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