286             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
287         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
288             V_tcp_syncache.cache_limit);
289
290         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
291         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
292         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
293         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
294         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
295             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
296 }
297
298 #ifdef VIMAGE
299 void
300 syncache_destroy(void)
301 {
302         struct syncache_head *sch;
303         struct syncache *sc, *nsc;
304         int i;
305
306         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
307         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
308
309                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
310                 callout_drain(&sch->sch_timer);
311
312                 SCH_LOCK(sch);
313                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
314                         syncache_drop(sc, sch);
315                 SCH_UNLOCK(sch);
316                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
317                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
318                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
319                     __func__, sch->sch_length));
320                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
321         }
322
323         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
324             ("%s: cache_count not 0", __func__));
325
326         /* Free the allocated global resources. */
327         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
328         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
329
330         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
331 }
332 #endif
333
334 static int
335 syncache_sysctl_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
336 {
337         int count;
338
339         count = uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone);
340         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
341 }
342
343 /*
344  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
345  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
346  */
347 static void
348 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
349 {
350         struct syncache *sc2;
351
352         SCH_LOCK(sch);
353
354         /*
355          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
356          * If the bucket is full, toss the oldest element.
357          */
358         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
359                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
360                         ("sch->sch_length incorrect"));
361                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
362                 sch->sch_last_overflow = time_uptime;
363                 syncache_drop(sc2, sch);
364                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
365         }
366
367         /* Put it into the bucket. */
368         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
369         sch->sch_length++;
370
371 #ifdef TCP_OFFLOAD
372         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
373                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
374
375                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
376         }
377 #endif
378
379         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
380         if (sch->sch_length == 1)
381                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
382         syncache_timeout(sc, sch, 1);
383
384         SCH_UNLOCK(sch);
385
386         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
387 }
388
389 /*
390  * Remove and free entry from syncache bucket row.
391  * Expects locked syncache head.
392  */
393 static void
394 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
395 {
396
397         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
398
399         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
400         sch->sch_length--;
401
402 #ifdef TCP_OFFLOAD
403         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
404                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
405
406                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
407         }
408 #endif
409
410         syncache_free(sc);
411 }
412
413 /*
414  * Engage/reengage time on bucket row.
415  */
416 static void
417 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
418 {
419         sc->sc_rxttime = ticks +
420                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
421         sc->sc_rxmits++;
422         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
423                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
424                 if (docallout)
425                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
426                             syncache_timer, (void *)sch);
427         }
428 }
429
430 /*
431  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
432  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
433  * One separate timer for each bucket row.
434  */
435 static void
436 syncache_timer(void *xsch)
437 {
438         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
439         struct syncache *sc, *nsc;
440         int tick = ticks;
441         char *s;
442
443         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
444
445         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
446         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
447
448         /*
449          * In the following cycle we may remove some entries and/or
450          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
451          */
452         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
453
454         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
455                 /*
456                  * We do not check if the listen socket still exists
457                  * and accept the case where the listen socket may be
458                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
459                  * not expect this to happens often. If it does,
460                  * then the RST will be sent by the time the remote
461                  * host does the SYN/ACK->ACK.
462                  */
463                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
464                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
465                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
466                         continue;
467                 }
468                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
469                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
470                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
471                                     "giving up and removing syncache entry\n",
472                                     s, __func__);
473                                 free(s, M_TCPLOG);
474                         }
475                         syncache_drop(sc, sch);
476                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
477                         continue;
478                 }
479                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
480                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
481                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
482                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
483                         free(s, M_TCPLOG);
484                 }
485
486                 (void) syncache_respond(sc, NULL);
487                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
488                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
489         }
490         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
491                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
492                         syncache_timer, (void *)(sch));
493         CURVNET_RESTORE();
494 }
495
496 /*
497  * Find an entry in the syncache.
498  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
499  */
500 static struct syncache *
501 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
502 {
503         struct syncache *sc;
504         struct syncache_head *sch;
505
506 #ifdef INET6
507         if (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
508                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[
509                     SYNCACHE_HASH6(inc, V_tcp_syncache.hashmask)];
510                 *schp = sch;
511
512                 SCH_LOCK(sch);
513
514                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
515                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
516                         if (ENDPTS6_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
517                                 return (sc);
518                 }
519         } else
520 #endif
521         {
522                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[
523                     SYNCACHE_HASH(inc, V_tcp_syncache.hashmask)];
524                 *schp = sch;
525
526                 SCH_LOCK(sch);
527
528                 /* Circle through bucket row to find matching entry. */
529                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
530 #ifdef INET6
531                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
532                                 continue;
533 #endif
534                         if (ENDPTS_EQ(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie))
535                                 return (sc);
536                 }
537         }
538         SCH_LOCK_ASSERT(*schp);
539         return (NULL);                  /* always returns with locked sch */
540 }
541
542 /*
543  * This function is called when we get a RST for a
544  * non-existent connection, so that we can see if the
545  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
546  */
547 void
548 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
549 {
550         struct syncache *sc;
551         struct syncache_head *sch;
552         char *s = NULL;
553
554         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
555         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
556
557         /*
558          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
559          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
560          */
561         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
562                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
563                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
564                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
565                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
566                 goto done;
567         }
568
569         /*
570          * No corresponding connection was found in syncache.
