Quellcode-Bibliothek mem_encrypt_amd.c

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * AMD Memory Encryption Support
 *
 * Copyright (C) 2016-2024 Advanced Micro Devices, Inc.
 *
 * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
 */

#include <linux/linkage.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/dma-direct.h>
#include <linux/swiotlb.h>
#include <linux/mem_encrypt.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/cc_platform.h>

#include <asm/tlbflush.h>
#include <asm/fixmap.h>
#include <asm/setup.h>
#include <asm/mem_encrypt.h>
#include <asm/bootparam.h>
#include <asm/set_memory.h>
#include <asm/cacheflush.h>
#include <asm/processor-flags.h>
#include <asm/msr.h>
#include <asm/cmdline.h>
#include <asm/sev.h>
#include <asm/ia32.h>

#include "mm_internal.h"

/*
 * Since SME related variables are set early in the boot process they must
 * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
 * section is later cleared.
 */
u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
SYM_PIC_ALIAS(sme_me_mask);
u64 sev_status __section(".data") = 0;
SYM_PIC_ALIAS(sev_status);
u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);

/* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);

/*
 * SNP-specific routine which needs to additionally change the page state from
 * private to shared before copying the data from the source to destination and
 * restore after the copy.
 */
static inline void __init snp_memcpy(void *dst, void *src, size_t sz,
         unsigned long paddr, bool decrypt)
{
 unsigned long npages = PAGE_ALIGN(sz) >> PAGE_SHIFT;

 if (decrypt) {
  /*
 * @paddr needs to be accessed decrypted, mark the page shared in
 * the RMP table before copying it.
 */
  early_snp_set_memory_shared((unsigned long)__va(paddr), paddr, npages);

  memcpy(dst, src, sz);

  /* Restore the page state after the memcpy. */
  early_snp_set_memory_private((unsigned long)__va(paddr), paddr, npages);
 } else {
  /*
 * @paddr need to be accessed encrypted, no need for the page state
 * change.
 */
  memcpy(dst, src, sz);
 }
}

/*
 * This routine does not change the underlying encryption setting of the
 * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
 * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
 * are currently not in the desired state.
 *
 * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
 * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
 */
static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
           unsigned long size, bool enc)
{
 void *src, *dst;
 size_t len;

 if (!sme_me_mask)
  return;

 wbinvd();

 /*
 * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
 * one page at time.
 */
 while (size) {
  len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);

  /*
 * Create mappings for the current and desired format of
 * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
 */
  src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
       early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);

  dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
       early_memremap_decrypted(paddr, len);

  /*
 * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
 * then eventual access of that area in the desired mode
 * will cause a crash.
 */
  BUG_ON(!src || !dst);

  /*
 * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
 * avoid data corruption as documented in the APM.
 */
  if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_SEV_SNP)) {
   snp_memcpy(sme_early_buffer, src, len, paddr, enc);
   snp_memcpy(dst, sme_early_buffer, len, paddr, !enc);
  } else {
   memcpy(sme_early_buffer, src, len);
   memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
  }

  early_memunmap(dst, len);
  early_memunmap(src, len);

  paddr += len;
  size -= len;
 }
}

void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
{
 __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
}

void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
{
 __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
}

static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
          bool map)
{
 unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 pmdval_t pmd_flags, pmd;

 /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);

 do {
  pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
  __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);

  vaddr += PMD_SIZE;
  paddr += PMD_SIZE;
  size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 } while (size);

 flush_tlb_local();
}

void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
{
 struct boot_params *boot_data;
 unsigned long cmdline_paddr;

 if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
  return;

 /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);

 __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);

 if (!cmdline_paddr)
  return;

 __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
}

void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
{
 struct boot_params *boot_data;
 unsigned long cmdline_paddr;

 if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
  return;

 __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);

 /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);

 if (!cmdline_paddr)
  return;

