kernel/bpf/verifier.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
   2  * Copyright (c) 2016 Facebook
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  */
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/types.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/bpf.h>
  17 #include <linux/filter.h>
  18 #include <net/netlink.h>
  19 #include <linux/file.h>
  20 #include <linux/vmalloc.h>
  21
  22 /* bpf_check() is a static code analyzer that walks eBPF program
  23  * instruction by instruction and updates register/stack state.
  24  * All paths of conditional branches are analyzed until 'bpf_exit' insn.
  25  *
  26  * The first pass is depth-first-search to check that the program is a DAG.
  27  * It rejects the following programs:
  28  * - larger than BPF_MAXINSNS insns
  29  * - if loop is present (detected via back-edge)
  30  * - unreachable insns exist (shouldn't be a forest. program = one function)
  31  * - out of bounds or malformed jumps
  32  * The second pass is all possible path descent from the 1st insn.
  33  * Since it's analyzing all pathes through the program, the length of the
  34  * analysis is limited to 32k insn, which may be hit even if total number of
  35  * insn is less then 4K, but there are too many branches that change stack/regs.
  36  * Number of 'branches to be analyzed' is limited to 1k
  37  *
  38  * On entry to each instruction, each register has a type, and the instruction
  39  * changes the types of the registers depending on instruction semantics.
  40  * If instruction is BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_5), then type of R5 is
  41  * copied to R1.
  42  *
  43  * All registers are 64-bit.
  44  * R0 - return register
  45  * R1-R5 argument passing registers
  46  * R6-R9 callee saved registers
  47  * R10 - frame pointer read-only
  48  *
  49  * At the start of BPF program the register R1 contains a pointer to bpf_context
  50  * and has type PTR_TO_CTX.
  51  *
  52  * Verifier tracks arithmetic operations on pointers in case:
  53  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),
  54  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -20),
  55  * 1st insn copies R10 (which has FRAME_PTR) type into R1
  56  * and 2nd arithmetic instruction is pattern matched to recognize
  57  * that it wants to construct a pointer to some element within stack.
  58  * So after 2nd insn, the register R1 has type PTR_TO_STACK
  59  * (and -20 constant is saved for further stack bounds checking).
  60  * Meaning that this reg is a pointer to stack plus known immediate constant.
  61  *
  62  * Most of the time the registers have UNKNOWN_VALUE type, which
  63  * means the register has some value, but it's not a valid pointer.
  64  * (like pointer plus pointer becomes UNKNOWN_VALUE type)
  65  *
  66  * When verifier sees load or store instructions the type of base register
  67  * can be: PTR_TO_MAP_VALUE, PTR_TO_CTX, FRAME_PTR. These are three pointer
  68  * types recognized by check_mem_access() function.
  69  *
  70  * PTR_TO_MAP_VALUE means that this register is pointing to 'map element value'
  71  * and the range of [ptr, ptr + map's value_size) is accessible.
  72  *
  73  * registers used to pass values to function calls are checked against
  74  * function argument constraints.
  75  *
  76  * ARG_PTR_TO_MAP_KEY is one of such argument constraints.
  77  * It means that the register type passed to this function must be
  78  * PTR_TO_STACK and it will be used inside the function as
  79  * 'pointer to map element key'
  80  *
  81  * For example the argument constraints for bpf_map_lookup_elem():
  82  *   .ret_type = RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,
  83  *   .arg1_type = ARG_CONST_MAP_PTR,
  84  *   .arg2_type = ARG_PTR_TO_MAP_KEY,
  85  *
  86  * ret_type says that this function returns 'pointer to map elem value or null'
  87  * function expects 1st argument to be a const pointer to 'struct bpf_map' and
  88  * 2nd argument should be a pointer to stack, which will be used inside
  89  * the helper function as a pointer to map element key.
  90  *
  91  * On the kernel side the helper function looks like:
  92  * u64 bpf_map_lookup_elem(u64 r1, u64 r2, u64 r3, u64 r4, u64 r5)
  93  * {
  94  *    struct bpf_map *map = (struct bpf_map *) (unsigned long) r1;
  95  *    void *key = (void *) (unsigned long) r2;
  96  *    void *value;
  97  *
  98  *    here kernel can access 'key' and 'map' pointers safely, knowing that
  99  *    [key, key + map->key_size) bytes are valid and were initialized on
 100  *    the stack of eBPF program.
 101  * }
 102  *
 103  * Corresponding eBPF program may look like:
 104  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),  // after this insn R2 type is FRAME_PTR
 105  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), // after this insn R2 type is PTR_TO_STACK
 106  *    BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),      // after this insn R1 type is CONST_PTR_TO_MAP
 107  *    BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
 108  * here verifier looks at prototype of map_lookup_elem() and sees:
 109  * .arg1_type == ARG_CONST_MAP_PTR and R1->type == CONST_PTR_TO_MAP, which is ok,
 110  * Now verifier knows that this map has key of R1->map_ptr->key_size bytes
 111  *
 112  * Then .arg2_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY and R2->type == PTR_TO_STACK, ok so far,
 113  * Now verifier checks that [R2, R2 + map's key_size) are within stack limits
 114  * and were initialized prior to this call.
 115  * If it's ok, then verifier allows this BPF_CALL insn and looks at
 116  * .ret_type which is RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, so it sets
 117  * R0->type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL which means bpf_map_lookup_elem() function
 118  * returns ether pointer to map value or NULL.
 119  *
 120  * When type PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL passes through 'if (reg != 0) goto +off'
 121  * insn, the register holding that pointer in the true branch changes state to
 122  * PTR_TO_MAP_VALUE and the same register changes state to CONST_IMM in the false
 123  * branch. See check_cond_jmp_op().
 124  *
 125  * After the call R0 is set to return type of the function and registers R1-R5
 126  * are set to NOT_INIT to indicate that they are no longer readable.
