net/ipv4/syncookies.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  *  Syncookies implementation for the Linux kernel
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1997 Andi Kleen
   6  *  Based on ideas by D.J.Bernstein and Eric Schenk.
   7  */
   8
   9 #include <linux/tcp.h>
  10 #include <linux/siphash.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/export.h>
  13 #include <net/secure_seq.h>
  14 #include <net/tcp.h>
  15 #include <net/route.h>
  16
  17 static siphash_aligned_key_t syncookie_secret[2];
  18
  19 #define COOKIEBITS 24   /* Upper bits store count */
  20 #define COOKIEMASK (((__u32)1 << COOKIEBITS) - 1)
  21
  22 /* TCP Timestamp: 6 lowest bits of timestamp sent in the cookie SYN-ACK
  23  * stores TCP options:
  24  *
  25  * MSB                               LSB
  26  * | 31 ...   6 |  5  |  4   | 3 2 1 0 |
  27  * |  Timestamp | ECN | SACK | WScale  |
  28  *
  29  * When we receive a valid cookie-ACK, we look at the echoed tsval (if
  30  * any) to figure out which TCP options we should use for the rebuilt
  31  * connection.
  32  *
  33  * A WScale setting of '0xf' (which is an invalid scaling value)
  34  * means that original syn did not include the TCP window scaling option.
  35  */
  36 #define TS_OPT_WSCALE_MASK      0xf
  37 #define TS_OPT_SACK             BIT(4)
  38 #define TS_OPT_ECN              BIT(5)
  39 /* There is no TS_OPT_TIMESTAMP:
  40  * if ACK contains timestamp option, we already know it was
  41  * requested/supported by the syn/synack exchange.
  42  */
  43 #define TSBITS  6
  44 #define TSMASK  (((__u32)1 << TSBITS) - 1)
  45
  46 static u32 cookie_hash(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 sport, __be16 dport,
  47                        u32 count, int c)
  48 {
  49         net_get_random_once(syncookie_secret, sizeof(syncookie_secret));
  50         return siphash_4u32((__force u32)saddr, (__force u32)daddr,
  51                             (__force u32)sport << 16 | (__force u32)dport,
  52                             count, &syncookie_secret[c]);
  53 }
  54
  55
  56 /*
  57  * when syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we encode
  58  * tcp options in the lower bits of the timestamp value that will be
  59  * sent in the syn-ack.
  60  * Since subsequent timestamps use the normal tcp_time_stamp value, we
  61  * must make sure that the resulting initial timestamp is <= tcp_time_stamp.
  62  */
  63 u64 cookie_init_timestamp(struct request_sock *req, u64 now)
  64 {
  65         struct inet_request_sock *ireq;
  66         u32 ts, ts_now = tcp_ns_to_ts(now);
  67         u32 options = 0;
  68
  69         ireq = inet_rsk(req);
  70
  71         options = ireq->wscale_ok ? ireq->snd_wscale : TS_OPT_WSCALE_MASK;
  72         if (ireq->sack_ok)
  73                 options |= TS_OPT_SACK;
  74         if (ireq->ecn_ok)
  75                 options |= TS_OPT_ECN;
  76
  77         ts = ts_now & ~TSMASK;
  78         ts |= options;
  79         if (ts > ts_now) {
  80                 ts >>= TSBITS;
  81                 ts--;
  82                 ts <<= TSBITS;
  83                 ts |= options;
  84         }
  85         return (u64)ts * (NSEC_PER_SEC / TCP_TS_HZ);
  86 }
  87
  88
  89 static __u32 secure_tcp_syn_cookie(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 sport,
  90                                    __be16 dport, __u32 sseq, __u32 data)
  91 {
  92         /*
  93          * Compute the secure sequence number.
  94          * The output should be:
  95          *   HASH(sec1,saddr,sport,daddr,dport,sec1) + sseq + (count * 2^24)
  96          *      + (HASH(sec2,saddr,sport,daddr,dport,count,sec2) % 2^24).
