drivers/misc/lkdtm/bugs.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This is for all the tests related to logic bugs (e.g. bad dereferences,
   4  * bad alignment, bad loops, bad locking, bad scheduling, deep stacks, and
   5  * lockups) along with other things that don't fit well into existing LKDTM
   6  * test source files.
   7  */
   8 #include "lkdtm.h"
   9 #include <linux/list.h>
  10 #include <linux/sched.h>
  11 #include <linux/sched/signal.h>
  12 #include <linux/sched/task_stack.h>
  13 #include <linux/uaccess.h>
  14
  15 #ifdef CONFIG_X86_32
  16 #include <asm/desc.h>
  17 #endif
  18
  19 struct lkdtm_list {
  20         struct list_head node;
  21 };
  22
  23 /*
  24  * Make sure our attempts to over run the kernel stack doesn't trigger
  25  * a compiler warning when CONFIG_FRAME_WARN is set. Then make sure we
  26  * recurse past the end of THREAD_SIZE by default.
  27  */
  28 #if defined(CONFIG_FRAME_WARN) && (CONFIG_FRAME_WARN > 0)
  29 #define REC_STACK_SIZE (_AC(CONFIG_FRAME_WARN, UL) / 2)
  30 #else
  31 #define REC_STACK_SIZE (THREAD_SIZE / 8)
  32 #endif
  33 #define REC_NUM_DEFAULT ((THREAD_SIZE / REC_STACK_SIZE) * 2)
  34
  35 static int recur_count = REC_NUM_DEFAULT;
  36
  37 static DEFINE_SPINLOCK(lock_me_up);
  38
  39 /*
  40  * Make sure compiler does not optimize this function or stack frame away:
  41  * - function marked noinline
  42  * - stack variables are marked volatile
  43  * - stack variables are written (memset()) and read (pr_info())
  44  * - function has external effects (pr_info())
  45  * */
  46 static int noinline recursive_loop(int remaining)
  47 {
  48         volatile char buf[REC_STACK_SIZE];
  49
  50         memset((void *)buf, remaining & 0xFF, sizeof(buf));
  51         pr_info("loop %d/%d ...\n", (int)buf[remaining % sizeof(buf)],
  52                 recur_count);
  53         if (!remaining)
  54                 return 0;
  55         else
  56                 return recursive_loop(remaining - 1);
  57 }
  58
  59 /* If the depth is negative, use the default, otherwise keep parameter. */
  60 void __init lkdtm_bugs_init(int *recur_param)
  61 {
  62         if (*recur_param < 0)
  63                 *recur_param = recur_count;
  64         else
  65                 recur_count = *recur_param;
  66 }
  67
  68 void lkdtm_PANIC(void)
  69 {
  70         panic("dumptest");
  71 }
  72
  73 void lkdtm_BUG(void)
  74 {
  75         BUG();
  76 }
  77
  78 static int warn_counter;
  79
  80 void lkdtm_WARNING(void)
  81 {
  82         WARN_ON(++warn_counter);
  83 }
  84
  85 void lkdtm_WARNING_MESSAGE(void)
  86 {
  87         WARN(1, "Warning message trigger count: %d\n", ++warn_counter);
  88 }
  89
  90 void lkdtm_EXCEPTION(void)
  91 {
  92         *((volatile int *) 0) = 0;
  93 }
  94
  95 void lkdtm_LOOP(void)
  96 {
  97         for (;;)
  98                 ;
  99 }
 100
 101 void lkdtm_EXHAUST_STACK(void)
 102 {
 103         pr_info("Calling function with %lu frame size to depth %d ...\n",
 104                 REC_STACK_SIZE, recur_count);
 105         recursive_loop(recur_count);
 106         pr_info("FAIL: survived without exhausting stack?!\n");
 107 }
 108
 109 static noinline void __lkdtm_CORRUPT_STACK(void *stack)
 110 {
 111         memset(stack, '\xff', 64);
 112 }
 113
 114 /* This should trip the stack canary, not corrupt the return address. */
 115 noinline void lkdtm_CORRUPT_STACK(void)
 116 {
 117         /* Use default char array length that triggers stack protection. */
 118         char data[8] __aligned(sizeof(void *));
 119
 120         __lkdtm_CORRUPT_STACK(&data);
 121
 122         pr_info("Corrupted stack containing char array ...\n");
 123 }
 124
 125 /* Same as above but will only get a canary with -fstack-protector-strong */
 126 noinline void lkdtm_CORRUPT_STACK_STRONG(void)
 127 {
 128         union {
 129                 unsigned short shorts[4];
 130                 unsigned long *ptr;
 131         } data __aligned(sizeof(void *));
 132
 133         __lkdtm_CORRUPT_STACK(&data);
 134
 135         pr_info("Corrupted stack containing union ...\n");
 136 }
 137
 138 void lkdtm_UNALIGNED_LOAD_STORE_WRITE(void)
 139 {
 140         static u8 data[5] __attribute__((aligned(4))) = {1, 2, 3, 4, 5};
 141         u32 *p;
 142         u32 val = 0x12345678;
 143
