verity.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * fs/ext4/verity.c: fs-verity support for ext4
   4  *
   5  * Copyright 2019 Google LLC
   6  */
   7
   8 /*
   9  * Implementation of fsverity_operations for ext4.
  10  *
  11  * ext4 stores the verity metadata (Merkle tree and fsverity_descriptor) past
  12  * the end of the file, starting at the first 64K boundary beyond i_size.  This
  13  * approach works because (a) verity files are readonly, and (b) pages fully
  14  * beyond i_size aren't visible to userspace but can be read/written internally
  15  * by ext4 with only some relatively small changes to ext4.  This approach
  16  * avoids having to depend on the EA_INODE feature and on rearchitecturing
  17  * ext4's xattr support to support paging multi-gigabyte xattrs into memory, and
  18  * to support encrypting xattrs.  Note that the verity metadata *must* be
  19  * encrypted when the file is, since it contains hashes of the plaintext data.
  20  *
  21  * Using a 64K boundary rather than a 4K one keeps things ready for
  22  * architectures with 64K pages, and it doesn't necessarily waste space on-disk
  23  * since there can be a hole between i_size and the start of the Merkle tree.
  24  */
  25
  26 #include <linux/quotaops.h>
  27
  28 #include "ext4.h"
  29 #include "ext4_extents.h"
  30 #include "ext4_jbd2.h"
  31
  32 static inline loff_t ext4_verity_metadata_pos(const struct inode *inode)
  33 {
  34         return round_up(inode->i_size, 65536);
  35 }
  36
  37 /*
  38  * Read some verity metadata from the inode.  __vfs_read() can't be used because
  39  * we need to read beyond i_size.
  40  */
  41 static int pagecache_read(struct inode *inode, void *buf, size_t count,
  42                           loff_t pos)
  43 {
  44         while (count) {
  45                 size_t n = min_t(size_t, count,
  46                                  PAGE_SIZE - offset_in_page(pos));
  47                 struct page *page;
  48
  49                 page = read_mapping_page(inode->i_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
  50                                          NULL);
  51                 if (IS_ERR(page))
  52                         return PTR_ERR(page);
  53
  54                 memcpy_from_page(buf, page, offset_in_page(pos), n);
  55
  56                 put_page(page);
  57
  58                 buf += n;
  59                 pos += n;
  60                 count -= n;
  61         }
  62         return 0;
  63 }
  64
  65 /*
  66  * Write some verity metadata to the inode for FS_IOC_ENABLE_VERITY.
  67  * kernel_write() can't be used because the file descriptor is readonly.
  68  */
  69 static int pagecache_write(struct inode *inode, const void *buf, size_t count,
  70                            loff_t pos)
  71 {
  72         struct address_space *mapping = inode->i_mapping;
  73         const struct address_space_operations *aops = mapping->a_ops;
  74
  75         if (pos + count > inode->i_sb->s_maxbytes)
  76                 return -EFBIG;
  77
  78         while (count) {
  79                 size_t n = min_t(size_t, count,
  80                                  PAGE_SIZE - offset_in_page(pos));
  81                 struct page *page;
  82                 void *fsdata = NULL;
  83                 int res;
  84
  85                 res = aops->write_begin(NULL, mapping, pos, n, &page, &fsdata);
  86                 if (res)
  87                         return res;
  88
  89                 memcpy_to_page(page, offset_in_page(pos), buf, n);
  90
  91                 res = aops->write_end(NULL, mapping, pos, n, n, page, fsdata);
  92                 if (res < 0)
  93                         return res;
  94                 if (res != n)
  95                         return -EIO;
  96
  97                 buf += n;
  98                 pos += n;
  99                 count -= n;
 100         }
 101         return 0;
 102 }
 103
 104 static int ext4_begin_enable_verity(struct file *filp)
 105 {
 106         struct inode *inode = file_inode(filp);
 107         const int credits = 2; /* superblock and inode for ext4_orphan_add() */
 108         handle_t *handle;
 109         int err;
 110
 111         if (IS_DAX(inode) || ext4_test_inode_flag(inode, EXT4_INODE_DAX))
 112                 return -EINVAL;
 113
 114         if (ext4_verity_in_progress(inode))
 115                 return -EBUSY;
 116
 117         /*
 118          * Since the file was opened readonly, we have to initialize the jbd
 119          * inode and quotas here and not rely on ->open() doing it.  This must
 120          * be done before evicting the inline data.
