mm/kasan/sw_tags.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This file contains core software tag-based KASAN code.
   4  *
   5  * Copyright (c) 2018 Google, Inc.
   6  * Author: Andrey Konovalov <andreyknvl@google.com>
   7  */
   8
   9 #define pr_fmt(fmt) "kasan: " fmt
  10
  11 #include <linux/export.h>
  12 #include <linux/interrupt.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/kasan.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/kmemleak.h>
  17 #include <linux/linkage.h>
  18 #include <linux/memblock.h>
  19 #include <linux/memory.h>
  20 #include <linux/mm.h>
  21 #include <linux/module.h>
  22 #include <linux/printk.h>
  23 #include <linux/random.h>
  24 #include <linux/sched.h>
  25 #include <linux/sched/task_stack.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/stacktrace.h>
  28 #include <linux/string.h>
  29 #include <linux/types.h>
  30 #include <linux/vmalloc.h>
  31 #include <linux/bug.h>
  32
  33 #include "kasan.h"
  34 #include "../slab.h"
  35
  36 static DEFINE_PER_CPU(u32, prng_state);
  37
  38 void __init kasan_init_sw_tags(void)
  39 {
  40         int cpu;
  41
  42         for_each_possible_cpu(cpu)
  43                 per_cpu(prng_state, cpu) = (u32)get_cycles();
  44
  45         pr_info("KernelAddressSanitizer initialized\n");
  46 }
  47
  48 /*
  49  * If a preemption happens between this_cpu_read and this_cpu_write, the only
  50  * side effect is that we'll give a few allocated in different contexts objects
  51  * the same tag. Since tag-based KASAN is meant to be used a probabilistic
  52  * bug-detection debug feature, this doesn't have significant negative impact.
  53  *
  54  * Ideally the tags use strong randomness to prevent any attempts to predict
  55  * them during explicit exploit attempts. But strong randomness is expensive,
  56  * and we did an intentional trade-off to use a PRNG. This non-atomic RMW
  57  * sequence has in fact positive effect, since interrupts that randomly skew
  58  * PRNG at unpredictable points do only good.
  59  */
  60 u8 random_tag(void)
  61 {
  62         u32 state = this_cpu_read(prng_state);
  63
  64         state = 1664525 * state + 1013904223;
  65         this_cpu_write(prng_state, state);
  66
  67         return (u8)(state % (KASAN_TAG_MAX + 1));
  68 }
  69
  70 bool check_memory_region(unsigned long addr, size_t size, bool write,
  71                                 unsigned long ret_ip)
  72 {
  73         u8 tag;
  74         u8 *shadow_first, *shadow_last, *shadow;
  75         void *untagged_addr;
  76
  77         if (unlikely(size == 0))
  78                 return true;
  79
  80         if (unlikely(addr + size < addr))
  81                 return !kasan_report(addr, size, write, ret_ip);
  82
  83         tag = get_tag((const void *)addr);
  84
  85         /*
  86          * Ignore accesses for pointers tagged with 0xff (native kernel
  87          * pointer tag) to suppress false positives caused by kmap.
  88          *
  89          * Some kernel code was written to account for archs that don't keep
  90          * high memory mapped all the time, but rather map and unmap particular
  91          * pages when needed. Instead of storing a pointer to the kernel memory,
  92          * this code saves the address of the page structure and offset within
  93          * that page for later use. Those pages are then mapped and unmapped
  94          * with kmap/kunmap when necessary and virt_to_page is used to get the
  95          * virtual address of the page. For arm64 (that keeps the high memory
  96          * mapped all the time), kmap is turned into a page_address call.
  97
  98          * The issue is that with use of the page_address + virt_to_page
  99          * sequence the top byte value of the original pointer gets lost (gets
 100          * set to KASAN_TAG_KERNEL (0xFF)).
