stack: Constrain and fix stack offset randomization with Clang builds
authorMarco Elver <elver@google.com>
Mon, 31 Jan 2022 09:05:21 +0000 (10:05 +0100)
committerKees Cook <keescook@chromium.org>
Mon, 14 Feb 2022 19:07:12 +0000 (11:07 -0800)
commitefa90c11f62e6b7252fb75efe2787056872a627c
tree0946c60d170df43a0197200c713ecb0d7374c1cc
parent8cb37a5974a48569aab8a1736d21399fddbdbdb2
stack: Constrain and fix stack offset randomization with Clang builds

All supported versions of Clang perform auto-init of __builtin_alloca()
when stack auto-init is on (CONFIG_INIT_STACK_ALL_{ZERO,PATTERN}).

add_random_kstack_offset() uses __builtin_alloca() to add a stack
offset. This means, when CONFIG_INIT_STACK_ALL_{ZERO,PATTERN} is
enabled, add_random_kstack_offset() will auto-init that unused portion
of the stack used to add an offset.

There are several problems with this:

1. These offsets can be as large as 1023 bytes. Performing
   memset() on them isn't exactly cheap, and this is done on
   every syscall entry.

2. Architectures adding add_random_kstack_offset() to syscall
   entry implemented in C require them to be 'noinstr' (e.g. see
   x86 and s390). The potential problem here is that a call to
   memset may occur, which is not noinstr.

A x86_64 defconfig kernel with Clang 11 and CONFIG_VMLINUX_VALIDATION shows:

 | vmlinux.o: warning: objtool: do_syscall_64()+0x9d: call to memset() leaves .noinstr.text section
 | vmlinux.o: warning: objtool: do_int80_syscall_32()+0xab: call to memset() leaves .noinstr.text section
 | vmlinux.o: warning: objtool: __do_fast_syscall_32()+0xe2: call to memset() leaves .noinstr.text section
 | vmlinux.o: warning: objtool: fixup_bad_iret()+0x2f: call to memset() leaves .noinstr.text section

Clang 14 (unreleased) will introduce a way to skip alloca initialization
via __builtin_alloca_uninitialized() (https://reviews.llvm.org/D115440).

Constrain RANDOMIZE_KSTACK_OFFSET to only be enabled if no stack
auto-init is enabled, the compiler is GCC, or Clang is version 14+. Use
__builtin_alloca_uninitialized() if the compiler provides it, as is done
by Clang 14.

Link: https://lkml.kernel.org/r/YbHTKUjEejZCLyhX@elver.google.com
Fixes: 39218ff4c625 ("stack: Optionally randomize kernel stack offset each syscall")
Signed-off-by: Marco Elver <elver@google.com>
Reviewed-by: Nathan Chancellor <nathan@kernel.org>
Acked-by: Kees Cook <keescook@chromium.org>
Signed-off-by: Kees Cook <keescook@chromium.org>
Link: https://lore.kernel.org/r/20220131090521.1947110-2-elver@google.com
arch/Kconfig
include/linux/randomize_kstack.h