 __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
}

static unsigned long pg_level_to_pfn(int level, pte_t *kpte, pgprot_t *ret_prot)
{
 unsigned long pfn = 0;
 pgprot_t prot;

 switch (level) {
 case PG_LEVEL_4K:
  pfn = pte_pfn(*kpte);
  prot = pte_pgprot(*kpte);
  break;
 case PG_LEVEL_2M:
  pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
  prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
  break;
 case PG_LEVEL_1G:
  pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
  prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
  break;
 default:
  WARN_ONCE(1, "Invalid level for kpte\n");
  return 0;
 }

 if (ret_prot)
  *ret_prot = prot;

 return pfn;
}

static bool amd_enc_tlb_flush_required(bool enc)
{
 return true;
}

static bool amd_enc_cache_flush_required(void)
{
 return !cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_SME_COHERENT);
}

static void enc_dec_hypercall(unsigned long vaddr, unsigned long size, bool enc)
{
#ifdef CONFIG_PARAVIRT
 unsigned long vaddr_end = vaddr + size;

 while (vaddr < vaddr_end) {
  int psize, pmask, level;
  unsigned long pfn;
  pte_t *kpte;

  kpte = lookup_address(vaddr, &level);
  if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
   WARN_ONCE(1, "kpte lookup for vaddr\n");
   return;
  }

  pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, NULL);
  if (!pfn)
   continue;

  psize = page_level_size(level);
  pmask = page_level_mask(level);

  notify_page_enc_status_changed(pfn, psize >> PAGE_SHIFT, enc);

  vaddr = (vaddr & pmask) + psize;
 }
#endif
}

static int amd_enc_status_change_prepare(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
{
 /*
 * To maintain the security guarantees of SEV-SNP guests, make sure
 * to invalidate the memory before encryption attribute is cleared.
 */
 if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_SEV_SNP) && !enc)
  snp_set_memory_shared(vaddr, npages);

 return 0;
}

/* Return true unconditionally: return value doesn't matter for the SEV side */
static int amd_enc_status_change_finish(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
{
 /*
 * After memory is mapped encrypted in the page table, validate it
 * so that it is consistent with the page table updates.
 */
 if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_SEV_SNP) && enc)
  snp_set_memory_private(vaddr, npages);

 if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
  enc_dec_hypercall(vaddr, npages << PAGE_SHIFT, enc);

 return 0;
}

int prepare_pte_enc(struct pte_enc_desc *d)
{
 pgprot_t old_prot;

 d->pfn = pg_level_to_pfn(d->pte_level, d->kpte, &old_prot);
 if (!d->pfn)
  return 1;

 d->new_pgprot = old_prot;
 if (d->encrypt)
  pgprot_val(d->new_pgprot) |= _PAGE_ENC;
 else
  pgprot_val(d->new_pgprot) &= ~_PAGE_ENC;

 /* If prot is same then do nothing. */
 if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(d->new_pgprot))
  return 1;

 d->pa = d->pfn << PAGE_SHIFT;
 d->size = page_level_size(d->pte_level);

 /*
 * In-place en-/decryption and physical page attribute change
 * from C=1 to C=0 or vice versa will be performed. Flush the
 * caches to ensure that data gets accessed with the correct
 * C-bit.
 */
 if (d->va)
  clflush_cache_range(d->va, d->size);
 else
  clflush_cache_range(__va(d->pa), d->size);

 return 0;
}

void set_pte_enc_mask(pte_t *kpte, unsigned long pfn, pgprot_t new_prot)
{
 pte_t new_pte;

 /* Change the page encryption mask. */
 new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 set_pte_atomic(kpte, new_pte);
}

static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
{
 struct pte_enc_desc d = {
  .kpte      = kpte,
  .pte_level   = level,
  .encrypt     = enc
 };

 if (prepare_pte_enc(&d))
  return;

 /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 if (enc) {
  sme_early_encrypt(d.pa, d.size);
 } else {
  sme_early_decrypt(d.pa, d.size);

  /*
 * ON SNP, the page state in the RMP table must happen
 * before the page table updates.
 */
  early_snp_set_memory_shared((unsigned long)__va(d.pa), d.pa, 1);
 }

 set_pte_enc_mask(kpte, d.pfn, d.new_pgprot);

 /*
 * If page is set encrypted in the page table, then update the RMP table to
 * add this page as private.
 */
 if (enc)
  early_snp_set_memory_private((unsigned long)__va(d.pa), d.pa, 1);
}

static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
        unsigned long size, bool enc)
{
 unsigned long vaddr_end, vaddr_next, start;
 unsigned long psize, pmask;
 int split_page_size_mask;
 int level, ret;
 pte_t *kpte;

 start = vaddr;
 vaddr_next = vaddr;
 vaddr_end = vaddr + size;

 for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
  kpte = lookup_address(vaddr, &level);
  if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
   ret = 1;
   goto out;
  }

  if (level == PG_LEVEL_4K) {
   __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
   vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
   continue;
  }

  psize = page_level_size(level);
  pmask = page_level_mask(level);