 127  */
 128
 129 struct reg_state {
 130         enum bpf_reg_type type;
 131         union {
 132                 /* valid when type == CONST_IMM | PTR_TO_STACK | UNKNOWN_VALUE */
 133                 s64 imm;
 134
 135                 /* valid when type == PTR_TO_PACKET* */
 136                 struct {
 137                         u32 id;
 138                         u16 off;
 139                         u16 range;
 140                 };
 141
 142                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
 143                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
 144                  */
 145                 struct bpf_map *map_ptr;
 146         };
 147 };
 148
 149 enum bpf_stack_slot_type {
 150         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
 151         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
 152         STACK_MISC        /* BPF program wrote some data into this slot */
 153 };
 154
 155 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
 156
 157 /* state of the program:
 158  * type of all registers and stack info
 159  */
 160 struct verifier_state {
 161         struct reg_state regs[MAX_BPF_REG];
 162         u8 stack_slot_type[MAX_BPF_STACK];
 163         struct reg_state spilled_regs[MAX_BPF_STACK / BPF_REG_SIZE];
 164 };
 165
 166 /* linked list of verifier states used to prune search */
 167 struct verifier_state_list {
 168         struct verifier_state state;
 169         struct verifier_state_list *next;
 170 };
 171
 172 /* verifier_state + insn_idx are pushed to stack when branch is encountered */
 173 struct verifier_stack_elem {
 174         /* verifer state is 'st'
 175          * before processing instruction 'insn_idx'
 176          * and after processing instruction 'prev_insn_idx'
 177          */
 178         struct verifier_state st;
 179         int insn_idx;
 180         int prev_insn_idx;
 181         struct verifier_stack_elem *next;
 182 };
 183
 184 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
 185
 186 /* single container for all structs
 187  * one verifier_env per bpf_check() call
 188  */
 189 struct verifier_env {
 190         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
 191         struct verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
 192         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
 193         struct verifier_state cur_state; /* current verifier state */
 194         struct verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
 195         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
 196         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
 197         u32 id_gen;                     /* used to generate unique reg IDs */
 198         bool allow_ptr_leaks;
 199 };
 200
 201 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS      65536
 202 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK      1024
 203
 204 struct bpf_call_arg_meta {
 205         struct bpf_map *map_ptr;
 206         bool raw_mode;
 207         int regno;
 208         int access_size;
 209 };
 210
 211 /* verbose verifier prints what it's seeing
 212  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 213  */
 214 static u32 log_level, log_size, log_len;
 215 static char *log_buf;
 216
 217 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 218
 219 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 220  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 221  * can figure out what's wrong with the program
 222  */
 223 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 224 {
 225         va_list args;
 226
 227         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 228                 return;
 229
 230         va_start(args, fmt);
 231         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 232         va_end(args);
 233 }
 234
 235 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 236 static const char * const reg_type_str[] = {
 237         [NOT_INIT]              = "?",
 238         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 239         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 240         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 241         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 242         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 243         [FRAME_PTR]             = "fp",
 244         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 245         [CONST_IMM]             = "imm",
 246         [PTR_TO_PACKET]         = "pkt",
 247         [PTR_TO_PACKET_END]     = "pkt_end",
 248 };
 249
 250 static void print_verifier_state(struct verifier_state *state)
 251 {
 252         struct reg_state *reg;
 253         enum bpf_reg_type t;
 254         int i;
 255
 256         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 257                 reg = &state->regs[i];
 258                 t = reg->type;
 259                 if (t == NOT_INIT)
 260                         continue;
 261                 verbose(" R%d=%s", i, reg_type_str[t]);
 262                 if (t == CONST_IMM || t == PTR_TO_STACK)
 263                         verbose("%lld", reg->imm);
 264                 else if (t == PTR_TO_PACKET)
 265                         verbose("(id=%d,off=%d,r=%d)",
 266                                 reg->id, reg->off, reg->range);
 267                 else if (t == UNKNOWN_VALUE && reg->imm)
 268                         verbose("%lld", reg->imm);
 269                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 270                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL)
 271                         verbose("(ks=%d,vs=%d)",
 272                                 reg->map_ptr->key_size,
 273                                 reg->map_ptr->value_size);
 274         }
 275         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 276                 if (state->stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 277                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 278                                 reg_type_str[state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 279         }
 280         verbose("\n");
 281 }
 282
 283 static const char *const bpf_class_string[] = {
 284         [BPF_LD]    = "ld",
 285         [BPF_LDX]   = "ldx",
 286         [BPF_ST]    = "st",
 287         [BPF_STX]   = "stx",
 288         [BPF_ALU]   = "alu",
 289         [BPF_JMP]   = "jmp",
 290         [BPF_RET]   = "BUG",
 291         [BPF_ALU64] = "alu64",
 292 };
 293
 294 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 295         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 296         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 297         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 298         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 299         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 300         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 301         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 302         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 303         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 304         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 305         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 306         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 307         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 308         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 309 };
 310
 311 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 312         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 313         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 314         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 315         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 316 };
 317
 318 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 319         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 320         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 321         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 322         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 323         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 324         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 325         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 326         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 327         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 328         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 329 };
 330
 331 static void print_bpf_insn(struct bpf_insn *insn)
 332 {
 333         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 334
 335         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 336                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 337                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 338                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 339                                 insn->dst_reg,
 340                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 341                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 342                                 insn->src_reg);
 343                 else
 344                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 345                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 346                                 insn->dst_reg,
 347                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 348                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 349                                 insn->imm);
 350         } else if (class == BPF_STX) {
 351                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 352                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 353                                 insn->code,
 354                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 355                                 insn->dst_reg,
 356                                 insn->off, insn->src_reg);
 357                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 358                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 359                                 insn->code,
 360                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 361                                 insn->dst_reg, insn->off,
