[PATCH] i386/x86-64: Fix x87 information leak between processes
authorAndi Kleen <ak@suse.de>
Thu, 20 Apr 2006 00:36:45 +0000 (02:36 +0200)
committerLinus Torvalds <torvalds@g5.osdl.org>
Thu, 20 Apr 2006 14:58:11 +0000 (07:58 -0700)
AMD K7/K8 CPUs only save/restore the FOP/FIP/FDP x87 registers in FXSAVE
when an exception is pending.  This means the value leak through
context switches and allow processes to observe some x87 instruction
state of other processes.

This was actually documented by AMD, but nobody recognized it as
being different from Intel before.

The fix first adds an optimization: instead of unconditionally
calling FNCLEX after each FXSAVE test if ES is pending and skip
it when not needed. Then do a x87 load from a kernel variable to
clear FOP/FIP/FDP.

This means other processes always will only see a constant value
defined by the kernel in their FP state.

I took some pain to make sure to chose a variable that's already
in L1 during context switch to make the overhead of this low.

Also alternative() is used to patch away the new code on CPUs
who don't need it.

Patch for both i386/x86-64.

The problem was discovered originally by Jan Beulich. Richard
Brunner provided the basic code for the workarounds, with contribution
from Jan.

This is CVE-2006-1056

Cc: richard.brunner@amd.com
Cc: jbeulich@novell.com
Signed-off-by: Andi Kleen <ak@suse.de>
Signed-off-by: Linus Torvalds <torvalds@osdl.org>
arch/i386/kernel/cpu/amd.c
arch/x86_64/kernel/process.c
arch/x86_64/kernel/setup.c
include/asm-i386/cpufeature.h
include/asm-i386/i387.h
include/asm-x86_64/cpufeature.h
include/asm-x86_64/i387.h

index ff2b2154ac1b6c8a0e4bddec0d27319575f47933..786d1a57048b9156396a7f7d5739306097420c60 100644 (file)
@@ -207,6 +207,8 @@ static void __init init_amd(struct cpuinfo_x86 *c)
                set_bit(X86_FEATURE_K7, c->x86_capability); 
                break;
        }
+       if (c->x86 >= 6)
+               set_bit(X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK, c->x86_capability);
 
        display_cacheinfo(c);
 
index 1c44b53cb15bb48391cf4300dbb93fd5fac34835..fb903e65e079a26034f76a30ef6f54b40613453d 100644 (file)
@@ -575,8 +575,10 @@ __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
        prev->userrsp = read_pda(oldrsp); 
        write_pda(oldrsp, next->userrsp); 
        write_pda(pcurrent, next_p); 
+
        /* This must be here to ensure both math_state_restore() and
-          kernel_fpu_begin() work consistently. */
+          kernel_fpu_begin() work consistently. 
+          And the AMD workaround requires it to be after DS reload. */
        unlazy_fpu(prev_p);
        write_pda(kernelstack,
                  task_stack_page(next_p) + THREAD_SIZE - PDA_STACKOFFSET);
index c50b06765a80ddc16d0d17a59055a8cd42044cea..759070c827511bb482c3b770ff0f35407746936c 100644 (file)
@@ -930,6 +930,10 @@ static int __init init_amd(struct cpuinfo_x86 *c)
        if (c->x86 == 15 && ((level >= 0x0f48 && level < 0x0f50) || level >= 0x0f58))
                set_bit(X86_FEATURE_REP_GOOD, &c->x86_capability);
 
+       /* Enable workaround for FXSAVE leak */
+       if (c->x86 >= 6)
+               set_bit(X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK, &c->x86_capability);
+
        r = get_model_name(c);
        if (!r) { 
                switch (c->x86) { 
index 5c0b5876b9318cf7e41af251c367597776330569..b44bfc6239cb51debea374b173e58b5469f8ff1c 100644 (file)
@@ -71,6 +71,7 @@
 #define X86_FEATURE_P4         (3*32+ 7) /* P4 */
 #define X86_FEATURE_CONSTANT_TSC (3*32+ 8) /* TSC ticks at a constant rate */
 #define X86_FEATURE_UP         (3*32+ 9) /* smp kernel running on up */
+#define X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK (3*32+10) /* FXSAVE leaks FOP/FIP/FOP */
 
 /* Intel-defined CPU features, CPUID level 0x00000001 (ecx), word 4 */
 #define X86_FEATURE_XMM3       (4*32+ 0) /* Streaming SIMD Extensions-3 */
index 152d0baa576a675b39bfa408a6b69f670e8ad118..7b1f01191e7063df3ab056dfdb17e6de0bcd828f 100644 (file)
@@ -13,6 +13,7 @@
 
