android: the diagnostic log records why an established IKE SA went down (reauth, retransmit timeout, network change, user, other) with a per-day drop counter; plan section 8 added

Native signals for retransmit timeout and reauth are diagnostics only and change no state.
docs/energy-plan.md section 8 is the 2.20 plan for connection stability and energy use.

Co-Authored-By: Claude Sonnet 5.5 <noreply@anthropic.com>

src/frontends/android/app/src/main/java/org/strongswan/android/logic/CharonVpnService.java

@@ -92,6 +92,7 @@ import java.util.List;
 import java.util.Locale;
 import java.util.Set;
 import java.util.SortedSet;
+import java.util.TimeZone;
 import java.util.TreeSet;
 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 import java.util.concurrent.Executors;
@@ -171,6 +172,12 @@ public class CharonVpnService extends VpnService implements Runnable, VpnStateSe
 	private volatile boolean mProfileUpdated;
 	private volatile boolean mTerminate;
 	private volatile boolean mIsDisconnecting;
+	/* why-did-the-SA-go-down diagnostics (plan 8.1); no effect on behaviour */
+	private final DailyCounter mSaDropCounter = new DailyCounter();
+	private volatile long mSaUpSince;
+	private volatile long mLastNetworkChange;
+	private volatile boolean mRetransmitTimeout;
+	private volatile boolean mReauth;
 	private volatile boolean mShowNotification;
 	/* start of the current CONNECTED session for the notification chronometer */
 	private volatile long mConnectedSince;
@@ -219,6 +226,8 @@ public class CharonVpnService extends VpnService implements Runnable, VpnStateSe
 	static final int STATE_UNREACHABLE_ERROR = 6;
 	static final int STATE_CERTIFICATE_UNAVAILABLE = 7;
 	static final int STATE_GENERIC_ERROR = 8;
+	static final int STATE_RETRANSMIT_TIMEOUT = 9;
+	static final int STATE_REAUTH = 10;
 
 	@Override
 	public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId)
@@ -1025,12 +1034,16 @@ public class CharonVpnService extends VpnService implements Runnable, VpnStateSe
 		switch (status)
 		{
 			case STATE_CHILD_SA_DOWN:
+				logSaDown();
 				if (!mIsDisconnecting)
 				{
 					setState(State.CONNECTING);
 				}
 				break;
 			case STATE_CHILD_SA_UP:
+				mSaUpSince = SystemClock.elapsedRealtime();
+				mRetransmitTimeout = false;
+				mReauth = false;
 				setState(State.CONNECTED);
 				scheduleDnsDiagnostics();
 				scheduleRouteDiagnostics();
@@ -1059,12 +1072,49 @@ public class CharonVpnService extends VpnService implements Runnable, VpnStateSe
 			case STATE_GENERIC_ERROR:
 				setErrorDisconnect(ErrorState.GENERIC_ERROR);
 				break;
+			case STATE_RETRANSMIT_TIMEOUT:
+				mRetransmitTimeout = true;
+				break;
+			case STATE_REAUTH:
+				mReauth = true;
+				break;
 			default:
 				Log.e(TAG, "Unknown status code received");
 				break;
 		}
 	}
 
+	/**
+	 * Writes why an established SA went down to the diagnostic log (plan 8.1).
+	 * Does not touch the connection state.
+	 */
+	private void logSaDown()
+	{
+		long up = mSaUpSince;
+		boolean timeout = mRetransmitTimeout;
+		boolean reauth = mReauth;
+		mRetransmitTimeout = false;
+		mReauth = false;
+		if (up == 0)
+		{	/* no SA was up: a failed first connect is logged elsewhere */
+			return;
+		}
+		mSaUpSince = 0;
+		long now = SystemClock.elapsedRealtime();
+		long netAgo = mLastNetworkChange == 0 ? -1 : now - mLastNetworkChange;
+		SaClose why = SaClose.classify(mIsDisconnecting, reauth, timeout, netAgo);
+		String count = "";
+		if (why.getDrop())
+		{
+			long wall = System.currentTimeMillis();
+			count = ", drop #" + mSaDropCounter.next(wall, TimeZone.getDefault().getOffset(wall)) +
+				" today (resets with the process)";
+		}
+		DiagLog.i(TAG, "SA down: " + why.getLabel() + ", was up " + ((now - up) / 1000) + "s, network change " +
+			(netAgo < 0 ? "none" : (netAgo / 1000) + "s ago") + count +
+			(why == SaClose.OTHER ? " (no retransmit-timeout alert; MOBIKE path probing gives up without one)" : ""));
+	}
+
 	/** Delay before the DNS chain diagnostics run, so validation settles first. */
 	private static final long DNS_DIAG_DELAY_MS = 10_000;
 	private static final String DNS_DIAG_PROBE = "one.one.one.one";
@@ -1878,6 +1928,7 @@ public class CharonVpnService extends VpnService implements Runnable, VpnStateSe
 					return;
 				}
 				mApplied = current;
+				mLastNetworkChange = SystemClock.elapsedRealtime();
 			}
 			if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M)
 			{

src/frontends/android/app/src/main/java/org/strongswan/android/logic/SaCloseReason.kt

