treewide: Replace GPLv2 boilerplate/reference with SPDX - rule 500
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / mm / mem_encrypt_identity.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * AMD Memory Encryption Support
4  *
5  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
6  *
7  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
8  */
9
10 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
11
12 /*
13  * Since we're dealing with identity mappings, physical and virtual
14  * addresses are the same, so override these defines which are ultimately
15  * used by the headers in misc.h.
16  */
17 #define __pa(x)  ((unsigned long)(x))
18 #define __va(x)  ((void *)((unsigned long)(x)))
19
20 /*
21  * Special hack: we have to be careful, because no indirections are
22  * allowed here, and paravirt_ops is a kind of one. As it will only run in
23  * baremetal anyway, we just keep it from happening. (This list needs to
24  * be extended when new paravirt and debugging variants are added.)
25  */
26 #undef CONFIG_PARAVIRT
27 #undef CONFIG_PARAVIRT_XXL
28 #undef CONFIG_PARAVIRT_SPINLOCKS
29
30 #include <linux/kernel.h>
31 #include <linux/mm.h>
32 #include <linux/mem_encrypt.h>
33
34 #include <asm/setup.h>
35 #include <asm/sections.h>
36 #include <asm/cmdline.h>
37
38 #include "mm_internal.h"
39
40 #define PGD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
41 #define P4D_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
42 #define PUD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
43 #define PMD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
44
45 #define PMD_FLAGS_LARGE         (__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
46
47 #define PMD_FLAGS_DEC           PMD_FLAGS_LARGE
48 #define PMD_FLAGS_DEC_WP        ((PMD_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
49                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
50
51 #define PMD_FLAGS_ENC           (PMD_FLAGS_LARGE | _PAGE_ENC)
52
53 #define PTE_FLAGS               (__PAGE_KERNEL_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
54
55 #define PTE_FLAGS_DEC           PTE_FLAGS
56 #define PTE_FLAGS_DEC_WP        ((PTE_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
57                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
58
59 #define PTE_FLAGS_ENC           (PTE_FLAGS | _PAGE_ENC)
60
61 struct sme_populate_pgd_data {
62         void    *pgtable_area;
63         pgd_t   *pgd;
64
65         pmdval_t pmd_flags;
66         pteval_t pte_flags;
67         unsigned long paddr;
68
69         unsigned long vaddr;
70         unsigned long vaddr_end;
71 };
72
73 static char sme_cmdline_arg[] __initdata = "mem_encrypt";
74 static char sme_cmdline_on[]  __initdata = "on";
75 static char sme_cmdline_off[] __initdata = "off";
76
77 static void __init sme_clear_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
78 {
79         unsigned long pgd_start, pgd_end, pgd_size;
80         pgd_t *pgd_p;
81
82         pgd_start = ppd->vaddr & PGDIR_MASK;
83         pgd_end = ppd->vaddr_end & PGDIR_MASK;
84
85         pgd_size = (((pgd_end - pgd_start) / PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(pgd_t);
86
87         pgd_p = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
88
89         memset(pgd_p, 0, pgd_size);
90 }
91
92 static pud_t __init *sme_prepare_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
93 {
94         pgd_t *pgd;
95         p4d_t *p4d;
96         pud_t *pud;
97         pmd_t *pmd;
98
99         pgd = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
100         if (pgd_none(*pgd)) {
101                 p4d = ppd->pgtable_area;
102                 memset(p4d, 0, sizeof(*p4d) * PTRS_PER_P4D);
103                 ppd->pgtable_area += sizeof(*p4d) * PTRS_PER_P4D;
104                 set_pgd(pgd, __pgd(PGD_FLAGS | __pa(p4d)));
105         }
106
107         p4d = p4d_offset(pgd, ppd->vaddr);
108         if (p4d_none(*p4d)) {
109                 pud = ppd->pgtable_area;
110                 memset(pud, 0, sizeof(*pud) * PTRS_PER_PUD);
111                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pud) * PTRS_PER_PUD;
112                 set_p4d(p4d, __p4d(P4D_FLAGS | __pa(pud)));
113         }
114
115         pud = pud_offset(p4d, ppd->vaddr);
116         if (pud_none(*pud)) {
117                 pmd = ppd->pgtable_area;
118                 memset(pmd, 0, sizeof(*pmd) * PTRS_PER_PMD);