  97          * Where sseq is their sequence number and count increases every
  98          * minute by 1.
  99          * As an extra hack, we add a small "data" value that encodes the
 100          * MSS into the second hash value.
 101          */
 102         u32 count = tcp_cookie_time();
 103         return (cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) +
 104                 sseq + (count << COOKIEBITS) +
 105                 ((cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count, 1) + data)
 106                  & COOKIEMASK));
 107 }
 108
 109 /*
 110  * This retrieves the small "data" value from the syncookie.
 111  * If the syncookie is bad, the data returned will be out of
 112  * range.  This must be checked by the caller.
 113  *
 114  * The count value used to generate the cookie must be less than
 115  * MAX_SYNCOOKIE_AGE minutes in the past.
 116  * The return value (__u32)-1 if this test fails.
 117  */
 118 static __u32 check_tcp_syn_cookie(__u32 cookie, __be32 saddr, __be32 daddr,
 119                                   __be16 sport, __be16 dport, __u32 sseq)
 120 {
 121         u32 diff, count = tcp_cookie_time();
 122
 123         /* Strip away the layers from the cookie */
 124         cookie -= cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) + sseq;
 125
 126         /* Cookie is now reduced to (count * 2^24) ^ (hash % 2^24) */
 127         diff = (count - (cookie >> COOKIEBITS)) & ((__u32) -1 >> COOKIEBITS);
 128         if (diff >= MAX_SYNCOOKIE_AGE)
 129                 return (__u32)-1;
 130
 131         return (cookie -
 132                 cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count - diff, 1))
 133                 & COOKIEMASK;   /* Leaving the data behind */
 134 }
 135
 136 /*
 137  * MSS Values are chosen based on the 2011 paper
 138  * 'An Analysis of TCP Maximum Segement Sizes' by S. Alcock and R. Nelson.
 139  * Values ..
 140  *  .. lower than 536 are rare (< 0.2%)
 141  *  .. between 537 and 1299 account for less than < 1.5% of observed values
 142  *  .. in the 1300-1349 range account for about 15 to 20% of observed mss values
 143  *  .. exceeding 1460 are very rare (< 0.04%)
 144  *
 145  *  1460 is the single most frequently announced mss value (30 to 46% depending
 146  *  on monitor location).  Table must be sorted.
 147  */
 148 static __u16 const msstab[] = {
 149         536,
 150         1300,
 151         1440,   /* 1440, 1452: PPPoE */
 152         1460,
 153 };
 154
 155 /*
 156  * Generate a syncookie.  mssp points to the mss, which is returned
 157  * rounded down to the value encoded in the cookie.
 158  */
 159 u32 __cookie_v4_init_sequence(const struct iphdr *iph, const struct tcphdr *th,
 160                               u16 *mssp)
 161 {
 162         int mssind;
 163         const __u16 mss = *mssp;
 164
 165         for (mssind = ARRAY_SIZE(msstab) - 1; mssind ; mssind--)
 166                 if (mss >= msstab[mssind])
 167                         break;
 168         *mssp = msstab[mssind];
 169
 170         return secure_tcp_syn_cookie(iph->saddr, iph->daddr,
 171                                      th->source, th->dest, ntohl(th->seq),
 172                                      mssind);
 173 }
 174 EXPORT_SYMBOL_GPL(__cookie_v4_init_sequence);
 175
 176 __u32 cookie_v4_init_sequence(const struct sk_buff *skb, __u16 *mssp)
 177 {
 178         const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
 179         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 180
 181         return __cookie_v4_init_sequence(iph, th, mssp);
 182 }
 183
 184 /*
 185  * Check if a ack sequence number is a valid syncookie.
 186  * Return the decoded mss if it is, or 0 if not.
