GNU Linux-libre 6.6.34-gnu
[releases.git] / Documentation / admin-guide / hw-vuln / mds.rst
1 MDS - Microarchitectural Data Sampling
2 ======================================
3
4 Microarchitectural Data Sampling is a hardware vulnerability which allows
5 unprivileged speculative access to data which is available in various CPU
6 internal buffers.
7
8 Affected processors
9 -------------------
10
11 This vulnerability affects a wide range of Intel processors. The
12 vulnerability is not present on:
13
14    - Processors from AMD, Centaur and other non Intel vendors
15
16    - Older processor models, where the CPU family is < 6
17
18    - Some Atoms (Bonnell, Saltwell, Goldmont, GoldmontPlus)
19
20    - Intel processors which have the ARCH_CAP_MDS_NO bit set in the
21      IA32_ARCH_CAPABILITIES MSR.
22
23 Whether a processor is affected or not can be read out from the MDS
24 vulnerability file in sysfs. See :ref:`mds_sys_info`.
25
26 Not all processors are affected by all variants of MDS, but the mitigation
27 is identical for all of them so the kernel treats them as a single
28 vulnerability.
29
30 Related CVEs
31 ------------
32
33 The following CVE entries are related to the MDS vulnerability:
34
35    ==============  =====  ===================================================
36    CVE-2018-12126  MSBDS  Microarchitectural Store Buffer Data Sampling
37    CVE-2018-12130  MFBDS  Microarchitectural Fill Buffer Data Sampling
38    CVE-2018-12127  MLPDS  Microarchitectural Load Port Data Sampling
39    CVE-2019-11091  MDSUM  Microarchitectural Data Sampling Uncacheable Memory
40    ==============  =====  ===================================================
41
42 Problem
43 -------
44
45 When performing store, load, L1 refill operations, processors write data
46 into temporary microarchitectural structures (buffers). The data in the
47 buffer can be forwarded to load operations as an optimization.
48
49 Under certain conditions, usually a fault/assist caused by a load
50 operation, data unrelated to the load memory address can be speculatively
51 forwarded from the buffers. Because the load operation causes a fault or
52 assist and its result will be discarded, the forwarded data will not cause
53 incorrect program execution or state changes. But a malicious operation
54 may be able to forward this speculative data to a disclosure gadget which
55 allows in turn to infer the value via a cache side channel attack.
56
57 Because the buffers are potentially shared between Hyper-Threads cross
58 Hyper-Thread attacks are possible.
59
60 Deeper technical information is available in the MDS specific x86
61 architecture section: :ref:`Documentation/arch/x86/mds.rst <mds>`.
62
63
64 Attack scenarios
65 ----------------
66
67 Attacks against the MDS vulnerabilities can be mounted from malicious non-
68 privileged user space applications running on hosts or guest. Malicious
69 guest OSes can obviously mount attacks as well.
70
71 Contrary to other speculation based vulnerabilities the MDS vulnerability
72 does not allow the attacker to control the memory target address. As a
73 consequence the attacks are purely sampling based, but as demonstrated with
74 the TLBleed attack samples can be postprocessed successfully.
75
76 Web-Browsers
77 ^^^^^^^^^^^^
78
79   It's unclear whether attacks through Web-Browsers are possible at
80   all. The exploitation through Java-Script is considered very unlikely,
81   but other widely used web technologies like Webassembly could possibly be
82   abused.
83
84
85 .. _mds_sys_info:
86
87 MDS system information
88 -----------------------
89
90 The Linux kernel provides a sysfs interface to enumerate the current MDS
91 status of the system: whether the system is vulnerable, and which
92 mitigations are active. The relevant sysfs file is:
93
94 /sys/devices/system/cpu/vulnerabilities/mds
95
96 The possible values in this file are:
97
98   .. list-table::
99
100      * - 'Not affected'
101        - The processor is not vulnerable
102      * - 'Vulnerable'
103        - The processor is vulnerable, but no mitigation enabled
104      * - 'Vulnerable: Clear CPU buffers attempted, no microcode'
105        - The processor is vulnerable but microcode is not updated.
106
107          The mitigation is enabled on a best effort basis. See :ref:`vmwerv`
108      * - 'Mitigation: Clear CPU buffers'
109        - The processor is vulnerable and the CPU buffer clearing mitigation is
110          enabled.
111
112 If the processor is vulnerable then the following information is appended
113 to the above information:
114
115     ========================  ============================================
116     'SMT vulnerable'          SMT is enabled
117     'SMT mitigated'           SMT is enabled and mitigated
118     'SMT disabled'            SMT is disabled
119     'SMT Host state unknown'  Kernel runs in a VM, Host SMT state unknown
120     ========================  ============================================
121
122 .. _vmwerv:
123
124 Best effort mitigation mode
125 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
126
127   If the processor is vulnerable, but the availability of the microcode based
128   mitigation mechanism is not advertised via CPUID the kernel selects a best
129   effort mitigation mode.  This mode invokes the mitigation instructions
130   without a guarantee that they clear the CPU buffers.
131
132   This is done to address virtualization scenarios where the host has the
133   microcode update applied, but the hypervisor is not yet updated to expose
134   the CPUID to the guest. If the host has updated microcode the protection
135   takes effect otherwise a few cpu cycles are wasted pointlessly.
136
137   The state in the mds sysfs file reflects this situation accordingly.
138
139
140 Mitigation mechanism
141 -------------------------
142
143 The kernel detects the affected CPUs and the presence of the microcode
144 which is required.
145
146 If a CPU is affected and the microcode is available, then the kernel
147 enables the mitigation by default. The mitigation can be controlled at boot
148 time via a kernel command line option. See
149 :ref:`mds_mitigation_control_command_line`.