571          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
572          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
573          * may not find a syncache entry.  In that case we're
574          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
575          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
576          */
577         if (sc == NULL) {
578                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
579                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
580                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
581                             "segment ignored\n", s, __func__);
582                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
583                 goto done;
584         }
585
586         /*
587          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
588          * if this is a valid reset segment.
589          * RFC 793 page 37:
590          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
591          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
592          *   valid if its sequence number is in the window.
593          *
594          *   The sequence number in the reset segment is normally an
595          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
596          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
597          *   of our receive window, and we have to handle this case.
598          */
599         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
600             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
601                 syncache_drop(sc, sch);
602                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
603                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
604                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
605                             s, __func__);
606                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
607         } else {
608                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
609                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
610                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
611                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
612                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
613         }
614
615 done:
616         if (s != NULL)
617                 free(s, M_TCPLOG);
618         SCH_UNLOCK(sch);
619 }
620
621 void
622 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
623 {
624         struct syncache *sc;
625         struct syncache_head *sch;
626
627         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
628         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
629         if (sc != NULL) {
630                 syncache_drop(sc, sch);
631                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
632         }
633         SCH_UNLOCK(sch);
634 }
635
636 void
637 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
638 {
639         struct syncache *sc;
640         struct syncache_head *sch;
641
642         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
643         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
644         if (sc == NULL)
645                 goto done;
646
647         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
648         if (ntohl(th->th_seq) != sc->sc_iss)
649                 goto done;
650
651         /*
652          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
653          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
654          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
655          * spurious network outage.
656          *
657          * See tcp_notify().
658          */
659         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
660                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
661                 goto done;
662         }
663         syncache_drop(sc, sch);
664         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
665 done:
666         SCH_UNLOCK(sch);
667 }
668
669 /*
670  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
671  *
672  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
673  */
674 static struct socket *
675 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
676 {
677         struct inpcb *inp = NULL;
678         struct socket *so;
679         struct tcpcb *tp;
680         int error;
681         char *s;
682
683         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
684
685         /*
686          * Ok, create the full blown connection, and set things up
687          * as they would have been set up if we had created the
688          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
689          * the connection, abort it.
690          */
691         so = sonewconn(lso, 0);
692         if (so == NULL) {
693                 /*
694                  * Drop the connection; we will either send a RST or
695                  * have the peer retransmit its SYN again after its
696                  * RTO and try again.
697                  */
698                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
699                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
700                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
701                             "due to limits or memory shortage\n",
702                             s, __func__);
703                         free(s, M_TCPLOG);
704                 }
705                 goto abort2;
706         }
707 #ifdef MAC
708         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
709 #endif
710
711         inp = sotoinpcb(so);
712         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
713         INP_WLOCK(inp);
714         /*
715          * Exclusive pcbinfo lock is not required in syncache socket case even
716          * if two inpcb locks can be acquired simultaneously:
717          *  - the inpcb in LISTEN state,
718          *  - the newly created inp.
719          *
720          * In this case, an inp cannot be at same time in LISTEN state and
721          * just created by an accept() call.
722          */
723         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
724
725         /* Insert new socket into PCB hash list. */
726         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
727 #ifdef INET6
728         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
729                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
730         } else {
731                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
732                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
733 #endif
734                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
735 #ifdef INET6
736         }
737 #endif
738
739         /*
740          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
741          * inp with that particular flowid.
742          */
743         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
744                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
745                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
746         }
747
748         /*
749          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
750          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
751          * configured.
752          */
753         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
754         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
755                 /*
756                  * Undo the assignments above if we failed to
757                  * put the PCB on the hash lists.
758                  */
759 #ifdef INET6
760                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
761                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
762                 else
763 #endif
764                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
765                 inp->inp_lport = 0;
766                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
767                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
768                             "with error %i\n",
769                             s, __func__, error);
770                         free(s, M_TCPLOG);
771                 }
772                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
773                 goto abort;
774         }
775 #ifdef IPSEC
776         /* Copy old policy into new socket's. */
777         if (ipsec_copy_policy(sotoinpcb(lso)->inp_sp, inp->inp_sp))
778                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
779 #endif
780 #ifdef INET6
781         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
782                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
783                 struct in6_addr laddr6;
784                 struct sockaddr_in6 sin6;
785                 /*
786                  * Inherit socket options from the listening socket.
