kernel/net/ipv4/syncookies.c

   1 /*
   2  *  Syncookies implementation for the Linux kernel
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1997 Andi Kleen
   5  *  Based on ideas by D.J.Bernstein and Eric Schenk.
   6  *
   7  *      This program is free software; you can redistribute it and/or
   8  *      modify it under the terms of the GNU General Public License
   9  *      as published by the Free Software Foundation; either version
  10  *      2 of the License, or (at your option) any later version.
  11  */
  12
  13 #include <linux/tcp.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/random.h>
  16 #include <linux/cryptohash.h>
  17 #include <linux/kernel.h>
  18 #include <linux/export.h>
  19 #include <net/tcp.h>
  20 #include <net/route.h>
  21
  22 extern int sysctl_tcp_syncookies;
  23
  24 static u32 syncookie_secret[2][16-4+SHA_DIGEST_WORDS] __read_mostly;
  25
  26 #define COOKIEBITS 24   /* Upper bits store count */
  27 #define COOKIEMASK (((__u32)1 << COOKIEBITS) - 1)
  28
  29 /* TCP Timestamp: 6 lowest bits of timestamp sent in the cookie SYN-ACK
  30  * stores TCP options:
  31  *
  32  * MSB                               LSB
  33  * | 31 ...   6 |  5  |  4   | 3 2 1 0 |
  34  * |  Timestamp | ECN | SACK | WScale  |
  35  *
  36  * When we receive a valid cookie-ACK, we look at the echoed tsval (if
  37  * any) to figure out which TCP options we should use for the rebuilt
  38  * connection.
  39  *
  40  * A WScale setting of '0xf' (which is an invalid scaling value)
  41  * means that original syn did not include the TCP window scaling option.
  42  */
  43 #define TS_OPT_WSCALE_MASK      0xf
  44 #define TS_OPT_SACK             BIT(4)
  45 #define TS_OPT_ECN              BIT(5)
  46 /* There is no TS_OPT_TIMESTAMP:
  47  * if ACK contains timestamp option, we already know it was
  48  * requested/supported by the syn/synack exchange.
  49  */
  50 #define TSBITS  6
  51 #define TSMASK  (((__u32)1 << TSBITS) - 1)
  52
  53 static DEFINE_PER_CPU(__u32 [16 + 5 + SHA_WORKSPACE_WORDS],
  54                       ipv4_cookie_scratch);
  55
  56 static u32 cookie_hash(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 sport, __be16 dport,
  57                        u32 count, int c)
  58 {
  59         __u32 *tmp;
  60
  61         net_get_random_once(syncookie_secret, sizeof(syncookie_secret));
  62
  63         tmp  = this_cpu_ptr(ipv4_cookie_scratch);
  64         memcpy(tmp + 4, syncookie_secret[c], sizeof(syncookie_secret[c]));
  65         tmp[0] = (__force u32)saddr;
  66         tmp[1] = (__force u32)daddr;
  67         tmp[2] = ((__force u32)sport << 16) + (__force u32)dport;
  68         tmp[3] = count;
  69         sha_transform(tmp + 16, (__u8 *)tmp, tmp + 16 + 5);
  70
  71         return tmp[17];
  72 }
  73
  74
  75 /*
  76  * when syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we encode
  77  * tcp options in the lower bits of the timestamp value that will be
  78  * sent in the syn-ack.
  79  * Since subsequent timestamps use the normal tcp_time_stamp value, we
  80  * must make sure that the resulting initial timestamp is <= tcp_time_stamp.
  81  */
  82 __u32 cookie_init_timestamp(struct request_sock *req)
  83 {
  84         struct inet_request_sock *ireq;
  85         u32 ts, ts_now = tcp_time_stamp;
  86         u32 options = 0;
  87
  88         ireq = inet_rsk(req);
  89
  90         options = ireq->wscale_ok ? ireq->snd_wscale : TS_OPT_WSCALE_MASK;
  91         if (ireq->sack_ok)
  92                 options |= TS_OPT_SACK;
  93         if (ireq->ecn_ok)
  94                 options |= TS_OPT_ECN;
  95
  96         ts = ts_now & ~TSMASK;
  97         ts |= options;
  98         if (ts > ts_now) {
  99                 ts >>= TSBITS;
 100                 ts--;
 101                 ts <<= TSBITS;
 102                 ts |= options;
 103         }
 104         return ts;
 105 }
 106
 107
 108 static __u32 secure_tcp_syn_cookie(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 sport,
 109                                    __be16 dport, __u32 sseq, __u32 data)
 110 {
 111         /*
 112          * Compute the secure sequence number.