 #include <linux/sched.h>
 #include <linux/init.h>
+#include <linux/kernel_stat.h>
 #include <asm/processor.h>
 #include <asm/sigcontext.h>
 #include <asm/user.h>
@@ -38,17 +39,38 @@ extern void init_fpu(struct task_struct *);
 extern void kernel_fpu_begin(void);
 #define kernel_fpu_end() do { stts(); preempt_enable(); } while(0)
 
+/* We need a safe address that is cheap to find and that is already
+   in L1 during context switch. The best choices are unfortunately
+   different for UP and SMP */
+#ifdef CONFIG_SMP
+#define safe_address (__per_cpu_offset[0])
+#else
+#define safe_address (kstat_cpu(0).cpustat.user)
+#endif
+
 /*
  * These must be called with preempt disabled
  */
 static inline void __save_init_fpu( struct task_struct *tsk )
 {
+       /* Use more nops than strictly needed in case the compiler
+          varies code */
        alternative_input(
-               "fnsave %1 ; fwait ;" GENERIC_NOP2,
-               "fxsave %1 ; fnclex",
+               "fnsave %[fx] ;fwait;" GENERIC_NOP8 GENERIC_NOP4,
+               "fxsave %[fx]\n"
+               "bt $7,%[fsw] ; jc 1f ; fnclex\n1:",
                X86_FEATURE_FXSR,
-               "m" (tsk->thread.i387.fxsave)
-               :"memory");
+               [fx] "m" (tsk->thread.i387.fxsave),
+               [fsw] "m" (tsk->thread.i387.fxsave.swd) : "memory");
+       /* AMD K7/K8 CPUs don't save/restore FDP/FIP/FOP unless an exception
+          is pending.  Clear the x87 state here by setting it to fixed
+          values. __per_cpu_offset[0] is a random variable that should be in L1 */
+       alternative_input(
+               GENERIC_NOP8 GENERIC_NOP2,
+               "emms\n\t"              /* clear stack tags */
+               "fildl %[addr]",        /* set F?P to defined value */
+               X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK,
+               [addr] "m" (safe_address));
        task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
 }
 
index 76bb6193ae9107a380ac6b754d5dd498869eef5f..662964b74e348f228fbb9c874567c574d6339175 100644 (file)
@@ -64,6 +64,7 @@
 #define X86_FEATURE_REP_GOOD   (3*32+ 4) /* rep microcode works well on this CPU */
 #define X86_FEATURE_CONSTANT_TSC (3*32+5) /* TSC runs at constant rate */
 #define X86_FEATURE_SYNC_RDTSC  (3*32+6)  /* RDTSC syncs CPU core */
+#define X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK (3*32+7)  /* FIP/FOP/FDP leaks through FXSAVE */
 
 /* Intel-defined CPU features, CPUID level 0x00000001 (ecx), word 4 */
 #define X86_FEATURE_XMM3       (4*32+ 0) /* Streaming SIMD Extensions-3 */
index 876eb9a2fe7868a7c7ce01ef694403b3150f4601..cba8a3b0cded5a77191d9528710b04c85bc13c5b 100644 (file)
@@ -72,6 +72,23 @@ extern int set_fpregs(struct task_struct *tsk,
 #define set_fpu_swd(t,val) ((t)->thread.i387.fxsave.swd = (val))
 #define set_fpu_fxsr_twd(t,val) ((t)->thread.i387.fxsave.twd = (val))
 
+#define X87_FSW_ES (1 << 7)    /* Exception Summary */
+
+/* AMD CPUs don't save/restore FDP/FIP/FOP unless an exception
+   is pending. Clear the x87 state here by setting it to fixed
+   values. The kernel data segment can be sometimes 0 and sometimes
+   new user value. Both should be ok.
+   Use the PDA as safe address because it should be already in L1. */
+static inline void clear_fpu_state(struct i387_fxsave_struct *fx)
+{
+       if (unlikely(fx->swd & X87_FSW_ES))
+                asm volatile("fnclex");
+       alternative_input(ASM_NOP8 ASM_NOP2,
+                    "    emms\n"               /* clear stack tags */
+                    "    fildl %%gs:0",        /* load to clear state */
+                    X86_FEATURE_FXSAVE_LEAK);
+}
+
 static inline int restore_fpu_checking(struct i387_fxsave_struct *fx) 
 { 
        int err;
@@ -119,6 +136,7 @@ static inline int save_i387_checking(struct i387_fxsave_struct __user *fx)
 #endif
        if (unlikely(err))
                __clear_user(fx, sizeof(struct i387_fxsave_struct));
+       /* No need to clear here because the caller clears USED_MATH */
        return err;
 } 
 
@@ -149,7 +167,7 @@ static inline void __fxsave_clear(struct task_struct *tsk)
                                "i" (offsetof(__typeof__(*tsk),
                                              thread.i387.fxsave)));
 #endif
-       __asm__ __volatile__("fnclex");
+       clear_fpu_state(&tsk->thread.i387.fxsave);
 }
 
 static inline void kernel_fpu_begin(void)