mm/kasan/common.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This file contains common 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/init.h>
  14 #include <linux/kasan.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/linkage.h>
  17 #include <linux/memblock.h>
  18 #include <linux/memory.h>
  19 #include <linux/mm.h>
  20 #include <linux/module.h>
  21 #include <linux/printk.h>
  22 #include <linux/sched.h>
  23 #include <linux/sched/clock.h>
  24 #include <linux/sched/task_stack.h>
  25 #include <linux/slab.h>
  26 #include <linux/stackdepot.h>
  27 #include <linux/stacktrace.h>
  28 #include <linux/string.h>
  29 #include <linux/types.h>
  30 #include <linux/bug.h>
  31
  32 #include "kasan.h"
  33 #include "../slab.h"
  34
  35 struct slab *kasan_addr_to_slab(const void *addr)
  36 {
  37         if (virt_addr_valid(addr))
  38                 return virt_to_slab(addr);
  39         return NULL;
  40 }
  41
  42 depot_stack_handle_t kasan_save_stack(gfp_t flags, depot_flags_t depot_flags)
  43 {
  44         unsigned long entries[KASAN_STACK_DEPTH];
  45         unsigned int nr_entries;
  46
  47         nr_entries = stack_trace_save(entries, ARRAY_SIZE(entries), 0);
  48         return stack_depot_save_flags(entries, nr_entries, flags, depot_flags);
  49 }
  50
  51 void kasan_set_track(struct kasan_track *track, depot_stack_handle_t stack)
  52 {
  53 #ifdef CONFIG_KASAN_EXTRA_INFO
  54         u32 cpu = raw_smp_processor_id();
  55         u64 ts_nsec = local_clock();
  56
  57         track->cpu = cpu;
  58         track->timestamp = ts_nsec >> 9;
  59 #endif /* CONFIG_KASAN_EXTRA_INFO */
  60         track->pid = current->pid;
  61         track->stack = stack;
  62 }
  63
  64 void kasan_save_track(struct kasan_track *track, gfp_t flags)
  65 {
  66         depot_stack_handle_t stack;
  67
  68         stack = kasan_save_stack(flags, STACK_DEPOT_FLAG_CAN_ALLOC);
  69         kasan_set_track(track, stack);
  70 }
  71
  72 #if defined(CONFIG_KASAN_GENERIC) || defined(CONFIG_KASAN_SW_TAGS)
  73 void kasan_enable_current(void)
  74 {
  75         current->kasan_depth++;
  76 }
  77 EXPORT_SYMBOL(kasan_enable_current);
  78
  79 void kasan_disable_current(void)
  80 {
  81         current->kasan_depth--;
  82 }
  83 EXPORT_SYMBOL(kasan_disable_current);
  84
  85 #endif /* CONFIG_KASAN_GENERIC || CONFIG_KASAN_SW_TAGS */
  86
  87 void __kasan_unpoison_range(const void *address, size_t size)
  88 {
  89         if (is_kfence_address(address))
  90                 return;
  91
  92         kasan_unpoison(address, size, false);
  93 }
  94
  95 #ifdef CONFIG_KASAN_STACK
  96 /* Unpoison the entire stack for a task. */
  97 void kasan_unpoison_task_stack(struct task_struct *task)
  98 {
  99         void *base = task_stack_page(task);
 100
 101         kasan_unpoison(base, THREAD_SIZE, false);
 102 }
 103
 104 /* Unpoison the stack for the current task beyond a watermark sp value. */
 105 asmlinkage void kasan_unpoison_task_stack_below(const void *watermark)
 106 {
 107         /*
 108          * Calculate the task stack base address.  Avoid using 'current'
 109          * because this function is called by early resume code which hasn't
 110          * yet set up the percpu register (%gs).