 113          * The output should be:
 114          *   HASH(sec1,saddr,sport,daddr,dport,sec1) + sseq + (count * 2^24)
 115          *      + (HASH(sec2,saddr,sport,daddr,dport,count,sec2) % 2^24).
 116          * Where sseq is their sequence number and count increases every
 117          * minute by 1.
 118          * As an extra hack, we add a small "data" value that encodes the
 119          * MSS into the second hash value.
 120          */
 121         u32 count = tcp_cookie_time();
 122         return (cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) +
 123                 sseq + (count << COOKIEBITS) +
 124                 ((cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count, 1) + data)
 125                  & COOKIEMASK));
 126 }
 127
 128 /*
 129  * This retrieves the small "data" value from the syncookie.
 130  * If the syncookie is bad, the data returned will be out of
 131  * range.  This must be checked by the caller.
 132  *
 133  * The count value used to generate the cookie must be less than
 134  * MAX_SYNCOOKIE_AGE minutes in the past.
 135  * The return value (__u32)-1 if this test fails.
 136  */
 137 static __u32 check_tcp_syn_cookie(__u32 cookie, __be32 saddr, __be32 daddr,
 138                                   __be16 sport, __be16 dport, __u32 sseq)
 139 {
 140         u32 diff, count = tcp_cookie_time();
 141
 142         /* Strip away the layers from the cookie */
 143         cookie -= cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) + sseq;
 144
 145         /* Cookie is now reduced to (count * 2^24) ^ (hash % 2^24) */
 146         diff = (count - (cookie >> COOKIEBITS)) & ((__u32) -1 >> COOKIEBITS);
 147         if (diff >= MAX_SYNCOOKIE_AGE)
 148                 return (__u32)-1;
 149
 150         return (cookie -
 151                 cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count - diff, 1))
 152                 & COOKIEMASK;   /* Leaving the data behind */
 153 }
 154
 155 /*
 156  * MSS Values are chosen based on the 2011 paper
 157  * 'An Analysis of TCP Maximum Segement Sizes' by S. Alcock and R. Nelson.
 158  * Values ..
 159  *  .. lower than 536 are rare (< 0.2%)
 160  *  .. between 537 and 1299 account for less than < 1.5% of observed values
 161  *  .. in the 1300-1349 range account for about 15 to 20% of observed mss values
 162  *  .. exceeding 1460 are very rare (< 0.04%)
 163  *
 164  *  1460 is the single most frequently announced mss value (30 to 46% depending
 165  *  on monitor location).  Table must be sorted.
 166  */
 167 static __u16 const msstab[] = {
 168         536,
 169         1300,
 170         1440,   /* 1440, 1452: PPPoE */
 171         1460,
 172 };
 173
 174 /*
 175  * Generate a syncookie.  mssp points to the mss, which is returned
 176  * rounded down to the value encoded in the cookie.
 177  */
 178 u32 __cookie_v4_init_sequence(const struct iphdr *iph, const struct tcphdr *th,
 179                               u16 *mssp)
 180 {
 181         int mssind;
 182         const __u16 mss = *mssp;
 183
 184         for (mssind = ARRAY_SIZE(msstab) - 1; mssind ; mssind--)
 185                 if (mss >= msstab[mssind])
 186                         break;
 187         *mssp = msstab[mssind];
 188
 189         return secure_tcp_syn_cookie(iph->saddr, iph->daddr,
 190                                      th->source, th->dest, ntohl(th->seq),
 191                                      mssind);
 192 }
 193 EXPORT_SYMBOL_GPL(__cookie_v4_init_sequence);
 194
 195 __u32 cookie_v4_init_sequence(struct sock *sk, const struct sk_buff *skb,
 196                               __u16 *mssp)
 197 {
 198         const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
 199         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 200
 201         tcp_synq_overflow(sk);
 202         NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESSENT);
 203
 204         return __cookie_v4_init_sequence(iph, th, mssp);
 205 }
 206
 207 /*
 208  * Check if a ack sequence number is a valid syncookie.