 121          */
 122
 123         err = ext4_inode_attach_jinode(inode);
 124         if (err)
 125                 return err;
 126
 127         err = dquot_initialize(inode);
 128         if (err)
 129                 return err;
 130
 131         err = ext4_convert_inline_data(inode);
 132         if (err)
 133                 return err;
 134
 135         if (!ext4_test_inode_flag(inode, EXT4_INODE_EXTENTS)) {
 136                 ext4_warning_inode(inode,
 137                                    "verity is only allowed on extent-based files");
 138                 return -EOPNOTSUPP;
 139         }
 140
 141         /*
 142          * ext4 uses the last allocated block to find the verity descriptor, so
 143          * we must remove any other blocks past EOF which might confuse things.
 144          */
 145         err = ext4_truncate(inode);
 146         if (err)
 147                 return err;
 148
 149         handle = ext4_journal_start(inode, EXT4_HT_INODE, credits);
 150         if (IS_ERR(handle))
 151                 return PTR_ERR(handle);
 152
 153         err = ext4_orphan_add(handle, inode);
 154         if (err == 0)
 155                 ext4_set_inode_state(inode, EXT4_STATE_VERITY_IN_PROGRESS);
 156
 157         ext4_journal_stop(handle);
 158         return err;
 159 }
 160
 161 /*
 162  * ext4 stores the verity descriptor beginning on the next filesystem block
 163  * boundary after the Merkle tree.  Then, the descriptor size is stored in the
 164  * last 4 bytes of the last allocated filesystem block --- which is either the
 165  * block in which the descriptor ends, or the next block after that if there
 166  * weren't at least 4 bytes remaining.
 167  *
 168  * We can't simply store the descriptor in an xattr because it *must* be
 169  * encrypted when ext4 encryption is used, but ext4 encryption doesn't encrypt
 170  * xattrs.  Also, if the descriptor includes a large signature blob it may be
 171  * too large to store in an xattr without the EA_INODE feature.
 172  */
 173 static int ext4_write_verity_descriptor(struct inode *inode, const void *desc,
 174                                         size_t desc_size, u64 merkle_tree_size)
 175 {
 176         const u64 desc_pos = round_up(ext4_verity_metadata_pos(inode) +
 177                                       merkle_tree_size, i_blocksize(inode));
 178         const u64 desc_end = desc_pos + desc_size;
 179         const __le32 desc_size_disk = cpu_to_le32(desc_size);
 180         const u64 desc_size_pos = round_up(desc_end + sizeof(desc_size_disk),
 181                                            i_blocksize(inode)) -
 182                                   sizeof(desc_size_disk);
 183         int err;
 184
 185         err = pagecache_write(inode, desc, desc_size, desc_pos);
 186         if (err)
 187                 return err;
 188
 189         return pagecache_write(inode, &desc_size_disk, sizeof(desc_size_disk),
 190                                desc_size_pos);
 191 }
 192
 193 static int ext4_end_enable_verity(struct file *filp, const void *desc,
 194                                   size_t desc_size, u64 merkle_tree_size)
 195 {
 196         struct inode *inode = file_inode(filp);
 197         const int credits = 2; /* superblock and inode for ext4_orphan_del() */
 198         handle_t *handle;
 199         struct ext4_iloc iloc;
 200         int err = 0;
 201
 202         /*
 203          * If an error already occurred (which fs/verity/ signals by passing
 204          * desc == NULL), then only clean-up is needed.