 144         p = (u32 *)(data + 1);
 145         if (*p == 0)
 146                 val = 0x87654321;
 147         *p = val;
 148 }
 149
 150 void lkdtm_SOFTLOCKUP(void)
 151 {
 152         preempt_disable();
 153         for (;;)
 154                 cpu_relax();
 155 }
 156
 157 void lkdtm_HARDLOCKUP(void)
 158 {
 159         local_irq_disable();
 160         for (;;)
 161                 cpu_relax();
 162 }
 163
 164 void lkdtm_SPINLOCKUP(void)
 165 {
 166         /* Must be called twice to trigger. */
 167         spin_lock(&lock_me_up);
 168         /* Let sparse know we intended to exit holding the lock. */
 169         __release(&lock_me_up);
 170 }
 171
 172 void lkdtm_HUNG_TASK(void)
 173 {
 174         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 175         schedule();
 176 }
 177
 178 void lkdtm_CORRUPT_LIST_ADD(void)
 179 {
 180         /*
 181          * Initially, an empty list via LIST_HEAD:
 182          *      test_head.next = &test_head
 183          *      test_head.prev = &test_head
 184          */
 185         LIST_HEAD(test_head);
 186         struct lkdtm_list good, bad;
 187         void *target[2] = { };
 188         void *redirection = &target;
 189
 190         pr_info("attempting good list addition\n");
 191
 192         /*
 193          * Adding to the list performs these actions:
 194          *      test_head.next->prev = &good.node
 195          *      good.node.next = test_head.next
 196          *      good.node.prev = test_head
 197          *      test_head.next = good.node
 198          */
 199         list_add(&good.node, &test_head);
 200
 201         pr_info("attempting corrupted list addition\n");
 202         /*
 203          * In simulating this "write what where" primitive, the "what" is
 204          * the address of &bad.node, and the "where" is the address held
 205          * by "redirection".
 206          */
 207         test_head.next = redirection;
 208         list_add(&bad.node, &test_head);
 209
 210         if (target[0] == NULL && target[1] == NULL)
 211                 pr_err("Overwrite did not happen, but no BUG?!\n");
 212         else
 213                 pr_err("list_add() corruption not detected!\n");
 214 }
 215
 216 void lkdtm_CORRUPT_LIST_DEL(void)
 217 {
 218         LIST_HEAD(test_head);
 219         struct lkdtm_list item;
 220         void *target[2] = { };
 221         void *redirection = &target;
 222
 223         list_add(&item.node, &test_head);
 224
 225         pr_info("attempting good list removal\n");
 226         list_del(&item.node);
 227
 228         pr_info("attempting corrupted list removal\n");
 229         list_add(&item.node, &test_head);
 230
 231         /* As with the list_add() test above, this corrupts "next". */
 232         item.node.next = redirection;
 233         list_del(&item.node);
 234
 235         if (target[0] == NULL && target[1] == NULL)
 236                 pr_err("Overwrite did not happen, but no BUG?!\n");
 237         else
 238                 pr_err("list_del() corruption not detected!\n");
 239 }
 240
 241 /* Test if unbalanced set_fs(KERNEL_DS)/set_fs(USER_DS) check exists. */
 242 void lkdtm_CORRUPT_USER_DS(void)
 243 {
 244         pr_info("setting bad task size limit\n");
 245         set_fs(KERNEL_DS);
 246
 247         /* Make sure we do not keep running with a KERNEL_DS! */
 248         force_sig(SIGKILL);
 249 }
 250
 251 /* Test that VMAP_STACK is actually allocating with a leading guard page */
 252 void lkdtm_STACK_GUARD_PAGE_LEADING(void)
 253 {
 254         const unsigned char *stack = task_stack_page(current);
 255         const unsigned char *ptr = stack - 1;
 256         volatile unsigned char byte;
 257
 258         pr_info("attempting bad read from page below current stack\n");
 259
 260         byte = *ptr;
 261
 262         pr_err("FAIL: accessed page before stack!\n");
 263 }
 264
 265 /* Test that VMAP_STACK is actually allocating with a trailing guard page */
 266 void lkdtm_STACK_GUARD_PAGE_TRAILING(void)
 267 {
 268         const unsigned char *stack = task_stack_page(current);
 269         const unsigned char *ptr = stack + THREAD_SIZE;
 270         volatile unsigned char byte;
 271
 272         pr_info("attempting bad read from page above current stack\n");
 273
 274         byte = *ptr;
 275