150
151 .. _cpu_buffer_clear:
152
153 CPU buffer clearing
154 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
155
156   The mitigation for MDS clears the affected CPU buffers on return to user
157   space and when entering a guest.
158
159   If SMT is enabled it also clears the buffers on idle entry when the CPU
160   is only affected by MSBDS and not any other MDS variant, because the
161   other variants cannot be protected against cross Hyper-Thread attacks.
162
163   For CPUs which are only affected by MSBDS the user space, guest and idle
164   transition mitigations are sufficient and SMT is not affected.
165
166 .. _virt_mechanism:
167
168 Virtualization mitigation
169 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
170
171   The protection for host to guest transition depends on the L1TF
172   vulnerability of the CPU:
173
174   - CPU is affected by L1TF:
175
176     If the L1D flush mitigation is enabled and up to date microcode is
177     available, the L1D flush mitigation is automatically protecting the
178     guest transition.
179
180     If the L1D flush mitigation is disabled then the MDS mitigation is
181     invoked explicit when the host MDS mitigation is enabled.
182
183     For details on L1TF and virtualization see:
184     :ref:`Documentation/admin-guide/hw-vuln//l1tf.rst <mitigation_control_kvm>`.
185
186   - CPU is not affected by L1TF:
187
188     CPU buffers are flushed before entering the guest when the host MDS
189     mitigation is enabled.
190
191   The resulting MDS protection matrix for the host to guest transition:
192
193   ============ ===== ============= ============ =================
194    L1TF         MDS   VMX-L1FLUSH   Host MDS     MDS-State
195
196    Don't care   No    Don't care    N/A          Not affected
197
198    Yes          Yes   Disabled      Off          Vulnerable
199
200    Yes          Yes   Disabled      Full         Mitigated
201
202    Yes          Yes   Enabled       Don't care   Mitigated
203
204    No           Yes   N/A           Off          Vulnerable
205
206    No           Yes   N/A           Full         Mitigated
207   ============ ===== ============= ============ =================
208
209   This only covers the host to guest transition, i.e. prevents leakage from
210   host to guest, but does not protect the guest internally. Guests need to
211   have their own protections.
212
213 .. _xeon_phi:
214
215 XEON PHI specific considerations
216 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
217
218   The XEON PHI processor family is affected by MSBDS which can be exploited
219   cross Hyper-Threads when entering idle states. Some XEON PHI variants allow
220   to use MWAIT in user space (Ring 3) which opens an potential attack vector
221   for malicious user space. The exposure can be disabled on the kernel
222   command line with the 'ring3mwait=disable' command line option.
223
224   XEON PHI is not affected by the other MDS variants and MSBDS is mitigated
225   before the CPU enters a idle state. As XEON PHI is not affected by L1TF
226   either disabling SMT is not required for full protection.
227
228 .. _mds_smt_control:
229
230 SMT control
231 ^^^^^^^^^^^
232
233   All MDS variants except MSBDS can be attacked cross Hyper-Threads. That
234   means on CPUs which are affected by MFBDS or MLPDS it is necessary to
235   disable SMT for full protection. These are most of the affected CPUs; the
236   exception is XEON PHI, see :ref:`xeon_phi`.
237
238   Disabling SMT can have a significant performance impact, but the impact
239   depends on the type of workloads.
240
241   See the relevant chapter in the L1TF mitigation documentation for details:
242   :ref:`Documentation/admin-guide/hw-vuln/l1tf.rst <smt_control>`.
243
244
245 .. _mds_mitigation_control_command_line:
246
247 Mitigation control on the kernel command line
248 ---------------------------------------------
249
250 The kernel command line allows to control the MDS mitigations at boot
251 time with the option "mds=". The valid arguments for this option are:
252
253   ============  =============================================================
254   full          If the CPU is vulnerable, enable all available mitigations
255                 for the MDS vulnerability, CPU buffer clearing on exit to
256                 userspace and when entering a VM. Idle transitions are
257                 protected as well if SMT is enabled.
258
259                 It does not automatically disable SMT.
260
261   full,nosmt    The same as mds=full, with SMT disabled on vulnerable
262                 CPUs.  This is the complete mitigation.
263
264   off           Disables MDS mitigations completely.
265
266   ============  =============================================================
267
268 Not specifying this option is equivalent to "mds=full". For processors
269 that are affected by both TAA (TSX Asynchronous Abort) and MDS,
270 specifying just "mds=off" without an accompanying "tsx_async_abort=off"
271 will have no effect as the same mitigation is used for both
272 vulnerabilities.
273
274 Mitigation selection guide
275 --------------------------
276
277 1. Trusted userspace
278 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
279
280    If all userspace applications are from a trusted source and do not
281    execute untrusted code which is supplied externally, then the mitigation
282    can be disabled.
283
284
285 2. Virtualization with trusted guests
286 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
287
288    The same considerations as above versus trusted user space apply.
289
290 3. Virtualization with untrusted guests
291 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
292
293    The protection depends on the state of the L1TF mitigations.
294    See :ref:`virt_mechanism`.
295
296    If the MDS mitigation is enabled and SMT is disabled, guest to host and
297    guest to guest attacks are prevented.
298
299 .. _mds_default_mitigations:
300
301 Default mitigations
302 -------------------
303
304   The kernel default mitigations for vulnerable processors are:
305
306   - Enable CPU buffer clearing
307
308   The kernel does not by default enforce the disabling of SMT, which leaves
309   SMT systems vulnerable when running untrusted code. The same rationale as
310   for L1TF applies.
311   See :ref:`Documentation/admin-guide/hw-vuln//l1tf.rst <default_mitigations>`.