 187  */
 188 int __cookie_v4_check(const struct iphdr *iph, const struct tcphdr *th,
 189                       u32 cookie)
 190 {
 191         __u32 seq = ntohl(th->seq) - 1;
 192         __u32 mssind = check_tcp_syn_cookie(cookie, iph->saddr, iph->daddr,
 193                                             th->source, th->dest, seq);
 194
 195         return mssind < ARRAY_SIZE(msstab) ? msstab[mssind] : 0;
 196 }
 197 EXPORT_SYMBOL_GPL(__cookie_v4_check);
 198
 199 struct sock *tcp_get_cookie_sock(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
 200                                  struct request_sock *req,
 201                                  struct dst_entry *dst, u32 tsoff)
 202 {
 203         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 204         struct sock *child;
 205         bool own_req;
 206
 207         child = icsk->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, dst,
 208                                                  NULL, &own_req);
 209         if (child) {
 210                 refcount_set(&req->rsk_refcnt, 1);
 211                 tcp_sk(child)->tsoffset = tsoff;
 212                 sock_rps_save_rxhash(child, skb);
 213
 214                 if (rsk_drop_req(req)) {
 215                         reqsk_put(req);
 216                         return child;
 217                 }
 218
 219                 if (inet_csk_reqsk_queue_add(sk, req, child))
 220                         return child;
 221
 222                 bh_unlock_sock(child);
 223                 sock_put(child);
 224         }
 225         __reqsk_free(req);
 226
 227         return NULL;
 228 }
 229 EXPORT_SYMBOL(tcp_get_cookie_sock);
 230
 231 /*
 232  * when syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we stored
 233  * additional tcp options in the timestamp.
 234  * This extracts these options from the timestamp echo.
 235  *
 236  * return false if we decode a tcp option that is disabled
 237  * on the host.
 238  */
 239 bool cookie_timestamp_decode(const struct net *net,
 240                              struct tcp_options_received *tcp_opt)
 241 {
 242         /* echoed timestamp, lowest bits contain options */
 243         u32 options = tcp_opt->rcv_tsecr;
 244
 245         if (!tcp_opt->saw_tstamp)  {
 246                 tcp_clear_options(tcp_opt);
 247                 return true;
 248         }
 249
 250         if (!READ_ONCE(net->ipv4.sysctl_tcp_timestamps))
 251                 return false;
 252
 253         tcp_opt->sack_ok = (options & TS_OPT_SACK) ? TCP_SACK_SEEN : 0;
 254
 255         if (tcp_opt->sack_ok && !READ_ONCE(net->ipv4.sysctl_tcp_sack))
 256                 return false;
 257
 258         if ((options & TS_OPT_WSCALE_MASK) == TS_OPT_WSCALE_MASK)
 259                 return true; /* no window scaling */
 260
 261         tcp_opt->wscale_ok = 1;
 262         tcp_opt->snd_wscale = options & TS_OPT_WSCALE_MASK;
 263
 264         return READ_ONCE(net->ipv4.sysctl_tcp_window_scaling) != 0;
 265 }
 266 EXPORT_SYMBOL(cookie_timestamp_decode);
 267
 268 bool cookie_ecn_ok(const struct tcp_options_received *tcp_opt,
 269                    const struct net *net, const struct dst_entry *dst)
 270 {
 271         bool ecn_ok = tcp_opt->rcv_tsecr & TS_OPT_ECN;
 272
 273         if (!ecn_ok)
 274                 return false;
 275
 276         if (READ_ONCE(net->ipv4.sysctl_tcp_ecn))
 277                 return true;
 278
 279         return dst_feature(dst, RTAX_FEATURE_ECN);
 280 }
 281 EXPORT_SYMBOL(cookie_ecn_ok);
 282
 283 struct request_sock *cookie_tcp_reqsk_alloc(const struct request_sock_ops *ops,
