Quelle  mov_ss_trap.c   Sprache: C

/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
/*
 * mov_ss_trap.c: Exercise the bizarre side effects of a watchpoint on MOV SS
 *
 * This does MOV SS from a watchpointed address followed by various
 * types of kernel entries.  A MOV SS that hits a watchpoint will queue
 * up a #DB trap but will not actually deliver that trap.  The trap
 * will be delivered after the next instruction instead.  The CPU's logic
 * seems to be:
 *
 *  - Any fault: drop the pending #DB trap.
 *  - INT $N, INT3, INTO, SYSCALL, SYSENTER: enter the kernel and then
 *    deliver #DB.
 *  - ICEBP: enter the kernel but do not deliver the watchpoint trap
 *  - breakpoint: only one #DB is delivered (phew!)
 *
 * There are plenty of ways for a kernel to handle this incorrectly.  This
 * test tries to exercise all the cases.
 *
 * This should mostly cover CVE-2018-1087 and CVE-2018-8897.
 */
#define _GNU_SOURCE

#include <stdlib.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/user.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <err.h>
#include <string.h>
#include <setjmp.h>
#include <sys/prctl.h>

#include "helpers.h"

#if __x86_64__
# define REG_IP REG_RIP
#else
# define REG_IP REG_EIP
#endif

unsigned short ss;
extern unsigned char breakpoint_insn[];
sigjmp_buf jmpbuf;

static void enable_watchpoint(void)
{
 pid_t parent = getpid();
 int status;

 pid_t child = fork();
 if (child < 0)
  err(1, "fork");

 if (child) {
  if (waitpid(child, &status, 0) != child)
   err(1, "waitpid for child");
 } else {
  unsigned long dr0, dr1, dr7;

  dr0 = (unsigned long)&ss;
  dr1 = (unsigned long)breakpoint_insn;
  dr7 = ((1UL << 1) | /* G0 */
         (3UL << 16) | /* RW0 = read or write */
         (1UL << 18) | /* LEN0 = 2 bytes */
         (1UL << 3)); /* G1, RW1 = insn */

  if (ptrace(PTRACE_ATTACH, parent, NULL, NULL) != 0)
   err(1, "PTRACE_ATTACH");

  if (waitpid(parent, &status, 0) != parent)
   err(1, "waitpid for child");

  if (ptrace(PTRACE_POKEUSER, parent, (void *)offsetof(struct user, u_debugreg[0]), dr0) != 0)
   err(1, "PTRACE_POKEUSER DR0");

  if (ptrace(PTRACE_POKEUSER, parent, (void *)offsetof(struct user, u_debugreg[1]), dr1) != 0)
   err(1, "PTRACE_POKEUSER DR1");

  if (ptrace(PTRACE_POKEUSER, parent, (void *)offsetof(struct user, u_debugreg[7]), dr7) != 0)
   err(1, "PTRACE_POKEUSER DR7");

  printf("\tDR0 = %lx, DR1 = %lx, DR7 = %lx\n", dr0, dr1, dr7);

  if (ptrace(PTRACE_DETACH, parent, NULL, NULL) != 0)
   err(1, "PTRACE_DETACH");

  exit(0);
 }
}

static char const * const signames[] = {
 [SIGSEGV] = "SIGSEGV",
 [SIGBUS] = "SIBGUS",
 [SIGTRAP] = "SIGTRAP",
 [SIGILL] = "SIGILL",
};

static void sigtrap(int sig, siginfo_t *si, void *ctx_void)
{
 ucontext_t *ctx = ctx_void;

 printf("\tGot SIGTRAP with RIP=%lx, EFLAGS.RF=%d\n",
        (unsigned long)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_IP],
        !!(ctx->uc_mcontext.gregs[REG_EFL] & X86_EFLAGS_RF));
}

static void handle_and_return(int sig, siginfo_t *si, void *ctx_void)
{
 ucontext_t *ctx = ctx_void;

 printf("\tGot %s with RIP=%lx\n", signames[sig],
        (unsigned long)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_IP]);
}

static void handle_and_longjmp(int sig, siginfo_t *si, void *ctx_void)
{
 ucontext_t *ctx = ctx_void;

 printf("\tGot %s with RIP=%lx\n", signames[sig],
        (unsigned long)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_IP]);

 siglongjmp(jmpbuf, 1);
}

int main()
{
 unsigned long nr;

 asm volatile ("mov %%ss, %[ss]" : [ss] "=m" (ss));
 printf("\tSS = 0x%hx, &SS = 0x%p\n", ss, &ss);

 if (prctl(PR_SET_PTRACER, PR_SET_PTRACER_ANY, 0, 0, 0) == 0)
  printf("\tPR_SET_PTRACER_ANY succeeded\n");

 printf("\tSet up a watchpoint\n");
 sethandler(SIGTRAP, sigtrap, 0);
 enable_watchpoint();

