mem_encrypt_amd.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * AMD Memory Encryption Support
   4  *
   5  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
   6  *
   7  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
   8  */
   9
  10 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
  11
  12 #include <linux/linkage.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/dma-direct.h>
  16 #include <linux/swiotlb.h>
  17 #include <linux/mem_encrypt.h>
  18 #include <linux/device.h>
  19 #include <linux/kernel.h>
  20 #include <linux/bitops.h>
  21 #include <linux/dma-mapping.h>
  22 #include <linux/cc_platform.h>
  23
  24 #include <asm/tlbflush.h>
  25 #include <asm/fixmap.h>
  26 #include <asm/setup.h>
  27 #include <asm/mem_encrypt.h>
  28 #include <asm/bootparam.h>
  29 #include <asm/set_memory.h>
  30 #include <asm/cacheflush.h>
  31 #include <asm/processor-flags.h>
  32 #include <asm/msr.h>
  33 #include <asm/cmdline.h>
  34 #include <asm/sev.h>
  35 #include <asm/ia32.h>
  36
  37 #include "mm_internal.h"
  38
  39 /*
  40  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  41  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  42  * section is later cleared.
  43  */
  44 u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
  45 u64 sev_status __section(".data") = 0;
  46 u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
  47 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  48
  49 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  50 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
  51
  52 /*
  53  * SNP-specific routine which needs to additionally change the page state from
  54  * private to shared before copying the data from the source to destination and
  55  * restore after the copy.
  56  */
  57 static inline void __init snp_memcpy(void *dst, void *src, size_t sz,
  58                                      unsigned long paddr, bool decrypt)
  59 {
  60         unsigned long npages = PAGE_ALIGN(sz) >> PAGE_SHIFT;
  61
  62         if (decrypt) {
  63                 /*
  64                  * @paddr needs to be accessed decrypted, mark the page shared in
  65                  * the RMP table before copying it.
  66                  */
  67                 early_snp_set_memory_shared((unsigned long)__va(paddr), paddr, npages);
  68
  69                 memcpy(dst, src, sz);
  70
  71                 /* Restore the page state after the memcpy. */
  72                 early_snp_set_memory_private((unsigned long)__va(paddr), paddr, npages);
  73         } else {
  74                 /*
  75                  * @paddr need to be accessed encrypted, no need for the page state
  76                  * change.
  77                  */
  78                 memcpy(dst, src, sz);
  79         }
  80 }
  81
  82 /*
  83  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  84  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  85  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  86  * are currently not in the desired state.
  87  *
  88  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  89  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  90  */
  91 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  92                                        unsigned long size, bool enc)
  93 {
  94         void *src, *dst;
  95         size_t len;
  96
  97         if (!sme_me_mask)
  98                 return;
  99
 100         wbinvd();
 101
 102         /*
 103          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
 104          * one page at time.
 105          */
 106         while (size) {
 107                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
 108
 109                 /*
 110                  * Create mappings for the current and desired format of
 111                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
 112                  */
 113                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
 114                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
 115
 116                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
 117                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
 118
 119                 /*
 120                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
 121                  * then eventual access of that area in the desired mode
 122                  * will cause a crash.
 123                  */
 124                 BUG_ON(!src || !dst);
 125
 126                 /*
 127                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
 128                  * avoid data corruption as documented in the APM.
