GNU Linux-libre 4.19.211-gnu1
[releases.git] / arch / x86 / mm / mem_encrypt_identity.c
1 /*
2  * AMD Memory Encryption Support
3  *
4  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
5  *
6  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
10  * published by the Free Software Foundation.
11  */
12
13 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
14
15 /*
16  * Since we're dealing with identity mappings, physical and virtual
17  * addresses are the same, so override these defines which are ultimately
18  * used by the headers in misc.h.
19  */
20 #define __pa(x)  ((unsigned long)(x))
21 #define __va(x)  ((void *)((unsigned long)(x)))
22
23 /*
24  * Special hack: we have to be careful, because no indirections are
25  * allowed here, and paravirt_ops is a kind of one. As it will only run in
26  * baremetal anyway, we just keep it from happening. (This list needs to
27  * be extended when new paravirt and debugging variants are added.)
28  */
29 #undef CONFIG_PARAVIRT
30 #undef CONFIG_PARAVIRT_SPINLOCKS
31
32 #include <linux/kernel.h>
33 #include <linux/mm.h>
34 #include <linux/mem_encrypt.h>
35
36 #include <asm/setup.h>
37 #include <asm/sections.h>
38 #include <asm/cmdline.h>
39
40 #include "mm_internal.h"
41
42 #define PGD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
43 #define P4D_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
44 #define PUD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
45 #define PMD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
46
47 #define PMD_FLAGS_LARGE         (__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
48
49 #define PMD_FLAGS_DEC           PMD_FLAGS_LARGE
50 #define PMD_FLAGS_DEC_WP        ((PMD_FLAGS_DEC & ~_PAGE_LARGE_CACHE_MASK) | \
51                                  (_PAGE_PAT_LARGE | _PAGE_PWT))
52
53 #define PMD_FLAGS_ENC           (PMD_FLAGS_LARGE | _PAGE_ENC)
54
55 #define PTE_FLAGS               (__PAGE_KERNEL_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
56
57 #define PTE_FLAGS_DEC           PTE_FLAGS
58 #define PTE_FLAGS_DEC_WP        ((PTE_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
59                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
60
61 #define PTE_FLAGS_ENC           (PTE_FLAGS | _PAGE_ENC)
62
63 struct sme_populate_pgd_data {
64         void    *pgtable_area;
65         pgd_t   *pgd;
66
67         pmdval_t pmd_flags;
68         pteval_t pte_flags;
69         unsigned long paddr;
70
71         unsigned long vaddr;
72         unsigned long vaddr_end;
73 };
74
75 static char sme_cmdline_arg[] __initdata = "mem_encrypt";
76 static char sme_cmdline_on[]  __initdata = "on";
77 static char sme_cmdline_off[] __initdata = "off";
78
79 static void __init sme_clear_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
80 {
81         unsigned long pgd_start, pgd_end, pgd_size;
82         pgd_t *pgd_p;
83
84         pgd_start = ppd->vaddr & PGDIR_MASK;
85         pgd_end = ppd->vaddr_end & PGDIR_MASK;
86
87         pgd_size = (((pgd_end - pgd_start) / PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(pgd_t);
88
89         pgd_p = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
90
91         memset(pgd_p, 0, pgd_size);
92 }
93
94 static pud_t __init *sme_prepare_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
95 {
96         pgd_t *pgd;
97         p4d_t *p4d;
98         pud_t *pud;
99         pmd_t *pmd;
100
101         pgd = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
102         if (pgd_none(*pgd)) {
103                 p4d = ppd->pgtable_area;
104                 memset(p4d, 0, sizeof(*p4d) * PTRS_PER_P4D);
105                 ppd->pgtable_area += sizeof(*p4d) * PTRS_PER_P4D;
106                 set_pgd(pgd, __pgd(PGD_FLAGS | __pa(p4d)));
107         }
108
109         p4d = p4d_offset(pgd, ppd->vaddr);
110         if (p4d_none(*p4d)) {
111                 pud = ppd->pgtable_area;
112                 memset(pud, 0, sizeof(*pud) * PTRS_PER_PUD);
113                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pud) * PTRS_PER_PUD;
114                 set_p4d(p4d, __p4d(P4D_FLAGS | __pa(pud)));
115         }
116
117         pud = pud_offset(p4d, ppd->vaddr);
118         if (pud_none(*pud)) {
119                 pmd = ppd->pgtable_area;
120                 memset(pmd, 0, sizeof(*pmd) * PTRS_PER_PMD);
121                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pmd) * PTRS_PER_PMD;