  /*
 * Check whether we can change the large page in one go.
 * We request a split when the address is not aligned and
 * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 * than the number of pages in the large page.
 */
  if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
      ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
   __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
   vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
   continue;
  }

  /*
 * The virtual address is part of a larger page, create the next
 * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 * page then we request a split of the large page into 4K
 * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 */
  if (level == PG_LEVEL_2M)
   split_page_size_mask = 0;
  else
   split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;

  /*
 * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 */
  kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
            __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
            split_page_size_mask);
 }

 ret = 0;

 early_set_mem_enc_dec_hypercall(start, size, enc);
out:
 __flush_tlb_all();
 return ret;
}

int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
{
 return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
}

int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
{
 return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
}

void __init early_set_mem_enc_dec_hypercall(unsigned long vaddr, unsigned long size, bool enc)
{
 enc_dec_hypercall(vaddr, size, enc);
}

void __init sme_early_init(void)
{
 if (!sme_me_mask)
  return;

 early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);

 __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);

 /* Update the protection map with memory encryption mask */
 add_encrypt_protection_map();

 x86_platform.guest.enc_status_change_prepare = amd_enc_status_change_prepare;
 x86_platform.guest.enc_status_change_finish  = amd_enc_status_change_finish;
 x86_platform.guest.enc_tlb_flush_required    = amd_enc_tlb_flush_required;
 x86_platform.guest.enc_cache_flush_required  = amd_enc_cache_flush_required;
 x86_platform.guest.enc_kexec_begin      = snp_kexec_begin;
 x86_platform.guest.enc_kexec_finish      = snp_kexec_finish;

 /*
 * AMD-SEV-ES intercepts the RDMSR to read the X2APIC ID in the
 * parallel bringup low level code. That raises #VC which cannot be
 * handled there.
 * It does not provide a RDMSR GHCB protocol so the early startup
 * code cannot directly communicate with the secure firmware. The
 * alternative solution to retrieve the APIC ID via CPUID(0xb),
 * which is covered by the GHCB protocol, is not viable either
 * because there is no enforcement of the CPUID(0xb) provided
 * "initial" APIC ID to be the same as the real APIC ID.
 * Disable parallel bootup.
 */
 if (sev_status & MSR_AMD64_SEV_ES_ENABLED)
  x86_cpuinit.parallel_bringup = false;

 /*
 * The VMM is capable of injecting interrupt 0x80 and triggering the
 * compatibility syscall path.
 *
 * By default, the 32-bit emulation is disabled in order to ensure
 * the safety of the VM.
 */
 if (sev_status & MSR_AMD64_SEV_ENABLED)
  ia32_disable();

 /*
 * Override init functions that scan the ROM region in SEV-SNP guests,
 * as this memory is not pre-validated and would thus cause a crash.
 */
 if (sev_status & MSR_AMD64_SEV_SNP_ENABLED) {
  x86_init.mpparse.find_mptable = x86_init_noop;
  x86_init.pci.init_irq = x86_init_noop;
  x86_init.resources.probe_roms = x86_init_noop;

  /*
 * DMI setup behavior for SEV-SNP guests depends on
 * efi_enabled(EFI_CONFIG_TABLES), which hasn't been
 * parsed yet. snp_dmi_setup() will run after that
 * parsing has happened.
 */
  x86_init.resources.dmi_setup = snp_dmi_setup;
 }

 /*
 * Switch the SVSM CA mapping (if active) from identity mapped to
 * kernel mapped.
 */
 snp_update_svsm_ca();

 if (sev_status & MSR_AMD64_SNP_SECURE_TSC)
  setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC_RELIABLE);
}

void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
{
 unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 int r;

 vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;

 /*
 * If the unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 * attribute from decrypted to encrypted before freeing it. Base the
 * re-encryption on the same condition used for the decryption in
 * sme_postprocess_startup(). Higher level abstractions, such as
 * CC_ATTR_MEM_ENCRYPT, aren't necessarily equivalent in a Hyper-V VM
 * using vTOM, where sme_me_mask is always zero.
 */
 if (sme_me_mask) {
  r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
  if (r) {
   pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
   return;
  }
 }

 free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
}