]> git.ipfire.org Git - thirdparty/kernel/stable-queue.git/commitdiff
Fixes for 5.10
authorSasha Levin <sashal@kernel.org>
Sun, 1 Aug 2021 22:18:00 +0000 (18:18 -0400)
committerSasha Levin <sashal@kernel.org>
Sun, 1 Aug 2021 22:18:00 +0000 (18:18 -0400)
Signed-off-by: Sasha Levin <sashal@kernel.org>
queue-5.10/bpf-fix-leakage-due-to-insufficient-speculative-stor.patch [new file with mode: 0644]
queue-5.10/bpf-introduce-bpf-nospec-instruction-for-mitigating-.patch [new file with mode: 0644]
queue-5.10/series

diff --git a/queue-5.10/bpf-fix-leakage-due-to-insufficient-speculative-stor.patch b/queue-5.10/bpf-fix-leakage-due-to-insufficient-speculative-stor.patch
new file mode 100644 (file)
index 0000000..33b1080
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,452 @@
+From 7e0f6483e208dc514244e383e74ff3b15bd638df Mon Sep 17 00:00:00 2001
+From: Sasha Levin <sashal@kernel.org>
+Date: Tue, 13 Jul 2021 08:18:31 +0000
+Subject: bpf: Fix leakage due to insufficient speculative store bypass
+ mitigation
+
+From: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
+
+[ Upstream commit 2039f26f3aca5b0e419b98f65dd36481337b86ee ]
+
+Spectre v4 gadgets make use of memory disambiguation, which is a set of
+techniques that execute memory access instructions, that is, loads and
+stores, out of program order; Intel's optimization manual, section 2.4.4.5:
+
+  A load instruction micro-op may depend on a preceding store. Many
+  microarchitectures block loads until all preceding store addresses are
+  known. The memory disambiguator predicts which loads will not depend on
+  any previous stores. When the disambiguator predicts that a load does
+  not have such a dependency, the load takes its data from the L1 data
+  cache. Eventually, the prediction is verified. If an actual conflict is
+  detected, the load and all succeeding instructions are re-executed.
+
+af86ca4e3088 ("bpf: Prevent memory disambiguation attack") tried to mitigate
+this attack by sanitizing the memory locations through preemptive "fast"
+(low latency) stores of zero prior to the actual "slow" (high latency) store
+of a pointer value such that upon dependency misprediction the CPU then
+speculatively executes the load of the pointer value and retrieves the zero
+value instead of the attacker controlled scalar value previously stored at
+that location, meaning, subsequent access in the speculative domain is then
+redirected to the "zero page".
+
+The sanitized preemptive store of zero prior to the actual "slow" store is
+done through a simple ST instruction based on r10 (frame pointer) with
+relative offset to the stack location that the verifier has been tracking
+on the original used register for STX, which does not have to be r10. Thus,
+there are no memory dependencies for this store, since it's only using r10
+and immediate constant of zero; hence af86ca4e3088 /assumed/ a low latency
+operation.
+
+However, a recent attack demonstrated that this mitigation is not sufficient
+since the preemptive store of zero could also be turned into a "slow" store
+and is thus bypassed as well:
+
+  [...]
+  // r2 = oob address (e.g. scalar)
+  // r7 = pointer to map value
+  31: (7b) *(u64 *)(r10 -16) = r2
+  // r9 will remain "fast" register, r10 will become "slow" register below
+  32: (bf) r9 = r10
+  // JIT maps BPF reg to x86 reg:
+  //  r9  -> r15 (callee saved)
+  //  r10 -> rbp
+  // train store forward prediction to break dependency link between both r9
+  // and r10 by evicting them from the predictor's LRU table.
+  33: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +24576)
+  34: (63) *(u32 *)(r7 +29696) = r0
+  35: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +24580)
+  36: (63) *(u32 *)(r7 +29700) = r0
+  37: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +24584)
+  38: (63) *(u32 *)(r7 +29704) = r0
+  39: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +24588)
+  40: (63) *(u32 *)(r7 +29708) = r0
+  [...]
+  543: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +25596)
+  544: (63) *(u32 *)(r7 +30716) = r0
+  // prepare call to bpf_ringbuf_output() helper. the latter will cause rbp
+  // to spill to stack memory while r13/r14/r15 (all callee saved regs) remain
+  // in hardware registers. rbp becomes slow due to push/pop latency. below is
+  // disasm of bpf_ringbuf_output() helper for better visual context:
+  //
+  // ffffffff8117ee20: 41 54                 push   r12
+  // ffffffff8117ee22: 55                    push   rbp
+  // ffffffff8117ee23: 53                    push   rbx
+  // ffffffff8117ee24: 48 f7 c1 fc ff ff ff  test   rcx,0xfffffffffffffffc
+  // ffffffff8117ee2b: 0f 85 af 00 00 00     jne    ffffffff8117eee0 <-- jump taken
+  // [...]