122                 set_pud(pud, __pud(PUD_FLAGS | __pa(pmd)));
123         }
124
125         if (pud_large(*pud))
126                 return NULL;
127
128         return pud;
129 }
130
131 static void __init sme_populate_pgd_large(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
132 {
133         pud_t *pud;
134         pmd_t *pmd;
135
136         pud = sme_prepare_pgd(ppd);
137         if (!pud)
138                 return;
139
140         pmd = pmd_offset(pud, ppd->vaddr);
141         if (pmd_large(*pmd))
142                 return;
143
144         set_pmd(pmd, __pmd(ppd->paddr | ppd->pmd_flags));
145 }
146
147 static void __init sme_populate_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
148 {
149         pud_t *pud;
150         pmd_t *pmd;
151         pte_t *pte;
152
153         pud = sme_prepare_pgd(ppd);
154         if (!pud)
155                 return;
156
157         pmd = pmd_offset(pud, ppd->vaddr);
158         if (pmd_none(*pmd)) {
159                 pte = ppd->pgtable_area;
160                 memset(pte, 0, sizeof(*pte) * PTRS_PER_PTE);
161                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pte) * PTRS_PER_PTE;
162                 set_pmd(pmd, __pmd(PMD_FLAGS | __pa(pte)));
163         }
164
165         if (pmd_large(*pmd))
166                 return;
167
168         pte = pte_offset_map(pmd, ppd->vaddr);
169         if (pte_none(*pte))
170                 set_pte(pte, __pte(ppd->paddr | ppd->pte_flags));
171 }
172
173 static void __init __sme_map_range_pmd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
174 {
175         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
176                 sme_populate_pgd_large(ppd);
177
178                 ppd->vaddr += PMD_PAGE_SIZE;
179                 ppd->paddr += PMD_PAGE_SIZE;
180         }
181 }
182
183 static void __init __sme_map_range_pte(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
184 {
185         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
186                 sme_populate_pgd(ppd);
187
188                 ppd->vaddr += PAGE_SIZE;
189                 ppd->paddr += PAGE_SIZE;
190         }
191 }
192
193 static void __init __sme_map_range(struct sme_populate_pgd_data *ppd,
194                                    pmdval_t pmd_flags, pteval_t pte_flags)
195 {
196         unsigned long vaddr_end;
197
198         ppd->pmd_flags = pmd_flags;
199         ppd->pte_flags = pte_flags;
200
201         /* Save original end value since we modify the struct value */
202         vaddr_end = ppd->vaddr_end;
203
204         /* If start is not 2MB aligned, create PTE entries */
205         ppd->vaddr_end = ALIGN(ppd->vaddr, PMD_PAGE_SIZE);
206         __sme_map_range_pte(ppd);
207
208         /* Create PMD entries */
209         ppd->vaddr_end = vaddr_end & PMD_PAGE_MASK;
210         __sme_map_range_pmd(ppd);
211
212         /* If end is not 2MB aligned, create PTE entries */
213         ppd->vaddr_end = vaddr_end;
214         __sme_map_range_pte(ppd);
215 }
216
217 static void __init sme_map_range_encrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
218 {
219         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_ENC, PTE_FLAGS_ENC);
220 }
221
222 static void __init sme_map_range_decrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
223 {
224         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC, PTE_FLAGS_DEC);
225 }
226
227 static void __init sme_map_range_decrypted_wp(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
228 {
229         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC_WP, PTE_FLAGS_DEC_WP);
230 }
231
232 static unsigned long __init sme_pgtable_calc(unsigned long len)
233 {
234         unsigned long entries = 0, tables = 0;
235
236         /*
237          * Perform a relatively simplistic calculation of the pagetable
238          * entries that are needed. Those mappings will be covered mostly
239          * by 2MB PMD entries so we can conservatively calculate the required
240          * number of P4D, PUD and PMD structures needed to perform the
241          * mappings.  For mappings that are not 2MB aligned, PTE mappings
242          * would be needed for the start and end portion of the address range
243          * that fall outside of the 2MB alignment.  This results in, at most,
244          * two extra pages to hold PTE entries for each range that is mapped.