 209  * Return the decoded mss if it is, or 0 if not.
 210  */
 211 int __cookie_v4_check(const struct iphdr *iph, const struct tcphdr *th,
 212                       u32 cookie)
 213 {
 214         __u32 seq = ntohl(th->seq) - 1;
 215         __u32 mssind = check_tcp_syn_cookie(cookie, iph->saddr, iph->daddr,
 216                                             th->source, th->dest, seq);
 217
 218         return mssind < ARRAY_SIZE(msstab) ? msstab[mssind] : 0;
 219 }
 220 EXPORT_SYMBOL_GPL(__cookie_v4_check);
 221
 222 static struct sock *get_cookie_sock(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
 223                                     struct request_sock *req,
 224                                     struct dst_entry *dst)
 225 {
 226         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 227         struct sock *child;
 228
 229         child = icsk->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, dst);
 230         if (child) {
 231                 atomic_set(&req->rsk_refcnt, 1);
 232                 inet_csk_reqsk_queue_add(sk, req, child);
 233         } else {
 234                 reqsk_free(req);
 235         }
 236         return child;
 237 }
 238
 239
 240 /*
 241  * when syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we stored
 242  * additional tcp options in the timestamp.
 243  * This extracts these options from the timestamp echo.
 244  *
 245  * return false if we decode a tcp option that is disabled
 246  * on the host.
 247  */
 248 bool cookie_timestamp_decode(struct tcp_options_received *tcp_opt)
 249 {
 250         /* echoed timestamp, lowest bits contain options */
 251         u32 options = tcp_opt->rcv_tsecr;
 252
 253         if (!tcp_opt->saw_tstamp)  {
 254                 tcp_clear_options(tcp_opt);
 255                 return true;
 256         }
 257
 258         if (!sysctl_tcp_timestamps)
 259                 return false;
 260
 261         tcp_opt->sack_ok = (options & TS_OPT_SACK) ? TCP_SACK_SEEN : 0;
 262
 263         if (tcp_opt->sack_ok && !sysctl_tcp_sack)
 264                 return false;
 265
 266         if ((options & TS_OPT_WSCALE_MASK) == TS_OPT_WSCALE_MASK)
 267                 return true; /* no window scaling */
 268
 269         tcp_opt->wscale_ok = 1;
 270         tcp_opt->snd_wscale = options & TS_OPT_WSCALE_MASK;
 271
 272         return sysctl_tcp_window_scaling != 0;
 273 }
 274 EXPORT_SYMBOL(cookie_timestamp_decode);
 275
 276 bool cookie_ecn_ok(const struct tcp_options_received *tcp_opt,
 277                    const struct net *net, const struct dst_entry *dst)
 278 {
 279         bool ecn_ok = tcp_opt->rcv_tsecr & TS_OPT_ECN;
 280
 281         if (!ecn_ok)
 282                 return false;
 283
 284         if (net->ipv4.sysctl_tcp_ecn)
 285                 return true;
 286
 287         return dst_feature(dst, RTAX_FEATURE_ECN);
 288 }
 289 EXPORT_SYMBOL(cookie_ecn_ok);
 290
 291 struct sock *cookie_v4_check(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
 292 {
 293         struct ip_options *opt = &TCP_SKB_CB(skb)->header.h4.opt;
 294         struct tcp_options_received tcp_opt;
 295         struct inet_request_sock *ireq;
 296         struct tcp_request_sock *treq;
 297         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 298         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 299         __u32 cookie = ntohl(th->ack_seq) - 1;
 300         struct sock *ret = sk;
 301         struct request_sock *req;
 302         int mss;
 303         struct rtable *rt;
 304         __u8 rcv_wscale;
 305         struct flowi4 fl4;
 306
 307         if (!sysctl_tcp_syncookies || !th->ack || th->rst)
 308                 goto out;
 309
 310         if (tcp_synq_no_recent_overflow(sk))
 311                 goto out;
 312
 313         mss = __cookie_v4_check(ip_hdr(skb), th, cookie);
 314         if (mss == 0) {