+  // ffffffff8117eee0: 49 c7 c4 ea ff ff ff  mov    r12,0xffffffffffffffea
+  // ffffffff8117eee7: 5b                    pop    rbx
+  // ffffffff8117eee8: 5d                    pop    rbp
+  // ffffffff8117eee9: 4c 89 e0              mov    rax,r12
+  // ffffffff8117eeec: 41 5c                 pop    r12
+  // ffffffff8117eeee: c3                    ret
+  545: (18) r1 = map[id:4]
+  547: (bf) r2 = r7
+  548: (b7) r3 = 0
+  549: (b7) r4 = 4
+  550: (85) call bpf_ringbuf_output#194288
+  // instruction 551 inserted by verifier    \
+  551: (7a) *(u64 *)(r10 -16) = 0            | /both/ are now slow stores here
+  // storing map value pointer r7 at fp-16   | since value of r10 is "slow".
+  552: (7b) *(u64 *)(r10 -16) = r7           /
+  // following "fast" read to the same memory location, but due to dependency
+  // misprediction it will speculatively execute before insn 551/552 completes.
+  553: (79) r2 = *(u64 *)(r9 -16)
+  // in speculative domain contains attacker controlled r2. in non-speculative
+  // domain this contains r7, and thus accesses r7 +0 below.
+  554: (71) r3 = *(u8 *)(r2 +0)
+  // leak r3
+
+As can be seen, the current speculative store bypass mitigation which the
+verifier inserts at line 551 is insufficient since /both/, the write of
+the zero sanitation as well as the map value pointer are a high latency
+instruction due to prior memory access via push/pop of r10 (rbp) in contrast
+to the low latency read in line 553 as r9 (r15) which stays in hardware
+registers. Thus, architecturally, fp-16 is r7, however, microarchitecturally,
+fp-16 can still be r2.
+
+Initial thoughts to address this issue was to track spilled pointer loads
+from stack and enforce their load via LDX through r10 as well so that /both/
+the preemptive store of zero /as well as/ the load use the /same/ register
+such that a dependency is created between the store and load. However, this
+option is not sufficient either since it can be bypassed as well under
+speculation. An updated attack with pointer spill/fills now _all_ based on
+r10 would look as follows:
+
+  [...]
+  // r2 = oob address (e.g. scalar)
+  // r7 = pointer to map value
+  [...]
+  // longer store forward prediction training sequence than before.
+  2062: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +25588)
+  2063: (63) *(u32 *)(r7 +30708) = r0
+  2064: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +25592)
+  2065: (63) *(u32 *)(r7 +30712) = r0
+  2066: (61) r0 = *(u32 *)(r7 +25596)
+  2067: (63) *(u32 *)(r7 +30716) = r0
+  // store the speculative load address (scalar) this time after the store
+  // forward prediction training.
+  2068: (7b) *(u64 *)(r10 -16) = r2
+  // preoccupy the CPU store port by running sequence of dummy stores.
+  2069: (63) *(u32 *)(r7 +29696) = r0
+  2070: (63) *(u32 *)(r7 +29700) = r0
+  2071: (63) *(u32 *)(r7 +29704) = r0
+  2072: (63) *(u32 *)(r7 +29708) = r0
+  2073: (63) *(u32 *)(r7 +29712) = r0
+  2074: (63) *(u32 *)(r7 +29716) = r0
+  2075: (63) *(u32 *)(r7 +29720) = r0
+  2076: (63) *(u32 *)(r7 +29724) = r0
+  2077: (63) *(u32 *)(r7 +29728) = r0
+  2078: (63) *(u32 *)(r7 +29732) = r0
+  2079: (63) *(u32 *)(r7 +29736) = r0
+  2080: (63) *(u32 *)(r7 +29740) = r0
+  2081: (63) *(u32 *)(r7 +29744) = r0
+  2082: (63) *(u32 *)(r7 +29748) = r0
+  2083: (63) *(u32 *)(r7 +29752) = r0
+  2084: (63) *(u32 *)(r7 +29756) = r0
+  2085: (63) *(u32 *)(r7 +29760) = r0
+  2086: (63) *(u32 *)(r7 +29764) = r0
+  2087: (63) *(u32 *)(r7 +29768) = r0
+  2088: (63) *(u32 *)(r7 +29772) = r0
+  2089: (63) *(u32 *)(r7 +29776) = r0
+  2090: (63) *(u32 *)(r7 +29780) = r0
+  2091: (63) *(u32 *)(r7 +29784) = r0
+  2092: (63) *(u32 *)(r7 +29788) = r0
+  2093: (63) *(u32 *)(r7 +29792) = r0
+  2094: (63) *(u32 *)(r7 +29796) = r0
+  2095: (63) *(u32 *)(r7 +29800) = r0
+  2096: (63) *(u32 *)(r7 +29804) = r0
+  2097: (63) *(u32 *)(r7 +29808) = r0
+  2098: (63) *(u32 *)(r7 +29812) = r0
+  // overwrite scalar with dummy pointer; same as before, also including the
+  // sanitation store with 0 from the current mitigation by the verifier.