 362                                 insn->src_reg);
 363                 else
 364                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 365         } else if (class == BPF_ST) {
 366                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 367                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 368                         return;
 369                 }
 370                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 371                         insn->code,
 372                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 373                         insn->dst_reg,
 374                         insn->off, insn->imm);
 375         } else if (class == BPF_LDX) {
 376                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 377                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 378                         return;
 379                 }
 380                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 381                         insn->code, insn->dst_reg,
 382                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 383                         insn->src_reg, insn->off);
 384         } else if (class == BPF_LD) {
 385                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 386                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 387                                 insn->code,
 388                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 389                                 insn->imm);
 390                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 391                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 392                                 insn->code,
 393                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 394                                 insn->src_reg, insn->imm);
 395                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM) {
 396                         verbose("(%02x) r%d = 0x%x\n",
 397                                 insn->code, insn->dst_reg, insn->imm);
 398                 } else {
 399                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 400                         return;
 401                 }
 402         } else if (class == BPF_JMP) {
 403                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 404
 405                 if (opcode == BPF_CALL) {
 406                         verbose("(%02x) call %d\n", insn->code, insn->imm);
 407                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 408                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 409                                 insn->code, insn->off);
 410                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 411                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 412                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 413                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 414                                 insn->code, insn->dst_reg,
 415                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 416                                 insn->src_reg, insn->off);
 417                 } else {
 418                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 419                                 insn->code, insn->dst_reg,
 420                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 421                                 insn->imm, insn->off);
 422                 }
 423         } else {
 424                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 425         }
 426 }
 427
 428 static int pop_stack(struct verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 429 {
 430         struct verifier_stack_elem *elem;
 431         int insn_idx;
 432
 433         if (env->head == NULL)
 434                 return -1;
 435
 436         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 437         insn_idx = env->head->insn_idx;
 438         if (prev_insn_idx)
 439                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 440         elem = env->head->next;
 441         kfree(env->head);
 442         env->head = elem;
 443         env->stack_size--;
 444         return insn_idx;
 445 }
 446
 447 static struct verifier_state *push_stack(struct verifier_env *env, int insn_idx,
 448                                          int prev_insn_idx)
 449 {
 450         struct verifier_stack_elem *elem;
 451
 452         elem = kmalloc(sizeof(struct verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 453         if (!elem)
 454                 goto err;
 455
 456         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 457         elem->insn_idx = insn_idx;
 458         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 459         elem->next = env->head;
 460         env->head = elem;
 461         env->stack_size++;
 462         if (env->stack_size > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK) {
 463                 verbose("BPF program is too complex\n");
 464                 goto err;
 465         }
 466         return &elem->st;
 467 err:
 468         /* pop all elements and return */
 469         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 470         return NULL;
 471 }
 472
 473 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 474 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 475         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 476 };
 477
 478 static void init_reg_state(struct reg_state *regs)
 479 {
 480         int i;
 481
 482         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 483                 regs[i].type = NOT_INIT;
 484                 regs[i].imm = 0;
 485         }
 486
 487         /* frame pointer */
 488         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 489
 490         /* 1st arg to a function */
 491         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 492 }
 493
 494 static void mark_reg_unknown_value(struct reg_state *regs, u32 regno)
 495 {
 496         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 497         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 498         regs[regno].imm = 0;
 499 }
 500
 501 enum reg_arg_type {
 502         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 503         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 504         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 505 };
 506
 507 static int check_reg_arg(struct reg_state *regs, u32 regno,
 508                          enum reg_arg_type t)
 509 {
 510         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 511                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 512                 return -EINVAL;
 513         }
 514
 515         if (t == SRC_OP) {
 516                 /* check whether register used as source operand can be read */
 517                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 518                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 519                         return -EACCES;
 520                 }
 521         } else {
 522                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 523                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 524                         verbose("frame pointer is read only\n");
 525                         return -EACCES;
 526                 }
 527                 if (t == DST_OP)
 528                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 529         }
 530         return 0;
 531 }
 532
 533 static int bpf_size_to_bytes(int bpf_size)
 534 {
 535         if (bpf_size == BPF_W)
 536                 return 4;
 537         else if (bpf_size == BPF_H)
 538                 return 2;
 539         else if (bpf_size == BPF_B)
 540                 return 1;
 541         else if (bpf_size == BPF_DW)
 542                 return 8;
 543         else
 544                 return -EINVAL;
 545 }
 546
 547 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 548 {
 549         switch (type) {
 550         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 551         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 552         case PTR_TO_STACK:
 553         case PTR_TO_CTX:
 554         case PTR_TO_PACKET:
 555         case PTR_TO_PACKET_END:
 556         case FRAME_PTR:
 557         case CONST_PTR_TO_MAP:
 558                 return true;
 559         default:
 560                 return false;
 561         }
 562 }
 563
 564 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 565  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 566  */
 567 static int check_stack_write(struct verifier_state *state, int off, int size,
 568                              int value_regno)
 569 {
 570         int i;
 571         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 572          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 573          */
 574
 575         if (value_regno >= 0 &&
 576             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 577
 578                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 579                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 580                         verbose("invalid size of register spill\n");
 581                         return -EACCES;
 582                 }
 583
 584                 /* save register state */
 585                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 586                         state->regs[value_regno];
 587
 588                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 589                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 590         } else {
 591                 /* regular write of data into stack */
 592                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 593                         (struct reg_state) {};
 594
 595                 for (i = 0; i < size; i++)
 596                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 597         }
 598         return 0;
 599 }
 600
 601 static int check_stack_read(struct verifier_state *state, int off, int size,
 602                             int value_regno)
 603 {
 604         u8 *slot_type;
 605         int i;
 606
 607         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 608