 205          */
 206         if (desc == NULL)
 207                 goto cleanup;
 208
 209         /* Append the verity descriptor. */
 210         err = ext4_write_verity_descriptor(inode, desc, desc_size,
 211                                            merkle_tree_size);
 212         if (err)
 213                 goto cleanup;
 214
 215         /*
 216          * Write all pages (both data and verity metadata).  Note that this must
 217          * happen before clearing EXT4_STATE_VERITY_IN_PROGRESS; otherwise pages
 218          * beyond i_size won't be written properly.  For crash consistency, this
 219          * also must happen before the verity inode flag gets persisted.
 220          */
 221         err = filemap_write_and_wait(inode->i_mapping);
 222         if (err)
 223                 goto cleanup;
 224
 225         /*
 226          * Finally, set the verity inode flag and remove the inode from the
 227          * orphan list (in a single transaction).
 228          */
 229
 230         handle = ext4_journal_start(inode, EXT4_HT_INODE, credits);
 231         if (IS_ERR(handle)) {
 232                 err = PTR_ERR(handle);
 233                 goto cleanup;
 234         }
 235
 236         err = ext4_orphan_del(handle, inode);
 237         if (err)
 238                 goto stop_and_cleanup;
 239
 240         err = ext4_reserve_inode_write(handle, inode, &iloc);
 241         if (err)
 242                 goto stop_and_cleanup;
 243
 244         ext4_set_inode_flag(inode, EXT4_INODE_VERITY);
 245         ext4_set_inode_flags(inode, false);
 246         err = ext4_mark_iloc_dirty(handle, inode, &iloc);
 247         if (err)
 248                 goto stop_and_cleanup;
 249
 250         ext4_journal_stop(handle);
 251
 252         ext4_clear_inode_state(inode, EXT4_STATE_VERITY_IN_PROGRESS);
 253         return 0;
 254
 255 stop_and_cleanup:
 256         ext4_journal_stop(handle);
 257 cleanup:
 258         /*
 259          * Verity failed to be enabled, so clean up by truncating any verity
 260          * metadata that was written beyond i_size (both from cache and from
 261          * disk), removing the inode from the orphan list (if it wasn't done
 262          * already), and clearing EXT4_STATE_VERITY_IN_PROGRESS.
 263          */
 264         truncate_inode_pages(inode->i_mapping, inode->i_size);
 265         ext4_truncate(inode);
 266         ext4_orphan_del(NULL, inode);
 267         ext4_clear_inode_state(inode, EXT4_STATE_VERITY_IN_PROGRESS);
 268         return err;
 269 }
 270
 271 static int ext4_get_verity_descriptor_location(struct inode *inode,
 272                                                size_t *desc_size_ret,
 273                                                u64 *desc_pos_ret)
 274 {
 275         struct ext4_ext_path *path;
 276         struct ext4_extent *last_extent;
 277         u32 end_lblk;
 278         u64 desc_size_pos;
 279         __le32 desc_size_disk;
 280         u32 desc_size;
 281         u64 desc_pos;
 282         int err;
 283
 284         /*
 285          * Descriptor size is in last 4 bytes of last allocated block.
 286          * See ext4_write_verity_descriptor().