119                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pmd) * PTRS_PER_PMD;
120                 set_pud(pud, __pud(PUD_FLAGS | __pa(pmd)));
121         }
122
123         if (pud_large(*pud))
124                 return NULL;
125
126         return pud;
127 }
128
129 static void __init sme_populate_pgd_large(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
130 {
131         pud_t *pud;
132         pmd_t *pmd;
133
134         pud = sme_prepare_pgd(ppd);
135         if (!pud)
136                 return;
137
138         pmd = pmd_offset(pud, ppd->vaddr);
139         if (pmd_large(*pmd))
140                 return;
141
142         set_pmd(pmd, __pmd(ppd->paddr | ppd->pmd_flags));
143 }
144
145 static void __init sme_populate_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
146 {
147         pud_t *pud;
148         pmd_t *pmd;
149         pte_t *pte;
150
151         pud = sme_prepare_pgd(ppd);
152         if (!pud)
153                 return;
154
155         pmd = pmd_offset(pud, ppd->vaddr);
156         if (pmd_none(*pmd)) {
157                 pte = ppd->pgtable_area;
158                 memset(pte, 0, sizeof(*pte) * PTRS_PER_PTE);
159                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pte) * PTRS_PER_PTE;
160                 set_pmd(pmd, __pmd(PMD_FLAGS | __pa(pte)));
161         }
162
163         if (pmd_large(*pmd))
164                 return;
165
166         pte = pte_offset_map(pmd, ppd->vaddr);
167         if (pte_none(*pte))
168                 set_pte(pte, __pte(ppd->paddr | ppd->pte_flags));
169 }
170
171 static void __init __sme_map_range_pmd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
172 {
173         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
174                 sme_populate_pgd_large(ppd);
175
176                 ppd->vaddr += PMD_PAGE_SIZE;
177                 ppd->paddr += PMD_PAGE_SIZE;
178         }
179 }
180
181 static void __init __sme_map_range_pte(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
182 {
183         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
184                 sme_populate_pgd(ppd);
185
186                 ppd->vaddr += PAGE_SIZE;
187                 ppd->paddr += PAGE_SIZE;
188         }
189 }
190
191 static void __init __sme_map_range(struct sme_populate_pgd_data *ppd,
192                                    pmdval_t pmd_flags, pteval_t pte_flags)
193 {
194         unsigned long vaddr_end;
195
196         ppd->pmd_flags = pmd_flags;
197         ppd->pte_flags = pte_flags;
198
199         /* Save original end value since we modify the struct value */
200         vaddr_end = ppd->vaddr_end;
201
202         /* If start is not 2MB aligned, create PTE entries */
203         ppd->vaddr_end = ALIGN(ppd->vaddr, PMD_PAGE_SIZE);
204         __sme_map_range_pte(ppd);
205
206         /* Create PMD entries */
207         ppd->vaddr_end = vaddr_end & PMD_PAGE_MASK;
208         __sme_map_range_pmd(ppd);
209
210         /* If end is not 2MB aligned, create PTE entries */
211         ppd->vaddr_end = vaddr_end;
212         __sme_map_range_pte(ppd);
213 }
214
215 static void __init sme_map_range_encrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
216 {
217         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_ENC, PTE_FLAGS_ENC);
218 }
219
220 static void __init sme_map_range_decrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
221 {
222         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC, PTE_FLAGS_DEC);
223 }
224
225 static void __init sme_map_range_decrypted_wp(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
226 {
227         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC_WP, PTE_FLAGS_DEC_WP);
228 }
229
230 static unsigned long __init sme_pgtable_calc(unsigned long len)
231 {
232         unsigned long entries = 0, tables = 0;
233
234         /*
235          * Perform a relatively simplistic calculation of the pagetable
236          * entries that are needed. Those mappings will be covered mostly
237          * by 2MB PMD entries so we can conservatively calculate the required
238          * number of P4D, PUD and PMD structures needed to perform the
239          * mappings.  For mappings that are not 2MB aligned, PTE mappings
240          * would be needed for the start and end portion of the address range
241          * that fall outside of the 2MB alignment.  This results in, at most,
242          * two extra pages to hold PTE entries for each range that is mapped.