 284                                             const struct tcp_request_sock_ops *af_ops,
 285                                             struct sock *sk,
 286                                             struct sk_buff *skb)
 287 {
 288         struct tcp_request_sock *treq;
 289         struct request_sock *req;
 290
 291 #ifdef CONFIG_MPTCP
 292         if (sk_is_mptcp(sk))
 293                 ops = &mptcp_subflow_request_sock_ops;
 294 #endif
 295
 296         req = inet_reqsk_alloc(ops, sk, false);
 297         if (!req)
 298                 return NULL;
 299
 300         treq = tcp_rsk(req);
 301
 302         /* treq->af_specific might be used to perform TCP_MD5 lookup */
 303         treq->af_specific = af_ops;
 304
 305         treq->syn_tos = TCP_SKB_CB(skb)->ip_dsfield;
 306 #if IS_ENABLED(CONFIG_MPTCP)
 307         treq->is_mptcp = sk_is_mptcp(sk);
 308         if (treq->is_mptcp) {
 309                 int err = mptcp_subflow_init_cookie_req(req, sk, skb);
 310
 311                 if (err) {
 312                         reqsk_free(req);
 313                         return NULL;
 314                 }
 315         }
 316 #endif
 317
 318         return req;
 319 }
 320 EXPORT_SYMBOL_GPL(cookie_tcp_reqsk_alloc);
 321
 322 /* On input, sk is a listener.
 323  * Output is listener if incoming packet would not create a child
 324  *           NULL if memory could not be allocated.
 325  */
 326 struct sock *cookie_v4_check(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
 327 {
 328         struct ip_options *opt = &TCP_SKB_CB(skb)->header.h4.opt;
 329         struct tcp_options_received tcp_opt;
 330         struct inet_request_sock *ireq;
 331         struct tcp_request_sock *treq;
 332         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 333         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 334         __u32 cookie = ntohl(th->ack_seq) - 1;
 335         struct sock *ret = sk;
 336         struct request_sock *req;
 337         int full_space, mss;
 338         struct rtable *rt;
 339         __u8 rcv_wscale;
 340         struct flowi4 fl4;
 341         u32 tsoff = 0;
 342
 343         if (!READ_ONCE(sock_net(sk)->ipv4.sysctl_tcp_syncookies) ||
 344             !th->ack || th->rst)
 345                 goto out;
 346
 347         if (tcp_synq_no_recent_overflow(sk))
 348                 goto out;
 349
 350         mss = __cookie_v4_check(ip_hdr(skb), th, cookie);
 351         if (mss == 0) {
 352                 __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESFAILED);
 353                 goto out;
 354         }
 355
 356         __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESRECV);
 357
 358         /* check for timestamp cookie support */
 359         memset(&tcp_opt, 0, sizeof(tcp_opt));
 360         tcp_parse_options(sock_net(sk), skb, &tcp_opt, 0, NULL);
 361
 362         if (tcp_opt.saw_tstamp && tcp_opt.rcv_tsecr) {
 363                 tsoff = secure_tcp_ts_off(sock_net(sk),
 364                                           ip_hdr(skb)->daddr,
 365                                           ip_hdr(skb)->saddr);
 366                 tcp_opt.rcv_tsecr -= tsoff;
 367         }
 368
 369         if (!cookie_timestamp_decode(sock_net(sk), &tcp_opt))
 370                 goto out;
 371
 372         ret = NULL;
 373         req = cookie_tcp_reqsk_alloc(&tcp_request_sock_ops,
 374                                      &tcp_request_sock_ipv4_ops, sk, skb);
 375         if (!req)
 376                 goto out;
 377
 378         ireq = inet_rsk(req);
 379         treq = tcp_rsk(req);
 380         treq->rcv_isn           = ntohl(th->seq) - 1;
 381         treq->snt_isn           = cookie;