245          * Incrementing the count for each covers the case where the addresses
246          * cross entries.
247          */
248
249         /* PGDIR_SIZE is equal to P4D_SIZE on 4-level machine. */
250         if (PTRS_PER_P4D > 1)
251                 entries += (DIV_ROUND_UP(len, PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
252         entries += (DIV_ROUND_UP(len, P4D_SIZE) + 1) * sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
253         entries += (DIV_ROUND_UP(len, PUD_SIZE) + 1) * sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
254         entries += 2 * sizeof(pte_t) * PTRS_PER_PTE;
255
256         /*
257          * Now calculate the added pagetable structures needed to populate
258          * the new pagetables.
259          */
260
261         if (PTRS_PER_P4D > 1)
262                 tables += DIV_ROUND_UP(entries, PGDIR_SIZE) * sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
263         tables += DIV_ROUND_UP(entries, P4D_SIZE) * sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
264         tables += DIV_ROUND_UP(entries, PUD_SIZE) * sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
265
266         return entries + tables;
267 }
268
269 void __init sme_encrypt_kernel(struct boot_params *bp)
270 {
271         unsigned long workarea_start, workarea_end, workarea_len;
272         unsigned long execute_start, execute_end, execute_len;
273         unsigned long kernel_start, kernel_end, kernel_len;
274         unsigned long initrd_start, initrd_end, initrd_len;
275         struct sme_populate_pgd_data ppd;
276         unsigned long pgtable_area_len;
277         unsigned long decrypted_base;
278
279         if (!sme_active())
280                 return;
281
282         /*
283          * Prepare for encrypting the kernel and initrd by building new
284          * pagetables with the necessary attributes needed to encrypt the
285          * kernel in place.
286          *
287          *   One range of virtual addresses will map the memory occupied
288          *   by the kernel and initrd as encrypted.
289          *
290          *   Another range of virtual addresses will map the memory occupied
291          *   by the kernel and initrd as decrypted and write-protected.
292          *
293          *     The use of write-protect attribute will prevent any of the
294          *     memory from being cached.
295          */
296
297         /* Physical addresses gives us the identity mapped virtual addresses */
298         kernel_start = __pa_symbol(_text);
299         kernel_end = ALIGN(__pa_symbol(_end), PMD_PAGE_SIZE);
300         kernel_len = kernel_end - kernel_start;
301
302         initrd_start = 0;
303         initrd_end = 0;
304         initrd_len = 0;
305 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
306         initrd_len = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_size |
307                      ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_size << 32);
308         if (initrd_len) {
309                 initrd_start = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_image |
310                                ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_image << 32);
311                 initrd_end = PAGE_ALIGN(initrd_start + initrd_len);
312                 initrd_len = initrd_end - initrd_start;
313         }
314 #endif
315
316         /* Set the encryption workarea to be immediately after the kernel */
317         workarea_start = kernel_end;
318
319         /*
320          * Calculate required number of workarea bytes needed:
321          *   executable encryption area size:
322          *     stack page (PAGE_SIZE)
323          *     encryption routine page (PAGE_SIZE)
324          *     intermediate copy buffer (PMD_PAGE_SIZE)
325          *   pagetable structures for the encryption of the kernel
326          *   pagetable structures for workarea (in case not currently mapped)
327          */
328         execute_start = workarea_start;
329         execute_end = execute_start + (PAGE_SIZE * 2) + PMD_PAGE_SIZE;
330         execute_len = execute_end - execute_start;
331
332         /*
333          * One PGD for both encrypted and decrypted mappings and a set of
334          * PUDs and PMDs for each of the encrypted and decrypted mappings.