243          * Incrementing the count for each covers the case where the addresses
244          * cross entries.
245          */
246
247         /* PGDIR_SIZE is equal to P4D_SIZE on 4-level machine. */
248         if (PTRS_PER_P4D > 1)
249                 entries += (DIV_ROUND_UP(len, PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
250         entries += (DIV_ROUND_UP(len, P4D_SIZE) + 1) * sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
251         entries += (DIV_ROUND_UP(len, PUD_SIZE) + 1) * sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
252         entries += 2 * sizeof(pte_t) * PTRS_PER_PTE;
253
254         /*
255          * Now calculate the added pagetable structures needed to populate
256          * the new pagetables.
257          */
258
259         if (PTRS_PER_P4D > 1)
260                 tables += DIV_ROUND_UP(entries, PGDIR_SIZE) * sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
261         tables += DIV_ROUND_UP(entries, P4D_SIZE) * sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
262         tables += DIV_ROUND_UP(entries, PUD_SIZE) * sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
263
264         return entries + tables;
265 }
266
267 void __init sme_encrypt_kernel(struct boot_params *bp)
268 {
269         unsigned long workarea_start, workarea_end, workarea_len;
270         unsigned long execute_start, execute_end, execute_len;
271         unsigned long kernel_start, kernel_end, kernel_len;
272         unsigned long initrd_start, initrd_end, initrd_len;
273         struct sme_populate_pgd_data ppd;
274         unsigned long pgtable_area_len;
275         unsigned long decrypted_base;
276
277         if (!sme_active())
278                 return;
279
280         /*
281          * Prepare for encrypting the kernel and initrd by building new
282          * pagetables with the necessary attributes needed to encrypt the
283          * kernel in place.
284          *
285          *   One range of virtual addresses will map the memory occupied
286          *   by the kernel and initrd as encrypted.
287          *
288          *   Another range of virtual addresses will map the memory occupied
289          *   by the kernel and initrd as decrypted and write-protected.
290          *
291          *     The use of write-protect attribute will prevent any of the
292          *     memory from being cached.
293          */
294
295         /* Physical addresses gives us the identity mapped virtual addresses */
296         kernel_start = __pa_symbol(_text);
297         kernel_end = ALIGN(__pa_symbol(_end), PMD_PAGE_SIZE);
298         kernel_len = kernel_end - kernel_start;
299
300         initrd_start = 0;
301         initrd_end = 0;
302         initrd_len = 0;
303 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
304         initrd_len = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_size |
305                      ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_size << 32);
306         if (initrd_len) {
307                 initrd_start = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_image |
308                                ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_image << 32);
309                 initrd_end = PAGE_ALIGN(initrd_start + initrd_len);
310                 initrd_len = initrd_end - initrd_start;
311         }
312 #endif
313
314         /* Set the encryption workarea to be immediately after the kernel */
315         workarea_start = kernel_end;
316
317         /*
318          * Calculate required number of workarea bytes needed:
319          *   executable encryption area size:
320          *     stack page (PAGE_SIZE)
321          *     encryption routine page (PAGE_SIZE)
322          *     intermediate copy buffer (PMD_PAGE_SIZE)
323          *   pagetable structures for the encryption of the kernel
324          *   pagetable structures for workarea (in case not currently mapped)
325          */
326         execute_start = workarea_start;
327         execute_end = execute_start + (PAGE_SIZE * 2) + PMD_PAGE_SIZE;
328         execute_len = execute_end - execute_start;
329
330         /*
331          * One PGD for both encrypted and decrypted mappings and a set of
332          * PUDs and PMDs for each of the encrypted and decrypted mappings.
