mm/kasan/generic.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This file contains core generic KASAN code.
   4  *
   5  * Copyright (c) 2014 Samsung Electronics Co., Ltd.
   6  * Author: Andrey Ryabinin <ryabinin.a.a@gmail.com>
   7  *
   8  * Some code borrowed from https://github.com/xairy/kasan-prototype by
   9  *        Andrey Konovalov <andreyknvl@gmail.com>
  10  */
  11
  12 #include <linux/export.h>
  13 #include <linux/interrupt.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <linux/kasan.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/kfence.h>
  18 #include <linux/kmemleak.h>
  19 #include <linux/linkage.h>
  20 #include <linux/memblock.h>
  21 #include <linux/memory.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/module.h>
  24 #include <linux/printk.h>
  25 #include <linux/sched.h>
  26 #include <linux/sched/task_stack.h>
  27 #include <linux/slab.h>
  28 #include <linux/stacktrace.h>
  29 #include <linux/string.h>
  30 #include <linux/types.h>
  31 #include <linux/vmalloc.h>
  32 #include <linux/bug.h>
  33
  34 #include "kasan.h"
  35 #include "../slab.h"
  36
  37 /*
  38  * All functions below always inlined so compiler could
  39  * perform better optimizations in each of __asan_loadX/__assn_storeX
  40  * depending on memory access size X.
  41  */
  42
  43 static __always_inline bool memory_is_poisoned_1(const void *addr)
  44 {
  45         s8 shadow_value = *(s8 *)kasan_mem_to_shadow(addr);
  46
  47         if (unlikely(shadow_value)) {
  48                 s8 last_accessible_byte = (unsigned long)addr & KASAN_GRANULE_MASK;
  49                 return unlikely(last_accessible_byte >= shadow_value);
  50         }
  51
  52         return false;
  53 }
  54
  55 static __always_inline bool memory_is_poisoned_2_4_8(const void *addr,
  56                                                 unsigned long size)
  57 {
  58         u8 *shadow_addr = (u8 *)kasan_mem_to_shadow(addr);
  59
  60         /*
  61          * Access crosses 8(shadow size)-byte boundary. Such access maps
  62          * into 2 shadow bytes, so we need to check them both.
  63          */
  64         if (unlikely((((unsigned long)addr + size - 1) & KASAN_GRANULE_MASK) < size - 1))
  65                 return *shadow_addr || memory_is_poisoned_1(addr + size - 1);
  66
  67         return memory_is_poisoned_1(addr + size - 1);
  68 }
  69
  70 static __always_inline bool memory_is_poisoned_16(const void *addr)
  71 {
  72         u16 *shadow_addr = (u16 *)kasan_mem_to_shadow(addr);
  73
  74         /* Unaligned 16-bytes access maps into 3 shadow bytes. */
  75         if (unlikely(!IS_ALIGNED((unsigned long)addr, KASAN_GRANULE_SIZE)))
  76                 return *shadow_addr || memory_is_poisoned_1(addr + 15);
  77
  78         return *shadow_addr;
  79 }
  80
  81 static __always_inline unsigned long bytes_is_nonzero(const u8 *start,
  82                                         size_t size)
  83 {
  84         while (size) {
  85                 if (unlikely(*start))
  86                         return (unsigned long)start;
  87                 start++;
  88                 size--;
  89         }
  90
  91         return 0;
  92 }
  93
  94 static __always_inline unsigned long memory_is_nonzero(const void *start,
  95                                                 const void *end)
  96 {
  97         unsigned int words;
  98         unsigned long ret;
  99         unsigned int prefix = (unsigned long)start % 8;
 100
 101         if (end - start <= 16)
 102                 return bytes_is_nonzero(start, end - start);
 103
 104         if (prefix) {
 105                 prefix = 8 - prefix;
 106                 ret = bytes_is_nonzero(start, prefix);
 107                 if (unlikely(ret))
 108                         return ret;
 109                 start += prefix;
 110         }
 111
 112         words = (end - start) / 8;
 113         while (words) {
 114                 if (unlikely(*(u64 *)start))
 115                         return bytes_is_nonzero(start, 8);
 116                 start += 8;
 117                 words--;
 118         }
 119
 120         return bytes_is_nonzero(start, (end - start) % 8);
 121 }
 122
 123 static __always_inline bool memory_is_poisoned_n(const void *addr, size_t size)
 124 {
 125         unsigned long ret;
 126
 127         ret = memory_is_nonzero(kasan_mem_to_shadow(addr),