 129                  */
 130                 if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_SEV_SNP)) {
 131                         snp_memcpy(sme_early_buffer, src, len, paddr, enc);
 132                         snp_memcpy(dst, sme_early_buffer, len, paddr, !enc);
 133                 } else {
 134                         memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 135                         memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 136                 }
 137
 138                 early_memunmap(dst, len);
 139                 early_memunmap(src, len);
 140
 141                 paddr += len;
 142                 size -= len;
 143         }
 144 }
 145
 146 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 147 {
 148         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 149 }
 150
 151 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 152 {
 153         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 154 }
 155
 156 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 157                                              bool map)
 158 {
 159         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 160         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 161
 162         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 163         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 164
 165         do {
 166                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 167                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 168
 169                 vaddr += PMD_SIZE;
 170                 paddr += PMD_SIZE;
 171                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 172         } while (size);
 173
 174         flush_tlb_local();
 175 }
 176
 177 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 178 {
 179         struct boot_params *boot_data;
 180         unsigned long cmdline_paddr;
 181
 182         if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
 183                 return;
 184
 185         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 186         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 187         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 188
 189         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 190
 191         if (!cmdline_paddr)
 192                 return;
 193
 194         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 195 }
 196
 197 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 198 {
 199         struct boot_params *boot_data;
 200         unsigned long cmdline_paddr;
 201
 202         if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
 203                 return;
 204
 205         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 206
 207         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 208         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 209         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 210
 211         if (!cmdline_paddr)
 212                 return;
 213
 214         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 215 }
 216
 217 static unsigned long pg_level_to_pfn(int level, pte_t *kpte, pgprot_t *ret_prot)
 218 {
 219         unsigned long pfn = 0;
 220         pgprot_t prot;
 221
 222         switch (level) {
 223         case PG_LEVEL_4K:
 224                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 225                 prot = pte_pgprot(*kpte);
 226                 break;
 227         case PG_LEVEL_2M:
 228                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 229                 prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 230                 break;
 231         case PG_LEVEL_1G:
 232                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 233                 prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 234                 break;
 235         default:
 236                 WARN_ONCE(1, "Invalid level for kpte\n");
 237                 return 0;
 238         }
 239
 240         if (ret_prot)
 241                 *ret_prot = prot;
 242
 243         return pfn;
 244 }
 245
 246 static bool amd_enc_tlb_flush_required(bool enc)
 247 {
 248         return true;
 249 }
 250
 251 static bool amd_enc_cache_flush_required(void)
 252 {
 253         return !cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_SME_COHERENT);
 254 }
 255
 256 static void enc_dec_hypercall(unsigned long vaddr, unsigned long size, bool enc)
 257 {
 258 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 259         unsigned long vaddr_end = vaddr + size;
 260
 261         while (vaddr < vaddr_end) {
 262                 int psize, pmask, level;
 263                 unsigned long pfn;
 264                 pte_t *kpte;
 265
 266                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 267                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 268                         WARN_ONCE(1, "kpte lookup for vaddr\n");
 269                         return;
 270                 }
 271
 272                 pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, NULL);
 273                 if (!pfn)
 274                         continue;
 275
 276                 psize = page_level_size(level);
 277                 pmask = page_level_mask(level);
 278
 279                 notify_page_enc_status_changed(pfn, psize >> PAGE_SHIFT, enc);
 280
 281                 vaddr = (vaddr & pmask) + psize;
 282         }
 283 #endif
 284 }
 285
 286 static bool amd_enc_status_change_prepare(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
 287 {
 288         /*
 289          * To maintain the security guarantees of SEV-SNP guests, make sure
 290          * to invalidate the memory before encryption attribute is cleared.
 291          */
 292         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_SEV_SNP) && !enc)
 293                 snp_set_memory_shared(vaddr, npages);
 294
 295         return true;
 296 }
 297
 298 /* Return true unconditionally: return value doesn't matter for the SEV side */
 299 static bool amd_enc_status_change_finish(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
 300 {
 301         /*
 302          * After memory is mapped encrypted in the page table, validate it
 303          * so that it is consistent with the page table updates.
 304          */
 305         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_SEV_SNP) && enc)
 306                 snp_set_memory_private(vaddr, npages);
 307
 308         if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
 309                 enc_dec_hypercall(vaddr, npages << PAGE_SHIFT, enc);
 310
 311         return true;
 312 }
 313
 314 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 315 {
 316         pgprot_t old_prot, new_prot;
 317         unsigned long pfn, pa, size;
 318         pte_t new_pte;
 319
 320         pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, &old_prot);
 321         if (!pfn)
 322                 return;
 323
 324         new_prot = old_prot;
 325         if (enc)
 326                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 327         else
 328                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 329
 330         /* If prot is same then do nothing. */
 331         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 332                 return;
 333
 334         pa = pfn << PAGE_SHIFT;
 335         size = page_level_size(level);
 336
 337         /*
 338          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 339          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 340          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 341          */
 342         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 343
 344         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 345         if (enc) {
 346                 sme_early_encrypt(pa, size);
 347         } else {
 348                 sme_early_decrypt(pa, size);
 349
 350                 /*
 351                  * ON SNP, the page state in the RMP table must happen
 352                  * before the page table updates.
 353                  */
 354                 early_snp_set_memory_shared((unsigned long)__va(pa), pa, 1);
 355         }
 356
 357         /* Change the page encryption mask. */
 358         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 359         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 360
 361         /*
 362          * If page is set encrypted in the page table, then update the RMP table to
 363          * add this page as private.