787                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
788                  * copied, since it stores previously received options and is
789                  * used to detect if each new option is different than the
790                  * previous one and hence should be passed to a user.
791                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
792                  * receive options just after calling the accept system call.
793                  */
794                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
795                 if (oinp->in6p_outputopts)
796                         inp->in6p_outputopts =
797                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
798
799                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
800                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
801                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
802                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
803                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
804                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
805                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
806                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
807                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
808                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
809                         inp->in6p_laddr = laddr6;
810                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
811                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
812                                     "with error %i\n",
813                                     s, __func__, error);
814                                 free(s, M_TCPLOG);
815                         }
816                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
817                         goto abort;
818                 }
819                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
820                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
821                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
822         }
823 #endif /* INET6 */
824 #if defined(INET) && defined(INET6)
825         else
826 #endif
827 #ifdef INET
828         {
829                 struct in_addr laddr;
830                 struct sockaddr_in sin;
831
832                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
833                 
834                 if (inp->inp_options == NULL) {
835                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
836                         sc->sc_ipopts = NULL;
837                 }
838
839                 sin.sin_family = AF_INET;
840                 sin.sin_len = sizeof(sin);
841                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
842                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
843                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
844                 laddr = inp->inp_laddr;
845                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
846                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
847                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
848                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
849                         inp->inp_laddr = laddr;
850                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
851                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
852                                     "with error %i\n",
853                                     s, __func__, error);
854                                 free(s, M_TCPLOG);
855                         }
856                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
857                         goto abort;
858                 }
859         }
860 #endif /* INET */
861         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
862         tp = intotcpcb(inp);
863         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
864         tp->iss = sc->sc_iss;
865         tp->irs = sc->sc_irs;
866         tcp_rcvseqinit(tp);
867         tcp_sendseqinit(tp);
868         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
869         tp->snd_max = tp->iss + 1;
870         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
871         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
872         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
873         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
874         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
875
876         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
877         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
878                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
879         else {
880                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
881                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
882                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
883                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
884                 }
885                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
886                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
887                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
888                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
889                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
890                 }
891 #ifdef TCP_SIGNATURE
892                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
893                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
894 #endif
895                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
896                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
897         }
898
899         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
900                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
901
902         /*
903          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
904          * This might overwrite some of the defaults we just set.
905          */
906         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
907
908         /*
909          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
910          * limited to one segment in cc_conn_init().
911          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
912          */
913         if (sc->sc_rxmits > 1)
914                 tp->snd_cwnd = 1;
915
916 #ifdef TCP_OFFLOAD
917         /*
918          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
919          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
920          * new connection before the TOE driver has done its thing.
921          */
922         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
923                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
924
925                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
926         }
927 #endif
928         /*
929          * Copy and activate timers.
930          */
931         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
932         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
933         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
934         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
935         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
936
937         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
938         return (so);
939
940 abort:
941         INP_WUNLOCK(inp);
942 abort2:
943         if (so != NULL)
944                 soabort(so);
945         return (NULL);
946 }
947
948 /*
949  * This function gets called when we receive an ACK for a
950  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
951  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
952  * the cache and turn it into a full-blown connection in
953  * the SYN-RECEIVED state.
954  *
955  * On syncache_socket() success the newly created socket
956  * has its underlying inp locked.
957  */
958 int
959 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
960     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
961 {
962         struct syncache *sc;
963         struct syncache_head *sch;
964         struct syncache scs;
965         char *s;
966
967         /*
968          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
969          * and create a new socket.
970          */
971         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
972         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
973             ("%s: can handle only ACK", __func__));
974
975         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
976         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
977
978 #ifdef INVARIANTS
979         /*
980          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
981          * values with the reconstructed values from the cookie.
982          */
983         if (sc != NULL)
984                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
985 #endif
986
987         if (sc == NULL) {
988                 /*
989                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
990                  * a returning syncookie.  To do this, first:
991                  *  A. Check if syncookies are used in case of syncache
992                  *     overflows
993                  *  B. See if this socket has had a syncache entry dropped in
994                  *     the recent past. We don't want to accept a bogus
995                  *     syncookie if we've never received a SYN or accept it
996                  *     twice.