 128                         kasan_mem_to_shadow(addr + size - 1) + 1);
 129
 130         if (unlikely(ret)) {
 131                 const void *last_byte = addr + size - 1;
 132                 s8 *last_shadow = (s8 *)kasan_mem_to_shadow(last_byte);
 133                 s8 last_accessible_byte = (unsigned long)last_byte & KASAN_GRANULE_MASK;
 134
 135                 if (unlikely(ret != (unsigned long)last_shadow ||
 136                              last_accessible_byte >= *last_shadow))
 137                         return true;
 138         }
 139         return false;
 140 }
 141
 142 static __always_inline bool memory_is_poisoned(const void *addr, size_t size)
 143 {
 144         if (__builtin_constant_p(size)) {
 145                 switch (size) {
 146                 case 1:
 147                         return memory_is_poisoned_1(addr);
 148                 case 2:
 149                 case 4:
 150                 case 8:
 151                         return memory_is_poisoned_2_4_8(addr, size);
 152                 case 16:
 153                         return memory_is_poisoned_16(addr);
 154                 default:
 155                         BUILD_BUG();
 156                 }
 157         }
 158
 159         return memory_is_poisoned_n(addr, size);
 160 }
 161
 162 static __always_inline bool check_region_inline(const void *addr,
 163                                                 size_t size, bool write,
 164                                                 unsigned long ret_ip)
 165 {
 166         if (!kasan_arch_is_ready())
 167                 return true;
 168
 169         if (unlikely(size == 0))
 170                 return true;
 171
 172         if (unlikely(addr + size < addr))
 173                 return !kasan_report(addr, size, write, ret_ip);
 174
 175         if (unlikely(!addr_has_metadata(addr)))
 176                 return !kasan_report(addr, size, write, ret_ip);
 177
 178         if (likely(!memory_is_poisoned(addr, size)))
 179                 return true;
 180
 181         return !kasan_report(addr, size, write, ret_ip);
 182 }
 183
 184 bool kasan_check_range(const void *addr, size_t size, bool write,
 185                                         unsigned long ret_ip)
 186 {
 187         return check_region_inline(addr, size, write, ret_ip);
 188 }
 189
 190 bool kasan_byte_accessible(const void *addr)
 191 {
 192         s8 shadow_byte;
 193
 194         if (!kasan_arch_is_ready())
 195                 return true;
 196
 197         shadow_byte = READ_ONCE(*(s8 *)kasan_mem_to_shadow(addr));
 198
 199         return shadow_byte >= 0 && shadow_byte < KASAN_GRANULE_SIZE;
 200 }
 201
 202 void kasan_cache_shrink(struct kmem_cache *cache)
 203 {
 204         kasan_quarantine_remove_cache(cache);
 205 }
 206
 207 void kasan_cache_shutdown(struct kmem_cache *cache)
 208 {
 209         if (!__kmem_cache_empty(cache))
 210                 kasan_quarantine_remove_cache(cache);
 211 }
 212
 213 static void register_global(struct kasan_global *global)
 214 {
 215         size_t aligned_size = round_up(global->size, KASAN_GRANULE_SIZE);
 216
 217         kasan_unpoison(global->beg, global->size, false);
 218
 219         kasan_poison(global->beg + aligned_size,
 220                      global->size_with_redzone - aligned_size,
 221                      KASAN_GLOBAL_REDZONE, false);
 222 }
 223
 224 void __asan_register_globals(void *ptr, ssize_t size)
 225 {
 226         int i;
 227         struct kasan_global *globals = ptr;
 228
 229         for (i = 0; i < size; i++)
 230                 register_global(&globals[i]);
 231 }
 232 EXPORT_SYMBOL(__asan_register_globals);
 233
 234 void __asan_unregister_globals(void *ptr, ssize_t size)
 235 {
 236 }
 237 EXPORT_SYMBOL(__asan_unregister_globals);
 238
 239 #define DEFINE_ASAN_LOAD_STORE(size)                                    \
 240         void __asan_load##size(void *addr)                              \
 241         {                                                               \
 242                 check_region_inline(addr, size, false, _RET_IP_);       \
 243         }                                                               \
 244         EXPORT_SYMBOL(__asan_load##size);                               \
 245         __alias(__asan_load##size)                                      \
 246         void __asan_load##size##_noabort(void *);                       \