+  2099: (7a) *(u64 *)(r10 -16) = 0         | /both/ are now slow stores here
+  2100: (7b) *(u64 *)(r10 -16) = r7        | since store unit is still busy.
+  // load from stack intended to bypass stores.
+  2101: (79) r2 = *(u64 *)(r10 -16)
+  2102: (71) r3 = *(u8 *)(r2 +0)
+  // leak r3
+  [...]
+
+Looking at the CPU microarchitecture, the scheduler might issue loads (such
+as seen in line 2101) before stores (line 2099,2100) because the load execution
+units become available while the store execution unit is still busy with the
+sequence of dummy stores (line 2069-2098). And so the load may use the prior
+stored scalar from r2 at address r10 -16 for speculation. The updated attack
+may work less reliable on CPU microarchitectures where loads and stores share
+execution resources.
+
+This concludes that the sanitizing with zero stores from af86ca4e3088 ("bpf:
+Prevent memory disambiguation attack") is insufficient. Moreover, the detection
+of stack reuse from af86ca4e3088 where previously data (STACK_MISC) has been
+written to a given stack slot where a pointer value is now to be stored does
+not have sufficient coverage as precondition for the mitigation either; for
+several reasons outlined as follows:
+
+ 1) Stack content from prior program runs could still be preserved and is
+    therefore not "random", best example is to split a speculative store
+    bypass attack between tail calls, program A would prepare and store the
+    oob address at a given stack slot and then tail call into program B which
+    does the "slow" store of a pointer to the stack with subsequent "fast"
+    read. From program B PoV such stack slot type is STACK_INVALID, and
+    therefore also must be subject to mitigation.
+
+ 2) The STACK_SPILL must not be coupled to register_is_const(&stack->spilled_ptr)
+    condition, for example, the previous content of that memory location could
+    also be a pointer to map or map value. Without the fix, a speculative
+    store bypass is not mitigated in such precondition and can then lead to
+    a type confusion in the speculative domain leaking kernel memory near
+    these pointer types.
+
+While brainstorming on various alternative mitigation possibilities, we also
+stumbled upon a retrospective from Chrome developers [0]:
+
+  [...] For variant 4, we implemented a mitigation to zero the unused memory
+  of the heap prior to allocation, which cost about 1% when done concurrently
+  and 4% for scavenging. Variant 4 defeats everything we could think of. We
+  explored more mitigations for variant 4 but the threat proved to be more
+  pervasive and dangerous than we anticipated. For example, stack slots used
+  by the register allocator in the optimizing compiler could be subject to
+  type confusion, leading to pointer crafting. Mitigating type confusion for
+  stack slots alone would have required a complete redesign of the backend of
+  the optimizing compiler, perhaps man years of work, without a guarantee of
+  completeness. [...]
+
+From BPF side, the problem space is reduced, however, options are rather
+limited. One idea that has been explored was to xor-obfuscate pointer spills
+to the BPF stack:
+
+  [...]
+  // preoccupy the CPU store port by running sequence of dummy stores.
+  [...]
+  2106: (63) *(u32 *)(r7 +29796) = r0
+  2107: (63) *(u32 *)(r7 +29800) = r0
+  2108: (63) *(u32 *)(r7 +29804) = r0
+  2109: (63) *(u32 *)(r7 +29808) = r0
+  2110: (63) *(u32 *)(r7 +29812) = r0
+  // overwrite scalar with dummy pointer; xored with random 'secret' value
+  // of 943576462 before store ...
+  2111: (b4) w11 = 943576462
+  2112: (af) r11 ^= r7
+  2113: (7b) *(u64 *)(r10 -16) = r11
+  2114: (79) r11 = *(u64 *)(r10 -16)
+  2115: (b4) w2 = 943576462
+  2116: (af) r2 ^= r11
+  // ... and restored with the same 'secret' value with the help of AX reg.
+  2117: (71) r3 = *(u8 *)(r2 +0)
+  [...]
+
+While the above would not prevent speculation, it would make data leakage
+infeasible by directing it to random locations. In order to be effective
+and prevent type confusion under speculation, such random secret would have
+to be regenerated for each store. The additional complexity involved for a
+tracking mechanism that prevents jumps such that restoring spilled pointers
+would not get corrupted is not worth the gain for unprivileged. Hence, the
+fix in here eventually opted for emitting a non-public BPF_ST | BPF_NOSPEC
+instruction which the x86 JIT translates into a lfence opcode. Inserting the
+latter in between the store and load instruction is one of the mitigations
+options [1]. The x86 instruction manual notes:
+
+  [...] An LFENCE that follows an instruction that stores to memory might
+  complete before the data being stored have become globally visible. [...]