333          */
334         pgtable_area_len = sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
335         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_end - kernel_start) * 2;
336         if (initrd_len)
337                 pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(initrd_len) * 2;
338
339         /* PUDs and PMDs needed in the current pagetables for the workarea */
340         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_len + pgtable_area_len);
341
342         /*
343          * The total workarea includes the executable encryption area and
344          * the pagetable area. The start of the workarea is already 2MB
345          * aligned, align the end of the workarea on a 2MB boundary so that
346          * we don't try to create/allocate PTE entries from the workarea
347          * before it is mapped.
348          */
349         workarea_len = execute_len + pgtable_area_len;
350         workarea_end = ALIGN(workarea_start + workarea_len, PMD_PAGE_SIZE);
351
352         /*
353          * Set the address to the start of where newly created pagetable
354          * structures (PGDs, PUDs and PMDs) will be allocated. New pagetable
355          * structures are created when the workarea is added to the current
356          * pagetables and when the new encrypted and decrypted kernel
357          * mappings are populated.
358          */
359         ppd.pgtable_area = (void *)execute_end;
360
361         /*
362          * Make sure the current pagetable structure has entries for
363          * addressing the workarea.
364          */
365         ppd.pgd = (pgd_t *)native_read_cr3_pa();
366         ppd.paddr = workarea_start;
367         ppd.vaddr = workarea_start;
368         ppd.vaddr_end = workarea_end;
369         sme_map_range_decrypted(&ppd);
370
371         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
372         native_write_cr3(__native_read_cr3());
373
374         /*
375          * A new pagetable structure is being built to allow for the kernel
376          * and initrd to be encrypted. It starts with an empty PGD that will
377          * then be populated with new PUDs and PMDs as the encrypted and
378          * decrypted kernel mappings are created.
379          */
380         ppd.pgd = ppd.pgtable_area;
381         memset(ppd.pgd, 0, sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD);
382         ppd.pgtable_area += sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
383
384         /*
385          * A different PGD index/entry must be used to get different
386          * pagetable entries for the decrypted mapping. Choose the next
387          * PGD index and convert it to a virtual address to be used as
388          * the base of the mapping.
389          */
390         decrypted_base = (pgd_index(workarea_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
391         if (initrd_len) {
392                 unsigned long check_base;
393
394                 check_base = (pgd_index(initrd_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
395                 decrypted_base = max(decrypted_base, check_base);
396         }
397         decrypted_base <<= PGDIR_SHIFT;
398
399         /* Add encrypted kernel (identity) mappings */
400         ppd.paddr = kernel_start;
401         ppd.vaddr = kernel_start;
402         ppd.vaddr_end = kernel_end;
403         sme_map_range_encrypted(&ppd);
404
405         /* Add decrypted, write-protected kernel (non-identity) mappings */
406         ppd.paddr = kernel_start;
407         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
408         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
409         sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
410
411         if (initrd_len) {
412                 /* Add encrypted initrd (identity) mappings */
413                 ppd.paddr = initrd_start;
414                 ppd.vaddr = initrd_start;
415                 ppd.vaddr_end = initrd_end;
416                 sme_map_range_encrypted(&ppd);
417                 /*
418                  * Add decrypted, write-protected initrd (non-identity) mappings
419                  */
420                 ppd.paddr = initrd_start;
421                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
422                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
423                 sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
424         }
425
426         /* Add decrypted workarea mappings to both kernel mappings */
427         ppd.paddr = workarea_start;
428         ppd.vaddr = workarea_start;
429         ppd.vaddr_end = workarea_end;
430         sme_map_range_decrypted(&ppd);
431
432         ppd.paddr = workarea_start;
433         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
434         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
435         sme_map_range_decrypted(&ppd);
436
437         /* Perform the encryption */
438         sme_encrypt_execute(kernel_start, kernel_start + decrypted_base,
439                             kernel_len, workarea_start, (unsigned long)ppd.pgd);
440
441         if (initrd_len)
442                 sme_encrypt_execute(initrd_start, initrd_start + decrypted_base,
443                                     initrd_len, workarea_start,
444                                     (unsigned long)ppd.pgd);
445
446         /*
447          * At this point we are running encrypted.  Remove the mappings for
448          * the decrypted areas - all that is needed for this is to remove
449          * the PGD entry/entries.