 315                 NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESFAILED);
 316                 goto out;
 317         }
 318
 319         NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESRECV);
 320
 321         /* check for timestamp cookie support */
 322         memset(&tcp_opt, 0, sizeof(tcp_opt));
 323         tcp_parse_options(skb, &tcp_opt, 0, NULL);
 324
 325         if (!cookie_timestamp_decode(&tcp_opt))
 326                 goto out;
 327
 328         ret = NULL;
 329         req = inet_reqsk_alloc(&tcp_request_sock_ops, sk); /* for safety */
 330         if (!req)
 331                 goto out;
 332
 333         ireq = inet_rsk(req);
 334         treq = tcp_rsk(req);
 335         treq->rcv_isn           = ntohl(th->seq) - 1;
 336         treq->snt_isn           = cookie;
 337         req->mss                = mss;
 338         ireq->ir_num            = ntohs(th->dest);
 339         ireq->ir_rmt_port       = th->source;
 340         sk_rcv_saddr_set(req_to_sk(req), ip_hdr(skb)->daddr);
 341         sk_daddr_set(req_to_sk(req), ip_hdr(skb)->saddr);
 342         ireq->ir_mark           = inet_request_mark(sk, skb);
 343         ireq->snd_wscale        = tcp_opt.snd_wscale;
 344         ireq->sack_ok           = tcp_opt.sack_ok;
 345         ireq->wscale_ok         = tcp_opt.wscale_ok;
 346         ireq->tstamp_ok         = tcp_opt.saw_tstamp;
 347         req->ts_recent          = tcp_opt.saw_tstamp ? tcp_opt.rcv_tsval : 0;
 348         treq->snt_synack        = tcp_opt.saw_tstamp ? tcp_opt.rcv_tsecr : 0;
 349         treq->tfo_listener      = false;
 350
 351         ireq->ir_iif = sk->sk_bound_dev_if;
 352
 353         /* We throwed the options of the initial SYN away, so we hope
 354          * the ACK carries the same options again (see RFC1122 4.2.3.8)
 355          */
 356         ireq->opt = tcp_v4_save_options(skb);
 357
 358         if (security_inet_conn_request(sk, skb, req)) {
 359                 reqsk_free(req);
 360                 goto out;
 361         }
 362
 363         req->num_retrans = 0;
 364
 365         /*
 366          * We need to lookup the route here to get at the correct
 367          * window size. We should better make sure that the window size
 368          * hasn't changed since we received the original syn, but I see
 369          * no easy way to do this.
 370          */
 371         flowi4_init_output(&fl4, sk->sk_bound_dev_if, ireq->ir_mark,
 372                            RT_CONN_FLAGS(sk), RT_SCOPE_UNIVERSE, IPPROTO_TCP,
 373                            inet_sk_flowi_flags(sk),
 374                            opt->srr ? opt->faddr : ireq->ir_rmt_addr,
 375                            ireq->ir_loc_addr, th->source, th->dest);
 376         security_req_classify_flow(req, flowi4_to_flowi(&fl4));
 377         rt = ip_route_output_key(sock_net(sk), &fl4);
 378         if (IS_ERR(rt)) {
 379                 reqsk_free(req);
 380                 goto out;
 381         }
 382
 383         /* Try to redo what tcp_v4_send_synack did. */
 384         req->window_clamp = tp->window_clamp ? :dst_metric(&rt->dst, RTAX_WINDOW);
 385
 386         tcp_select_initial_window(tcp_full_space(sk), req->mss,
 387                                   &req->rcv_wnd, &req->window_clamp,
 388                                   ireq->wscale_ok, &rcv_wscale,
 389                                   dst_metric(&rt->dst, RTAX_INITRWND));
 390
 391         ireq->rcv_wscale  = rcv_wscale;
 392         ireq->ecn_ok = cookie_ecn_ok(&tcp_opt, sock_net(sk), &rt->dst);
 393
 394         ret = get_cookie_sock(sk, skb, req, &rt->dst);
 395         /* ip_queue_xmit() depends on our flow being setup
 396          * Normal sockets get it right from inet_csk_route_child_sock()
 397          */
 398         if (ret)
 399                 inet_sk(ret)->cork.fl.u.ip4 = fl4;
 400 out:    return ret;
 401 }