 111          */
 112         void *base = (void *)((unsigned long)watermark & ~(THREAD_SIZE - 1));
 113
 114         kasan_unpoison(base, watermark - base, false);
 115 }
 116 #endif /* CONFIG_KASAN_STACK */
 117
 118 bool __kasan_unpoison_pages(struct page *page, unsigned int order, bool init)
 119 {
 120         u8 tag;
 121         unsigned long i;
 122
 123         if (unlikely(PageHighMem(page)))
 124                 return false;
 125
 126         if (!kasan_sample_page_alloc(order))
 127                 return false;
 128
 129         tag = kasan_random_tag();
 130         kasan_unpoison(set_tag(page_address(page), tag),
 131                        PAGE_SIZE << order, init);
 132         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
 133                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
 134
 135         return true;
 136 }
 137
 138 void __kasan_poison_pages(struct page *page, unsigned int order, bool init)
 139 {
 140         if (likely(!PageHighMem(page)))
 141                 kasan_poison(page_address(page), PAGE_SIZE << order,
 142                              KASAN_PAGE_FREE, init);
 143 }
 144
 145 void __kasan_poison_slab(struct slab *slab)
 146 {
 147         struct page *page = slab_page(slab);
 148         unsigned long i;
 149
 150         for (i = 0; i < compound_nr(page); i++)
 151                 page_kasan_tag_reset(page + i);
 152         kasan_poison(page_address(page), page_size(page),
 153                      KASAN_SLAB_REDZONE, false);
 154 }
 155
 156 void __kasan_unpoison_new_object(struct kmem_cache *cache, void *object)
 157 {
 158         kasan_unpoison(object, cache->object_size, false);
 159 }
 160
 161 void __kasan_poison_new_object(struct kmem_cache *cache, void *object)
 162 {
 163         kasan_poison(object, round_up(cache->object_size, KASAN_GRANULE_SIZE),
 164                         KASAN_SLAB_REDZONE, false);
 165 }
 166
 167 /*
 168  * This function assigns a tag to an object considering the following:
 169  * 1. A cache might have a constructor, which might save a pointer to a slab
 170  *    object somewhere (e.g. in the object itself). We preassign a tag for
 171  *    each object in caches with constructors during slab creation and reuse
 172  *    the same tag each time a particular object is allocated.
 173  * 2. A cache might be SLAB_TYPESAFE_BY_RCU, which means objects can be
 174  *    accessed after being freed. We preassign tags for objects in these
 175  *    caches as well.
 176  */
 177 static inline u8 assign_tag(struct kmem_cache *cache,
 178                                         const void *object, bool init)
 179 {
 180         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
 181                 return 0xff;
 182
 183         /*
 184          * If the cache neither has a constructor nor has SLAB_TYPESAFE_BY_RCU
 185          * set, assign a tag when the object is being allocated (init == false).
 186          */
 187         if (!cache->ctor && !(cache->flags & SLAB_TYPESAFE_BY_RCU))
 188                 return init ? KASAN_TAG_KERNEL : kasan_random_tag();
 189
 190         /*
 191          * For caches that either have a constructor or SLAB_TYPESAFE_BY_RCU,
 192          * assign a random tag during slab creation, otherwise reuse
 193          * the already assigned tag.