+
+The latter meaning that the preceding store instruction finished execution
+and the store is at minimum guaranteed to be in the CPU's store queue, but
+it's not guaranteed to be in that CPU's L1 cache at that point (globally
+visible). The latter would only be guaranteed via sfence. So the load which
+is guaranteed to execute after the lfence for that local CPU would have to
+rely on store-to-load forwarding. [2], in section 2.3 on store buffers says:
+
+  [...] For every store operation that is added to the ROB, an entry is
+  allocated in the store buffer. This entry requires both the virtual and
+  physical address of the target. Only if there is no free entry in the store
+  buffer, the frontend stalls until there is an empty slot available in the
+  store buffer again. Otherwise, the CPU can immediately continue adding
+  subsequent instructions to the ROB and execute them out of order. On Intel
+  CPUs, the store buffer has up to 56 entries. [...]
+
+One small upside on the fix is that it lifts constraints from af86ca4e3088
+where the sanitize_stack_off relative to r10 must be the same when coming
+from different paths. The BPF_ST | BPF_NOSPEC gets emitted after a BPF_STX
+or BPF_ST instruction. This happens either when we store a pointer or data
+value to the BPF stack for the first time, or upon later pointer spills.
+The former needs to be enforced since otherwise stale stack data could be
+leaked under speculation as outlined earlier. For non-x86 JITs the BPF_ST |
+BPF_NOSPEC mapping is currently optimized away, but others could emit a
+speculation barrier as well if necessary. For real-world unprivileged
+programs e.g. generated by LLVM, pointer spill/fill is only generated upon
+register pressure and LLVM only tries to do that for pointers which are not
+used often. The program main impact will be the initial BPF_ST | BPF_NOSPEC
+sanitation for the STACK_INVALID case when the first write to a stack slot
+occurs e.g. upon map lookup. In future we might refine ways to mitigate
+the latter cost.
+
+  [0] https://arxiv.org/pdf/1902.05178.pdf
+  [1] https://msrc-blog.microsoft.com/2018/05/21/analysis-and-mitigation-of-speculative-store-bypass-cve-2018-3639/
+  [2] https://arxiv.org/pdf/1905.05725.pdf
+
+Fixes: af86ca4e3088 ("bpf: Prevent memory disambiguation attack")
+Fixes: f7cf25b2026d ("bpf: track spill/fill of constants")
+Co-developed-by: Piotr Krysiuk <piotras@gmail.com>
+Co-developed-by: Benedict Schlueter <benedict.schlueter@rub.de>
+Signed-off-by: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
+Signed-off-by: Piotr Krysiuk <piotras@gmail.com>
+Signed-off-by: Benedict Schlueter <benedict.schlueter@rub.de>
+Acked-by: Alexei Starovoitov <ast@kernel.org>
+Signed-off-by: Sasha Levin <sashal@kernel.org>
+---
+ include/linux/bpf_verifier.h |  2 +-
+ kernel/bpf/verifier.c        | 87 +++++++++++++-----------------------
+ 2 files changed, 33 insertions(+), 56 deletions(-)
+
+diff --git a/include/linux/bpf_verifier.h b/include/linux/bpf_verifier.h
+index 2739a6431b9e..3d6fb346dc3b 100644
+--- a/include/linux/bpf_verifier.h
++++ b/include/linux/bpf_verifier.h
+@@ -319,8 +319,8 @@ struct bpf_insn_aux_data {
+       };
+       u64 map_key_state; /* constant (32 bit) key tracking for maps */
+       int ctx_field_size; /* the ctx field size for load insn, maybe 0 */
+-      int sanitize_stack_off; /* stack slot to be cleared */
+       u32 seen; /* this insn was processed by the verifier at env->pass_cnt */
++      bool sanitize_stack_spill; /* subject to Spectre v4 sanitation */
+       bool zext_dst; /* this insn zero extends dst reg */
+       u8 alu_state; /* used in combination with alu_limit */
+diff --git a/kernel/bpf/verifier.c b/kernel/bpf/verifier.c
+index 36bc34fce623..e038d672200e 100644
+--- a/kernel/bpf/verifier.c
++++ b/kernel/bpf/verifier.c
+@@ -2297,6 +2297,19 @@ static int check_stack_write_fixed_off(struct bpf_verifier_env *env,
+       cur = env->cur_state->frame[env->cur_state->curframe];
+       if (value_regno >= 0)
+               reg = &cur->regs[value_regno];
++      if (!env->bypass_spec_v4) {
++              bool sanitize = reg && is_spillable_regtype(reg->type);
++
++              for (i = 0; i < size; i++) {
++                      if (state->stack[spi].slot_type[i] == STACK_INVALID) {
++                              sanitize = true;
++                              break;
++                      }
++              }
++
++              if (sanitize)
++                      env->insn_aux_data[insn_idx].sanitize_stack_spill = true;
++      }
+       if (reg && size == BPF_REG_SIZE && register_is_bounded(reg) &&
+           !register_is_null(reg) && env->bpf_capable) {
+@@ -2319,47 +2332,10 @@ static int check_stack_write_fixed_off(struct bpf_verifier_env *env,
+                       verbose(env, "invalid size of register spill\n");
+                       return -EACCES;
+               }
+-
+               if (state != cur && reg->type == PTR_TO_STACK) {
+                       verbose(env, "cannot spill pointers to stack into stack frame of the caller\n");
+                       return -EINVAL;
+               }
+-
+-              if (!env->bypass_spec_v4) {
+-                      bool sanitize = false;
+-
+-                      if (state->stack[spi].slot_type[0] == STACK_SPILL &&
+-                          register_is_const(&state->stack[spi].spilled_ptr))
+-                              sanitize = true;
+-                      for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
+-                              if (state->stack[spi].slot_type[i] == STACK_MISC) {
+-                                      sanitize = true;
+-                                      break;
+-                              }
+-                      if (sanitize) {
+-                              int *poff = &env->insn_aux_data[insn_idx].sanitize_stack_off;
+-                              int soff = (-spi - 1) * BPF_REG_SIZE;
+-
+-                              /* detected reuse of integer stack slot with a pointer
+-                               * which means either llvm is reusing stack slot or
+-                               * an attacker is trying to exploit CVE-2018-3639
+-                               * (speculative store bypass)
+-                               * Have to sanitize that slot with preemptive
+-                               * store of zero.