 247         EXPORT_SYMBOL(__asan_load##size##_noabort);                     \
 248         void __asan_store##size(void *addr)                             \
 249         {                                                               \
 250                 check_region_inline(addr, size, true, _RET_IP_);        \
 251         }                                                               \
 252         EXPORT_SYMBOL(__asan_store##size);                              \
 253         __alias(__asan_store##size)                                     \
 254         void __asan_store##size##_noabort(void *);                      \
 255         EXPORT_SYMBOL(__asan_store##size##_noabort)
 256
 257 DEFINE_ASAN_LOAD_STORE(1);
 258 DEFINE_ASAN_LOAD_STORE(2);
 259 DEFINE_ASAN_LOAD_STORE(4);
 260 DEFINE_ASAN_LOAD_STORE(8);
 261 DEFINE_ASAN_LOAD_STORE(16);
 262
 263 void __asan_loadN(void *addr, ssize_t size)
 264 {
 265         kasan_check_range(addr, size, false, _RET_IP_);
 266 }
 267 EXPORT_SYMBOL(__asan_loadN);
 268
 269 __alias(__asan_loadN)
 270 void __asan_loadN_noabort(void *, ssize_t);
 271 EXPORT_SYMBOL(__asan_loadN_noabort);
 272
 273 void __asan_storeN(void *addr, ssize_t size)
 274 {
 275         kasan_check_range(addr, size, true, _RET_IP_);
 276 }
 277 EXPORT_SYMBOL(__asan_storeN);
 278
 279 __alias(__asan_storeN)
 280 void __asan_storeN_noabort(void *, ssize_t);
 281 EXPORT_SYMBOL(__asan_storeN_noabort);
 282
 283 /* to shut up compiler complaints */
 284 void __asan_handle_no_return(void) {}
 285 EXPORT_SYMBOL(__asan_handle_no_return);
 286
 287 /* Emitted by compiler to poison alloca()ed objects. */
 288 void __asan_alloca_poison(void *addr, ssize_t size)
 289 {
 290         size_t rounded_up_size = round_up(size, KASAN_GRANULE_SIZE);
 291         size_t padding_size = round_up(size, KASAN_ALLOCA_REDZONE_SIZE) -
 292                         rounded_up_size;
 293         size_t rounded_down_size = round_down(size, KASAN_GRANULE_SIZE);
 294
 295         const void *left_redzone = (const void *)(addr -
 296                         KASAN_ALLOCA_REDZONE_SIZE);
 297         const void *right_redzone = (const void *)(addr + rounded_up_size);
 298
 299         WARN_ON(!IS_ALIGNED((unsigned long)addr, KASAN_ALLOCA_REDZONE_SIZE));
 300
 301         kasan_unpoison((const void *)(addr + rounded_down_size),
 302                         size - rounded_down_size, false);
 303         kasan_poison(left_redzone, KASAN_ALLOCA_REDZONE_SIZE,
 304                      KASAN_ALLOCA_LEFT, false);
 305         kasan_poison(right_redzone, padding_size + KASAN_ALLOCA_REDZONE_SIZE,
 306                      KASAN_ALLOCA_RIGHT, false);
 307 }
 308 EXPORT_SYMBOL(__asan_alloca_poison);
 309
 310 /* Emitted by compiler to unpoison alloca()ed areas when the stack unwinds. */
 311 void __asan_allocas_unpoison(void *stack_top, ssize_t stack_bottom)
 312 {
 313         if (unlikely(!stack_top || stack_top > (void *)stack_bottom))
 314                 return;
 315
 316         kasan_unpoison(stack_top, (void *)stack_bottom - stack_top, false);
 317 }
 318 EXPORT_SYMBOL(__asan_allocas_unpoison);
 319
 320 /* Emitted by the compiler to [un]poison local variables. */
 321 #define DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(byte) \
 322         void __asan_set_shadow_##byte(const void *addr, ssize_t size)   \
 323         {                                                               \
 324                 __memset((void *)addr, 0x##byte, size);                 \
 325         }                                                               \
 326         EXPORT_SYMBOL(__asan_set_shadow_##byte)
 327
 328 DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(00);
 329 DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(f1);
 330 DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(f2);
 331 DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(f3);
 332 DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(f5);
 333 DEFINE_ASAN_SET_SHADOW(f8);
 334
 335 /* Only allow cache merging when no per-object metadata is present. */
 336 slab_flags_t kasan_never_merge(void)
 337 {
 338         if (!kasan_requires_meta())
 339                 return 0;
 340         return SLAB_KASAN;
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Adaptive redzone policy taken from the userspace AddressSanitizer runtime.