997                  *  C. check that the syncookie is valid.  If it is, then
998                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
999                  */
1000                 if (!V_tcp_syncookies) {
1001                         SCH_UNLOCK(sch);
1002                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1003                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
1004                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
1005                                     s, __func__);
1006                         goto failed;
1007                 }
1008                 if (!V_tcp_syncookiesonly &&
1009                     sch->sch_last_overflow < time_uptime - SYNCOOKIE_LIFETIME) {
1010                         SCH_UNLOCK(sch);
1011                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1012                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
1013                                     "segment rejected (no syncache entry)\n",
1014                                     s, __func__);
1015                         goto failed;
1016                 }
1017                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1018                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
1019                 SCH_UNLOCK(sch);
1020                 if (sc == NULL) {
1021                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1022                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
1023                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
1024                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
1025                         goto failed;
1026                 }
1027         } else {
1028                 /* Pull out the entry to unlock the bucket row. */
1029                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1030                 sch->sch_length--;
1031 #ifdef TCP_OFFLOAD
1032                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1033                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1034
1035                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1036                 }
1037 #endif
1038                 SCH_UNLOCK(sch);
1039         }
1040
1041         /*
1042          * Segment validation:
1043          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1044          */
1045         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1046                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1047                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1048                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1049                 goto failed;
1050         }
1051
1052         /*
1053          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1054          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1055          */
1056         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1057             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1058                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1059                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1060                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1061                 goto failed;
1062         }
1063
1064         /*
1065          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1066          * must not appear on any segment during this session.
1067          */
1068         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1069                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1070                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1071                             "segment rejected\n", s, __func__);
1072                 goto failed;
1073         }
1074
1075         /*
1076          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1077          * appear on every segment during this session.
1078          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1079          * reports of non-compliants stacks.
1080          */
1081         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1082                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1083                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1084                             "no action\n", s, __func__);
1085                         free(s, M_TCPLOG);
1086                         s = NULL;
1087                 }
1088         }
1089
1090         /*
1091          * If timestamps were negotiated the reflected timestamp
1092          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK.
1093          */
1094         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1095                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1096                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1097                             "segment rejected\n",
1098                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1099                 goto failed;
1100         }
1101
1102         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1103
1104         if (*lsop == NULL)
1105                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1106         else
1107                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1108
1109 /* how do we find the inp for the new socket? */
1110         if (sc != &scs)
1111                 syncache_free(sc);
1112         return (1);
1113 failed:
1114         if (sc != NULL && sc != &scs)
1115                 syncache_free(sc);
1116         if (s != NULL)
1117                 free(s, M_TCPLOG);
1118         *lsop = NULL;
1119         return (0);
1120 }
1121
1122 #ifdef TCP_RFC7413
1123 static void
1124 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1125     uint64_t response_cookie)
1126 {
1127         struct inpcb *inp;
1128         struct tcpcb *tp;
1129         unsigned int *pending_counter;
1130
1131         /*
1132          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1133          * and create a new socket.
1134          */
1135         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1136
1137         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1138         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1139         if (*lsop == NULL) {
1140                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1141                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1142         } else {
1143                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1144                 tp = intotcpcb(inp);
1145                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1146                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1147                 tp->snd_max = tp->iss;
1148                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1149                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1150                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1151         }
1152 }
1153 #endif /* TCP_RFC7413 */
1154
1155 /*
1156  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1157  * this to the syn cache, and send back a segment:
1158  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1159  * to the source.
1160  *
1161  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1162  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1163  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1164  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1165  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1166  * the data, we avoid this DoS scenario.
1167  *
1168  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1169  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1170  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1171  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1172  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1173  * TFO-socket-creation path was taken.
1174  */
1175 int
1176 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1177     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1178     void *todctx)
1179 {
1180         struct tcpcb *tp;
1181         struct socket *so;
1182         struct syncache *sc = NULL;
1183         struct syncache_head *sch;
1184         struct mbuf *ipopts = NULL;
1185         u_int ltflags;
1186         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1187         char *s;
1188         int rv = 0;
1189 #ifdef INET6
1190         int autoflowlabel = 0;
1191 #endif
1192 #ifdef MAC
1193         struct label *maclabel;
1194 #endif
1195         struct syncache scs;
1196         struct ucred *cred;
1197 #ifdef TCP_RFC7413
1198         uint64_t tfo_response_cookie;
1199         int tfo_cookie_valid = 0;
1200         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1201 #endif
1202
1203         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1204         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1205             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1206
1207         /*
1208          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1209          * soon as possible.
1210          */
1211         so = *lsop;
1212         tp = sototcpcb(so);
1213         cred = crhold(so->so_cred);
1214
1215 #ifdef INET6
1216         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1217             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1218                 autoflowlabel = 1;
1219 #endif
1220         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1221         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1222         win = sbspace(&so->so_rcv);
1223         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1224         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1225
1226 #ifdef TCP_RFC7413
1227         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1228             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1229                 /*
1230                  * Limit the number of pending TFO connections to
1231                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1232                  * SYN floods from starving the service by filling the
1233                  * listen queue with bogus TFO connections.