+-                               */
+-                              if (*poff && *poff != soff) {
+-                                      /* disallow programs where single insn stores
+-                                       * into two different stack slots, since verifier
+-                                       * cannot sanitize them
+-                                       */
+-                                      verbose(env,
+-                                              "insn %d cannot access two stack slots fp%d and fp%d",
+-                                              insn_idx, *poff, soff);
+-                                      return -EINVAL;
+-                              }
+-                              *poff = soff;
+-                      }
+-              }
+               save_register_state(state, spi, reg);
+       } else {
+               u8 type = STACK_MISC;
+@@ -10947,35 +10923,33 @@ static int convert_ctx_accesses(struct bpf_verifier_env *env)
+       for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
+               bpf_convert_ctx_access_t convert_ctx_access;
++              bool ctx_access;
+               if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B) ||
+                   insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H) ||
+                   insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W) ||
+-                  insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW))
++                  insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW)) {
+                       type = BPF_READ;
+-              else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B) ||
+-                       insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H) ||
+-                       insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W) ||
+-                       insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW))
++                      ctx_access = true;
++              } else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B) ||
++                         insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H) ||
++                         insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W) ||
++                         insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW) ||
++                         insn->code == (BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B) ||
++                         insn->code == (BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H) ||
++                         insn->code == (BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W) ||
++                         insn->code == (BPF_ST | BPF_MEM | BPF_DW)) {
+                       type = BPF_WRITE;
+-              else
++                      ctx_access = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX;
++              } else {
+                       continue;
++              }
+               if (type == BPF_WRITE &&
+-                  env->insn_aux_data[i + delta].sanitize_stack_off) {
++                  env->insn_aux_data[i + delta].sanitize_stack_spill) {
+                       struct bpf_insn patch[] = {
+-                              /* Sanitize suspicious stack slot with zero.
+-                               * There are no memory dependencies for this store,
+-                               * since it's only using frame pointer and immediate
+-                               * constant of zero
+-                               */
+-                              BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_FP,
+-                                         env->insn_aux_data[i + delta].sanitize_stack_off,
+-                                         0),
+-                              /* the original STX instruction will immediately
+-                               * overwrite the same stack slot with appropriate value
+-                               */
+                               *insn,
++                              BPF_ST_NOSPEC(),
+                       };
+                       cnt = ARRAY_SIZE(patch);
+@@ -10989,6 +10963,9 @@ static int convert_ctx_accesses(struct bpf_verifier_env *env)
+                       continue;
+               }
++              if (!ctx_access)
++                      continue;
++
+               switch (env->insn_aux_data[i + delta].ptr_type) {
+               case PTR_TO_CTX:
+                       if (!ops->convert_ctx_access)
+-- 
+2.30.2
+
diff --git a/queue-5.10/bpf-introduce-bpf-nospec-instruction-for-mitigating-.patch b/queue-5.10/bpf-introduce-bpf-nospec-instruction-for-mitigating-.patch
new file mode 100644 (file)
index 0000000..fd34a13
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,322 @@
+From 4be98754f14316b6ab86ff08b955b892ab146676 Mon Sep 17 00:00:00 2001
+From: Sasha Levin <sashal@kernel.org>
+Date: Tue, 13 Jul 2021 08:18:31 +0000
+Subject: bpf: Introduce BPF nospec instruction for mitigating Spectre v4
+
+From: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
+
+[ Upstream commit f5e81d1117501546b7be050c5fbafa6efd2c722c ]
+
+In case of JITs, each of the JIT backends compiles the BPF nospec instruction
+/either/ to a machine instruction which emits a speculation barrier /or/ to
+/no/ machine instruction in case the underlying architecture is not affected
+by Speculative Store Bypass or has different mitigations in place already.
