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 <net/tcp.h>
  19 #include <net/route.h>
  20
  21 /* Timestamps: lowest bits store TCP options */
  22 #define TSBITS 5
  23 #define TSMASK (((__u32)1 << TSBITS) - 1)
  24
  25 extern int sysctl_tcp_syncookies;
  26
  27 __u32 syncookie_secret[2][16-4+SHA_DIGEST_WORDS];
  28 EXPORT_SYMBOL(syncookie_secret);
  29
  30 static __init int init_syncookies(void)
  31 {
  32         get_random_bytes(syncookie_secret, sizeof(syncookie_secret));
  33         return 0;
  34 }
  35 __initcall(init_syncookies);
  36
  37 #define COOKIEBITS 24   /* Upper bits store count */
  38 #define COOKIEMASK (((__u32)1 << COOKIEBITS) - 1)
  39
  40 static DEFINE_PER_CPU(__u32 [16 + 5 + SHA_WORKSPACE_WORDS],
  41                       ipv4_cookie_scratch);
  42
  43 static u32 cookie_hash(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 sport, __be16 dport,
  44                        u32 count, int c)
  45 {
  46         __u32 *tmp = __get_cpu_var(ipv4_cookie_scratch);
  47
  48         memcpy(tmp + 4, syncookie_secret[c], sizeof(syncookie_secret[c]));
  49         tmp[0] = (__force u32)saddr;
  50         tmp[1] = (__force u32)daddr;
  51         tmp[2] = ((__force u32)sport << 16) + (__force u32)dport;
  52         tmp[3] = count;
  53         sha_transform(tmp + 16, (__u8 *)tmp, tmp + 16 + 5);
  54
  55         return tmp[17];
  56 }
  57
  58
  59 /*
  60  * when syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we encode
  61  * tcp options in the lower bits of the timestamp value that will be
  62  * sent in the syn-ack.
  63  * Since subsequent timestamps use the normal tcp_time_stamp value, we
  64  * must make sure that the resulting initial timestamp is <= tcp_time_stamp.
  65  */
  66 __u32 cookie_init_timestamp(struct request_sock *req)
  67 {
  68         struct inet_request_sock *ireq;
  69         u32 ts, ts_now = tcp_time_stamp;
  70         u32 options = 0;
  71
  72         ireq = inet_rsk(req);
  73
  74         options = ireq->wscale_ok ? ireq->snd_wscale : 0xf;
  75         options |= ireq->sack_ok << 4;
  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 ts;
  86 }
  87
  88
  89 static __u32 secure_tcp_syn_cookie(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 sport,
  90                                    __be16 dport, __u32 sseq, __u32 count,
  91                                    __u32 data)
  92 {
  93         /*
  94          * Compute the secure sequence number.
  95          * The output should be:
  96          *   HASH(sec1,saddr,sport,daddr,dport,sec1) + sseq + (count * 2^24)
  97          *      + (HASH(sec2,saddr,sport,daddr,dport,count,sec2) % 2^24).
  98          * Where sseq is their sequence number and count increases every
  99          * minute by 1.
 100          * As an extra hack, we add a small "data" value that encodes the
 101          * MSS into the second hash value.
 102          */
 103
 104         return (cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) +
 105                 sseq + (count << COOKIEBITS) +
 106                 ((cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count, 1) + data)
 107                  & COOKIEMASK));
 108 }
 109
 110 /*
 111  * This retrieves the small "data" value from the syncookie.
 112  * If the syncookie is bad, the data returned will be out of
 113  * range.  This must be checked by the caller.
 114  *
 115  * The count value used to generate the cookie must be within
 116  * "maxdiff" if the current (passed-in) "count".  The return value
 117  * is (__u32)-1 if this test fails.
 118  */
 119 static __u32 check_tcp_syn_cookie(__u32 cookie, __be32 saddr, __be32 daddr,
 120                                   __be16 sport, __be16 dport, __u32 sseq,
 121                                   __u32 count, __u32 maxdiff)
 122 {
 123         __u32 diff;
 124
 125         /* Strip away the layers from the cookie */
 126         cookie -= cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) + sseq;
 127
 128         /* Cookie is now reduced to (count * 2^24) ^ (hash % 2^24) */
 129         diff = (count - (cookie >> COOKIEBITS)) & ((__u32) - 1 >> COOKIEBITS);
 130         if (diff >= maxdiff)
 131                 return (__u32)-1;
 132
 133         return (cookie -
 134                 cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count - diff, 1))
 135                 & COOKIEMASK;   /* Leaving the data behind */
 136 }
 137
 138 /*
 139  * MSS Values are taken from the 2009 paper
 140  * 'Measuring TCP Maximum Segment Size' by S. Alcock and R. Nelson:
 141  *  - values 1440 to 1460 accounted for 80% of observed mss values
 142  *  - values outside the 536-1460 range are rare (<0.2%).