 287          */
 288
 289         if (!ext4_test_inode_flag(inode, EXT4_INODE_EXTENTS)) {
 290                 EXT4_ERROR_INODE(inode, "verity file doesn't use extents");
 291                 return -EFSCORRUPTED;
 292         }
 293
 294         path = ext4_find_extent(inode, EXT_MAX_BLOCKS - 1, NULL, 0);
 295         if (IS_ERR(path))
 296                 return PTR_ERR(path);
 297
 298         last_extent = path[path->p_depth].p_ext;
 299         if (!last_extent) {
 300                 EXT4_ERROR_INODE(inode, "verity file has no extents");
 301                 ext4_free_ext_path(path);
 302                 return -EFSCORRUPTED;
 303         }
 304
 305         end_lblk = le32_to_cpu(last_extent->ee_block) +
 306                    ext4_ext_get_actual_len(last_extent);
 307         desc_size_pos = (u64)end_lblk << inode->i_blkbits;
 308         ext4_free_ext_path(path);
 309
 310         if (desc_size_pos < sizeof(desc_size_disk))
 311                 goto bad;
 312         desc_size_pos -= sizeof(desc_size_disk);
 313
 314         err = pagecache_read(inode, &desc_size_disk, sizeof(desc_size_disk),
 315                              desc_size_pos);
 316         if (err)
 317                 return err;
 318         desc_size = le32_to_cpu(desc_size_disk);
 319
 320         /*
 321          * The descriptor is stored just before the desc_size_disk, but starting
 322          * on a filesystem block boundary.
 323          */
 324
 325         if (desc_size > INT_MAX || desc_size > desc_size_pos)
 326                 goto bad;
 327
 328         desc_pos = round_down(desc_size_pos - desc_size, i_blocksize(inode));
 329         if (desc_pos < ext4_verity_metadata_pos(inode))
 330                 goto bad;
 331
 332         *desc_size_ret = desc_size;
 333         *desc_pos_ret = desc_pos;
 334         return 0;
 335
 336 bad:
 337         EXT4_ERROR_INODE(inode, "verity file corrupted; can't find descriptor");
 338         return -EFSCORRUPTED;
 339 }
 340
 341 static int ext4_get_verity_descriptor(struct inode *inode, void *buf,
 342                                       size_t buf_size)
 343 {
 344         size_t desc_size = 0;
 345         u64 desc_pos = 0;
 346         int err;
 347
 348         err = ext4_get_verity_descriptor_location(inode, &desc_size, &desc_pos);
 349         if (err)
 350                 return err;
 351
 352         if (buf_size) {
 353                 if (desc_size > buf_size)
 354                         return -ERANGE;
 355                 err = pagecache_read(inode, buf, desc_size, desc_pos);
 356                 if (err)
 357                         return err;
 358         }
 359         return desc_size;
 360 }
 361
 362 static struct page *ext4_read_merkle_tree_page(struct inode *inode,
 363                                                pgoff_t index,
 364                                                unsigned long num_ra_pages)
 365 {
 366         struct page *page;
 367
 368         index += ext4_verity_metadata_pos(inode) >> PAGE_SHIFT;
 369
 370         page = find_get_page_flags(inode->i_mapping, index, FGP_ACCESSED);
 371         if (!page || !PageUptodate(page)) {
 372                 DEFINE_READAHEAD(ractl, NULL, NULL, inode->i_mapping, index);
 373
 374                 if (page)
 375                         put_page(page);
 376                 else if (num_ra_pages > 1)
 377                         page_cache_ra_unbounded(&ractl, num_ra_pages, 0);
 378                 page = read_mapping_page(inode->i_mapping, index, NULL);
 379         }
 380         return page;
 381 }
 382
 383 static int ext4_write_merkle_tree_block(struct inode *inode, const void *buf,
 384                                         u64 index, int log_blocksize)
 385 {
 386         loff_t pos = ext4_verity_metadata_pos(inode) + (index << log_blocksize);
 387
 388         return pagecache_write(inode, buf, 1 << log_blocksize, pos);
 389 }
 390
 391 const struct fsverity_operations ext4_verityops = {
 392         .begin_enable_verity    = ext4_begin_enable_verity,
 393         .end_enable_verity      = ext4_end_enable_verity,
 394         .get_verity_descriptor  = ext4_get_verity_descriptor,
 395         .read_merkle_tree_page  = ext4_read_merkle_tree_page,
 396         .write_merkle_tree_block = ext4_write_merkle_tree_block,
 397 };