+
+This covers both x86 and (implicitly) arm64: In case of x86, we use 'lfence'
+instruction for mitigation. In case of arm64, we rely on the firmware mitigation
+as controlled via the ssbd kernel parameter. Whenever the mitigation is enabled,
+it works for all of the kernel code with no need to provide any additional
+instructions here (hence only comment in arm64 JIT). Other archs can follow
+as needed. The BPF nospec instruction is specifically targeting Spectre v4
+since i) we don't use a serialization barrier for the Spectre v1 case, and
+ii) mitigation instructions for v1 and v4 might be different on some archs.
+
+The BPF nospec is required for a future commit, where the BPF verifier does
+annotate intermediate BPF programs with speculation barriers.
+
+Co-developed-by: Piotr Krysiuk <piotras@gmail.com>
+Co-developed-by: Benedict Schlueter <benedict.schlueter@rub.de>
+Signed-off-by: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
+Signed-off-by: Piotr Krysiuk <piotras@gmail.com>
+Signed-off-by: Benedict Schlueter <benedict.schlueter@rub.de>
+Acked-by: Alexei Starovoitov <ast@kernel.org>
+Signed-off-by: Sasha Levin <sashal@kernel.org>
+---
+ arch/arm/net/bpf_jit_32.c         |  3 +++
+ arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c     | 13 +++++++++++++
+ arch/mips/net/ebpf_jit.c          |  3 +++
+ arch/powerpc/net/bpf_jit_comp64.c |  6 ++++++
+ arch/riscv/net/bpf_jit_comp32.c   |  4 ++++
+ arch/riscv/net/bpf_jit_comp64.c   |  4 ++++
+ arch/s390/net/bpf_jit_comp.c      |  5 +++++
+ arch/sparc/net/bpf_jit_comp_64.c  |  3 +++
+ arch/x86/net/bpf_jit_comp.c       |  7 +++++++
+ arch/x86/net/bpf_jit_comp32.c     |  6 ++++++
+ include/linux/filter.h            | 15 +++++++++++++++
+ kernel/bpf/core.c                 | 19 ++++++++++++++++++-
+ kernel/bpf/disasm.c               | 16 +++++++++-------
+ 13 files changed, 96 insertions(+), 8 deletions(-)
+
+diff --git a/arch/arm/net/bpf_jit_32.c b/arch/arm/net/bpf_jit_32.c
+index 0207b6ea6e8a..ce8b04326352 100644
+--- a/arch/arm/net/bpf_jit_32.c
++++ b/arch/arm/net/bpf_jit_32.c
+@@ -1602,6 +1602,9 @@ static int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx)
+               rn = arm_bpf_get_reg32(src_lo, tmp2[1], ctx);
+               emit_ldx_r(dst, rn, off, ctx, BPF_SIZE(code));
+               break;
++      /* speculation barrier */
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++              break;
+       /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
+diff --git a/arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c b/arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c
+index ef9f1d5e989d..345066b8e9fc 100644
+--- a/arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c
++++ b/arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c
+@@ -829,6 +829,19 @@ static int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx,
+                       return ret;
+               break;
++      /* speculation barrier */
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++              /*
++               * Nothing required here.
++               *
++               * In case of arm64, we rely on the firmware mitigation of
++               * Speculative Store Bypass as controlled via the ssbd kernel
++               * parameter. Whenever the mitigation is enabled, it works
++               * for all of the kernel code with no need to provide any
++               * additional instructions.