 143  *
 144  * Table must be sorted.
 145  */
 146 static __u16 const msstab[] = {
 147         64,
 148         512,
 149         536,
 150         1024,
 151         1440,
 152         1460,
 153         4312,
 154         8960,
 155 };
 156
 157 /*
 158  * Generate a syncookie.  mssp points to the mss, which is returned
 159  * rounded down to the value encoded in the cookie.
 160  */
 161 __u32 cookie_v4_init_sequence(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, __u16 *mssp)
 162 {
 163         const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
 164         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 165         int mssind;
 166         const __u16 mss = *mssp;
 167
 168         tcp_synq_overflow(sk);
 169
 170         for (mssind = ARRAY_SIZE(msstab) - 1; mssind ; mssind--)
 171                 if (mss >= msstab[mssind])
 172                         break;
 173         *mssp = msstab[mssind];
 174
 175         NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESSENT);
 176
 177         return secure_tcp_syn_cookie(iph->saddr, iph->daddr,
 178                                      th->source, th->dest, ntohl(th->seq),
 179                                      jiffies / (HZ * 60), mssind);
 180 }
 181
 182 /*
 183  * This (misnamed) value is the age of syncookie which is permitted.
 184  * Its ideal value should be dependent on TCP_TIMEOUT_INIT and
 185  * sysctl_tcp_retries1. It's a rather complicated formula (exponential
 186  * backoff) to compute at runtime so it's currently hardcoded here.
 187  */
 188 #define COUNTER_TRIES 4
 189 /*
 190  * Check if a ack sequence number is a valid syncookie.
 191  * Return the decoded mss if it is, or 0 if not.
 192  */
 193 static inline int cookie_check(struct sk_buff *skb, __u32 cookie)
 194 {
 195         const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
 196         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 197         __u32 seq = ntohl(th->seq) - 1;
 198         __u32 mssind = check_tcp_syn_cookie(cookie, iph->saddr, iph->daddr,
 199                                             th->source, th->dest, seq,
 200                                             jiffies / (HZ * 60),
 201                                             COUNTER_TRIES);
 202
 203         return mssind < ARRAY_SIZE(msstab) ? msstab[mssind] : 0;
 204 }
 205
 206 static inline struct sock *get_cookie_sock(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
 207                                            struct request_sock *req,
 208                                            struct dst_entry *dst)
 209 {
 210         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 211         struct sock *child;
 212
 213         child = icsk->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, dst);
 214         if (child)
 215                 inet_csk_reqsk_queue_add(sk, req, child);
 216         else
 217                 reqsk_free(req);
 218
 219         return child;
 220 }
 221
 222
 223 /*
 224  * when syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we stored
 225  * additional tcp options in the timestamp.
 226  * This extracts these options from the timestamp echo.
 227  *
 228  * The lowest 4 bits store snd_wscale.
 229  * The next lsb is for sack_ok
 230  *
 231  * return false if we decode an option that should not be.
