Quelle  pac.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
// Copyright (C) 2020 ARM Limited

#define _GNU_SOURCE

#include <sys/auxv.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <sched.h>

#include "../../kselftest_harness.h"
#include "helper.h"

#define PAC_COLLISION_ATTEMPTS 1000
/*
 * The kernel sets TBID by default. So bits 55 and above should remain
 * untouched no matter what.
 * The VA space size is 48 bits. Bigger is opt-in.
 */
#define PAC_MASK (~0xff80ffffffffffff)
#define ARBITRARY_VALUE (0x1234)
#define ASSERT_PAUTH_ENABLED() \
do { \
 unsigned long hwcaps = getauxval(AT_HWCAP); \
 /* data key instructions are not in NOP space. This prevents a SIGILL */ \
 if (!(hwcaps & HWCAP_PACA))     \
  SKIP(return, "PAUTH not enabled"); \
} while (0)
#define ASSERT_GENERIC_PAUTH_ENABLED() \
do { \
 unsigned long hwcaps = getauxval(AT_HWCAP); \
 /* generic key instructions are not in NOP space. This prevents a SIGILL */ \
 if (!(hwcaps & HWCAP_PACG)) \
  SKIP(return, "Generic PAUTH not enabled"); \
} while (0)

void sign_specific(struct signatures *sign, size_t val)
{
 sign->keyia = keyia_sign(val);
 sign->keyib = keyib_sign(val);
 sign->keyda = keyda_sign(val);
 sign->keydb = keydb_sign(val);
}

void sign_all(struct signatures *sign, size_t val)
{
 sign->keyia = keyia_sign(val);
 sign->keyib = keyib_sign(val);
 sign->keyda = keyda_sign(val);
 sign->keydb = keydb_sign(val);
 sign->keyg  = keyg_sign(val);
}

int n_same(struct signatures *old, struct signatures *new, int nkeys)
{
 int res = 0;

 res += old->keyia == new->keyia;
 res += old->keyib == new->keyib;
 res += old->keyda == new->keyda;
 res += old->keydb == new->keydb;
 if (nkeys == NKEYS)
  res += old->keyg == new->keyg;

 return res;
}

int n_same_single_set(struct signatures *sign, int nkeys)
{
 size_t vals[nkeys];
 int same = 0;

 vals[0] = sign->keyia & PAC_MASK;
 vals[1] = sign->keyib & PAC_MASK;
 vals[2] = sign->keyda & PAC_MASK;
 vals[3] = sign->keydb & PAC_MASK;

 if (nkeys >= 4)
  vals[4] = sign->keyg & PAC_MASK;

 for (int i = 0; i < nkeys - 1; i++) {
  for (int j = i + 1; j < nkeys; j++) {
   if (vals[i] == vals[j])
    same += 1;
  }
 }
 return same;
}

int exec_sign_all(struct signatures *signed_vals, size_t val)
{
 int new_stdin[2];
 int new_stdout[2];
 int status;
 int i;
 ssize_t ret;
 pid_t pid;
 cpu_set_t mask;

 ret = pipe(new_stdin);
 if (ret == -1) {
  perror("pipe returned error");
  return -1;
 }

 ret = pipe(new_stdout);
 if (ret == -1) {
  perror("pipe returned error");
  return -1;
 }

 /*
 * pin this process and all its children to a single CPU, so it can also
 * guarantee a context switch with its child
 */
 sched_getaffinity(0, sizeof(mask), &mask);

 for (i = 0; i < sizeof(cpu_set_t); i++)
  if (CPU_ISSET(i, &mask))
   break;

 CPU_ZERO(&mask);
 CPU_SET(i, &mask);
 sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask);

 pid = fork();
 // child
 if (pid == 0) {
  dup2(new_stdin[0], STDIN_FILENO);
  if (ret == -1) {
   perror("dup2 returned error");
   exit(1);
  }

  dup2(new_stdout[1], STDOUT_FILENO);
  if (ret == -1) {
   perror("dup2 returned error");
   exit(1);
  }

  close(new_stdin[0]);
  close(new_stdin[1]);
  close(new_stdout[0]);
  close(new_stdout[1]);

  ret = execl("exec_target", "exec_target", (char *)NULL);
  if (ret == -1) {
   perror("exec returned error");
   exit(1);
  }
 }

 close(new_stdin[0]);
 close(new_stdout[1]);

 ret = write(new_stdin[1], &val, sizeof(size_t));
 if (ret == -1) {
  perror("write returned error");
  return -1;
 }

 /*
 * wait for the worker to finish, so that read() reads all data
 * will also context switch with worker so that this function can be used
 * for context switch tests
 */
 waitpid(pid, &status, 0);
 if (WIFEXITED(status) == 0) {
  fprintf(stderr, "worker exited unexpectedly\n");
  return -1;
 }
 if (WEXITSTATUS(status) != 0) {
  fprintf(stderr, "worker exited with error\n");
  return -1;
 }

 ret = read(new_stdout[0], signed_vals, sizeof(struct signatures));
 if (ret == -1) {
  perror("read returned error");
  return -1;
 }

 close(new_stdin[1]);
 close(new_stdout[0]);

 return 0;
}

sigjmp_buf jmpbuf;
void pac_signal_handler(int signum, siginfo_t *si, void *uc)
{
 if (signum == SIGSEGV || signum == SIGILL)
  siglongjmp(jmpbuf, 1);
}

/* check that a corrupted PAC results in SIGSEGV or SIGILL */
TEST(corrupt_pac)
{
 struct sigaction sa;

 ASSERT_PAUTH_ENABLED();
 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  sa.sa_sigaction = pac_signal_handler;
  sa.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_RESETHAND;
  sigemptyset(&sa.sa_mask);

  sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);
  sigaction(SIGILL, &sa, NULL);

  pac_corruptor();
  ASSERT_TRUE(0) TH_LOG("SIGSEGV/SIGILL signal did not occur");
 }
}

