overflow: Allow mixed type arguments
authorKees Cook <keescook@chromium.org>
Mon, 29 Aug 2022 20:37:17 +0000 (13:37 -0700)
committerKees Cook <keescook@chromium.org>
Wed, 7 Sep 2022 23:37:14 +0000 (16:37 -0700)
When the check_[op]_overflow() helpers were introduced, all arguments
were required to be the same type to make the fallback macros simpler.
However, now that the fallback macros have been removed[1], it is fine
to allow mixed types, which makes using the helpers much more useful,
as they can be used to test for type-based overflows (e.g. adding two
large ints but storing into a u8), as would be handy in the drm core[2].

Remove the restriction, and add additional self-tests that exercise
some of the mixed-type overflow cases, and double-check for accidental
macro side-effects.

[1] https://git.kernel.org/linus/4eb6bd55cfb22ffc20652732340c4962f3ac9a91
[2] https://lore.kernel.org/lkml/20220824084514.2261614-2-gwan-gyeong.mun@intel.com

Cc: Rasmus Villemoes <linux@rasmusvillemoes.dk>
Cc: Gwan-gyeong Mun <gwan-gyeong.mun@intel.com>
Cc: "Gustavo A. R. Silva" <gustavoars@kernel.org>
Cc: Nick Desaulniers <ndesaulniers@google.com>
Cc: linux-hardening@vger.kernel.org
Reviewed-by: Andrzej Hajda <andrzej.hajda@intel.com>
Reviewed-by: Gwan-gyeong Mun <gwan-gyeong.mun@intel.com>
Tested-by: Gwan-gyeong Mun <gwan-gyeong.mun@intel.com>
Signed-off-by: Kees Cook <keescook@chromium.org>
include/linux/overflow.h
lib/overflow_kunit.c

index 0eb3b19..19dfdd7 100644 (file)
@@ -51,40 +51,50 @@ static inline bool __must_check __must_check_overflow(bool overflow)
        return unlikely(overflow);
 }
 
-/*
- * For simplicity and code hygiene, the fallback code below insists on
- * a, b and *d having the same type (similar to the min() and max()
- * macros), whereas gcc's type-generic overflow checkers accept
- * different types. Hence we don't just make check_add_overflow an
- * alias for __builtin_add_overflow, but add type checks similar to
- * below.
+/** check_add_overflow() - Calculate addition with overflow checking
+ *
+ * @a: first addend
+ * @b: second addend
+ * @d: pointer to store sum
+ *
+ * Returns 0 on success.
+ *
+ * *@d holds the results of the attempted addition, but is not considered
+ * "safe for use" on a non-zero return value, which indicates that the
+ * sum has overflowed or been truncated.
  */
-#define check_add_overflow(a, b, d) __must_check_overflow(({   \
-       typeof(a) __a = (a);                    \
-       typeof(b) __b = (b);                    \
-       typeof(d) __d = (d);                    \
-       (void) (&__a == &__b);                  \
-       (void) (&__a == __d);                   \
-       __builtin_add_overflow(__a, __b, __d);  \
-}))
+#define check_add_overflow(a, b, d)    \
+       __must_check_overflow(__builtin_add_overflow(a, b, d))
 
-#define check_sub_overflow(a, b, d) __must_check_overflow(({   \
-       typeof(a) __a = (a);                    \
-       typeof(b) __b = (b);                    \
-       typeof(d) __d = (d);                    \
-       (void) (&__a == &__b);                  \
-       (void) (&__a == __d);                   \
-       __builtin_sub_overflow(__a, __b, __d);  \
-}))
+/** check_sub_overflow() - Calculate subtraction with overflow checking
+ *
+ * @a: minuend; value to subtract from
+ * @b: subtrahend; value to subtract from @a
+ * @d: pointer to store difference
+ *
+ * Returns 0 on success.
+ *
+ * *@d holds the results of the attempted subtraction, but is not considered
+ * "safe for use" on a non-zero return value, which indicates that the
+ * difference has underflowed or been truncated.
+ */
+#define check_sub_overflow(a, b, d)    \
+       __must_check_overflow(__builtin_sub_overflow(a, b, d))
 