335          */
336         pgtable_area_len = sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
337         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_end - kernel_start) * 2;
338         if (initrd_len)
339                 pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(initrd_len) * 2;
340
341         /* PUDs and PMDs needed in the current pagetables for the workarea */
342         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_len + pgtable_area_len);
343
344         /*
345          * The total workarea includes the executable encryption area and
346          * the pagetable area. The start of the workarea is already 2MB
347          * aligned, align the end of the workarea on a 2MB boundary so that
348          * we don't try to create/allocate PTE entries from the workarea
349          * before it is mapped.
350          */
351         workarea_len = execute_len + pgtable_area_len;
352         workarea_end = ALIGN(workarea_start + workarea_len, PMD_PAGE_SIZE);
353
354         /*
355          * Set the address to the start of where newly created pagetable
356          * structures (PGDs, PUDs and PMDs) will be allocated. New pagetable
357          * structures are created when the workarea is added to the current
358          * pagetables and when the new encrypted and decrypted kernel
359          * mappings are populated.
360          */
361         ppd.pgtable_area = (void *)execute_end;
362
363         /*
364          * Make sure the current pagetable structure has entries for
365          * addressing the workarea.
366          */
367         ppd.pgd = (pgd_t *)native_read_cr3_pa();
368         ppd.paddr = workarea_start;
369         ppd.vaddr = workarea_start;
370         ppd.vaddr_end = workarea_end;
371         sme_map_range_decrypted(&ppd);
372
373         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
374         native_write_cr3(__native_read_cr3());
375
376         /*
377          * A new pagetable structure is being built to allow for the kernel
378          * and initrd to be encrypted. It starts with an empty PGD that will
379          * then be populated with new PUDs and PMDs as the encrypted and
380          * decrypted kernel mappings are created.
381          */
382         ppd.pgd = ppd.pgtable_area;
383         memset(ppd.pgd, 0, sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD);
384         ppd.pgtable_area += sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
385
386         /*
387          * A different PGD index/entry must be used to get different
388          * pagetable entries for the decrypted mapping. Choose the next
389          * PGD index and convert it to a virtual address to be used as
390          * the base of the mapping.
391          */
392         decrypted_base = (pgd_index(workarea_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
393         if (initrd_len) {
394                 unsigned long check_base;
395
396                 check_base = (pgd_index(initrd_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
397                 decrypted_base = max(decrypted_base, check_base);
398         }
399         decrypted_base <<= PGDIR_SHIFT;
400
401         /* Add encrypted kernel (identity) mappings */
402         ppd.paddr = kernel_start;
403         ppd.vaddr = kernel_start;
404         ppd.vaddr_end = kernel_end;
405         sme_map_range_encrypted(&ppd);
406
407         /* Add decrypted, write-protected kernel (non-identity) mappings */
408         ppd.paddr = kernel_start;
409         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
410         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
411         sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
412
413         if (initrd_len) {
414                 /* Add encrypted initrd (identity) mappings */
415                 ppd.paddr = initrd_start;
416                 ppd.vaddr = initrd_start;
417                 ppd.vaddr_end = initrd_end;
418                 sme_map_range_encrypted(&ppd);
419                 /*
420                  * Add decrypted, write-protected initrd (non-identity) mappings
421                  */
422                 ppd.paddr = initrd_start;
423                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
424                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
425                 sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
426         }
427
428         /* Add decrypted workarea mappings to both kernel mappings */
429         ppd.paddr = workarea_start;
430         ppd.vaddr = workarea_start;
431         ppd.vaddr_end = workarea_end;
432         sme_map_range_decrypted(&ppd);
433
434         ppd.paddr = workarea_start;
435         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
436         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
437         sme_map_range_decrypted(&ppd);
438
439         /* Perform the encryption */
440         sme_encrypt_execute(kernel_start, kernel_start + decrypted_base,
441                             kernel_len, workarea_start, (unsigned long)ppd.pgd);
442
443         if (initrd_len)
444                 sme_encrypt_execute(initrd_start, initrd_start + decrypted_base,
445                                     initrd_len, workarea_start,
446                                     (unsigned long)ppd.pgd);
447
448         /*
449          * At this point we are running encrypted.  Remove the mappings for
450          * the decrypted areas - all that is needed for this is to remove
451          * the PGD entry/entries.