 194          */
 195         return init ? kasan_random_tag() : get_tag(object);
 196 }
 197
 198 void * __must_check __kasan_init_slab_obj(struct kmem_cache *cache,
 199                                                 const void *object)
 200 {
 201         /* Initialize per-object metadata if it is present. */
 202         if (kasan_requires_meta())
 203                 kasan_init_object_meta(cache, object);
 204
 205         /* Tag is ignored in set_tag() without CONFIG_KASAN_SW/HW_TAGS */
 206         object = set_tag(object, assign_tag(cache, object, true));
 207
 208         return (void *)object;
 209 }
 210
 211 static inline bool poison_slab_object(struct kmem_cache *cache, void *object,
 212                                       unsigned long ip, bool init)
 213 {
 214         void *tagged_object;
 215
 216         if (!kasan_arch_is_ready())
 217                 return false;
 218
 219         tagged_object = object;
 220         object = kasan_reset_tag(object);
 221
 222         if (unlikely(nearest_obj(cache, virt_to_slab(object), object) != object)) {
 223                 kasan_report_invalid_free(tagged_object, ip, KASAN_REPORT_INVALID_FREE);
 224                 return true;
 225         }
 226
 227         /* RCU slabs could be legally used after free within the RCU period. */
 228         if (unlikely(cache->flags & SLAB_TYPESAFE_BY_RCU))
 229                 return false;
 230
 231         if (!kasan_byte_accessible(tagged_object)) {
 232                 kasan_report_invalid_free(tagged_object, ip, KASAN_REPORT_DOUBLE_FREE);
 233                 return true;
 234         }
 235
 236         kasan_poison(object, round_up(cache->object_size, KASAN_GRANULE_SIZE),
 237                         KASAN_SLAB_FREE, init);
 238
 239         if (kasan_stack_collection_enabled())
 240                 kasan_save_free_info(cache, tagged_object);
 241
 242         return false;
 243 }
 244
 245 bool __kasan_slab_free(struct kmem_cache *cache, void *object,
 246                                 unsigned long ip, bool init)
 247 {
 248         if (is_kfence_address(object))
 249                 return false;
 250
 251         /*
 252          * If the object is buggy, do not let slab put the object onto the
 253          * freelist. The object will thus never be allocated again and its
 254          * metadata will never get released.
 255          */
 256         if (poison_slab_object(cache, object, ip, init))
 257                 return true;
 258
 259         /*
 260          * If the object is put into quarantine, do not let slab put the object
 261          * onto the freelist for now. The object's metadata is kept until the
 262          * object gets evicted from quarantine.
 263          */
 264         if (kasan_quarantine_put(cache, object))
 265                 return true;
 266
 267         /*
 268          * Note: Keep per-object metadata to allow KASAN print stack traces for
 269          * use-after-free-before-realloc bugs.
 270          */
 271
 272         /* Let slab put the object onto the freelist. */
 273         return false;
 274 }
 275
 276 static inline bool check_page_allocation(void *ptr, unsigned long ip)
 277 {
 278         if (!kasan_arch_is_ready())
 279                 return false;
 280
 281         if (ptr != page_address(virt_to_head_page(ptr))) {
 282                 kasan_report_invalid_free(ptr, ip, KASAN_REPORT_INVALID_FREE);
 283                 return true;
 284         }
 285
 286         if (!kasan_byte_accessible(ptr)) {
 287                 kasan_report_invalid_free(ptr, ip, KASAN_REPORT_DOUBLE_FREE);
 288                 return true;
 289         }
 290
 291         return false;
 292 }
 293
 294 void __kasan_kfree_large(void *ptr, unsigned long ip)
 295 {
 296         check_page_allocation(ptr, ip);
 297
 298         /* The object will be poisoned by kasan_poison_pages(). */
 299 }
 300
 301 static inline void unpoison_slab_object(struct kmem_cache *cache, void *object,
 302                                         gfp_t flags, bool init)
 303 {
 304         /*
 305          * Unpoison the whole object. For kmalloc() allocations,
 306          * poison_kmalloc_redzone() will do precise poisoning.
 307          */
 308         kasan_unpoison(object, cache->object_size, init);
 309
 310         /* Save alloc info (if possible) for non-kmalloc() allocations. */
 311         if (kasan_stack_collection_enabled() && !is_kmalloc_cache(cache))
 312                 kasan_save_alloc_info(cache, object, flags);
 313 }
 314
 315 void * __must_check __kasan_slab_alloc(struct kmem_cache *cache,
 316                                         void *object, gfp_t flags, bool init)
 317 {
 318         u8 tag;
 319         void *tagged_object;
 320
 321         if (gfpflags_allow_blocking(flags))
 322                 kasan_quarantine_reduce();
 323
 324         if (unlikely(object == NULL))
 325                 return NULL;
 326
 327         if (is_kfence_address(object))
 328                 return (void *)object;
 329
 330         /*
 331          * Generate and assign random tag for tag-based modes.
 332          * Tag is ignored in set_tag() for the generic mode.