 printf("[RUN]\tRead from watched memory (should get SIGTRAP)\n");
 asm volatile ("mov %[ss], %[tmp]" : [tmp] "=r" (nr) : [ss] "m" (ss));

 printf("[RUN]\tMOV SS; INT3\n");
 asm volatile ("mov %[ss], %%ss; int3" :: [ss] "m" (ss));

 printf("[RUN]\tMOV SS; INT 3\n");
 asm volatile ("mov %[ss], %%ss; .byte 0xcd, 0x3" :: [ss] "m" (ss));

 printf("[RUN]\tMOV SS; CS CS INT3\n");
 asm volatile ("mov %[ss], %%ss; .byte 0x2e, 0x2e; int3" :: [ss] "m" (ss));

 printf("[RUN]\tMOV SS; CSx14 INT3\n");
 asm volatile ("mov %[ss], %%ss; .fill 14,1,0x2e; int3" :: [ss] "m" (ss));

 printf("[RUN]\tMOV SS; INT 4\n");
 sethandler(SIGSEGV, handle_and_return, SA_RESETHAND);
 asm volatile ("mov %[ss], %%ss; int $4" :: [ss] "m" (ss));

#ifdef __i386__
 printf("[RUN]\tMOV SS; INTO\n");
 sethandler(SIGSEGV, handle_and_return, SA_RESETHAND);
 nr = -1;
 asm volatile ("add $1, %[tmp]; mov %[ss], %%ss; into"
        : [tmp] "+r" (nr) : [ss] "m" (ss));
#endif

 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; ICEBP\n");

  /* Some emulators (e.g. QEMU TCG) don't emulate ICEBP. */
  sethandler(SIGILL, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND);

  asm volatile ("mov %[ss], %%ss; .byte 0xf1" :: [ss] "m" (ss));
 }

 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; CLI\n");
  sethandler(SIGSEGV, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND);
  asm volatile ("mov %[ss], %%ss; cli" :: [ss] "m" (ss));
 }

 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; #PF\n");
  sethandler(SIGSEGV, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND);
  asm volatile ("mov %[ss], %%ss; mov (-1), %[tmp]"
         : [tmp] "=r" (nr) : [ss] "m" (ss));
 }

 /*
 * INT $1: if #DB has DPL=3 and there isn't special handling,
 * then the kernel will die.
 */
 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; INT 1\n");
  sethandler(SIGSEGV, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND);
  asm volatile ("mov %[ss], %%ss; int $1" :: [ss] "m" (ss));
 }

#ifdef __x86_64__
 /*
 * In principle, we should test 32-bit SYSCALL as well, but
 * the calling convention is so unpredictable that it's
 * not obviously worth the effort.
 */
 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; SYSCALL\n");
  sethandler(SIGILL, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND);
  nr = SYS_getpid;
  /*
 * Toggle the high bit of RSP to make it noncanonical to
 * strengthen this test on non-SMAP systems.
 */
  asm volatile ("btc $63, %%rsp\n\t"
         "mov %[ss], %%ss; syscall\n\t"
         "btc $63, %%rsp"
         : "+a" (nr) : [ss] "m" (ss)
         : "rcx"
#ifdef __x86_64__
    , "r11"
#endif
   );
 }
#endif

 printf("[RUN]\tMOV SS; breakpointed NOP\n");
 asm volatile ("mov %[ss], %%ss; breakpoint_insn: nop" :: [ss] "m" (ss));

 /*
 * Invoking SYSENTER directly breaks all the rules.  Just handle
 * the SIGSEGV.
 */
 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; SYSENTER\n");
  stack_t stack = {
   .ss_sp = malloc(sizeof(char) * SIGSTKSZ),
   .ss_size = SIGSTKSZ,
  };
  if (sigaltstack(&stack, NULL) != 0)
   err(1, "sigaltstack");
  sethandler(SIGSEGV, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND | SA_ONSTACK);
  nr = SYS_getpid;
  free(stack.ss_sp);
  /* Clear EBP first to make sure we segfault cleanly. */
  asm volatile ("xorl %%ebp, %%ebp; mov %[ss], %%ss; SYSENTER" : "+a" (nr)
         : [ss] "m" (ss) : "flags", "rcx"
#ifdef __x86_64__
    , "r11"
#endif
   );

  /* We're unreachable here.  SYSENTER forgets RIP. */
 }

 if (sigsetjmp(jmpbuf, 1) == 0) {
  printf("[RUN]\tMOV SS; INT $0x80\n");
  sethandler(SIGSEGV, handle_and_longjmp, SA_RESETHAND);
  nr = 20; /* compat getpid */
  asm volatile ("mov %[ss], %%ss; int $0x80"
         : "+a" (nr) : [ss] "m" (ss)
         : "flags"
#ifdef __x86_64__
    , "r8", "r9", "r10", "r11"
#endif
   );
 }

 printf("[OK]\tI aten't dead\n");
 return 0;
}