-#define check_mul_overflow(a, b, d) __must_check_overflow(({   \
-       typeof(a) __a = (a);                    \
-       typeof(b) __b = (b);                    \
-       typeof(d) __d = (d);                    \
-       (void) (&__a == &__b);                  \
-       (void) (&__a == __d);                   \
-       __builtin_mul_overflow(__a, __b, __d);  \
-}))
+/** check_mul_overflow() - Calculate multiplication with overflow checking
+ *
+ * @a: first factor
+ * @b: second factor
+ * @d: pointer to store product
+ *
+ * Returns 0 on success.
+ *
+ * *@d holds the results of the attempted multiplication, but is not
+ * considered "safe for use" on a non-zero return value, which indicates
+ * that the product has overflowed or been truncated.
+ */
+#define check_mul_overflow(a, b, d)    \
+       __must_check_overflow(__builtin_mul_overflow(a, b, d))
 
 /** check_shl_overflow() - Calculate a left-shifted value and check overflow
  *
index 7e3e436..0d98c9b 100644 (file)
 #include <linux/types.h>
 #include <linux/vmalloc.h>
 
-#define DEFINE_TEST_ARRAY(t)                   \
-       static const struct test_ ## t {        \
-               t a, b;                         \
-               t sum, diff, prod;              \
-               bool s_of, d_of, p_of;          \
-       } t ## _tests[]
+#define DEFINE_TEST_ARRAY_TYPED(t1, t2, t)                     \
+       static const struct test_ ## t1 ## _ ## t2 ## __ ## t { \
+               t1 a;                                           \
+               t2 b;                                           \
+               t sum, diff, prod;                              \
+               bool s_of, d_of, p_of;                          \
+       } t1 ## _ ## t2 ## __ ## t ## _tests[]
+
+#define DEFINE_TEST_ARRAY(t)   DEFINE_TEST_ARRAY_TYPED(t, t, t)
 
 DEFINE_TEST_ARRAY(u8) = {
        {0, 0, 0, 0, 0, false, false, false},
@@ -222,21 +225,27 @@ DEFINE_TEST_ARRAY(s64) = {
 };
 #endif
 
-#define check_one_op(t, fmt, op, sym, a, b, r, of) do {                \
-       t _r;                                                   \
-       bool _of;                                               \
-                                                               \
-       _of = check_ ## op ## _overflow(a, b, &_r);             \
-       KUNIT_EXPECT_EQ_MSG(test, _of, of,                      \
+#define check_one_op(t, fmt, op, sym, a, b, r, of) do {                        \
+       int _a_orig = a, _a_bump = a + 1;                               \
+       int _b_orig = b, _b_bump = b + 1;                               \
+       bool _of;                                                       \
+       t _r;                                                           \
+                                                                       \
+       _of = check_ ## op ## _overflow(a, b, &_r);                     \
+       KUNIT_EXPECT_EQ_MSG(test, _of, of,                              \
                "expected "fmt" "sym" "fmt" to%s overflow (type %s)\n", \
-               a, b, of ? "" : " not", #t);                    \
-       KUNIT_EXPECT_EQ_MSG(test, _r, r,                        \
+               a, b, of ? "" : " not", #t);                            \
+       KUNIT_EXPECT_EQ_MSG(test, _r, r,                                \
                "expected "fmt" "sym" "fmt" == "fmt", got "fmt" (type %s)\n", \
-               a, b, r, _r, #t);                               \
+               a, b, r, _r, #t);                                       \
+       /* Check for internal macro side-effects. */                    \
+       _of = check_ ## op ## _overflow(_a_orig++, _b_orig++, &_r);     \
+       KUNIT_EXPECT_EQ_MSG(test, _a_orig, _a_bump, "Unexpected " #op " macro side-effect!\n"); \
+       KUNIT_EXPECT_EQ_MSG(test, _b_orig, _b_bump, "Unexpected " #op " macro side-effect!\n"); \
 } while (0)
 