1234                  */
1235                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1236                     (so->so_qlimit / 2)) {
1237                         int result;
1238
1239                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1240                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1241                             &tfo_response_cookie);
1242                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1243                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1244                 } else
1245                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1246         }
1247 #endif
1248
1249         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1250         so = NULL;
1251         tp = NULL;
1252
1253 #ifdef MAC
1254         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1255                 INP_WUNLOCK(inp);
1256                 goto done;
1257         } else
1258                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1259 #endif
1260 #ifdef TCP_RFC7413
1261         if (!tfo_cookie_valid)
1262 #endif
1263                 INP_WUNLOCK(inp);
1264
1265         /*
1266          * Remember the IP options, if any.
1267          */
1268 #ifdef INET6
1269         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1270 #endif
1271 #ifdef INET
1272                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1273 #else
1274                 ipopts = NULL;
1275 #endif
1276
1277         /*
1278          * See if we already have an entry for this connection.
1279          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1280          *
1281          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1282          * of the new SYN here (which may have different options?)
1283          *
1284          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1285          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1286          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1287          * drop the current entry and create a new one?
1288          */
1289         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1290         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1291         if (sc != NULL) {
1292 #ifdef TCP_RFC7413
1293                 if (tfo_cookie_valid)
1294                         INP_WUNLOCK(inp);
1295 #endif
1296                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1297                 if (ipopts) {
1298                         /*
1299                          * If we were remembering a previous source route,
1300                          * forget it and use the new one we've been given.
1301                          */
1302                         if (sc->sc_ipopts)
1303                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1304                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1305                 }
1306                 /*
1307                  * Update timestamp if present.
1308                  */
1309                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1310                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1311                 else
1312                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1313 #ifdef MAC
1314                 /*
1315                  * Since we have already unconditionally allocated label
1316                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1317                  * have an initialized label we can use.
1318                  */
1319                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1320 #endif
1321                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1322                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1323                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1324                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1325                             s, __func__);
1326                         free(s, M_TCPLOG);
1327                 }
1328                 if (syncache_respond(sc, m) == 0) {
1329                         sc->sc_rxmits = 0;
1330                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1331                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1332                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1333                 }
1334                 SCH_UNLOCK(sch);
1335                 goto done;
1336         }
1337
1338 #ifdef TCP_RFC7413
1339         if (tfo_cookie_valid) {
1340                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1341                 sc = &scs;
1342                 goto skip_alloc;
1343         }
1344 #endif
1345
1346         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1347         if (sc == NULL) {
1348                 /*
1349                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1350                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1351                  * entry and insert the new one.
1352                  */
1353                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1354                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL) {
1355                         sch->sch_last_overflow = time_uptime;
1356                         syncache_drop(sc, sch);
1357                 }
1358                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1359                 if (sc == NULL) {
1360                         if (V_tcp_syncookies) {
1361                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1362                                 sc = &scs;
1363                         } else {
1364                                 SCH_UNLOCK(sch);
1365                                 if (ipopts)
1366                                         (void) m_free(ipopts);
1367                                 goto done;
1368                         }
1369                 }
1370         }
1371
1372 #ifdef TCP_RFC7413
1373 skip_alloc:
1374         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1375                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1376 #endif
1377
1378         /*
1379          * Fill in the syncache values.
1380          */
1381 #ifdef MAC
1382         sc->sc_label = maclabel;
1383 #endif
1384         sc->sc_cred = cred;
1385         cred = NULL;
1386         sc->sc_ipopts = ipopts;
1387         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1388 #ifdef INET6
1389         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1390 #endif
1391         {
1392                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1393                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1394         }
1395 #ifdef TCP_OFFLOAD
1396         sc->sc_tod = tod;
1397         sc->sc_todctx = todctx;
1398 #endif
1399         sc->sc_irs = th->th_seq;
1400         sc->sc_iss = arc4random();
1401         sc->sc_flags = 0;
1402         sc->sc_flowlabel = 0;
1403
1404         /*
1405          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1406          * win was derived from socket earlier in the function.
1407          */
1408         win = imax(win, 0);
1409         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1410         sc->sc_wnd = win;
1411
1412         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1413                 /*
1414                  * A timestamp received in a SYN makes
1415                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1416                  */
1417                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1418                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1419                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1420                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1421                 }
1422                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1423                         int wscale = 0;
1424
1425                         /*
1426                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1427                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1428                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1429                          *
1430                          * We do this because there are broken firewalls that
1431                          * will corrupt the window scale option, leading to
1432                          * the other endpoint believing that our advertised
1433                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1434                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1435                          * leading to serious problems when traversing these
1436                          * broken firewalls.
1437                          *
1438                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1439                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1440                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1441                          * for the compatiblity problems mentioned above.
1442                          *
1443                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1444                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1445                          */
1446                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1447                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1448                                 wscale++;
1449                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1450                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1451                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1452                 }
1453         }
1454 #ifdef TCP_SIGNATURE
1455         /*
1456          * If listening socket requested TCP digests, and received SYN
1457          * contains the option, flag this in the syncache so that
1458          * syncache_respond() will do the right thing with the SYN+ACK.