452          */
453         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
454         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
455         sme_clear_pgd(&ppd);
456
457         if (initrd_len) {
458                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
459                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
460                 sme_clear_pgd(&ppd);
461         }
462
463         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
464         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
465         sme_clear_pgd(&ppd);
466
467         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
468         native_write_cr3(__native_read_cr3());
469 }
470
471 void __init sme_enable(struct boot_params *bp)
472 {
473         const char *cmdline_ptr, *cmdline_arg, *cmdline_on, *cmdline_off;
474         unsigned int eax, ebx, ecx, edx;
475         unsigned long feature_mask;
476         bool active_by_default;
477         unsigned long me_mask;
478         char buffer[16];
479         u64 msr;
480
481         /* Check for the SME/SEV support leaf */
482         eax = 0x80000000;
483         ecx = 0;
484         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
485         if (eax < 0x8000001f)
486                 return;
487
488 #define AMD_SME_BIT     BIT(0)
489 #define AMD_SEV_BIT     BIT(1)
490         /*
491          * Set the feature mask (SME or SEV) based on whether we are
492          * running under a hypervisor.
493          */
494         eax = 1;
495         ecx = 0;
496         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
497         feature_mask = (ecx & BIT(31)) ? AMD_SEV_BIT : AMD_SME_BIT;
498
499         /*
500          * Check for the SME/SEV feature:
501          *   CPUID Fn8000_001F[EAX]
502          *   - Bit 0 - Secure Memory Encryption support
503          *   - Bit 1 - Secure Encrypted Virtualization support
504          *   CPUID Fn8000_001F[EBX]
505          *   - Bits 5:0 - Pagetable bit position used to indicate encryption
506          */
507         eax = 0x8000001f;
508         ecx = 0;
509         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
510         if (!(eax & feature_mask))
511                 return;
512
513         me_mask = 1UL << (ebx & 0x3f);
514
515         /* Check if memory encryption is enabled */
516         if (feature_mask == AMD_SME_BIT) {
517                 /* For SME, check the SYSCFG MSR */
518                 msr = __rdmsr(MSR_K8_SYSCFG);
519                 if (!(msr & MSR_K8_SYSCFG_MEM_ENCRYPT))
520                         return;
521         } else {
522                 /* For SEV, check the SEV MSR */
523                 msr = __rdmsr(MSR_AMD64_SEV);
524                 if (!(msr & MSR_AMD64_SEV_ENABLED))
525                         return;
526
527                 /* SEV state cannot be controlled by a command line option */
528                 sme_me_mask = me_mask;
529                 sev_enabled = true;
530                 physical_mask &= ~sme_me_mask;
531                 return;
532         }
533
534         /*
535          * Fixups have not been applied to phys_base yet and we're running
536          * identity mapped, so we must obtain the address to the SME command
537          * line argument data using rip-relative addressing.
538          */
539         asm ("lea sme_cmdline_arg(%%rip), %0"
540              : "=r" (cmdline_arg)
541              : "p" (sme_cmdline_arg));
542         asm ("lea sme_cmdline_on(%%rip), %0"
543              : "=r" (cmdline_on)
544              : "p" (sme_cmdline_on));
545         asm ("lea sme_cmdline_off(%%rip), %0"
546              : "=r" (cmdline_off)
547              : "p" (sme_cmdline_off));
548
549         if (IS_ENABLED(CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT_ACTIVE_BY_DEFAULT))
550                 active_by_default = true;
551         else
552                 active_by_default = false;
553
554         cmdline_ptr = (const char *)((u64)bp->hdr.cmd_line_ptr |
555                                      ((u64)bp->ext_cmd_line_ptr << 32));
556
557         cmdline_find_option(cmdline_ptr, cmdline_arg, buffer, sizeof(buffer));
558
559         if (!strncmp(buffer, cmdline_on, sizeof(buffer)))
560                 sme_me_mask = me_mask;
561         else if (!strncmp(buffer, cmdline_off, sizeof(buffer)))
562                 sme_me_mask = 0;
563         else
564                 sme_me_mask = active_by_default ? me_mask : 0;
565
566         physical_mask &= ~sme_me_mask;
567 }