-#define DEFINE_TEST_FUNC(t, fmt)                                       \
-static void do_test_ ## t(struct kunit *test, const struct test_ ## t *p) \
+#define DEFINE_TEST_FUNC_TYPED(n, t, fmt)                              \
+static void do_test_ ## n(struct kunit *test, const struct test_ ## n *p) \
 {                                                                      \
        check_one_op(t, fmt, add, "+", p->a, p->b, p->sum, p->s_of);    \
        check_one_op(t, fmt, add, "+", p->b, p->a, p->sum, p->s_of);    \
@@ -245,15 +254,18 @@ static void do_test_ ## t(struct kunit *test, const struct test_ ## t *p) \
        check_one_op(t, fmt, mul, "*", p->b, p->a, p->prod, p->p_of);   \
 }                                                                      \
                                                                        \
-static void t ## _overflow_test(struct kunit *test) {                  \
+static void n ## _overflow_test(struct kunit *test) {                  \
        unsigned i;                                                     \
                                                                        \
-       for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(t ## _tests); ++i)                   \
-               do_test_ ## t(test, &t ## _tests[i]);                   \
+       for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(n ## _tests); ++i)                   \
+               do_test_ ## n(test, &n ## _tests[i]);                   \
        kunit_info(test, "%zu %s arithmetic tests finished\n",          \
-               ARRAY_SIZE(t ## _tests), #t);                           \
+               ARRAY_SIZE(n ## _tests), #n);                           \
 }
 
+#define DEFINE_TEST_FUNC(t, fmt)                                       \
+       DEFINE_TEST_FUNC_TYPED(t ## _ ## t ## __ ## t, t, fmt)
+
 DEFINE_TEST_FUNC(u8, "%d");
 DEFINE_TEST_FUNC(s8, "%d");
 DEFINE_TEST_FUNC(u16, "%d");
@@ -265,6 +277,33 @@ DEFINE_TEST_FUNC(u64, "%llu");
 DEFINE_TEST_FUNC(s64, "%lld");
 #endif
 
+DEFINE_TEST_ARRAY_TYPED(u32, u32, u8) = {
+       {0, 0, 0, 0, 0, false, false, false},
+       {U8_MAX, 2, 1, U8_MAX - 2, U8_MAX - 1, true, false, true},
+       {U8_MAX + 1, 0, 0, 0, 0, true, true, false},
+};
+DEFINE_TEST_FUNC_TYPED(u32_u32__u8, u8, "%d");
+
+DEFINE_TEST_ARRAY_TYPED(u32, u32, int) = {
+       {0, 0, 0, 0, 0, false, false, false},
+       {U32_MAX, 0, -1, -1, 0, true, true, false},
+};
+DEFINE_TEST_FUNC_TYPED(u32_u32__int, int, "%d");
+
+DEFINE_TEST_ARRAY_TYPED(u8, u8, int) = {
+       {0, 0, 0, 0, 0, false, false, false},
+       {U8_MAX, U8_MAX, 2 * U8_MAX, 0, U8_MAX * U8_MAX, false, false, false},
+       {1, 2, 3, -1, 2, false, false, false},
+};
+DEFINE_TEST_FUNC_TYPED(u8_u8__int, int, "%d");
+
+DEFINE_TEST_ARRAY_TYPED(int, int, u8) = {
+       {0, 0, 0, 0, 0, false, false, false},
+       {1, 2, 3, U8_MAX, 2, false, true, false},
+       {-1, 0, U8_MAX, U8_MAX, 0, true, true, false},
+};
+DEFINE_TEST_FUNC_TYPED(int_int__u8, u8, "%d");
+
 static void overflow_shift_test(struct kunit *test)
 {
        int count = 0;
@@ -649,17 +688,21 @@ static void overflow_size_helpers_test(struct kunit *test)
 }
 
 static struct kunit_case overflow_test_cases[] = {
-       KUNIT_CASE(u8_overflow_test),
-       KUNIT_CASE(s8_overflow_test),
-       KUNIT_CASE(u16_overflow_test),
-       KUNIT_CASE(s16_overflow_test),
-       KUNIT_CASE(u32_overflow_test),
-       KUNIT_CASE(s32_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(u8_u8__u8_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(s8_s8__s8_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(u16_u16__u16_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(s16_s16__s16_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(u32_u32__u32_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(s32_s32__s32_overflow_test),
 /* Clang 13 and earlier generate unwanted libcalls on 32-bit. */
 #if BITS_PER_LONG == 64
-       KUNIT_CASE(u64_overflow_test),
-       KUNIT_CASE(s64_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(u64_u64__u64_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(s64_s64__s64_overflow_test),
 #endif
+       KUNIT_CASE(u32_u32__u8_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(u32_u32__int_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(u8_u8__int_overflow_test),
+       KUNIT_CASE(int_int__u8_overflow_test),
        KUNIT_CASE(overflow_shift_test),
        KUNIT_CASE(overflow_allocation_test),
        KUNIT_CASE(overflow_size_helpers_test),