1459          * XXX: Currently we always record the option by default and will
1460          * attempt to use it in syncache_respond().
1461          */
1462         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE || ltflags & TF_SIGNATURE)
1463                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1464 #endif
1465         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1466                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1467         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1468                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1469         if (ltflags & TF_NOOPT)
1470                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1471         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1472                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1473
1474         if (V_tcp_syncookies)
1475                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1476 #ifdef INET6
1477         if (autoflowlabel) {
1478                 if (V_tcp_syncookies)
1479                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1480                 else
1481                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1482                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1483         }
1484 #endif
1485         SCH_UNLOCK(sch);
1486
1487 #ifdef TCP_RFC7413
1488         if (tfo_cookie_valid) {
1489                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1490                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1491                 rv = 1;
1492                 goto tfo_done;
1493         }
1494 #endif
1495
1496         /*
1497          * Do a standard 3-way handshake.
1498          */
1499         if (syncache_respond(sc, m) == 0) {
1500                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1501                         syncache_free(sc);
1502                 else if (sc != &scs)
1503                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1504                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1505                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1506         } else {
1507                 if (sc != &scs)
1508                         syncache_free(sc);
1509                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1510         }
1511
1512 done:
1513         if (m) {
1514                 *lsop = NULL;
1515                 m_freem(m);
1516         }
1517 #ifdef TCP_RFC7413
1518 tfo_done:
1519 #endif
1520         if (cred != NULL)
1521                 crfree(cred);
1522 #ifdef MAC
1523         if (sc == &scs)
1524                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1525 #endif
1526         return (rv);
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Send SYN|ACK to the peer.  Either in response to the peer's SYN,
1531  * i.e. m0 != NULL, or upon 3WHS ACK timeout, i.e. m0 == NULL.
1532  */
1533 static int
1534 syncache_respond(struct syncache *sc, const struct mbuf *m0)
1535 {
1536         struct ip *ip = NULL;
1537         struct mbuf *m;
1538         struct tcphdr *th = NULL;
1539         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1540         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1541         struct tcpopt to;
1542 #ifdef INET6
1543         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1544 #endif
1545
1546         hlen =
1547 #ifdef INET6
1548                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1549 #endif
1550                 sizeof(struct ip);
1551         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1552
1553         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1554         mssopt = max(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), V_tcp_minmss);
1555
1556         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1557         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1558             ("syncache: mbuf too small"));
1559
1560         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1561         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1562         if (m == NULL)
1563                 return (ENOBUFS);
1564 #ifdef MAC
1565         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1566 #endif
1567         m->m_data += max_linkhdr;
1568         m->m_len = tlen;
1569         m->m_pkthdr.len = tlen;
1570         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1571
1572 #ifdef INET6
1573         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1574                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1575                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1576                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1577                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1578                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1579                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1580                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1581                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1582                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1583
1584                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1585         }
1586 #endif
1587 #if defined(INET6) && defined(INET)
1588         else
1589 #endif
1590 #ifdef INET
1591         {
1592                 ip = mtod(m, struct ip *);
1593                 ip->ip_v = IPVERSION;
1594                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1595                 ip->ip_len = htons(tlen);
1596                 ip->ip_id = 0;
1597                 ip->ip_off = 0;
1598                 ip->ip_sum = 0;
1599                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1600                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1601                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1602                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1603                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1604
1605                 /*
1606                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1607                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1608                  *
1609                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1610                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1611                  */
1612                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1613                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1614
1615                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1616         }
1617 #endif /* INET */
1618         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1619         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1620
1621         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1622         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1623         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1624         th->th_x2 = 0;
1625         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1626         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1627         th->th_urp = 0;
1628
1629         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1630                 th->th_flags |= TH_ECE;
1631                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1632         }
1633
1634         /* Tack on the TCP options. */
1635         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1636                 to.to_flags = 0;
1637
1638                 to.to_mss = mssopt;
1639                 to.to_flags = TOF_MSS;
1640                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1641                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1642                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1643                 }
1644                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1645                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1646                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1647                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1648                         to.to_flags |= TOF_TS;
1649                 }
1650                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1651                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1652 #ifdef TCP_SIGNATURE
1653                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1654                         to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1655 #endif
1656
1657 #ifdef TCP_RFC7413
1658                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1659                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1660                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1661                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1662                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1663                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1664                 }
1665 #endif
1666                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1667
1668                 /* Adjust headers by option size. */
1669                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1670                 m->m_len += optlen;
1671                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1672
1673 #ifdef TCP_SIGNATURE
1674                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1675                         tcp_signature_compute(m, 0, 0, optlen,
1676                             to.to_signature, IPSEC_DIR_OUTBOUND);
1677 #endif
1678 #ifdef INET6
1679                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1680                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1681                 else
1682 #endif
1683                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1684         } else
1685                 optlen = 0;
1686
1687         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1688         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1689         /*
1690          * If we have peer's SYN and it has a flowid, then let's assign it to
1691          * our SYN|ACK.  ip6_output() and ip_output() will not assign flowid
1692          * to SYN|ACK due to lack of inp here.