 345  * For larger allocations larger redzones are used.
 346  */
 347 static inline unsigned int optimal_redzone(unsigned int object_size)
 348 {
 349         return
 350                 object_size <= 64        - 16   ? 16 :
 351                 object_size <= 128       - 32   ? 32 :
 352                 object_size <= 512       - 64   ? 64 :
 353                 object_size <= 4096      - 128  ? 128 :
 354                 object_size <= (1 << 14) - 256  ? 256 :
 355                 object_size <= (1 << 15) - 512  ? 512 :
 356                 object_size <= (1 << 16) - 1024 ? 1024 : 2048;
 357 }
 358
 359 void kasan_cache_create(struct kmem_cache *cache, unsigned int *size,
 360                           slab_flags_t *flags)
 361 {
 362         unsigned int ok_size;
 363         unsigned int optimal_size;
 364
 365         if (!kasan_requires_meta())
 366                 return;
 367
 368         /*
 369          * SLAB_KASAN is used to mark caches that are sanitized by KASAN
 370          * and that thus have per-object metadata.
 371          * Currently this flag is used in two places:
 372          * 1. In slab_ksize() to account for per-object metadata when
 373          *    calculating the size of the accessible memory within the object.
 374          * 2. In slab_common.c via kasan_never_merge() to prevent merging of
 375          *    caches with per-object metadata.
 376          */
 377         *flags |= SLAB_KASAN;
 378
 379         ok_size = *size;
 380
 381         /* Add alloc meta into redzone. */
 382         cache->kasan_info.alloc_meta_offset = *size;
 383         *size += sizeof(struct kasan_alloc_meta);
 384
 385         /*
 386          * If alloc meta doesn't fit, don't add it.
 387          * This can only happen with SLAB, as it has KMALLOC_MAX_SIZE equal
 388          * to KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE and doesn't fall back to page_alloc for
 389          * larger sizes.
 390          */
 391         if (*size > KMALLOC_MAX_SIZE) {
 392                 cache->kasan_info.alloc_meta_offset = 0;
 393                 *size = ok_size;
 394                 /* Continue, since free meta might still fit. */
 395         }
 396
 397         /*
 398          * Add free meta into redzone when it's not possible to store
 399          * it in the object. This is the case when:
 400          * 1. Object is SLAB_TYPESAFE_BY_RCU, which means that it can
 401          *    be touched after it was freed, or
 402          * 2. Object has a constructor, which means it's expected to
 403          *    retain its content until the next allocation, or
 404          * 3. Object is too small.
 405          * Otherwise cache->kasan_info.free_meta_offset = 0 is implied.