 609         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 610                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 611                         verbose("invalid size of register spill\n");
 612                         return -EACCES;
 613                 }
 614                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 615                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 616                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 617                                 return -EACCES;
 618                         }
 619                 }
 620
 621                 if (value_regno >= 0)
 622                         /* restore register state from stack */
 623                         state->regs[value_regno] =
 624                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 625                 return 0;
 626         } else {
 627                 for (i = 0; i < size; i++) {
 628                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 629                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 630                                         off, i, size);
 631                                 return -EACCES;
 632                         }
 633                 }
 634                 if (value_regno >= 0)
 635                         /* have read misc data from the stack */
 636                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 637                 return 0;
 638         }
 639 }
 640
 641 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 642 static int check_map_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 643                             int size)
 644 {
 645         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 646
 647         if (off < 0 || off + size > map->value_size) {
 648                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 649                         map->value_size, off, size);
 650                 return -EACCES;
 651         }
 652         return 0;
 653 }
 654
 655 #define MAX_PACKET_OFF 0xffff
 656
 657 static bool may_write_pkt_data(enum bpf_prog_type type)
 658 {
 659         switch (type) {
 660         case BPF_PROG_TYPE_XDP:
 661                 return true;
 662         default:
 663                 return false;
 664         }
 665 }
 666
 667 static int check_packet_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 668                                int size)
 669 {
 670         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 671         struct reg_state *reg = &regs[regno];
 672
 673         off += reg->off;
 674         if (off < 0 || off + size > reg->range) {
 675                 verbose("invalid access to packet, off=%d size=%d, R%d(id=%d,off=%d,r=%d)\n",
 676                         off, size, regno, reg->id, reg->off, reg->range);
 677                 return -EACCES;
 678         }
 679         return 0;
 680 }
 681
 682 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 683 static int check_ctx_access(struct verifier_env *env, int off, int size,
 684                             enum bpf_access_type t, enum bpf_reg_type *reg_type)
 685 {
 686         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 687             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t, reg_type)) {
 688                 /* remember the offset of last byte accessed in ctx */
 689                 if (env->prog->aux->max_ctx_offset < off + size)
 690                         env->prog->aux->max_ctx_offset = off + size;
 691                 return 0;
 692         }
 693
 694         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 695         return -EACCES;
 696 }
 697
 698 static bool is_pointer_value(struct verifier_env *env, int regno)
 699 {
 700         if (env->allow_ptr_leaks)
 701                 return false;
 702
 703         switch (env->cur_state.regs[regno].type) {
 704         case UNKNOWN_VALUE:
 705         case CONST_IMM:
 706                 return false;
 707         default:
 708                 return true;
 709         }
 710 }
 711
 712 static int check_ptr_alignment(struct verifier_env *env, struct reg_state *reg,
 713                                int off, int size)
 714 {
 715         if (reg->type != PTR_TO_PACKET) {
 716                 if (off % size != 0) {
 717                         verbose("misaligned access off %d size %d\n", off, size);
 718                         return -EACCES;
 719                 } else {
 720                         return 0;
 721                 }
 722         }
 723
 724         switch (env->prog->type) {
 725         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
 726         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
 727         case BPF_PROG_TYPE_XDP:
 728                 break;
 729         default:
 730                 verbose("verifier is misconfigured\n");
 731                 return -EACCES;
 732         }
 733
 734         if (IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS))
 735                 /* misaligned access to packet is ok on x86,arm,arm64 */
 736                 return 0;
 737
 738         if (reg->id && size != 1) {
 739                 verbose("Unknown packet alignment. Only byte-sized access allowed\n");
 740                 return -EACCES;
 741         }
 742
 743         /* skb->data is NET_IP_ALIGN-ed */
 744         if ((NET_IP_ALIGN + reg->off + off) % size != 0) {
 745                 verbose("misaligned packet access off %d+%d+%d size %d\n",
 746                         NET_IP_ALIGN, reg->off, off, size);
 747                 return -EACCES;
 748         }
 749         return 0;
 750 }
 751
 752 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 753  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 754  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 755  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 756  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 757  */
 758 static int check_mem_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 759                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 760                             int value_regno)
 761 {
 762         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 763         struct reg_state *reg = &state->regs[regno];
 764         int size, err = 0;
 765
 766         if (reg->type == PTR_TO_STACK)
 767                 off += reg->imm;
 768
 769         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 770         if (size < 0)
 771                 return size;
 772
 773         err = check_ptr_alignment(env, reg, off, size);
 774         if (err)
 775                 return err;
 776
 777         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE) {
 778                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 779                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 780                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 781                         return -EACCES;
 782                 }
 783                 err = check_map_access(env, regno, off, size);
 784                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 785                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 786
 787         } else if (reg->type == PTR_TO_CTX) {
 788                 enum bpf_reg_type reg_type = UNKNOWN_VALUE;
 789
 790                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 791                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 792                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 793                         return -EACCES;
 794                 }
 795                 err = check_ctx_access(env, off, size, t, &reg_type);
 796                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0) {
 797                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 798                         if (env->allow_ptr_leaks)
 799                                 /* note that reg.[id|off|range] == 0 */
 800                                 state->regs[value_regno].type = reg_type;
 801                 }
 802
 803         } else if (reg->type == FRAME_PTR || reg->type == PTR_TO_STACK) {
 804                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 805                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 806                         return -EACCES;
 807                 }
 808                 if (t == BPF_WRITE) {
 809                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 810                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 811                             size != BPF_REG_SIZE) {
 812                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 813                                 return -EACCES;
 814                         }
 815                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 816                 } else {
 817                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 818                 }
 819         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_PACKET) {
 820                 if (t == BPF_WRITE && !may_write_pkt_data(env->prog->type)) {
 821                         verbose("cannot write into packet\n");
 822                         return -EACCES;
 823                 }
 824                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 825                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 826                         verbose("R%d leaks addr into packet\n", value_regno);
 827                         return -EACCES;
 828                 }
 829                 err = check_packet_access(env, regno, off, size);
 830                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 831                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 832         } else {
 833                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 834                         regno, reg_type_str[reg->type]);
 835                 return -EACCES;
 836         }
 837
 838         if (!err && size <= 2 && value_regno >= 0 && env->allow_ptr_leaks &&
 839             state->regs[value_regno].type == UNKNOWN_VALUE) {
 840                 /* 1 or 2 byte load zero-extends, determine the number of
 841                  * zero upper bits. Not doing it fo 4 byte load, since
 842                  * such values cannot be added to ptr_to_packet anyway.
