drivers/misc/lkdtm/bugs.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This is for all the tests related to logic bugs (e.g. bad dereferences,
   4  * bad alignment, bad loops, bad locking, bad scheduling, deep stacks, and
   5  * lockups) along with other things that don't fit well into existing LKDTM
   6  * test source files.
   7  */
   8 #include "lkdtm.h"
   9 #include <linux/list.h>
  10 #include <linux/sched.h>
  11 #include <linux/sched/signal.h>
  12 #include <linux/sched/task_stack.h>
  13 #include <linux/uaccess.h>
  14
  15 struct lkdtm_list {
  16         struct list_head node;
  17 };
  18
  19 /*
  20  * Make sure our attempts to over run the kernel stack doesn't trigger
  21  * a compiler warning when CONFIG_FRAME_WARN is set. Then make sure we
  22  * recurse past the end of THREAD_SIZE by default.
  23  */
  24 #if defined(CONFIG_FRAME_WARN) && (CONFIG_FRAME_WARN > 0)
  25 #define REC_STACK_SIZE (CONFIG_FRAME_WARN / 2)
  26 #else
  27 #define REC_STACK_SIZE (THREAD_SIZE / 8)
  28 #endif
  29 #define REC_NUM_DEFAULT ((THREAD_SIZE / REC_STACK_SIZE) * 2)
  30
  31 static int recur_count = REC_NUM_DEFAULT;
  32
  33 static DEFINE_SPINLOCK(lock_me_up);
  34
  35 /*
  36  * Make sure compiler does not optimize this function or stack frame away:
  37  * - function marked noinline
  38  * - stack variables are marked volatile
  39  * - stack variables are written (memset()) and read (pr_info())
  40  * - function has external effects (pr_info())
  41  * */
  42 static int noinline recursive_loop(int remaining)
  43 {
  44         volatile char buf[REC_STACK_SIZE];
  45
  46         memset((void *)buf, remaining & 0xFF, sizeof(buf));
  47         pr_info("loop %d/%d ...\n", (int)buf[remaining % sizeof(buf)],
  48                 recur_count);
  49         if (!remaining)
  50                 return 0;
  51         else
  52                 return recursive_loop(remaining - 1);
  53 }
  54
  55 /* If the depth is negative, use the default, otherwise keep parameter. */
  56 void __init lkdtm_bugs_init(int *recur_param)
  57 {
  58         if (*recur_param < 0)
  59                 *recur_param = recur_count;
  60         else
  61                 recur_count = *recur_param;
  62 }
  63
  64 void lkdtm_PANIC(void)
  65 {
  66         panic("dumptest");
  67 }
  68
  69 void lkdtm_BUG(void)
  70 {
  71         BUG();
  72 }
  73
  74 static int warn_counter;
  75
  76 void lkdtm_WARNING(void)
  77 {
  78         WARN(1, "Warning message trigger count: %d\n", warn_counter++);
  79 }
  80
  81 void lkdtm_EXCEPTION(void)
  82 {
  83         *((volatile int *) 0) = 0;
  84 }
  85
  86 void lkdtm_LOOP(void)
  87 {
  88         for (;;)
  89                 ;
  90 }
  91
  92 void lkdtm_EXHAUST_STACK(void)
  93 {
  94         pr_info("Calling function with %d frame size to depth %d ...\n",
  95                 REC_STACK_SIZE, recur_count);
  96         recursive_loop(recur_count);
  97         pr_info("FAIL: survived without exhausting stack?!\n");
  98 }
  99
 100 static noinline void __lkdtm_CORRUPT_STACK(void *stack)
 101 {
 102         memset(stack, '\xff', 64);
 103 }
 104
 105 /* This should trip the stack canary, not corrupt the return address. */
 106 noinline void lkdtm_CORRUPT_STACK(void)
 107 {
 108         /* Use default char array length that triggers stack protection. */
 109         char data[8] __aligned(sizeof(void *));
 110
 111         __lkdtm_CORRUPT_STACK(&data);
 112
 113         pr_info("Corrupted stack containing char array ...\n");
 114 }
 115
 116 /* Same as above but will only get a canary with -fstack-protector-strong */
 117 noinline void lkdtm_CORRUPT_STACK_STRONG(void)
 118 {
 119         union {