 364          */
 365         if (enc)
 366                 early_snp_set_memory_private((unsigned long)__va(pa), pa, 1);
 367 }
 368
 369 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 370                                            unsigned long size, bool enc)
 371 {
 372         unsigned long vaddr_end, vaddr_next, start;
 373         unsigned long psize, pmask;
 374         int split_page_size_mask;
 375         int level, ret;
 376         pte_t *kpte;
 377
 378         start = vaddr;
 379         vaddr_next = vaddr;
 380         vaddr_end = vaddr + size;
 381
 382         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 383                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 384                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 385                         ret = 1;
 386                         goto out;
 387                 }
 388
 389                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 390                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 391                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 392                         continue;
 393                 }
 394
 395                 psize = page_level_size(level);
 396                 pmask = page_level_mask(level);
 397
 398                 /*
 399                  * Check whether we can change the large page in one go.
 400                  * We request a split when the address is not aligned and
 401                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 402                  * than the number of pages in the large page.
 403                  */
 404                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 405                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 406                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 407                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 408                         continue;
 409                 }
 410
 411                 /*
 412                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 413                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 414                  * page then we request a split of the large page into 4K
 415                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 416                  */
 417                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 418                         split_page_size_mask = 0;
 419                 else
 420                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 421
 422                 /*
 423                  * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 424                  * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 425                  */
 426                 kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
 427                                                __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 428                                                split_page_size_mask);
 429         }
 430
 431         ret = 0;
 432
 433         early_set_mem_enc_dec_hypercall(start, size, enc);
 434 out:
 435         __flush_tlb_all();
 436         return ret;
 437 }
 438
 439 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 440 {
 441         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 442 }
 443
 444 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 445 {
 446         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 447 }
 448
 449 void __init early_set_mem_enc_dec_hypercall(unsigned long vaddr, unsigned long size, bool enc)
 450 {
 451         enc_dec_hypercall(vaddr, size, enc);
 452 }
 453
 454 void __init sme_early_init(void)
 455 {
 456         if (!sme_me_mask)
 457                 return;
 458
 459         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 460
 461         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 462
 463         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 464         add_encrypt_protection_map();
 465
 466         x86_platform.guest.enc_status_change_prepare = amd_enc_status_change_prepare;
 467         x86_platform.guest.enc_status_change_finish  = amd_enc_status_change_finish;
 468         x86_platform.guest.enc_tlb_flush_required    = amd_enc_tlb_flush_required;
 469         x86_platform.guest.enc_cache_flush_required  = amd_enc_cache_flush_required;
 470
 471         /*
 472          * AMD-SEV-ES intercepts the RDMSR to read the X2APIC ID in the
 473          * parallel bringup low level code. That raises #VC which cannot be
 474          * handled there.
 475          * It does not provide a RDMSR GHCB protocol so the early startup
 476          * code cannot directly communicate with the secure firmware. The
 477          * alternative solution to retrieve the APIC ID via CPUID(0xb),
 478          * which is covered by the GHCB protocol, is not viable either
 479          * because there is no enforcement of the CPUID(0xb) provided
 480          * "initial" APIC ID to be the same as the real APIC ID.
 481          * Disable parallel bootup.
 482          */
 483         if (sev_status & MSR_AMD64_SEV_ES_ENABLED)
 484                 x86_cpuinit.parallel_bringup = false;
 485
 486         /*
 487          * The VMM is capable of injecting interrupt 0x80 and triggering the
 488          * compatibility syscall path.
 489          *
 490          * By default, the 32-bit emulation is disabled in order to ensure
 491          * the safety of the VM.
 492          */
 493         if (sev_status & MSR_AMD64_SEV_ENABLED)
 494                 ia32_disable();
 495 }
 496
 497 void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
 498 {
 499         unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 500         int r;
 501
 502         vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 503         vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 504         npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 505
 506         /*
 507          * If the unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 508          * attribute from decrypted to encrypted before freeing it. Base the
 509          * re-encryption on the same condition used for the decryption in
 510          * sme_postprocess_startup(). Higher level abstractions, such as
 511          * CC_ATTR_MEM_ENCRYPT, aren't necessarily equivalent in a Hyper-V VM
 512          * using vTOM, where sme_me_mask is always zero.
 513          */
 514         if (sme_me_mask) {
 515                 r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
 516                 if (r) {
 517                         pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
 518                         return;
 519                 }
 520         }
 521
 522         free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
 523 }