 101          */
 102         if (tag == KASAN_TAG_KERNEL)
 103                 return true;
 104
 105         untagged_addr = kasan_reset_tag((const void *)addr);
 106         if (unlikely(untagged_addr <
 107                         kasan_shadow_to_mem((void *)KASAN_SHADOW_START))) {
 108                 return !kasan_report(addr, size, write, ret_ip);
 109         }
 110         shadow_first = kasan_mem_to_shadow(untagged_addr);
 111         shadow_last = kasan_mem_to_shadow(untagged_addr + size - 1);
 112         for (shadow = shadow_first; shadow <= shadow_last; shadow++) {
 113                 if (*shadow != tag) {
 114                         return !kasan_report(addr, size, write, ret_ip);
 115                 }
 116         }
 117
 118         return true;
 119 }
 120
 121 bool check_invalid_free(void *addr)
 122 {
 123         u8 tag = get_tag(addr);
 124         u8 shadow_byte = READ_ONCE(*(u8 *)kasan_mem_to_shadow(kasan_reset_tag(addr)));
 125
 126         return (shadow_byte == KASAN_TAG_INVALID) ||
 127                 (tag != KASAN_TAG_KERNEL && tag != shadow_byte);
 128 }
 129
 130 #define DEFINE_HWASAN_LOAD_STORE(size)                                  \
 131         void __hwasan_load##size##_noabort(unsigned long addr)          \
 132         {                                                               \
 133                 check_memory_region(addr, size, false, _RET_IP_);       \
 134         }                                                               \
 135         EXPORT_SYMBOL(__hwasan_load##size##_noabort);                   \
 136         void __hwasan_store##size##_noabort(unsigned long addr)         \
 137         {                                                               \
 138                 check_memory_region(addr, size, true, _RET_IP_);        \
 139         }                                                               \
 140         EXPORT_SYMBOL(__hwasan_store##size##_noabort)
 141
 142 DEFINE_HWASAN_LOAD_STORE(1);
 143 DEFINE_HWASAN_LOAD_STORE(2);
 144 DEFINE_HWASAN_LOAD_STORE(4);
 145 DEFINE_HWASAN_LOAD_STORE(8);
 146 DEFINE_HWASAN_LOAD_STORE(16);
 147
 148 void __hwasan_loadN_noabort(unsigned long addr, unsigned long size)
 149 {
 150         check_memory_region(addr, size, false, _RET_IP_);
 151 }
 152 EXPORT_SYMBOL(__hwasan_loadN_noabort);
 153
 154 void __hwasan_storeN_noabort(unsigned long addr, unsigned long size)
 155 {
 156         check_memory_region(addr, size, true, _RET_IP_);
 157 }
 158 EXPORT_SYMBOL(__hwasan_storeN_noabort);
 159
 160 void __hwasan_tag_memory(unsigned long addr, u8 tag, unsigned long size)
 161 {
 162         poison_range((void *)addr, size, tag);
 163 }
 164 EXPORT_SYMBOL(__hwasan_tag_memory);
 165
 166 void kasan_set_free_info(struct kmem_cache *cache,
 167                                 void *object, u8 tag)
 168 {
 169         struct kasan_alloc_meta *alloc_meta;
 170         u8 idx = 0;
 171
 172         alloc_meta = kasan_get_alloc_meta(cache, object);
 173         if (!alloc_meta)
 174                 return;
 175
 176 #ifdef CONFIG_KASAN_SW_TAGS_IDENTIFY
 177         idx = alloc_meta->free_track_idx;
 178         alloc_meta->free_pointer_tag[idx] = tag;
 179         alloc_meta->free_track_idx = (idx + 1) % KASAN_NR_FREE_STACKS;
 180 #endif
 181
 182         kasan_set_track(&alloc_meta->free_track[idx], GFP_NOWAIT);
 183 }
 184
 185 struct kasan_track *kasan_get_free_track(struct kmem_cache *cache,
 186                                 void *object, u8 tag)
 187 {
 188         struct kasan_alloc_meta *alloc_meta;
 189         int i = 0;
 190
 191         alloc_meta = kasan_get_alloc_meta(cache, object);
 192         if (!alloc_meta)
 193                 return NULL;
 194
 195 #ifdef CONFIG_KASAN_SW_TAGS_IDENTIFY
 196         for (i = 0; i < KASAN_NR_FREE_STACKS; i++) {
 197                 if (alloc_meta->free_pointer_tag[i] == tag)
 198                         break;
 199         }
 200         if (i == KASAN_NR_FREE_STACKS)
 201                 i = alloc_meta->free_track_idx;
 202 #endif
 203
 204         return &alloc_meta->free_track[i];
 205 }