 843                  */
 844                 state->regs[value_regno].imm = 64 - size * 8;
 845         }
 846         return err;
 847 }
 848
 849 static int check_xadd(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
 850 {
 851         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 852         int err;
 853
 854         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 855             insn->imm != 0) {
 856                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 857                 return -EINVAL;
 858         }
 859
 860         /* check src1 operand */
 861         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 862         if (err)
 863                 return err;
 864
 865         /* check src2 operand */
 866         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 867         if (err)
 868                 return err;
 869
 870         /* check whether atomic_add can read the memory */
 871         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 872                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
 873         if (err)
 874                 return err;
 875
 876         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
 877         return check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 878                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
 879 }
 880
 881 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
 882  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
 883  * and all elements of stack are initialized
 884  */
 885 static int check_stack_boundary(struct verifier_env *env, int regno,
 886                                 int access_size, bool zero_size_allowed,
 887                                 struct bpf_call_arg_meta *meta)
 888 {
 889         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 890         struct reg_state *regs = state->regs;
 891         int off, i;
 892
 893         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK) {
 894                 if (zero_size_allowed && access_size == 0 &&
 895                     regs[regno].type == CONST_IMM &&
 896                     regs[regno].imm  == 0)
 897                         return 0;
 898
 899                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 900                         reg_type_str[regs[regno].type],
 901                         reg_type_str[PTR_TO_STACK]);
 902                 return -EACCES;
 903         }
 904
 905         off = regs[regno].imm;
 906         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
 907             access_size <= 0) {
 908                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
 909                         regno, off, access_size);
 910                 return -EACCES;
 911         }
 912
 913         if (meta && meta->raw_mode) {
 914                 meta->access_size = access_size;
 915                 meta->regno = regno;
 916                 return 0;
 917         }
 918
 919         for (i = 0; i < access_size; i++) {
 920                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
 921                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
 922                                 off, i, access_size);
 923                         return -EACCES;
 924                 }
 925         }
 926         return 0;
 927 }
 928
 929 static int check_func_arg(struct verifier_env *env, u32 regno,
 930                           enum bpf_arg_type arg_type,
 931                           struct bpf_call_arg_meta *meta)
 932 {
 933         struct reg_state *reg = env->cur_state.regs + regno;
 934         enum bpf_reg_type expected_type;
 935         int err = 0;
 936
 937         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
 938                 return 0;
 939
 940         if (reg->type == NOT_INIT) {
 941                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 942                 return -EACCES;
 943         }
 944
 945         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
 946                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
 947                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
 948                         return -EACCES;
 949                 }
 950                 return 0;
 951         }
 952
 953         if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
 954             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
 955                 expected_type = PTR_TO_STACK;
 956         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE ||
 957                    arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO) {
 958                 expected_type = CONST_IMM;
 959         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
 960                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
 961         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
 962                 expected_type = PTR_TO_CTX;
 963         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_STACK ||
 964                    arg_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK) {
 965                 expected_type = PTR_TO_STACK;
 966                 /* One exception here. In case function allows for NULL to be
 967                  * passed in as argument, it's a CONST_IMM type. Final test
 968                  * happens during stack boundary checking.
 969                  */
 970                 if (reg->type == CONST_IMM && reg->imm == 0)
 971                         expected_type = CONST_IMM;
 972                 meta->raw_mode = arg_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK;
 973         } else {
 974                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
 975                 return -EFAULT;
 976         }
 977
 978         if (reg->type != expected_type) {
 979                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 980                         reg_type_str[reg->type], reg_type_str[expected_type]);
 981                 return -EACCES;
 982         }
 983
 984         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
 985                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
 986                 meta->map_ptr = reg->map_ptr;
 987         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
 988                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
 989                  * check that [key, key + map->key_size) are within
 990                  * stack limits and initialized
 991                  */
 992                 if (!meta->map_ptr) {
 993                         /* in function declaration map_ptr must come before
 994                          * map_key, so that it's verified and known before
 995                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
 996                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
 997                          */
 998                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
 999                         return -EACCES;
1000                 }
1001                 err = check_stack_boundary(env, regno, meta->map_ptr->key_size,
1002                                            false, NULL);
1003         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1004                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
1005                  * check [value, value + map->value_size) validity
1006                  */
1007                 if (!meta->map_ptr) {
1008                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1009                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
1010                         return -EACCES;
1011                 }
1012                 err = check_stack_boundary(env, regno,
1013                                            meta->map_ptr->value_size,
1014                                            false, NULL);
1015         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE ||
1016                    arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO) {
1017                 bool zero_size_allowed = (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO);
1018
1019                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
1020                  * from stack pointer 'buf'. Check it
1021                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
1022                  */
1023                 if (regno == 0) {
1024                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1025                         verbose("ARG_CONST_STACK_SIZE cannot be first argument\n");
1026                         return -EACCES;
1027                 }
1028                 err = check_stack_boundary(env, regno - 1, reg->imm,
1029                                            zero_size_allowed, meta);
1030         }
1031
1032         return err;
1033 }
1034
1035 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
1036 {
1037         if (!map)
1038                 return 0;
1039
1040         /* We need a two way check, first is from map perspective ... */
1041         switch (map->map_type) {
1042         case BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY:
1043                 if (func_id != BPF_FUNC_tail_call)