 120                 unsigned short shorts[4];
 121                 unsigned long *ptr;
 122         } data __aligned(sizeof(void *));
 123
 124         __lkdtm_CORRUPT_STACK(&data);
 125
 126         pr_info("Corrupted stack containing union ...\n");
 127 }
 128
 129 void lkdtm_UNALIGNED_LOAD_STORE_WRITE(void)
 130 {
 131         static u8 data[5] __attribute__((aligned(4))) = {1, 2, 3, 4, 5};
 132         u32 *p;
 133         u32 val = 0x12345678;
 134
 135         p = (u32 *)(data + 1);
 136         if (*p == 0)
 137                 val = 0x87654321;
 138         *p = val;
 139 }
 140
 141 void lkdtm_SOFTLOCKUP(void)
 142 {
 143         preempt_disable();
 144         for (;;)
 145                 cpu_relax();
 146 }
 147
 148 void lkdtm_HARDLOCKUP(void)
 149 {
 150         local_irq_disable();
 151         for (;;)
 152                 cpu_relax();
 153 }
 154
 155 void lkdtm_SPINLOCKUP(void)
 156 {
 157         /* Must be called twice to trigger. */
 158         spin_lock(&lock_me_up);
 159         /* Let sparse know we intended to exit holding the lock. */
 160         __release(&lock_me_up);
 161 }
 162
 163 void lkdtm_HUNG_TASK(void)
 164 {
 165         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 166         schedule();
 167 }
 168
 169 void lkdtm_CORRUPT_LIST_ADD(void)
 170 {
 171         /*
 172          * Initially, an empty list via LIST_HEAD:
 173          *      test_head.next = &test_head
 174          *      test_head.prev = &test_head
 175          */
 176         LIST_HEAD(test_head);
 177         struct lkdtm_list good, bad;
 178         void *target[2] = { };
 179         void *redirection = &target;
 180
 181         pr_info("attempting good list addition\n");
 182
 183         /*
 184          * Adding to the list performs these actions:
 185          *      test_head.next->prev = &good.node
 186          *      good.node.next = test_head.next
 187          *      good.node.prev = test_head
 188          *      test_head.next = good.node
 189          */
 190         list_add(&good.node, &test_head);
 191
 192         pr_info("attempting corrupted list addition\n");
 193         /*
 194          * In simulating this "write what where" primitive, the "what" is
 195          * the address of &bad.node, and the "where" is the address held
 196          * by "redirection".
 197          */
 198         test_head.next = redirection;
 199         list_add(&bad.node, &test_head);
 200
 201         if (target[0] == NULL && target[1] == NULL)
 202                 pr_err("Overwrite did not happen, but no BUG?!\n");
 203         else
 204                 pr_err("list_add() corruption not detected!\n");
 205 }
 206
 207 void lkdtm_CORRUPT_LIST_DEL(void)
 208 {
 209         LIST_HEAD(test_head);
 210         struct lkdtm_list item;
 211         void *target[2] = { };
 212         void *redirection = &target;
 213
 214         list_add(&item.node, &test_head);
 215
 216         pr_info("attempting good list removal\n");
 217         list_del(&item.node);
 218
 219         pr_info("attempting corrupted list removal\n");
 220         list_add(&item.node, &test_head);
 221
 222         /* As with the list_add() test above, this corrupts "next". */
 223         item.node.next = redirection;
 224         list_del(&item.node);
 225
 226         if (target[0] == NULL && target[1] == NULL)
 227                 pr_err("Overwrite did not happen, but no BUG?!\n");
 228         else
 229                 pr_err("list_del() corruption not detected!\n");
 230 }
 231
 232 /* Test if unbalanced set_fs(KERNEL_DS)/set_fs(USER_DS) check exists. */
 233 void lkdtm_CORRUPT_USER_DS(void)
 234 {
 235         pr_info("setting bad task size limit\n");