@@ -0,0 +1,68 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2026 SHX VPN
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
+ * under the terms of the GNU General Public License as published by the
+ * Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
+ * option) any later version.  See <http://www.fsf.org/copyleft/gpl.txt>.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
+ * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
+ * or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
+ * for more details.
+ */
+
+package org.strongswan.android.logic
+
+/** Why an established IKE SA went down; for the diagnostic log only (plan 8.1). */
+enum class SaClose(val label: String, val drop: Boolean)
+{
+	USER("user", false),
+	REAUTH("reauth", false),
+	RETRANSMIT_AFTER_NETWORK_CHANGE("retransmit-timeout after network change", true),
+	RETRANSMIT_TIMEOUT("retransmit-timeout", true),
+	NETWORK_CHANGE("network change", true),
+	OTHER("other (server close, rekey failure, MOBIKE probing)", true);
+
+	companion object
+	{
+		/** a network change this close before the SA went down is blamed first */
+		const val NETWORK_WINDOW_MS = 20_000L
+
+		/** sinceNetworkChangeMs is -1 when there was none */
+		@JvmStatic
+		fun classify(disconnecting: Boolean, reauth: Boolean, retransmitTimeout: Boolean,
+					 sinceNetworkChangeMs: Long): SaClose
+		{
+			val network = sinceNetworkChangeMs in 0..NETWORK_WINDOW_MS
+			return when
+			{
+				disconnecting -> USER
+				reauth -> REAUTH
+				retransmitTimeout && network -> RETRANSMIT_AFTER_NETWORK_CHANGE
+				retransmitTimeout -> RETRANSMIT_TIMEOUT
+				network -> NETWORK_CHANGE
+				else -> OTHER
+			}
+		}
+	}
+}
+
+/** Counts events per local calendar day; resets when the process restarts. */
+class DailyCounter
+{
+	private var day = Long.MIN_VALUE
+	private var count = 0
+
+	@Synchronized
+	fun next(nowMs: Long, utcOffsetMs: Long): Int
+	{
+		val today = Math.floorDiv(nowMs + utcOffsetMs, 86_400_000L)
+		if (today != day)
+		{
+			day = today
+			count = 0
+		}
+		return ++count
+	}
+}

src/frontends/android/app/src/main/jni/libandroidbridge/backend/android_service.c

@@ -591,6 +591,10 @@ METHOD(listener_t, ike_reestablish_pre, bool,
 {
 	if (this->ike_sa == old)
 	{
+		if (old->has_condition(old, COND_REAUTHENTICATING))
+		{	/* planned reauthentication, not a drop */
+			charonservice->update_status(charonservice, CHARONSERVICE_REAUTH);
+		}
 		/* enable DNS proxy so hosts are properly resolved while the TUN device
 		 * is still active */
 		this->lock->write_lock(this->lock);
@@ -674,6 +678,12 @@ METHOD(listener_t, alert, bool,
 	{
 		switch (alert)
 		{
+			case ALERT_RETRANSMIT_SEND_TIMEOUT:
+				/* fires before the reestablish that reports CHILD_STATE_DOWN;
+				 * break, not FALSE: returning FALSE unregisters the listener */
+				charonservice->update_status(charonservice,
+											 CHARONSERVICE_RETRANSMIT_TIMEOUT);
+				break;
 			case ALERT_PEER_ADDR_FAILED:
 				charonservice->update_status(charonservice,
 											 CHARONSERVICE_LOOKUP_ERROR);

src/frontends/android/app/src/main/jni/libandroidbridge/charonservice.h

@@ -63,6 +63,9 @@ enum android_vpn_state_t {
 	CHARONSERVICE_UNREACHABLE_ERROR,
 	CHARONSERVICE_CERTIFICATE_UNAVAILABLE,
 	CHARONSERVICE_GENERIC_ERROR,
+	/* diagnostics only, no state change: the next CHILD_STATE_DOWN is caused by it */
+	CHARONSERVICE_RETRANSMIT_TIMEOUT,
+	CHARONSERVICE_REAUTH,
 };
 
 /**

src/frontends/android/app/src/test/java/org/strongswan/android/logic/SaCloseReasonTest.kt