1044                         goto error;
1045                 break;
1046         case BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY:
1047                 if (func_id != BPF_FUNC_perf_event_read &&
1048                     func_id != BPF_FUNC_perf_event_output)
1049                         goto error;
1050                 break;
1051         case BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE:
1052                 if (func_id != BPF_FUNC_get_stackid)
1053                         goto error;
1054                 break;
1055         case BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY:
1056                 if (func_id != BPF_FUNC_skb_under_cgroup)
1057                         goto error;
1058                 break;
1059         default:
1060                 break;
1061         }
1062
1063         /* ... and second from the function itself. */
1064         switch (func_id) {
1065         case BPF_FUNC_tail_call:
1066                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
1067                         goto error;
1068                 break;
1069         case BPF_FUNC_perf_event_read:
1070         case BPF_FUNC_perf_event_output:
1071                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY)
1072                         goto error;
1073                 break;
1074         case BPF_FUNC_get_stackid:
1075                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE)
1076                         goto error;
1077                 break;
1078         case BPF_FUNC_skb_under_cgroup:
1079                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY)
1080                         goto error;
1081                 break;
1082         default:
1083                 break;
1084         }
1085
1086         return 0;
1087 error:
1088         verbose("cannot pass map_type %d into func %d\n",
1089                 map->map_type, func_id);
1090         return -EINVAL;
1091 }
1092
1093 static int check_raw_mode(const struct bpf_func_proto *fn)
1094 {
1095         int count = 0;
1096
1097         if (fn->arg1_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1098                 count++;
1099         if (fn->arg2_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1100                 count++;
1101         if (fn->arg3_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1102                 count++;
1103         if (fn->arg4_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1104                 count++;
1105         if (fn->arg5_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1106                 count++;
1107
1108         return count > 1 ? -EINVAL : 0;
1109 }
1110
1111 static void clear_all_pkt_pointers(struct verifier_env *env)
1112 {
1113         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1114         struct reg_state *regs = state->regs, *reg;
1115         int i;
1116
1117         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1118                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET ||
1119                     regs[i].type == PTR_TO_PACKET_END)
1120                         mark_reg_unknown_value(regs, i);
1121
1122         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1123                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1124                         continue;
1125                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1126                 if (reg->type != PTR_TO_PACKET &&
1127                     reg->type != PTR_TO_PACKET_END)
1128                         continue;
1129                 reg->type = UNKNOWN_VALUE;
1130                 reg->imm = 0;
1131         }
1132 }
1133
1134 static int check_call(struct verifier_env *env, int func_id)
1135 {
1136         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1137         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
1138         struct reg_state *regs = state->regs;
1139         struct reg_state *reg;
1140         struct bpf_call_arg_meta meta;
1141         bool changes_data;
1142         int i, err;
1143
1144         /* find function prototype */
1145         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
1146                 verbose("invalid func %d\n", func_id);
1147                 return -EINVAL;
1148         }
1149
1150         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
1151                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
1152
1153         if (!fn) {
1154                 verbose("unknown func %d\n", func_id);
1155                 return -EINVAL;
1156         }
1157
1158         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
1159         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
1160                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
1161                 return -EINVAL;
1162         }
1163
1164         changes_data = bpf_helper_changes_skb_data(fn->func);
1165
1166         memset(&meta, 0, sizeof(meta));
1167
1168         /* We only support one arg being in raw mode at the moment, which
1169          * is sufficient for the helper functions we have right now.
1170          */
1171         err = check_raw_mode(fn);
1172         if (err) {
1173                 verbose("kernel subsystem misconfigured func %d\n", func_id);
1174                 return err;
1175         }
1176
1177         /* check args */
1178         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &meta);
1179         if (err)
1180                 return err;
1181         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &meta);
1182         if (err)
1183                 return err;
1184         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &meta);
1185         if (err)
1186                 return err;
1187         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &meta);
1188         if (err)
1189                 return err;
1190         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &meta);
1191         if (err)
1192                 return err;
1193
1194         /* Mark slots with STACK_MISC in case of raw mode, stack offset
1195          * is inferred from register state.
1196          */
1197         for (i = 0; i < meta.access_size; i++) {
1198                 err = check_mem_access(env, meta.regno, i, BPF_B, BPF_WRITE, -1);
1199                 if (err)
1200                         return err;
1201         }
1202
1203         /* reset caller saved regs */
1204         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1205                 reg = regs + caller_saved[i];
1206                 reg->type = NOT_INIT;
1207                 reg->imm = 0;
1208         }
1209
1210         /* update return register */
1211         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
1212                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1213         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
1214                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
1215         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1216                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
1217                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
1218                  * can check 'value_size' boundary of memory access
1219                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
1220                  */
1221                 if (meta.map_ptr == NULL) {
1222                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
1223                         return -EINVAL;
1224                 }
1225                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = meta.map_ptr;
1226         } else {
1227                 verbose("unknown return type %d of func %d\n",
1228                         fn->ret_type, func_id);
1229                 return -EINVAL;
1230         }
1231
1232         err = check_map_func_compatibility(meta.map_ptr, func_id);
1233         if (err)
1234                 return err;
1235
1236         if (changes_data)
1237                 clear_all_pkt_pointers(env);
1238         return 0;
1239 }
1240
1241 static int check_packet_ptr_add(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1242 {
1243         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1244         struct reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1245         struct reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1246         struct reg_state tmp_reg;
1247         s32 imm;
1248
1249         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1250                 /* pkt_ptr += imm */
1251                 imm = insn->imm;
1252
1253 add_imm:
1254                 if (imm <= 0) {
1255                         verbose("addition of negative constant to packet pointer is not allowed\n");
1256                         return -EACCES;
1257                 }
1258                 if (imm >= MAX_PACKET_OFF ||
1259                     imm + dst_reg->off >= MAX_PACKET_OFF) {
1260                         verbose("constant %d is too large to add to packet pointer\n",
1261                                 imm);
1262                         return -EACCES;
1263                 }
1264                 /* a constant was added to pkt_ptr.