 333          */
 334         tag = assign_tag(cache, object, false);
 335         tagged_object = set_tag(object, tag);
 336
 337         /* Unpoison the object and save alloc info for non-kmalloc() allocations. */
 338         unpoison_slab_object(cache, tagged_object, flags, init);
 339
 340         return tagged_object;
 341 }
 342
 343 static inline void poison_kmalloc_redzone(struct kmem_cache *cache,
 344                                 const void *object, size_t size, gfp_t flags)
 345 {
 346         unsigned long redzone_start;
 347         unsigned long redzone_end;
 348
 349         /*
 350          * The redzone has byte-level precision for the generic mode.
 351          * Partially poison the last object granule to cover the unaligned
 352          * part of the redzone.
 353          */
 354         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
 355                 kasan_poison_last_granule((void *)object, size);
 356
 357         /* Poison the aligned part of the redzone. */
 358         redzone_start = round_up((unsigned long)(object + size),
 359                                 KASAN_GRANULE_SIZE);
 360         redzone_end = round_up((unsigned long)(object + cache->object_size),
 361                                 KASAN_GRANULE_SIZE);
 362         kasan_poison((void *)redzone_start, redzone_end - redzone_start,
 363                            KASAN_SLAB_REDZONE, false);
 364
 365         /*
 366          * Save alloc info (if possible) for kmalloc() allocations.
 367          * This also rewrites the alloc info when called from kasan_krealloc().
 368          */
 369         if (kasan_stack_collection_enabled() && is_kmalloc_cache(cache))
 370                 kasan_save_alloc_info(cache, (void *)object, flags);
 371
 372 }
 373
 374 void * __must_check __kasan_kmalloc(struct kmem_cache *cache, const void *object,
 375                                         size_t size, gfp_t flags)
 376 {
 377         if (gfpflags_allow_blocking(flags))
 378                 kasan_quarantine_reduce();
 379
 380         if (unlikely(object == NULL))
 381                 return NULL;
 382
 383         if (is_kfence_address(object))
 384                 return (void *)object;
 385
 386         /* The object has already been unpoisoned by kasan_slab_alloc(). */
 387         poison_kmalloc_redzone(cache, object, size, flags);
 388
 389         /* Keep the tag that was set by kasan_slab_alloc(). */
 390         return (void *)object;
 391 }
 392 EXPORT_SYMBOL(__kasan_kmalloc);
 393
 394 static inline void poison_kmalloc_large_redzone(const void *ptr, size_t size,
 395                                                 gfp_t flags)
 396 {
 397         unsigned long redzone_start;
 398         unsigned long redzone_end;
 399
 400         /*
 401          * The redzone has byte-level precision for the generic mode.
 402          * Partially poison the last object granule to cover the unaligned
 403          * part of the redzone.
 404          */
 405         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
 406                 kasan_poison_last_granule(ptr, size);
 407
 408         /* Poison the aligned part of the redzone. */
 409         redzone_start = round_up((unsigned long)(ptr + size), KASAN_GRANULE_SIZE);
 410         redzone_end = (unsigned long)ptr + page_size(virt_to_page(ptr));
 411         kasan_poison((void *)redzone_start, redzone_end - redzone_start,
 412                      KASAN_PAGE_REDZONE, false);
 413 }
 414
 415 void * __must_check __kasan_kmalloc_large(const void *ptr, size_t size,
 416                                                 gfp_t flags)
 417 {
 418         if (gfpflags_allow_blocking(flags))
 419                 kasan_quarantine_reduce();
 420
 421         if (unlikely(ptr == NULL))
 422                 return NULL;
 423
 424         /* The object has already been unpoisoned by kasan_unpoison_pages(). */
 425         poison_kmalloc_large_redzone(ptr, size, flags);
 426
 427         /* Keep the tag that was set by alloc_pages(). */
 428         return (void *)ptr;
 429 }
 430
 431 void * __must_check __kasan_krealloc(const void *object, size_t size, gfp_t flags)
 432 {
 433         struct slab *slab;
 434
 435         if (gfpflags_allow_blocking(flags))
 436                 kasan_quarantine_reduce();
 437
 438         if (unlikely(object == ZERO_SIZE_PTR))
 439                 return (void *)object;
 440
 441         if (is_kfence_address(object))
 442                 return (void *)object;
 443
 444         /*
 445          * Unpoison the object's data.