 276         pr_err("FAIL: accessed page after stack!\n");
 277 }
 278
 279 void lkdtm_UNSET_SMEP(void)
 280 {
 281 #if IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && !IS_ENABLED(CONFIG_UML)
 282 #define MOV_CR4_DEPTH   64
 283         void (*direct_write_cr4)(unsigned long val);
 284         unsigned char *insn;
 285         unsigned long cr4;
 286         int i;
 287
 288         cr4 = native_read_cr4();
 289
 290         if ((cr4 & X86_CR4_SMEP) != X86_CR4_SMEP) {
 291                 pr_err("FAIL: SMEP not in use\n");
 292                 return;
 293         }
 294         cr4 &= ~(X86_CR4_SMEP);
 295
 296         pr_info("trying to clear SMEP normally\n");
 297         native_write_cr4(cr4);
 298         if (cr4 == native_read_cr4()) {
 299                 pr_err("FAIL: pinning SMEP failed!\n");
 300                 cr4 |= X86_CR4_SMEP;
 301                 pr_info("restoring SMEP\n");
 302                 native_write_cr4(cr4);
 303                 return;
 304         }
 305         pr_info("ok: SMEP did not get cleared\n");
 306
 307         /*
 308          * To test the post-write pinning verification we need to call
 309          * directly into the middle of native_write_cr4() where the
 310          * cr4 write happens, skipping any pinning. This searches for
 311          * the cr4 writing instruction.
 312          */
 313         insn = (unsigned char *)native_write_cr4;
 314         for (i = 0; i < MOV_CR4_DEPTH; i++) {
 315                 /* mov %rdi, %cr4 */
 316                 if (insn[i] == 0x0f && insn[i+1] == 0x22 && insn[i+2] == 0xe7)
 317                         break;
 318                 /* mov %rdi,%rax; mov %rax, %cr4 */
 319                 if (insn[i]   == 0x48 && insn[i+1] == 0x89 &&
 320                     insn[i+2] == 0xf8 && insn[i+3] == 0x0f &&
 321                     insn[i+4] == 0x22 && insn[i+5] == 0xe0)
 322                         break;
 323         }
 324         if (i >= MOV_CR4_DEPTH) {
 325                 pr_info("ok: cannot locate cr4 writing call gadget\n");
 326                 return;
 327         }
 328         direct_write_cr4 = (void *)(insn + i);
 329
 330         pr_info("trying to clear SMEP with call gadget\n");
 331         direct_write_cr4(cr4);
 332         if (native_read_cr4() & X86_CR4_SMEP) {
 333                 pr_info("ok: SMEP removal was reverted\n");
 334         } else {
 335                 pr_err("FAIL: cleared SMEP not detected!\n");
 336                 cr4 |= X86_CR4_SMEP;
 337                 pr_info("restoring SMEP\n");
 338                 native_write_cr4(cr4);
 339         }
 340 #else
 341         pr_err("XFAIL: this test is x86_64-only\n");
 342 #endif
 343 }
 344
 345 void lkdtm_DOUBLE_FAULT(void)
 346 {
 347 #ifdef CONFIG_X86_32
 348         /*
 349          * Trigger #DF by setting the stack limit to zero.  This clobbers
 350          * a GDT TLS slot, which is okay because the current task will die
 351          * anyway due to the double fault.
 352          */
 353         struct desc_struct d = {
 354                 .type = 3,      /* expand-up, writable, accessed data */
 355                 .p = 1,         /* present */
 356                 .d = 1,         /* 32-bit */
 357                 .g = 0,         /* limit in bytes */
 358                 .s = 1,         /* not system */
 359         };
 360
 361         local_irq_disable();
 362         write_gdt_entry(get_cpu_gdt_rw(smp_processor_id()),
 363                         GDT_ENTRY_TLS_MIN, &d, DESCTYPE_S);
 364
 365         /*
 366          * Put our zero-limit segment in SS and then trigger a fault.  The
 367          * 4-byte access to (%esp) will fault with #SS, and the attempt to
 368          * deliver the fault will recursively cause #SS and result in #DF.
 369          * This whole process happens while NMIs and MCEs are blocked by the
 370          * MOV SS window.  This is nice because an NMI with an invalid SS
 371          * would also double-fault, resulting in the NMI or MCE being lost.
 372          */
 373         asm volatile ("movw %0, %%ss; addl $0, (%%esp)" ::
 374                       "r" ((unsigned short)(GDT_ENTRY_TLS_MIN << 3)));
 375
 376         pr_err("FAIL: tried to double fault but didn't die\n");
 377 #else
 378         pr_err("XFAIL: this test is ia32-only\n");
 379 #endif
 380 }