 406          */
 407         if ((cache->flags & SLAB_TYPESAFE_BY_RCU) || cache->ctor ||
 408             cache->object_size < sizeof(struct kasan_free_meta)) {
 409                 ok_size = *size;
 410
 411                 cache->kasan_info.free_meta_offset = *size;
 412                 *size += sizeof(struct kasan_free_meta);
 413
 414                 /* If free meta doesn't fit, don't add it. */
 415                 if (*size > KMALLOC_MAX_SIZE) {
 416                         cache->kasan_info.free_meta_offset = KASAN_NO_FREE_META;
 417                         *size = ok_size;
 418                 }
 419         }
 420
 421         /* Calculate size with optimal redzone. */
 422         optimal_size = cache->object_size + optimal_redzone(cache->object_size);
 423         /* Limit it with KMALLOC_MAX_SIZE (relevant for SLAB only). */
 424         if (optimal_size > KMALLOC_MAX_SIZE)
 425                 optimal_size = KMALLOC_MAX_SIZE;
 426         /* Use optimal size if the size with added metas is not large enough. */
 427         if (*size < optimal_size)
 428                 *size = optimal_size;
 429 }
 430
 431 struct kasan_alloc_meta *kasan_get_alloc_meta(struct kmem_cache *cache,
 432                                               const void *object)
 433 {
 434         if (!cache->kasan_info.alloc_meta_offset)
 435                 return NULL;
 436         return (void *)object + cache->kasan_info.alloc_meta_offset;
 437 }
 438
 439 struct kasan_free_meta *kasan_get_free_meta(struct kmem_cache *cache,
 440                                             const void *object)
 441 {
 442         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct kasan_free_meta) > 32);
 443         if (cache->kasan_info.free_meta_offset == KASAN_NO_FREE_META)
 444                 return NULL;
 445         return (void *)object + cache->kasan_info.free_meta_offset;
 446 }
 447
 448 void kasan_init_object_meta(struct kmem_cache *cache, const void *object)
 449 {
 450         struct kasan_alloc_meta *alloc_meta;
 451
 452         alloc_meta = kasan_get_alloc_meta(cache, object);
 453         if (alloc_meta)
 454                 __memset(alloc_meta, 0, sizeof(*alloc_meta));
 455 }
 456
 457 size_t kasan_metadata_size(struct kmem_cache *cache, bool in_object)
 458 {
 459         struct kasan_cache *info = &cache->kasan_info;
 460
 461         if (!kasan_requires_meta())
 462                 return 0;
 463
 464         if (in_object)
 465                 return (info->free_meta_offset ?
 466                         0 : sizeof(struct kasan_free_meta));
 467         else
 468                 return (info->alloc_meta_offset ?
 469                         sizeof(struct kasan_alloc_meta) : 0) +
 470                         ((info->free_meta_offset &&
 471                         info->free_meta_offset != KASAN_NO_FREE_META) ?
 472                         sizeof(struct kasan_free_meta) : 0);
 473 }
 474
 475 static void __kasan_record_aux_stack(void *addr, bool can_alloc)
 476 {
 477         struct slab *slab = kasan_addr_to_slab(addr);
 478         struct kmem_cache *cache;
 479         struct kasan_alloc_meta *alloc_meta;
 480         void *object;
 481
 482         if (is_kfence_address(addr) || !slab)
 483                 return;
 484
 485         cache = slab->slab_cache;
 486         object = nearest_obj(cache, slab, addr);
 487         alloc_meta = kasan_get_alloc_meta(cache, object);
 488         if (!alloc_meta)
 489                 return;
 490
 491         alloc_meta->aux_stack[1] = alloc_meta->aux_stack[0];
 492         alloc_meta->aux_stack[0] = kasan_save_stack(0, can_alloc);
 493 }
 494
 495 void kasan_record_aux_stack(void *addr)
 496 {
 497         return __kasan_record_aux_stack(addr, true);
 498 }
 499
 500 void kasan_record_aux_stack_noalloc(void *addr)
 501 {
 502         return __kasan_record_aux_stack(addr, false);
 503 }
 504
 505 void kasan_save_alloc_info(struct kmem_cache *cache, void *object, gfp_t flags)
 506 {
 507         struct kasan_alloc_meta *alloc_meta;
 508
 509         alloc_meta = kasan_get_alloc_meta(cache, object);
 510         if (alloc_meta)
 511                 kasan_set_track(&alloc_meta->alloc_track, flags);
 512 }
 513
 514 void kasan_save_free_info(struct kmem_cache *cache, void *object)
 515 {
 516         struct kasan_free_meta *free_meta;
 517
 518         free_meta = kasan_get_free_meta(cache, object);
 519         if (!free_meta)
 520                 return;
 521
 522         kasan_set_track(&free_meta->free_track, 0);
 523         /* The object was freed and has free track set. */
 524         *(u8 *)kasan_mem_to_shadow(object) = KASAN_SLAB_FREETRACK;
 525 }