arch/x86/mm/mem_encrypt.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * AMD Memory Encryption Support
   4  *
   5  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
   6  *
   7  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
   8  */
   9
  10 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
  11
  12 #include <linux/linkage.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/dma-direct.h>
  16 #include <linux/swiotlb.h>
  17 #include <linux/mem_encrypt.h>
  18 #include <linux/device.h>
  19 #include <linux/kernel.h>
  20 #include <linux/bitops.h>
  21 #include <linux/dma-mapping.h>
  22
  23 #include <asm/tlbflush.h>
  24 #include <asm/fixmap.h>
  25 #include <asm/setup.h>
  26 #include <asm/bootparam.h>
  27 #include <asm/set_memory.h>
  28 #include <asm/cacheflush.h>
  29 #include <asm/processor-flags.h>
  30 #include <asm/msr.h>
  31 #include <asm/cmdline.h>
  32
  33 #include "mm_internal.h"
  34
  35 /*
  36  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  37  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  38  * section is later cleared.
  39  */
  40 u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
  41 u64 sev_status __section(".data") = 0;
  42 u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
  43 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  44 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sev_enable_key);
  45 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_enable_key);
  46
  47 bool sev_enabled __section(".data");
  48
  49 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  50 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
  51
  52 /*
  53  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  54  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  55  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  56  * are currently not in the desired state.
  57  *
  58  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  59  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  60  */
  61 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  62                                        unsigned long size, bool enc)
  63 {
  64         void *src, *dst;
  65         size_t len;
  66
  67         if (!sme_me_mask)
  68                 return;
  69
  70         wbinvd();
  71
  72         /*
  73          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
  74          * one page at time.
  75          */
  76         while (size) {
  77                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
  78
  79                 /*
  80                  * Create mappings for the current and desired format of
  81                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
  82                  */
  83                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
  84                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
  85
  86                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
  87                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
  88
  89                 /*
  90                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
  91                  * then eventual access of that area in the desired mode
  92                  * will cause a crash.
  93                  */
  94                 BUG_ON(!src || !dst);
  95
  96                 /*
  97                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
  98                  * avoid data corruption as documented in the APM.
  99                  */
 100                 memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 101                 memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 102
 103                 early_memunmap(dst, len);
 104                 early_memunmap(src, len);
 105
 106                 paddr += len;
 107                 size -= len;
 108         }
 109 }
 110
 111 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 112 {
 113         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 114 }
 115
 116 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 117 {
 118         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 119 }
 120
 121 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 122                                              bool map)
 123 {
 124         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 125         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 126
 127         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 128         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 129
 130         do {
 131                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 132                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 133
 134                 vaddr += PMD_SIZE;
 135                 paddr += PMD_SIZE;
 136                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 137         } while (size);
 138
 139         flush_tlb_local();
 140 }
 141
 142 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 143 {
 144         struct boot_params *boot_data;
 145         unsigned long cmdline_paddr;
 146
 147         if (!sme_active())
 148                 return;
 149
 150         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 151         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 152         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 153
 154         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 155
 156         if (!cmdline_paddr)
 157                 return;
 158
 159         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 160 }
 161
 162 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 163 {
 164         struct boot_params *boot_data;
 165         unsigned long cmdline_paddr;
 166
 167         if (!sme_active())
 168                 return;
 169
 170         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 171
 172         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 173         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 174         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 175
 176         if (!cmdline_paddr)
 177                 return;
 178
 179         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 180 }
 181
 182 void __init sme_early_init(void)
 183 {
 184         unsigned int i;
 185
 186         if (!sme_me_mask)
 187                 return;
 188
 189         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 190
 191         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 192
 193         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 194         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(protection_map); i++)
 195                 protection_map[i] = pgprot_encrypted(protection_map[i]);
 196
 197         if (sev_active())
 198                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 199 }
 200
 201 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 202 {
 203         pgprot_t old_prot, new_prot;
 204         unsigned long pfn, pa, size;
 205         pte_t new_pte;
 206
 207         switch (level) {
 208         case PG_LEVEL_4K:
 209                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 210                 old_prot = pte_pgprot(*kpte);
 211                 break;
 212         case PG_LEVEL_2M:
 213                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 214                 old_prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 215                 break;
 216         case PG_LEVEL_1G:
 217                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 218                 old_prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 219                 break;
 220         default:
 221                 return;
 222         }
 223
 224         new_prot = old_prot;
 225         if (enc)
 226                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 227         else
 228                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 229
 230         /* If prot is same then do nothing. */
 231         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 232                 return;
 233
 234         pa = pfn << page_level_shift(level);
 235         size = page_level_size(level);
 236
 237         /*
 238          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 239          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 240          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 241          */
 242         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 243
 244         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 245         if (enc)
 246                 sme_early_encrypt(pa, size);
 247         else
 248                 sme_early_decrypt(pa, size);
 249
 250         /* Change the page encryption mask. */
 251         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 252         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 253 }
 254
 255 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 256                                            unsigned long size, bool enc)
 257 {
 258         unsigned long vaddr_end, vaddr_next;
 259         unsigned long psize, pmask;
 260         int split_page_size_mask;
 261         int level, ret;
 262         pte_t *kpte;
 263
 264         vaddr_next = vaddr;
 265         vaddr_end = vaddr + size;
 266
 267         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 268                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 269                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 270                         ret = 1;
 271                         goto out;
 272                 }
 273
 274                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 275                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 276                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 277                         continue;
 278                 }
 279
 280                 psize = page_level_size(level);
 281                 pmask = page_level_mask(level);
 282
 283                 /*
 284                  * Check whether we can change the large page in one go.
