arch/x86/mm/kaslr.c

   1 /*
   2  * This file implements KASLR memory randomization for x86_64. It randomizes
   3  * the virtual address space of kernel memory regions (physical memory
   4  * mapping, vmalloc & vmemmap) for x86_64. This security feature mitigates
   5  * exploits relying on predictable kernel addresses.
   6  *
   7  * Entropy is generated using the KASLR early boot functions now shared in
   8  * the lib directory (originally written by Kees Cook). Randomization is
   9  * done on PGD & PUD page table levels to increase possible addresses. The
  10  * physical memory mapping code was adapted to support PUD level virtual
  11  * addresses. This implementation on the best configuration provides 30,000
  12  * possible virtual addresses in average for each memory region. An additional
  13  * low memory page is used to ensure each CPU can start with a PGD aligned
  14  * virtual address (for realmode).
  15  *
  16  * The order of each memory region is not changed. The feature looks at
  17  * the available space for the regions based on different configuration
  18  * options and randomizes the base and space between each. The size of the
  19  * physical memory mapping is the available physical memory.
  20  */
  21
  22 #include <linux/kernel.h>
  23 #include <linux/init.h>
  24 #include <linux/random.h>
  25
  26 #include <asm/pgalloc.h>
  27 #include <asm/pgtable.h>
  28 #include <asm/setup.h>
  29 #include <asm/kaslr.h>
  30
  31 #include "mm_internal.h"
  32
  33 #define TB_SHIFT 40
  34
  35 /*
  36  * Virtual address start and end range for randomization. The end changes base
  37  * on configuration to have the highest amount of space for randomization.
  38  * It increases the possible random position for each randomized region.
  39  *
  40  * You need to add an if/def entry if you introduce a new memory region
  41  * compatible with KASLR. Your entry must be in logical order with memory
  42  * layout. For example, ESPFIX is before EFI because its virtual address is
  43  * before. You also need to add a BUILD_BUG_ON in kernel_randomize_memory to
  44  * ensure that this order is correct and won't be changed.
  45  */
  46 static const unsigned long vaddr_start = __PAGE_OFFSET_BASE;
  47 static const unsigned long vaddr_end = VMEMMAP_START;
  48
  49 /* Default values */
  50 unsigned long page_offset_base = __PAGE_OFFSET_BASE;
  51 EXPORT_SYMBOL(page_offset_base);
  52 unsigned long vmalloc_base = __VMALLOC_BASE;
  53 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_base);
  54
  55 /*
  56  * Memory regions randomized by KASLR (except modules that use a separate logic
  57  * earlier during boot). The list is ordered based on virtual addresses. This
  58  * order is kept after randomization.
  59  */
  60 static __initdata struct kaslr_memory_region {
  61         unsigned long *base;
  62         unsigned long size_tb;
  63 } kaslr_regions[] = {
  64         { &page_offset_base, 64/* Maximum */ },
  65         { &vmalloc_base, VMALLOC_SIZE_TB },
  66 };
  67
  68 /* Get size in bytes used by the memory region */
  69 static inline unsigned long get_padding(struct kaslr_memory_region *region)
  70 {
  71         return (region->size_tb << TB_SHIFT);
  72 }
  73
  74 /*
  75  * Apply no randomization if KASLR was disabled at boot or if KASAN
  76  * is enabled. KASAN shadow mappings rely on regions being PGD aligned.
  77  */
  78 static inline bool kaslr_memory_enabled(void)
  79 {
  80         return kaslr_enabled() && !config_enabled(CONFIG_KASAN);
  81 }
  82
  83 /* Initialize base and padding for each memory region randomized with KASLR */
  84 void __init kernel_randomize_memory(void)
  85 {
  86         size_t i;
  87         unsigned long vaddr = vaddr_start;
  88         unsigned long rand, memory_tb;
  89         struct rnd_state rand_state;
  90         unsigned long remain_entropy;
  91
  92         if (!kaslr_memory_enabled())
  93                 return;
  94
  95         /*
  96          * Update Physical memory mapping to available and
  97          * add padding if needed (especially for memory hotplug support).
  98          */
  99         BUG_ON(kaslr_regions[0].base != &page_offset_base);
 100         memory_tb = ((max_pfn << PAGE_SHIFT) >> TB_SHIFT) +
 101                 CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY_PHYSICAL_PADDING;
 102
 103         /* Adapt phyiscal memory region size based on available memory */
 104         if (memory_tb < kaslr_regions[0].size_tb)
 105                 kaslr_regions[0].size_tb = memory_tb;
 106
 107         /* Calculate entropy available between regions */
 108         remain_entropy = vaddr_end - vaddr_start;
 109         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(kaslr_regions); i++)
 110                 remain_entropy -= get_padding(&kaslr_regions[i]);
 111
 112         prandom_seed_state(&rand_state, kaslr_get_random_long("Memory"));
 113
 114         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(kaslr_regions); i++) {
 115                 unsigned long entropy;
 116
 117                 /*
 118                  * Select a random virtual address using the extra entropy
 119                  * available.
 120                  */
 121                 entropy = remain_entropy / (ARRAY_SIZE(kaslr_regions) - i);
 122                 prandom_bytes_state(&rand_state, &rand, sizeof(rand));
 123                 entropy = (rand % (entropy + 1)) & PUD_MASK;
 124                 vaddr += entropy;
 125                 *kaslr_regions[i].base = vaddr;
 126
 127                 /*
 128                  * Jump the region and add a minimum padding based on
 129                  * randomization alignment.
 130                  */
 131                 vaddr += get_padding(&kaslr_regions[i]);
 132                 vaddr = round_up(vaddr + 1, PUD_SIZE);
 133                 remain_entropy -= entropy;
 134         }
 135 }
 136
 137 /*
 138  * Create PGD aligned trampoline table to allow real mode initialization
 139  * of additional CPUs. Consume only 1 low memory page.
 140  */
 141 void __meminit init_trampoline(void)
 142 {
 143         unsigned long paddr, paddr_next;
 144         pgd_t *pgd;
 145         pud_t *pud_page, *pud_page_tramp;
 146         int i;
 147
 148         if (!kaslr_memory_enabled()) {
 149                 init_trampoline_default();
 150                 return;
 151         }
 152
 153         pud_page_tramp = alloc_low_page();
 154
 155         paddr = 0;
 156         pgd = pgd_offset_k((unsigned long)__va(paddr));
 157         pud_page = (pud_t *) pgd_page_vaddr(*pgd);
 158
 159         for (i = pud_index(paddr); i < PTRS_PER_PUD; i++, paddr = paddr_next) {
 160                 pud_t *pud, *pud_tramp;
 161                 unsigned long vaddr = (unsigned long)__va(paddr);
 162
 163                 pud_tramp = pud_page_tramp + pud_index(paddr);
 164                 pud = pud_page + pud_index(vaddr);
 165                 paddr_next = (paddr & PUD_MASK) + PUD_SIZE;
 166
 167                 *pud_tramp = *pud;
 168         }
 169
 170         set_pgd(&trampoline_pgd_entry,
 171                 __pgd(_KERNPG_TABLE | __pa(pud_page_tramp)));
 172 }