1693          */
1694         if (m0 != NULL && M_HASHTYPE_GET(m0) != M_HASHTYPE_NONE) {
1695                 m->m_pkthdr.flowid = m0->m_pkthdr.flowid;
1696                 M_HASHTYPE_SET(m, M_HASHTYPE_GET(m0));
1697         }
1698 #ifdef INET6
1699         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1700                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1701                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1702                     IPPROTO_TCP, 0);
1703                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1704 #ifdef TCP_OFFLOAD
1705                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1706                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1707
1708                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1709
1710                         return (error);
1711                 }
1712 #endif
1713                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1714         }
1715 #endif
1716 #if defined(INET6) && defined(INET)
1717         else
1718 #endif
1719 #ifdef INET
1720         {
1721                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1722                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1723                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1724 #ifdef TCP_OFFLOAD
1725                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1726                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1727
1728                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1729
1730                         return (error);
1731                 }
1732 #endif
1733                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1734         }
1735 #endif
1736         return (error);
1737 }
1738
1739 /*
1740  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1741  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1742  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1743  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1744  *
1745  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1746  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1747  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1748  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1749  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1750  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1751  *
1752  * The only reliable information persisting the 3WHS is our inital sequence
1753  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1754  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1755  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1756  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1757  *
1758  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1759  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1760  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1761  *
1762  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1763  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1764  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1765  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1766  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1767  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1768  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1769  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1770  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1771  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1772  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1773  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1774  *   making us under-estimate the available window size halving our
1775  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1776  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1777  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1778  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1779  *   the ACK has them.
1780  *
1781  * Security of syncookies and attack vectors:
1782  *
1783  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1784  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1785  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1786  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1787  * MAC are embedded into the ISS.
1788  *
1789  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1790  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1791  * 15-30 seconds.
1792  *
1793  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1794  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1795  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1796  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1797  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1798  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1799  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1800  *
1801  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1802  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1803  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1804  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1805  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1806  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1807  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1808  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1809  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1810  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1811  *
1812  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1813  * exhaustion attack vector itself.
1814  *
1815  * References:
1816  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1817  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1818  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1819  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1820  *
1821  *
1822  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1823  *  0        1         2         3
1824  *  12345678901234567890123456789012
1825  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1826  *
1827  *  x 24 MAC (truncated)
1828  *  W  3 Send Window Scale index
1829  *  M  3 MSS index
1830  *  S  1 SACK permitted
1831  *  P  1 Odd/even secret
1832  */
1833
1834 /*
1835  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1836  * rounded down to the next lower one.
1837  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1838  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1839  */
1840 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1841
1842 /*
1843  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1844  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1845  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1846  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1847  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1848  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1849  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1850  * direction) is encoded with index zero.
1851  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1852  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1853  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1854  */
1855 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1856
1857 /*
1858  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1859  * and good cryptographic properties.
1860  */
1861 static uint32_t
1862 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1863     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1864 {
1865         SIPHASH_CTX ctx;
1866         uint32_t siphash[2];
1867
1868         SipHash24_Init(&ctx);
1869         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1870         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1871 #ifdef INET
1872         case 0:
1873                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1874                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1875                 break;
1876 #endif
1877 #ifdef INET6
1878         case INC_ISIPV6:
1879                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1880                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1881                 break;
1882 #endif
1883         }
1884         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1885         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1886         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1887         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1888         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1889         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1890
1891         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1892 }
1893
1894 static tcp_seq
1895 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1896 {
1897         u_int i, secbit, wscale;
1898         uint32_t iss, hash;
1899         uint8_t *secbits;
1900         union syncookie cookie;
1901
1902         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1903
1904         cookie.cookie = 0;
1905
1906         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1907         for (i = sizeof(tcp_sc_msstab) / sizeof(*tcp_sc_msstab) - 1;
1908              tcp_sc_msstab[i] > sc->sc_peer_mss && i > 0;
1909              i--)
1910                 ;
1911         cookie.flags.mss_idx = i;
1912
1913         /*
1914          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1915          * the wscale option was received.
1916          */
1917         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1918                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1919                 for (i = sizeof(tcp_sc_wstab) / sizeof(*tcp_sc_wstab) - 1;
1920                      tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1921                      i--)
1922                         ;
1923                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1924         }
1925
1926         /* Can we do SACK? */
1927         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1928                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1929
1930         /* Which of the two secrets to use. */
1931         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
1932         cookie.flags.odd_even = secbit;
1933
1934         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
1935         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
1936             (uintptr_t)sch);
1937
1938         /*
1939          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
1940          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
1941          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
1942          * wire.