 236         set_fs(KERNEL_DS);
 237
 238         /* Make sure we do not keep running with a KERNEL_DS! */
 239         force_sig(SIGKILL);
 240 }
 241
 242 /* Test that VMAP_STACK is actually allocating with a leading guard page */
 243 void lkdtm_STACK_GUARD_PAGE_LEADING(void)
 244 {
 245         const unsigned char *stack = task_stack_page(current);
 246         const unsigned char *ptr = stack - 1;
 247         volatile unsigned char byte;
 248
 249         pr_info("attempting bad read from page below current stack\n");
 250
 251         byte = *ptr;
 252
 253         pr_err("FAIL: accessed page before stack!\n");
 254 }
 255
 256 /* Test that VMAP_STACK is actually allocating with a trailing guard page */
 257 void lkdtm_STACK_GUARD_PAGE_TRAILING(void)
 258 {
 259         const unsigned char *stack = task_stack_page(current);
 260         const unsigned char *ptr = stack + THREAD_SIZE;
 261         volatile unsigned char byte;
 262
 263         pr_info("attempting bad read from page above current stack\n");
 264
 265         byte = *ptr;
 266
 267         pr_err("FAIL: accessed page after stack!\n");
 268 }
 269
 270 void lkdtm_UNSET_SMEP(void)
 271 {
 272 #ifdef CONFIG_X86_64
 273 #define MOV_CR4_DEPTH   64
 274         void (*direct_write_cr4)(unsigned long val);
 275         unsigned char *insn;
 276         unsigned long cr4;
 277         int i;
 278
 279         cr4 = native_read_cr4();
 280
 281         if ((cr4 & X86_CR4_SMEP) != X86_CR4_SMEP) {
 282                 pr_err("FAIL: SMEP not in use\n");
 283                 return;
 284         }
 285         cr4 &= ~(X86_CR4_SMEP);
 286
 287         pr_info("trying to clear SMEP normally\n");
 288         native_write_cr4(cr4);
 289         if (cr4 == native_read_cr4()) {
 290                 pr_err("FAIL: pinning SMEP failed!\n");
 291                 cr4 |= X86_CR4_SMEP;
 292                 pr_info("restoring SMEP\n");
 293                 native_write_cr4(cr4);
 294                 return;
 295         }
 296         pr_info("ok: SMEP did not get cleared\n");
 297
 298         /*
 299          * To test the post-write pinning verification we need to call
 300          * directly into the middle of native_write_cr4() where the
 301          * cr4 write happens, skipping any pinning. This searches for
 302          * the cr4 writing instruction.
 303          */
 304         insn = (unsigned char *)native_write_cr4;
 305         for (i = 0; i < MOV_CR4_DEPTH; i++) {
 306                 /* mov %rdi, %cr4 */
 307                 if (insn[i] == 0x0f && insn[i+1] == 0x22 && insn[i+2] == 0xe7)
 308                         break;
 309                 /* mov %rdi,%rax; mov %rax, %cr4 */
 310                 if (insn[i]   == 0x48 && insn[i+1] == 0x89 &&
 311                     insn[i+2] == 0xf8 && insn[i+3] == 0x0f &&
 312                     insn[i+4] == 0x22 && insn[i+5] == 0xe0)
 313                         break;
 314         }
 315         if (i >= MOV_CR4_DEPTH) {
 316                 pr_info("ok: cannot locate cr4 writing call gadget\n");
 317                 return;
 318         }
 319         direct_write_cr4 = (void *)(insn + i);
 320
 321         pr_info("trying to clear SMEP with call gadget\n");
 322         direct_write_cr4(cr4);
 323         if (native_read_cr4() & X86_CR4_SMEP) {
 324                 pr_info("ok: SMEP removal was reverted\n");
 325         } else {
 326                 pr_err("FAIL: cleared SMEP not detected!\n");
 327                 cr4 |= X86_CR4_SMEP;
 328                 pr_info("restoring SMEP\n");
 329                 native_write_cr4(cr4);
 330         }
 331 #else
 332         pr_err("FAIL: this test is x86_64-only\n");
 333 #endif
 334 }