++               */
++              break;
++
+       /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
+diff --git a/arch/mips/net/ebpf_jit.c b/arch/mips/net/ebpf_jit.c
+index 561154cbcc40..b31b91e57c34 100644
+--- a/arch/mips/net/ebpf_jit.c
++++ b/arch/mips/net/ebpf_jit.c
+@@ -1355,6 +1355,9 @@ static int build_one_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx,
+               }
+               break;
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC: /* speculation barrier */
++              break;
++
+       case BPF_ST | BPF_B | BPF_MEM:
+       case BPF_ST | BPF_H | BPF_MEM:
+       case BPF_ST | BPF_W | BPF_MEM:
+diff --git a/arch/powerpc/net/bpf_jit_comp64.c b/arch/powerpc/net/bpf_jit_comp64.c
+index 022103c6a201..658ca2bab13c 100644
+--- a/arch/powerpc/net/bpf_jit_comp64.c
++++ b/arch/powerpc/net/bpf_jit_comp64.c
+@@ -646,6 +646,12 @@ static int bpf_jit_build_body(struct bpf_prog *fp, u32 *image,
+                       }
+                       break;
++              /*
++               * BPF_ST NOSPEC (speculation barrier)
++               */
++              case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++                      break;
++
+               /*
+                * BPF_ST(X)
+                */
+diff --git a/arch/riscv/net/bpf_jit_comp32.c b/arch/riscv/net/bpf_jit_comp32.c
+index 579575f9cdae..f300f93ba645 100644
+--- a/arch/riscv/net/bpf_jit_comp32.c
++++ b/arch/riscv/net/bpf_jit_comp32.c
+@@ -1251,6 +1251,10 @@ int bpf_jit_emit_insn(const struct bpf_insn *insn, struct rv_jit_context *ctx,
+                       return -1;
+               break;
++      /* speculation barrier */
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++              break;
++
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
+diff --git a/arch/riscv/net/bpf_jit_comp64.c b/arch/riscv/net/bpf_jit_comp64.c
+index 8a56b5293117..c113ae818b14 100644
+--- a/arch/riscv/net/bpf_jit_comp64.c
++++ b/arch/riscv/net/bpf_jit_comp64.c
+@@ -939,6 +939,10 @@ int bpf_jit_emit_insn(const struct bpf_insn *insn, struct rv_jit_context *ctx,
+               emit_ld(rd, 0, RV_REG_T1, ctx);
+               break;
++      /* speculation barrier */
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++              break;
++
+       /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
+               emit_imm(RV_REG_T1, imm, ctx);
+diff --git a/arch/s390/net/bpf_jit_comp.c b/arch/s390/net/bpf_jit_comp.c
+index fc44dce59536..dee01d3b23a4 100644
+--- a/arch/s390/net/bpf_jit_comp.c
++++ b/arch/s390/net/bpf_jit_comp.c
+@@ -1153,6 +1153,11 @@ static noinline int bpf_jit_insn(struct bpf_jit *jit, struct bpf_prog *fp,
+                       break;
+               }
+               break;
++      /*
++       * BPF_NOSPEC (speculation barrier)
++       */
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++              break;
+       /*
+        * BPF_ST(X)
+        */
+diff --git a/arch/sparc/net/bpf_jit_comp_64.c b/arch/sparc/net/bpf_jit_comp_64.c
+index 3364e2a00989..fef734473c0f 100644
+--- a/arch/sparc/net/bpf_jit_comp_64.c
++++ b/arch/sparc/net/bpf_jit_comp_64.c
+@@ -1287,6 +1287,9 @@ static int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx)
+                       return 1;
+               break;
+       }
++      /* speculation barrier */
++      case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++              break;
+       /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
+       case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
+diff --git a/arch/x86/net/bpf_jit_comp.c b/arch/x86/net/bpf_jit_comp.c
+index d5fa77256058..0a962cd6bac1 100644
+--- a/arch/x86/net/bpf_jit_comp.c
++++ b/arch/x86/net/bpf_jit_comp.c
+@@ -1141,6 +1141,13 @@ static int do_jit(struct bpf_prog *bpf_prog, int *addrs, u8 *image,
+                       }
+                       break;
++                      /* speculation barrier */
++              case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++                      if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_XMM2))
++                              /* Emit 'lfence' */
++                              EMIT3(0x0F, 0xAE, 0xE8);
++                      break;
++
+                       /* ST: *(u8*)(dst_reg + off) = imm */
+               case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
+                       if (is_ereg(dst_reg))
+diff --git a/arch/x86/net/bpf_jit_comp32.c b/arch/x86/net/bpf_jit_comp32.c
+index 2cf4d217840d..4bd0f98df700 100644
+--- a/arch/x86/net/bpf_jit_comp32.c
++++ b/arch/x86/net/bpf_jit_comp32.c
+@@ -1705,6 +1705,12 @@ static int do_jit(struct bpf_prog *bpf_prog, int *addrs, u8 *image,
+                       i++;
+                       break;
+               }
++              /* speculation barrier */
++              case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
++                      if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_XMM2))
++                              /* Emit 'lfence' */
++                              EMIT3(0x0F, 0xAE, 0xE8);
++                      break;
+               /* ST: *(u8*)(dst_reg + off) = imm */
+               case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
+               case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
+diff --git a/include/linux/filter.h b/include/linux/filter.h
+index e2ffa02f9067..822b701c803d 100644
+--- a/include/linux/filter.h
++++ b/include/linux/filter.h
+@@ -72,6 +72,11 @@ struct ctl_table_header;
+ /* unused opcode to mark call to interpreter with arguments */
+ #define BPF_CALL_ARGS 0xe0
++/* unused opcode to mark speculation barrier for mitigating
++ * Speculative Store Bypass
++ */
++#define BPF_NOSPEC    0xc0
++
+ /* As per nm, we expose JITed images as text (code) section for
+  * kallsyms. That way, tools like perf can find it to match
+  * addresses.