450          */
451         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
452         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
453         sme_clear_pgd(&ppd);
454
455         if (initrd_len) {
456                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
457                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
458                 sme_clear_pgd(&ppd);
459         }
460
461         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
462         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
463         sme_clear_pgd(&ppd);
464
465         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
466         native_write_cr3(__native_read_cr3());
467 }
468
469 void __init sme_enable(struct boot_params *bp)
470 {
471         const char *cmdline_ptr, *cmdline_arg, *cmdline_on, *cmdline_off;
472         unsigned int eax, ebx, ecx, edx;
473         unsigned long feature_mask;
474         bool active_by_default;
475         unsigned long me_mask;
476         char buffer[16];
477         u64 msr;
478
479         /* Check for the SME/SEV support leaf */
480         eax = 0x80000000;
481         ecx = 0;
482         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
483         if (eax < 0x8000001f)
484                 return;
485
486 #define AMD_SME_BIT     BIT(0)
487 #define AMD_SEV_BIT     BIT(1)
488         /*
489          * Set the feature mask (SME or SEV) based on whether we are
490          * running under a hypervisor.
491          */
492         eax = 1;
493         ecx = 0;
494         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
495         feature_mask = (ecx & BIT(31)) ? AMD_SEV_BIT : AMD_SME_BIT;
496
497         /*
498          * Check for the SME/SEV feature:
499          *   CPUID Fn8000_001F[EAX]
500          *   - Bit 0 - Secure Memory Encryption support
501          *   - Bit 1 - Secure Encrypted Virtualization support
502          *   CPUID Fn8000_001F[EBX]
503          *   - Bits 5:0 - Pagetable bit position used to indicate encryption
504          */
505         eax = 0x8000001f;
506         ecx = 0;
507         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
508         if (!(eax & feature_mask))
509                 return;
510
511         me_mask = 1UL << (ebx & 0x3f);
512
513         /* Check if memory encryption is enabled */
514         if (feature_mask == AMD_SME_BIT) {
515                 /* For SME, check the SYSCFG MSR */
516                 msr = __rdmsr(MSR_K8_SYSCFG);
517                 if (!(msr & MSR_K8_SYSCFG_MEM_ENCRYPT))
518                         return;
519         } else {
520                 /* For SEV, check the SEV MSR */
521                 msr = __rdmsr(MSR_AMD64_SEV);
522                 if (!(msr & MSR_AMD64_SEV_ENABLED))
523                         return;
524
525                 /* SEV state cannot be controlled by a command line option */
526                 sme_me_mask = me_mask;
527                 sev_enabled = true;
528                 physical_mask &= ~sme_me_mask;
529                 return;
530         }
531
532         /*
533          * Fixups have not been applied to phys_base yet and we're running
534          * identity mapped, so we must obtain the address to the SME command
535          * line argument data using rip-relative addressing.
536          */
537         asm ("lea sme_cmdline_arg(%%rip), %0"
538              : "=r" (cmdline_arg)
539              : "p" (sme_cmdline_arg));
540         asm ("lea sme_cmdline_on(%%rip), %0"
541              : "=r" (cmdline_on)
542              : "p" (sme_cmdline_on));
543         asm ("lea sme_cmdline_off(%%rip), %0"
544              : "=r" (cmdline_off)
545              : "p" (sme_cmdline_off));
546
547         if (IS_ENABLED(CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT_ACTIVE_BY_DEFAULT))
548                 active_by_default = true;
549         else
550                 active_by_default = false;
551
552         cmdline_ptr = (const char *)((u64)bp->hdr.cmd_line_ptr |
553                                      ((u64)bp->ext_cmd_line_ptr << 32));
554
555         cmdline_find_option(cmdline_ptr, cmdline_arg, buffer, sizeof(buffer));
556
557         if (!strncmp(buffer, cmdline_on, sizeof(buffer)))
558                 sme_me_mask = me_mask;
559         else if (!strncmp(buffer, cmdline_off, sizeof(buffer)))
560                 sme_me_mask = 0;
561         else
562                 sme_me_mask = active_by_default ? me_mask : 0;
563
564         physical_mask &= ~sme_me_mask;
565 }