 382         treq->ts_off            = 0;
 383         treq->txhash            = net_tx_rndhash();
 384         req->mss                = mss;
 385         ireq->ir_num            = ntohs(th->dest);
 386         ireq->ir_rmt_port       = th->source;
 387         sk_rcv_saddr_set(req_to_sk(req), ip_hdr(skb)->daddr);
 388         sk_daddr_set(req_to_sk(req), ip_hdr(skb)->saddr);
 389         ireq->ir_mark           = inet_request_mark(sk, skb);
 390         ireq->snd_wscale        = tcp_opt.snd_wscale;
 391         ireq->sack_ok           = tcp_opt.sack_ok;
 392         ireq->wscale_ok         = tcp_opt.wscale_ok;
 393         ireq->tstamp_ok         = tcp_opt.saw_tstamp;
 394         req->ts_recent          = tcp_opt.saw_tstamp ? tcp_opt.rcv_tsval : 0;
 395         treq->snt_synack        = 0;
 396         treq->tfo_listener      = false;
 397
 398         if (IS_ENABLED(CONFIG_SMC))
 399                 ireq->smc_ok = 0;
 400
 401         ireq->ir_iif = inet_request_bound_dev_if(sk, skb);
 402
 403         /* We throwed the options of the initial SYN away, so we hope
 404          * the ACK carries the same options again (see RFC1122 4.2.3.8)
 405          */
 406         RCU_INIT_POINTER(ireq->ireq_opt, tcp_v4_save_options(sock_net(sk), skb));
 407
 408         if (security_inet_conn_request(sk, skb, req)) {
 409                 reqsk_free(req);
 410                 goto out;
 411         }
 412
 413         req->num_retrans = 0;
 414
 415         /*
 416          * We need to lookup the route here to get at the correct
 417          * window size. We should better make sure that the window size
 418          * hasn't changed since we received the original syn, but I see
 419          * no easy way to do this.
 420          */
 421         flowi4_init_output(&fl4, ireq->ir_iif, ireq->ir_mark,
 422                            RT_CONN_FLAGS(sk), RT_SCOPE_UNIVERSE, IPPROTO_TCP,
 423                            inet_sk_flowi_flags(sk),
 424                            opt->srr ? opt->faddr : ireq->ir_rmt_addr,
 425                            ireq->ir_loc_addr, th->source, th->dest, sk->sk_uid);
 426         security_req_classify_flow(req, flowi4_to_flowi_common(&fl4));
 427         rt = ip_route_output_key(sock_net(sk), &fl4);
 428         if (IS_ERR(rt)) {
 429                 reqsk_free(req);
 430                 goto out;
 431         }
 432
 433         /* Try to redo what tcp_v4_send_synack did. */
 434         req->rsk_window_clamp = tp->window_clamp ? :dst_metric(&rt->dst, RTAX_WINDOW);
 435         /* limit the window selection if the user enforce a smaller rx buffer */
 436         full_space = tcp_full_space(sk);
 437         if (sk->sk_userlocks & SOCK_RCVBUF_LOCK &&
 438             (req->rsk_window_clamp > full_space || req->rsk_window_clamp == 0))
 439                 req->rsk_window_clamp = full_space;
 440
 441         tcp_select_initial_window(sk, full_space, req->mss,
 442                                   &req->rsk_rcv_wnd, &req->rsk_window_clamp,
 443                                   ireq->wscale_ok, &rcv_wscale,
 444                                   dst_metric(&rt->dst, RTAX_INITRWND));
 445
 446         ireq->rcv_wscale  = rcv_wscale;
 447         ireq->ecn_ok = cookie_ecn_ok(&tcp_opt, sock_net(sk), &rt->dst);
 448
 449         ret = tcp_get_cookie_sock(sk, skb, req, &rt->dst, tsoff);
 450         /* ip_queue_xmit() depends on our flow being setup
 451          * Normal sockets get it right from inet_csk_route_child_sock()
 452          */
 453         if (ret)
 454                 inet_sk(ret)->cork.fl.u.ip4 = fl4;
 455 out:    return ret;
 456 }