 446          * Part of it might already have been unpoisoned, but it's unknown
 447          * how big that part is.
 448          */
 449         kasan_unpoison(object, size, false);
 450
 451         slab = virt_to_slab(object);
 452
 453         /* Piggy-back on kmalloc() instrumentation to poison the redzone. */
 454         if (unlikely(!slab))
 455                 poison_kmalloc_large_redzone(object, size, flags);
 456         else
 457                 poison_kmalloc_redzone(slab->slab_cache, object, size, flags);
 458
 459         return (void *)object;
 460 }
 461
 462 bool __kasan_mempool_poison_pages(struct page *page, unsigned int order,
 463                                   unsigned long ip)
 464 {
 465         unsigned long *ptr;
 466
 467         if (unlikely(PageHighMem(page)))
 468                 return true;
 469
 470         /* Bail out if allocation was excluded due to sampling. */
 471         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
 472             page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL)
 473                 return true;
 474
 475         ptr = page_address(page);
 476
 477         if (check_page_allocation(ptr, ip))
 478                 return false;
 479
 480         kasan_poison(ptr, PAGE_SIZE << order, KASAN_PAGE_FREE, false);
 481
 482         return true;
 483 }
 484
 485 void __kasan_mempool_unpoison_pages(struct page *page, unsigned int order,
 486                                     unsigned long ip)
 487 {
 488         __kasan_unpoison_pages(page, order, false);
 489 }
 490
 491 bool __kasan_mempool_poison_object(void *ptr, unsigned long ip)
 492 {
 493         struct folio *folio = virt_to_folio(ptr);
 494         struct slab *slab;
 495
 496         /*
 497          * This function can be called for large kmalloc allocation that get
 498          * their memory from page_alloc. Thus, the folio might not be a slab.
 499          */
 500         if (unlikely(!folio_test_slab(folio))) {
 501                 if (check_page_allocation(ptr, ip))
 502                         return false;
 503                 kasan_poison(ptr, folio_size(folio), KASAN_PAGE_FREE, false);
 504                 return true;
 505         }
 506
 507         if (is_kfence_address(ptr))
 508                 return false;
 509
 510         slab = folio_slab(folio);
 511         return !poison_slab_object(slab->slab_cache, ptr, ip, false);
 512 }
 513
 514 void __kasan_mempool_unpoison_object(void *ptr, size_t size, unsigned long ip)
 515 {
 516         struct slab *slab;
 517         gfp_t flags = 0; /* Might be executing under a lock. */
 518
 519         slab = virt_to_slab(ptr);
 520
 521         /*
 522          * This function can be called for large kmalloc allocation that get
 523          * their memory from page_alloc.
 524          */
 525         if (unlikely(!slab)) {
 526                 kasan_unpoison(ptr, size, false);
 527                 poison_kmalloc_large_redzone(ptr, size, flags);
 528                 return;
 529         }
 530
 531         if (is_kfence_address(ptr))
 532                 return;
 533
 534         /* Unpoison the object and save alloc info for non-kmalloc() allocations. */
 535         unpoison_slab_object(slab->slab_cache, ptr, size, flags);
 536
 537         /* Poison the redzone and save alloc info for kmalloc() allocations. */
 538         if (is_kmalloc_cache(slab->slab_cache))
 539                 poison_kmalloc_redzone(slab->slab_cache, ptr, size, flags);
 540 }
 541
 542 bool __kasan_check_byte(const void *address, unsigned long ip)
 543 {
 544         if (!kasan_byte_accessible(address)) {
 545                 kasan_report(address, 1, false, ip);
 546                 return false;
 547         }
 548         return true;
 549 }