/*
 * There are no separate pac* and aut* controls so checking only the pac*
 * instructions is sufficient
 */
TEST(pac_instructions_not_nop)
{
 size_t keyia = 0;
 size_t keyib = 0;
 size_t keyda = 0;
 size_t keydb = 0;

 ASSERT_PAUTH_ENABLED();

 for (int i = 0; i < PAC_COLLISION_ATTEMPTS; i++) {
  keyia |= keyia_sign(i) & PAC_MASK;
  keyib |= keyib_sign(i) & PAC_MASK;
  keyda |= keyda_sign(i) & PAC_MASK;
  keydb |= keydb_sign(i) & PAC_MASK;
 }

 ASSERT_NE(0, keyia) TH_LOG("keyia instructions did nothing");
 ASSERT_NE(0, keyib) TH_LOG("keyib instructions did nothing");
 ASSERT_NE(0, keyda) TH_LOG("keyda instructions did nothing");
 ASSERT_NE(0, keydb) TH_LOG("keydb instructions did nothing");
}

TEST(pac_instructions_not_nop_generic)
{
 size_t keyg = 0;

 ASSERT_GENERIC_PAUTH_ENABLED();

 for (int i = 0; i < PAC_COLLISION_ATTEMPTS; i++)
  keyg |= keyg_sign(i) & PAC_MASK;

 ASSERT_NE(0, keyg)  TH_LOG("keyg instructions did nothing");
}

TEST(single_thread_different_keys)
{
 int same = 10;
 int nkeys = NKEYS;
 int tmp;
 struct signatures signed_vals;
 unsigned long hwcaps = getauxval(AT_HWCAP);

 /* generic and data key instructions are not in NOP space. This prevents a SIGILL */
 ASSERT_PAUTH_ENABLED();
 if (!(hwcaps & HWCAP_PACG)) {
  TH_LOG("WARNING: Generic PAUTH not enabled. Skipping generic key checks");
  nkeys = NKEYS - 1;
 }

 /*
 * In Linux the PAC field can be up to 7 bits wide. Even if keys are
 * different, there is about 5% chance for PACs to collide with
 * different addresses. This chance rapidly increases with fewer bits
 * allocated for the PAC (e.g. wider address). A comparison of the keys
 * directly will be more reliable.
 * All signed values need to be different at least once out of n
 * attempts to be certain that the keys are different
 */
 for (int i = 0; i < PAC_COLLISION_ATTEMPTS; i++) {
  if (nkeys == NKEYS)
   sign_all(&signed_vals, i);
  else
   sign_specific(&signed_vals, i);

  tmp = n_same_single_set(&signed_vals, nkeys);
  if (tmp < same)
   same = tmp;
 }

 ASSERT_EQ(0, same) TH_LOG("%d keys clashed every time", same);
}

/*
 * fork() does not change keys. Only exec() does so call a worker program.
 * Its only job is to sign a value and report back the resutls
 */
TEST(exec_changed_keys)
{
 struct signatures new_keys;
 struct signatures old_keys;
 int ret;
 int same = 10;
 int nkeys = NKEYS;
 unsigned long hwcaps = getauxval(AT_HWCAP);

 /* generic and data key instructions are not in NOP space. This prevents a SIGILL */
 ASSERT_PAUTH_ENABLED();
 if (!(hwcaps & HWCAP_PACG)) {
  TH_LOG("WARNING: Generic PAUTH not enabled. Skipping generic key checks");
  nkeys = NKEYS - 1;
 }

 for (int i = 0; i < PAC_COLLISION_ATTEMPTS; i++) {
  ret = exec_sign_all(&new_keys, i);
  ASSERT_EQ(0, ret) TH_LOG("failed to run worker");

  if (nkeys == NKEYS)
   sign_all(&old_keys, i);
  else
   sign_specific(&old_keys, i);

  ret = n_same(&old_keys, &new_keys, nkeys);
  if (ret < same)
   same = ret;
 }

 ASSERT_EQ(0, same) TH_LOG("exec() did not change %d keys", same);
}

TEST(context_switch_keep_keys)
{
 int ret;
 struct signatures trash;
 struct signatures before;
 struct signatures after;

 ASSERT_PAUTH_ENABLED();

 sign_specific(&before, ARBITRARY_VALUE);

 /* will context switch with a process with different keys at least once */
 ret = exec_sign_all(&trash, ARBITRARY_VALUE);
 ASSERT_EQ(0, ret) TH_LOG("failed to run worker");

 sign_specific(&after, ARBITRARY_VALUE);

 ASSERT_EQ(before.keyia, after.keyia) TH_LOG("keyia changed after context switching");
 ASSERT_EQ(before.keyib, after.keyib) TH_LOG("keyib changed after context switching");
 ASSERT_EQ(before.keyda, after.keyda) TH_LOG("keyda changed after context switching");
 ASSERT_EQ(before.keydb, after.keydb) TH_LOG("keydb changed after context switching");
}

TEST(context_switch_keep_keys_generic)
{
 int ret;
 struct signatures trash;
 size_t before;
 size_t after;

 ASSERT_GENERIC_PAUTH_ENABLED();

 before = keyg_sign(ARBITRARY_VALUE);

 /* will context switch with a process with different keys at least once */
 ret = exec_sign_all(&trash, ARBITRARY_VALUE);
 ASSERT_EQ(0, ret) TH_LOG("failed to run worker");

 after = keyg_sign(ARBITRARY_VALUE);

 ASSERT_EQ(before, after) TH_LOG("keyg changed after context switching");
}

TEST_HARNESS_MAIN