@@ -0,0 +1,92 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2026 SHX VPN
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
+ * under the terms of the GNU General Public License as published by the
+ * Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
+ * option) any later version.  See <http://www.fsf.org/copyleft/gpl.txt>.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
+ * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
+ * or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
+ * for more details.
+ */
+
+package org.strongswan.android.logic
+
+import org.assertj.core.api.Assertions.assertThat
+import org.junit.Test
+
+class SaCloseReasonTest
+{
+	private fun classify(disconnecting: Boolean = false, reauth: Boolean = false,
+						 timeout: Boolean = false, netAgo: Long = -1) =
+		SaClose.classify(disconnecting, reauth, timeout, netAgo)
+
+	@Test
+	fun userStopWinsOverEverything()
+	{
+		assertThat(classify(disconnecting = true, reauth = true, timeout = true, netAgo = 0)).isEqualTo(SaClose.USER)
+		assertThat(SaClose.USER.drop).isFalse()
+	}
+
+	@Test
+	fun reauthIsNotADrop()
+	{
+		assertThat(classify(reauth = true, timeout = true, netAgo = 1000)).isEqualTo(SaClose.REAUTH)
+		assertThat(SaClose.REAUTH.drop).isFalse()
+	}
+
+	@Test
+	fun retransmitTimeoutWithAndWithoutNetworkChange()
+	{
+		assertThat(classify(timeout = true, netAgo = 5000)).isEqualTo(SaClose.RETRANSMIT_AFTER_NETWORK_CHANGE)
+		assertThat(classify(timeout = true)).isEqualTo(SaClose.RETRANSMIT_TIMEOUT)
+		assertThat(classify(timeout = true, netAgo = 21_000)).isEqualTo(SaClose.RETRANSMIT_TIMEOUT)
+	}
+
+	@Test
+	fun networkWindowBoundary()
+	{
+		assertThat(classify(netAgo = 0)).isEqualTo(SaClose.NETWORK_CHANGE)
+		assertThat(classify(netAgo = SaClose.NETWORK_WINDOW_MS)).isEqualTo(SaClose.NETWORK_CHANGE)
+		assertThat(classify(netAgo = SaClose.NETWORK_WINDOW_MS + 1)).isEqualTo(SaClose.OTHER)
+	}
+
+	@Test
+	fun noSignalsIsOther()
+	{
+		assertThat(classify()).isEqualTo(SaClose.OTHER)
+		assertThat(SaClose.OTHER.drop).isTrue()
+	}
+
+	@Test
+	fun counterCountsWithinADayAndResetsAtLocalMidnight()
+	{
+		val c = DailyCounter()
+		val day = 86_400_000L
+		assertThat(c.next(1000, 0)).isEqualTo(1)
+		assertThat(c.next(2000, 0)).isEqualTo(2)
+		assertThat(c.next(day - 1, 0)).isEqualTo(3)
+		assertThat(c.next(day, 0)).isEqualTo(1)
+	}
+
+	@Test
+	fun counterUsesTheLocalOffset()
+	{
+		val c = DailyCounter()
+		val hour = 3_600_000L
+		/* 23:30 UTC: past midnight at UTC+3 (21:30 and 23:30 UTC are one local day, the next hour is not),
+		 * still the same local day an hour later at UTC-5 */
+		val t = 24 * hour - hour / 2
+		assertThat(c.next(t - 2 * hour, 3 * hour)).isEqualTo(1)
+		assertThat(c.next(t, 3 * hour)).isEqualTo(2)
+		assertThat(c.next(t + hour, 3 * hour)).isEqualTo(3)
+		val d = DailyCounter()
+		assertThat(d.next(t, -5 * hour)).isEqualTo(1)
+		assertThat(d.next(t + hour, -5 * hour)).isEqualTo(2)
+		val e = DailyCounter()
+		assertThat(e.next(t, 0)).isEqualTo(1)
+		assertThat(e.next(t + hour, 0)).isEqualTo(1)
+	}
+}