1265                  * Remember it while keeping the same 'id'
1266                  */
1267                 dst_reg->off += imm;
1268         } else {
1269                 if (src_reg->type == PTR_TO_PACKET) {
1270                         /* R6=pkt(id=0,off=0,r=62) R7=imm22; r7 += r6 */
1271                         tmp_reg = *dst_reg;  /* save r7 state */
1272                         *dst_reg = *src_reg; /* copy pkt_ptr state r6 into r7 */
1273                         src_reg = &tmp_reg;  /* pretend it's src_reg state */
1274                         /* if the checks below reject it, the copy won't matter,
1275                          * since we're rejecting the whole program. If all ok,
1276                          * then imm22 state will be added to r7
1277                          * and r7 will be pkt(id=0,off=22,r=62) while
1278                          * r6 will stay as pkt(id=0,off=0,r=62)
1279                          */
1280                 }
1281
1282                 if (src_reg->type == CONST_IMM) {
1283                         /* pkt_ptr += reg where reg is known constant */
1284                         imm = src_reg->imm;
1285                         goto add_imm;
1286                 }
1287                 /* disallow pkt_ptr += reg
1288                  * if reg is not uknown_value with guaranteed zero upper bits
1289                  * otherwise pkt_ptr may overflow and addition will become
1290                  * subtraction which is not allowed
1291                  */
1292                 if (src_reg->type != UNKNOWN_VALUE) {
1293                         verbose("cannot add '%s' to ptr_to_packet\n",
1294                                 reg_type_str[src_reg->type]);
1295                         return -EACCES;
1296                 }
1297                 if (src_reg->imm < 48) {
1298                         verbose("cannot add integer value with %lld upper zero bits to ptr_to_packet\n",
1299                                 src_reg->imm);
1300                         return -EACCES;
1301                 }
1302                 /* dst_reg stays as pkt_ptr type and since some positive
1303                  * integer value was added to the pointer, increment its 'id'
1304                  */
1305                 dst_reg->id = ++env->id_gen;
1306
1307                 /* something was added to pkt_ptr, set range and off to zero */
1308                 dst_reg->off = 0;
1309                 dst_reg->range = 0;
1310         }
1311         return 0;
1312 }
1313
1314 static int evaluate_reg_alu(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1315 {
1316         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1317         struct reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1318         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1319         s64 imm_log2;
1320
1321         /* for type == UNKNOWN_VALUE:
1322          * imm > 0 -> number of zero upper bits
1323          * imm == 0 -> don't track which is the same as all bits can be non-zero
1324          */
1325
1326         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1327                 struct reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1328
1329                 if (src_reg->type == UNKNOWN_VALUE && src_reg->imm > 0 &&
1330                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1331                         /* dreg += sreg
1332                          * where both have zero upper bits. Adding them
1333                          * can only result making one more bit non-zero
1334                          * in the larger value.
1335                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1336                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1337                          */
1338                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, src_reg->imm);
1339                         dst_reg->imm--;
1340                         return 0;
1341                 }
1342                 if (src_reg->type == CONST_IMM && src_reg->imm > 0 &&
1343                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1344                         /* dreg += sreg
1345                          * where dreg has zero upper bits and sreg is const.
1346                          * Adding them can only result making one more bit
1347                          * non-zero in the larger value.
1348                          */
1349                         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)src_reg->imm);
1350                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1351                         dst_reg->imm--;
1352                         return 0;
1353                 }
1354                 /* all other cases non supported yet, just mark dst_reg */
1355                 dst_reg->imm = 0;
1356                 return 0;
1357         }
1358
1359         /* sign extend 32-bit imm into 64-bit to make sure that
1360          * negative values occupy bit 63. Note ilog2() would have
1361          * been incorrect, since sizeof(insn->imm) == 4
1362          */
1363         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)insn->imm);
1364
1365         if (dst_reg->imm && opcode == BPF_LSH) {
1366                 /* reg <<= imm
1367                  * if reg was a result of 2 byte load, then its imm == 48
1368                  * which means that upper 48 bits are zero and shifting this reg
1369                  * left by 4 would mean that upper 44 bits are still zero
1370                  */
1371                 dst_reg->imm -= insn->imm;
1372         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_MUL) {
1373                 /* reg *= imm
1374                  * if multiplying by 14 subtract 4
1375                  * This is conservative calculation of upper zero bits.
1376                  * It's not trying to special case insn->imm == 1 or 0 cases
1377                  */
1378                 dst_reg->imm -= imm_log2 + 1;
1379         } else if (opcode == BPF_AND) {
1380                 /* reg &= imm */
1381                 dst_reg->imm = 63 - imm_log2;
1382         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1383                 /* reg += imm */
1384                 dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1385                 dst_reg->imm--;
1386         } else if (opcode == BPF_RSH) {
1387                 /* reg >>= imm
1388                  * which means that after right shift, upper bits will be zero
1389                  * note that verifier already checked that
1390                  * 0 <= imm < 64 for shift insn
1391                  */
1392                 dst_reg->imm += insn->imm;
1393                 if (unlikely(dst_reg->imm > 64))
1394                         /* some dumb code did:
1395                          * r2 = *(u32 *)mem;
1396                          * r2 >>= 32;
1397                          * and all bits are zero now */
1398                         dst_reg->imm = 64;
1399         } else {
1400                 /* all other alu ops, means that we don't know what will
1401                  * happen to the value, mark it with unknown number of zero bits
1402                  */
1403                 dst_reg->imm = 0;
1404         }
1405
1406         if (dst_reg->imm < 0) {
1407                 /* all 64 bits of the register can contain non-zero bits
1408                  * and such value cannot be added to ptr_to_packet, since it
1409                  * may overflow, mark it as unknown to avoid further eval
1410                  */
1411                 dst_reg->imm = 0;
1412         }
1413         return 0;
1414 }
1415
1416 static int evaluate_reg_imm_alu(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1417 {
1418         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1419         struct reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1420         struct reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1421         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1422
1423         /* dst_reg->type == CONST_IMM here, simulate execution of 'add' insn.