 232  */
 233 bool cookie_check_timestamp(struct tcp_options_received *tcp_opt)
 234 {
 235         /* echoed timestamp, lowest bits contain options */
 236         u32 options = tcp_opt->rcv_tsecr & TSMASK;
 237
 238         if (!tcp_opt->saw_tstamp)  {
 239                 tcp_clear_options(tcp_opt);
 240                 return true;
 241         }
 242
 243         if (!sysctl_tcp_timestamps)
 244                 return false;
 245
 246         tcp_opt->sack_ok = (options >> 4) & 0x1;
 247
 248         if (tcp_opt->sack_ok && !sysctl_tcp_sack)
 249                 return false;
 250
 251         if ((options & 0xf) == 0xf)
 252                 return true; /* no window scaling */
 253
 254         tcp_opt->wscale_ok = 1;
 255         tcp_opt->snd_wscale = options & 0xf;
 256         return sysctl_tcp_window_scaling != 0;
 257 }
 258 EXPORT_SYMBOL(cookie_check_timestamp);
 259
 260 struct sock *cookie_v4_check(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
 261                              struct ip_options *opt)
 262 {
 263         struct tcp_options_received tcp_opt;
 264         u8 *hash_location;
 265         struct inet_request_sock *ireq;
 266         struct tcp_request_sock *treq;
 267         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 268         const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
 269         __u32 cookie = ntohl(th->ack_seq) - 1;
 270         struct sock *ret = sk;
 271         struct request_sock *req;
 272         int mss;
 273         struct rtable *rt;
 274         __u8 rcv_wscale;
 275
 276         if (!sysctl_tcp_syncookies || !th->ack || th->rst)
 277                 goto out;
 278
 279         if (tcp_synq_no_recent_overflow(sk) ||
 280             (mss = cookie_check(skb, cookie)) == 0) {
 281                 NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESFAILED);
 282                 goto out;
 283         }
 284
 285         NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_SYNCOOKIESRECV);
 286
 287         /* check for timestamp cookie support */
 288         memset(&tcp_opt, 0, sizeof(tcp_opt));
 289         tcp_parse_options(skb, &tcp_opt, &hash_location, 0);
 290
 291         if (!cookie_check_timestamp(&tcp_opt))
 292                 goto out;
 293
 294         ret = NULL;
 295         req = inet_reqsk_alloc(&tcp_request_sock_ops); /* for safety */
 296         if (!req)
 297                 goto out;
 298
 299         ireq = inet_rsk(req);
 300         treq = tcp_rsk(req);
 301         treq->rcv_isn           = ntohl(th->seq) - 1;
 302         treq->snt_isn           = cookie;
 303         req->mss                = mss;
 304         ireq->loc_port          = th->dest;
 305         ireq->rmt_port          = th->source;
 306         ireq->loc_addr          = ip_hdr(skb)->daddr;
 307         ireq->rmt_addr          = ip_hdr(skb)->saddr;
 308         ireq->ecn_ok            = 0;
 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
 315         /* We throwed the options of the initial SYN away, so we hope
 316          * the ACK carries the same options again (see RFC1122 4.2.3.8)
 317          */
 318         if (opt && opt->optlen) {
 319                 int opt_size = sizeof(struct ip_options) + opt->optlen;
 320
 321                 ireq->opt = kmalloc(opt_size, GFP_ATOMIC);
 322                 if (ireq->opt != NULL && ip_options_echo(ireq->opt, skb)) {
 323                         kfree(ireq->opt);
 324                         ireq->opt = NULL;
 325                 }
 326         }
 327
 328         if (security_inet_conn_request(sk, skb, req)) {
 329                 reqsk_free(req);
 330                 goto out;
 331         }
 332
 333         req->expires    = 0UL;
 334         req->retrans    = 0;
 335
 336         /*
 337          * We need to lookup the route here to get at the correct
 338          * window size. We should better make sure that the window size
 339          * hasn't changed since we received the original syn, but I see
 340          * no easy way to do this.
 341          */
 342         {
 343                 struct flowi fl = { .mark = sk->sk_mark,
 344                                     .nl_u = { .ip4_u =
 345                                               { .daddr = ((opt && opt->srr) ?
 346                                                           opt->faddr :
 347                                                           ireq->rmt_addr),
 348                                                 .saddr = ireq->loc_addr,
 349                                                 .tos = RT_CONN_FLAGS(sk) } },
 350                                     .proto = IPPROTO_TCP,
 351                                     .flags = inet_sk_flowi_flags(sk),
 352                                     .uli_u = { .ports =
 353                                                { .sport = th->dest,
 354                                                  .dport = th->source } } };
 355                 security_req_classify_flow(req, &fl);
 356                 if (ip_route_output_key(sock_net(sk), &rt, &fl)) {
 357                         reqsk_free(req);
 358                         goto out;
 359                 }
 360         }
 361
 362         /* Try to redo what tcp_v4_send_synack did. */
 363         req->window_clamp = tp->window_clamp ? :dst_metric(&rt->dst, RTAX_WINDOW);
 364
 365         tcp_select_initial_window(tcp_full_space(sk), req->mss,
 366                                   &req->rcv_wnd, &req->window_clamp,
 367                                   ireq->wscale_ok, &rcv_wscale,
 368                                   dst_metric(&rt->dst, RTAX_INITRWND));
 369
 370         ireq->rcv_wscale  = rcv_wscale;
 371
 372         ret = get_cookie_sock(sk, skb, req, &rt->dst);
 373 out:    return ret;
 374 }