src/frontends/android/docs/energy-plan.md

@@ -180,3 +180,50 @@
 Проверено на эмуляторе `shx36` (профиль на 192.0.2.1, туннель не поднимается, проверялась логика): `am crash` → watchdog поднимает сервис (~80 с, окно неточного
 будильника); сценарий «Wi-Fi → включить» срабатывает по событию сети при выключенных правилах сетей (~10 с); будильник сценария по времени будит убитый процесс,
 `ScenarioReceiver` ждёт сервис и возвращает прежнее состояние VPN. Без реального сервера не проверены keepalive/rekey, NAT-таймауты и энергопотребление.
+
+## 8. Версия 2.20: стабильность соединения и расход энергии (разбор 2.19.1)
+
+Основа — чтение `NetworkManager`, `UnderlyingNetworkTracker`, `VpnStateService`, `android_net.c`, `charonservice.c`, `android_service.c`
+и исходников charon. `CharonVpnService` и `direct_engine.c` целиком не разбирались: пункты ниже — гипотезы, пока их не подтвердит лог с телефона.
+Условие раздела 5 (туннель не падает в фоне) действует для каждого пункта.
+
+### 8.1. Шаг 0 — наблюдаемость (поведение не меняется)
+- В `DiagLog` писать причину закрытия IKE SA: DPD/ретрансмиты, смена сети, закрыто сервером, действие пользователя; считать реконнекты в сутки.
+  Новых строк интерфейса нет. Без этих данных 8.2–8.4 решаются вслепую.
+- Замеры на телефоне делает владелец: ночь с погашенным экраном на Wi-Fi и на мобильной сети; до и после — `dumpsys batterystats --reset` /
+  `dumpsys batterystats one.shx.strongswan.ext`, `dumpsys alarm`, `dumpsys deviceidle force-idle`.
+
+### 8.2. Окно ретрансмитов (стабильность и энергия)
+- Сейчас `retransmit_tries=3`, `timeout=2,0`, `base=1,4` (`charonservice.c:59-61`): первая отправка и 3 повтора, после ожидания третьего
+  повтора (`task_manager_v2.c:403`) IKE SA закрывается. Итого 2 + 2,8 + 3,9 + 5,5 ≈ 14 с без ответа; 5 повторов дали бы ≈ 33 с.
+- Это относится к обычным запросам (DPD, rekey). У MOBIKE-проверки пути свой бюджет (`ROUTABILITY_CHECK_TRIES`), он от этих настроек не зависит.
+- После закрытия SA charon поднимает его заново сам: `dpd_action` и `close_action` = `ACTION_START`, `keyingtries = 6` (`android_service.c:885-896`).
+  Java-backoff (5 с × 2ⁿ, до 120 с) включается, только когда попытки исчерпаны. Цена короткого провала связи — полный IKE_SA_INIT + AUTH
+  (радио, CPU, туннель недоступен на время переустановки). Как Java реагирует на `CHILD_STATE_DOWN` при этом, не разбиралось.
+- Настройки читаются при создании IKE SA: «больше попыток только на мобильной сети» при роуминге не включится — либо выбор по транспорту
+  при подключении, либо одно значение для всех.
+- Решать по логу 8.1: много падений по DPD на коротких провалах — поднять; мало — не трогать. Цена: дольше обнаружение реально мёртвого пути.
+
+### 8.3. Привязка сокета IKE после смены сети (гипотеза, только по логу)
+- Состояние `connected` из `NetworkManager` в нативе нужно одному: `android_net.c` ставит повторную проверку через 1 с после `ENETUNREACH`.
+  Roam-событие поднимается при любом изменении, поэтому версия «Wi-Fi без интернета считается связью и IKE уходит в пустоту» из кода не следует.
+- Остаётся вопрос, на какую сеть привязан сокет IKE после roam (`bypass_socket` → `protect`) и совпадает ли она с `UnderlyingNetworkTracker`,
+  который требует `VALIDATED`. Риск: в сетях с белыми списками (`WhiteListManager`) проверка системы может не проходить при доступном сервере.
+  `NetworkManager` и условия сети не менять без лога с реальным случаем; приёмка по разделу 5.
+
+### 8.4. Keepalive по транспорту (энергия, слоты квоты Doze) — пересматривает решение «45 с»
+- 45 с ≈ 80 будильников/ч при квоте 72/ч (7/ч без точных будильников). На Wi-Fi 90–120 с вдвое сократили бы число будильников.
+- `keep_alive` читается при создании IKE SA (`ike_sa.c:3283`): после смены Wi-Fi ↔ LTE значение не обновится без переподключения.
+- Риск: домашние роутеры с UDP-таймаутом 30 с. Только после замера, как необязательная настройка профиля; умолчание не менять.
+
+### 8.5. Нативный роутер и логи (после Perfetto)
+- `direct_engine.c`: при погашенном экране растянуть холостой интервал с 4 до 10–30 с (пробуждение через `wake`-fd), не вызывать
+  `check_timers` вхолостую. Только при включённом режиме «сайты РФ напрямую».
+- `DiagLog`: при погашенном экране не писать повторяющиеся строки (watchdog, смена сети); `flush` оставить.
+
+### 8.6. Порядок и граница
+1. Релиз 1: шаг 0 (8.1), поведение не меняется. Владелец проверяет сборку из S3 и присылает `diag.log` и цифры.
+2. Релизы 2–3: 8.2 и 8.3 — только если лог это оправдывает; каждый отдельно, с приёмкой раздела 5.
+3. 8.4 — после замера на Wi-Fi и мобильной сети. 8.5 — после Perfetto.
+- Не трогать: keepalive 45 с на мобильной сети, foreground-сервис, будильники `Scheduler`/`WatchdogReceiver`, DPD,
+  `NetworkManager`/`UnderlyingNetworkTracker` без приёмки.