1943          */
1944         iss = hash & ~0xff;
1945         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
1946
1947         /* Randomize the timestamp. */
1948         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1949                 sc->sc_ts = arc4random();
1950                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
1951         }
1952
1953         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
1954         return (iss);
1955 }
1956
1957 static struct syncache *
1958 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
1959     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
1960     struct socket *lso)
1961 {
1962         uint32_t hash;
1963         uint8_t *secbits;
1964         tcp_seq ack, seq;
1965         int wnd, wscale = 0;
1966         union syncookie cookie;
1967
1968         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1969
1970         /*
1971          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
1972          * advances.
1973          */
1974         ack = th->th_ack - 1;
1975         seq = th->th_seq - 1;
1976
1977         /*
1978          * Unpack the flags containing enough information to restore the
1979          * connection.
1980          */
1981         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
1982
1983         /* Which of the two secrets to use. */
1984         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
1985
1986         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
1987
1988         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
1989         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
1990                 return (NULL);
1991
1992         /* Fill in the syncache values. */
1993         sc->sc_flags = 0;
1994         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1995         sc->sc_ipopts = NULL;
1996         
1997         sc->sc_irs = seq;
1998         sc->sc_iss = ack;
1999
2000         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
2001 #ifdef INET
2002         case 0:
2003                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
2004                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
2005                 break;
2006 #endif
2007 #ifdef INET6
2008         case INC_ISIPV6:
2009                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
2010                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
2011                 break;
2012 #endif
2013         }
2014
2015         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
2016
2017         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
2018         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
2019                 wscale++;
2020
2021         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
2022         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2023                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2024                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2025                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2026         }
2027
2028         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2029         wnd = imax(wnd, 0);
2030         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2031         sc->sc_wnd = wnd;
2032
2033         if (cookie.flags.sack_ok)
2034                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2035
2036         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2037                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2038                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2039                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2040                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2041         }
2042
2043         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2044                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2045
2046         sc->sc_rxmits = 0;
2047
2048         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2049         return (sc);
2050 }
2051
2052 #ifdef INVARIANTS
2053 static int
2054 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2055     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2056     struct socket *lso)
2057 {
2058         struct syncache scs, *scx;
2059         char *s;
2060
2061         bzero(&scs, sizeof(scs));
2062         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2063
2064         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2065                 return (0);
2066
2067         if (scx != NULL) {
2068                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2069                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2070                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2071
2072                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2073                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2074                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2075                             scx->sc_requested_r_scale);
2076
2077                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2078                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2079                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2080                             scx->sc_requested_s_scale);
2081
2082                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2083                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2084         }
2085
2086         if (s != NULL)
2087                 free(s, M_TCPLOG);
2088         return (0);
2089 }
2090 #endif /* INVARIANTS */
2091
2092 static void
2093 syncookie_reseed(void *arg)
2094 {
2095         struct tcp_syncache *sc = arg;
2096         uint8_t *secbits;
2097         int secbit;
2098
2099         /*
2100          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2101          * It only must be ensured that the new random values are visible
2102          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2103          * semantics ensures that.
2104          */
2105         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2106         secbits = sc->secret.key[secbit];
2107         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2108         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2109
2110         /* Reschedule ourself. */
2111         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2112 }
2113
2114 /*
2115  * Returns the current number of syncache entries.  This number
2116  * will probably change before you get around to calling 
2117  * syncache_pcblist.
2118  */
2119 int
2120 syncache_pcbcount(void)
2121 {
2122         struct syncache_head *sch;
2123         int count, i;
2124
2125         for (count = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2126                 /* No need to lock for a read. */
2127                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2128                 count += sch->sch_length;
2129         }
2130         return count;
2131 }
2132
2133 /*
2134  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2135  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2136  * called only from tcp_pcblist.
2137  *
2138  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2139  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2140  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2141  */
2142 int
2143 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2144 {
2145         struct xtcpcb xt;
2146         struct syncache *sc;
2147         struct syncache_head *sch;
2148         int count, error, i;
2149
2150         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2151                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2152                 SCH_LOCK(sch);
2153                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2154                         if (count >= max_pcbs) {
2155                                 SCH_UNLOCK(sch);
2156                                 goto exit;
2157                         }
2158                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2159                                 continue;
2160                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2161                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2162                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2163                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2164                         else
2165                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2166                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2167                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2168                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2169                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2170                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2171                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2172                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2173                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2174                         if (error) {
2175                                 SCH_UNLOCK(sch);
2176                                 goto exit;
2177                         }
2178                         count++;
2179                 }
2180                 SCH_UNLOCK(sch);
2181         }
2182 exit:
2183         *pcbs_exported = count;
2184         return error;
2185 }