+@@ -372,6 +377,16 @@ static inline bool insn_is_zext(const struct bpf_insn *insn)
+               .off   = 0,                                     \
+               .imm   = 0 })
++/* Speculation barrier */
++
++#define BPF_ST_NOSPEC()                                               \
++      ((struct bpf_insn) {                                    \
++              .code  = BPF_ST | BPF_NOSPEC,                   \
++              .dst_reg = 0,                                   \
++              .src_reg = 0,                                   \
++              .off   = 0,                                     \
++              .imm   = 0 })
++
+ /* Internal classic blocks for direct assignment */
+ #define __BPF_STMT(CODE, K)                                   \
+diff --git a/kernel/bpf/core.c b/kernel/bpf/core.c
+index 75c2d184018a..d12efb2550d3 100644
+--- a/kernel/bpf/core.c
++++ b/kernel/bpf/core.c
+@@ -32,6 +32,8 @@
+ #include <linux/perf_event.h>
+ #include <linux/extable.h>
+ #include <linux/log2.h>
++
++#include <asm/barrier.h>
+ #include <asm/unaligned.h>
+ /* Registers */
+@@ -1380,6 +1382,7 @@ static u64 ___bpf_prog_run(u64 *regs, const struct bpf_insn *insn, u64 *stack)
+               /* Non-UAPI available opcodes. */
+               [BPF_JMP | BPF_CALL_ARGS] = &&JMP_CALL_ARGS,
+               [BPF_JMP | BPF_TAIL_CALL] = &&JMP_TAIL_CALL,
++              [BPF_ST  | BPF_NOSPEC] = &&ST_NOSPEC,
+               [BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_B] = &&LDX_PROBE_MEM_B,
+               [BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_H] = &&LDX_PROBE_MEM_H,
+               [BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_W] = &&LDX_PROBE_MEM_W,
+@@ -1624,7 +1627,21 @@ static u64 ___bpf_prog_run(u64 *regs, const struct bpf_insn *insn, u64 *stack)
+       COND_JMP(s, JSGE, >=)
+       COND_JMP(s, JSLE, <=)
+ #undef COND_JMP
+-      /* STX and ST and LDX*/
++      /* ST, STX and LDX*/
++      ST_NOSPEC:
++              /* Speculation barrier for mitigating Speculative Store Bypass.
++               * In case of arm64, we rely on the firmware mitigation as
++               * controlled via the ssbd kernel parameter. Whenever the
++               * mitigation is enabled, it works for all of the kernel code
++               * with no need to provide any additional instructions here.
++               * In case of x86, we use 'lfence' insn for mitigation. We
++               * reuse preexisting logic from Spectre v1 mitigation that
++               * happens to produce the required code on x86 for v4 as well.
++               */
++#ifdef CONFIG_X86
++              barrier_nospec();
++#endif
++              CONT;
+ #define LDST(SIZEOP, SIZE)                                            \
+       STX_MEM_##SIZEOP:                                               \
+               *(SIZE *)(unsigned long) (DST + insn->off) = SRC;       \
+diff --git a/kernel/bpf/disasm.c b/kernel/bpf/disasm.c
+index b44d8c447afd..ff1dd7d45b58 100644
+--- a/kernel/bpf/disasm.c
++++ b/kernel/bpf/disasm.c
+@@ -162,15 +162,17 @@ void print_bpf_insn(const struct bpf_insn_cbs *cbs,
+               else
+                       verbose(cbs->private_data, "BUG_%02x\n", insn->code);
+       } else if (class == BPF_ST) {
+-              if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
++              if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM) {
++                      verbose(cbs->private_data, "(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
++                              insn->code,
++                              bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
++                              insn->dst_reg,
++                              insn->off, insn->imm);
++              } else if (BPF_MODE(insn->code) == 0xc0 /* BPF_NOSPEC, no UAPI */) {
++                      verbose(cbs->private_data, "(%02x) nospec\n", insn->code);
++              } else {
+                       verbose(cbs->private_data, "BUG_st_%02x\n", insn->code);
+-                      return;
+               }
+-              verbose(cbs->private_data, "(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
+-                      insn->code,
+-                      bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
+-                      insn->dst_reg,
+-                      insn->off, insn->imm);
+       } else if (class == BPF_LDX) {
+               if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
+                       verbose(cbs->private_data, "BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
+-- 
+2.30.2
+
index cbef3a7661b4ac6aaec8d2957d038c8a39f575f1..fdc040b63f563ea91332680ba091dff88ace221d 100644 (file)
@@ -55,3 +55,5 @@ sctp-fix-return-value-check-in-__sctp_rcv_asconf_loo.patch
 tulip-windbond-840-fix-missing-pci_disable_device-in.patch
 sis900-fix-missing-pci_disable_device-in-probe-and-r.patch
 can-hi311x-fix-a-signedness-bug-in-hi3110_cmd.patch
+bpf-introduce-bpf-nospec-instruction-for-mitigating-.patch
+bpf-fix-leakage-due-to-insufficient-speculative-stor.patch