 285                  * We request a split when the address is not aligned and
 286                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 287                  * than the number of pages in the large page.
 288                  */
 289                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 290                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 291                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 292                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 293                         continue;
 294                 }
 295
 296                 /*
 297                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 298                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 299                  * page then we request a split of the large page into 4K
 300                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 301                  */
 302                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 303                         split_page_size_mask = 0;
 304                 else
 305                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 306
 307                 /*
 308                  * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 309                  * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 310                  */
 311                 kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
 312                                                __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 313                                                split_page_size_mask);
 314         }
 315
 316         ret = 0;
 317
 318 out:
 319         __flush_tlb_all();
 320         return ret;
 321 }
 322
 323 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 324 {
 325         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 326 }
 327
 328 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 329 {
 330         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 331 }
 332
 333 /*
 334  * SME and SEV are very similar but they are not the same, so there are
 335  * times that the kernel will need to distinguish between SME and SEV. The
 336  * sme_active() and sev_active() functions are used for this.  When a
 337  * distinction isn't needed, the mem_encrypt_active() function can be used.
 338  *
 339  * The trampoline code is a good example for this requirement.  Before
 340  * paging is activated, SME will access all memory as decrypted, but SEV
 341  * will access all memory as encrypted.  So, when APs are being brought
 342  * up under SME the trampoline area cannot be encrypted, whereas under SEV
 343  * the trampoline area must be encrypted.
 344  */
 345 bool sme_active(void)
 346 {
 347         return sme_me_mask && !sev_enabled;
 348 }
 349
 350 bool sev_active(void)
 351 {
 352         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ENABLED;
 353 }
 354
 355 /* Needs to be called from non-instrumentable code */
 356 bool noinstr sev_es_active(void)
 357 {
 358         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ES_ENABLED;
 359 }
 360
 361 /* Override for DMA direct allocation check - ARCH_HAS_FORCE_DMA_UNENCRYPTED */
 362 bool force_dma_unencrypted(struct device *dev)
 363 {
 364         /*
 365          * For SEV, all DMA must be to unencrypted addresses.
 366          */
 367         if (sev_active())
 368                 return true;
 369
 370         /*
 371          * For SME, all DMA must be to unencrypted addresses if the
 372          * device does not support DMA to addresses that include the
 373          * encryption mask.
 374          */
 375         if (sme_active()) {
 376                 u64 dma_enc_mask = DMA_BIT_MASK(__ffs64(sme_me_mask));
 377                 u64 dma_dev_mask = min_not_zero(dev->coherent_dma_mask,
 378                                                 dev->bus_dma_limit);
 379
 380                 if (dma_dev_mask <= dma_enc_mask)
 381                         return true;
 382         }
 383
 384         return false;
 385 }
 386
 387 void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
 388 {
 389         unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 390         int r;
 391
 392         vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 393         vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 394         npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 395
 396         /*
 397          * The unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 398          * attribute from decrypted to encrypted before freeing it.
 399          */
 400         if (mem_encrypt_active()) {
 401                 r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
 402                 if (r) {
 403                         pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
 404                         return;
 405                 }
 406         }
 407
 408         free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
 409 }
 410
 411 static void print_mem_encrypt_feature_info(void)
 412 {
 413         pr_info("AMD Memory Encryption Features active:");
 414
 415         /* Secure Memory Encryption */
 416         if (sme_active()) {
 417                 /*
 418                  * SME is mutually exclusive with any of the SEV
 419                  * features below.
 420                  */
 421                 pr_cont(" SME\n");
 422                 return;
 423         }
 424
 425         /* Secure Encrypted Virtualization */
 426         if (sev_active())
 427                 pr_cont(" SEV");
 428
 429         /* Encrypted Register State */
 430         if (sev_es_active())
 431                 pr_cont(" SEV-ES");
 432
 433         pr_cont("\n");
 434 }
 435
 436 /* Architecture __weak replacement functions */
 437 void __init mem_encrypt_init(void)
 438 {
 439         if (!sme_me_mask)
 440                 return;
 441
 442         /* Call into SWIOTLB to update the SWIOTLB DMA buffers */
 443         swiotlb_update_mem_attributes();
 444
 445         /*
 446          * With SEV, we need to unroll the rep string I/O instructions.
 447          */
 448         if (sev_active())
 449                 static_branch_enable(&sev_enable_key);
 450
 451         print_mem_encrypt_feature_info();
 452 }
 453