1424          * Don't care about overflow or negative values, just add them
1425          */
1426         if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K)
1427                 dst_reg->imm += insn->imm;
1428         else if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1429                  src_reg->type == CONST_IMM)
1430                 dst_reg->imm += src_reg->imm;
1431         else
1432                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1433         return 0;
1434 }
1435
1436 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1437 static int check_alu_op(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1438 {
1439         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1440         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1441         int err;
1442
1443         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1444                 if (opcode == BPF_NEG) {
1445                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1446                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1447                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1448                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1449                                 return -EINVAL;
1450                         }
1451                 } else {
1452                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1453                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1454                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1455                                 return -EINVAL;
1456                         }
1457                 }
1458
1459                 /* check src operand */
1460                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1461                 if (err)
1462                         return err;
1463
1464                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1465                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1466                                 insn->dst_reg);
1467                         return -EACCES;
1468                 }
1469
1470                 /* check dest operand */
1471                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1472                 if (err)
1473                         return err;
1474
1475         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1476
1477                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1478                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1479                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1480                                 return -EINVAL;
1481                         }
1482
1483                         /* check src operand */
1484                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1485                         if (err)
1486                                 return err;
1487                 } else {
1488                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1489                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1490                                 return -EINVAL;
1491                         }
1492                 }
1493
1494                 /* check dest operand */
1495                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1496                 if (err)
1497                         return err;
1498
1499                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1500                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1501                                 /* case: R1 = R2
1502                                  * copy register state to dest reg
1503                                  */
1504                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1505                         } else {
1506                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1507                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1508                                                 insn->src_reg);
1509                                         return -EACCES;
1510                                 }
1511                                 regs[insn->dst_reg].type = UNKNOWN_VALUE;
1512                                 regs[insn->dst_reg].map_ptr = NULL;
1513                         }
1514                 } else {
1515                         /* case: R = imm
1516                          * remember the value we stored into this reg
1517                          */
1518                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1519                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1520                 }
1521
1522         } else if (opcode > BPF_END) {
1523                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1524                 return -EINVAL;
1525
1526         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1527
1528                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1529                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1530                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1531                                 return -EINVAL;
1532                         }
1533                         /* check src1 operand */
1534                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1535                         if (err)
1536                                 return err;
1537                 } else {
1538                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1539                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1540                                 return -EINVAL;
1541                         }
1542                 }
1543
1544                 /* check src2 operand */
1545                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1546                 if (err)
1547                         return err;
1548
1549                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1550                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1551                         verbose("div by zero\n");
1552                         return -EINVAL;
1553                 }
1554
1555                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1556                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1557                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1558
1559                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1560                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1561                                 return -EINVAL;
1562                         }
1563                 }
1564
1565                 /* check dest operand */
1566                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1567                 if (err)
1568                         return err;
1569
1570                 dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1571
1572                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1573                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1574                     dst_reg->type == FRAME_PTR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1575                         dst_reg->type = PTR_TO_STACK;
1576                         dst_reg->imm = insn->imm;
1577                         return 0;
1578                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
1579                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1580                            (dst_reg->type == PTR_TO_PACKET ||
1581                             (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1582                              regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET))) {
1583                         /* ptr_to_packet += K|X */
1584                         return check_packet_ptr_add(env, insn);
1585                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1586                            dst_reg->type == UNKNOWN_VALUE &&
1587                            env->allow_ptr_leaks) {
1588                         /* unknown += K|X */
1589                         return evaluate_reg_alu(env, insn);
1590                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1591                            dst_reg->type == CONST_IMM &&
1592                            env->allow_ptr_leaks) {
1593                         /* reg_imm += K|X */
1594                         return evaluate_reg_imm_alu(env, insn);
1595                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1596                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1597                                 insn->dst_reg);
1598                         return -EACCES;
1599                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1600                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1601                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1602                                 insn->src_reg);
1603                         return -EACCES;
1604                 }
1605
1606                 /* mark dest operand */
1607                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1608         }
1609
1610         return 0;
1611 }
1612
1613 static void find_good_pkt_pointers(struct verifier_env *env,
1614                                    struct reg_state *dst_reg)
1615 {
1616         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1617         struct reg_state *regs = state->regs, *reg;
1618         int i;
1619         /* r2 = r3;
1620          * r2 += 8
1621          * if (r2 > pkt_end) goto somewhere
1622          * r2 == dst_reg, pkt_end == src_reg,
1623          * r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1624          * r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1625          * find register r3 and mark its range as r3=pkt(id=n,off=0,r=8)
1626          * so that range of bytes [r3, r3 + 8) is safe to access
1627          */
1628         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1629                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET && regs[i].id == dst_reg->id)
1630                         regs[i].range = dst_reg->off;
1631
1632         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1633                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1634                         continue;
1635                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1636                 if (reg->type == PTR_TO_PACKET && reg->id == dst_reg->id)
1637                         reg->range = dst_reg->off;
1638         }
1639 }
1640
1641 static int check_cond_jmp_op(struct verifier_env *env,
1642                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
1643 {
1644         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1645         struct verifier_state *other_branch;
1646         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1647         int err;
1648
1649         if (opcode > BPF_EXIT) {
1650                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
1651                 return -EINVAL;
1652         }
1653
1654         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1655                 if (insn->imm != 0) {
1656                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1657                         return -EINVAL;
1658                 }
1659
1660                 /* check src1 operand */
1661                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1662                 if (err)
1663                         return err;
1664
1665                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1666                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
1667                                 insn->src_reg);
1668                         return -EACCES;
1669                 }
1670         } else {
1671                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1672                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1673                         return -EINVAL;
1674                 }
1675         }
1676
1677         /* check src2 operand */
1678         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1679         if (err)
1680                 return err;
1681
1682         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1683
1684         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
1685         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1686             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1687             dst_reg->type == CONST_IMM && dst_reg->imm == insn->imm) {
1688                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1689                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
1690                          * only follow the goto, ignore fall-through
1691                          */
1692                         *insn_idx += insn->off;
1693                         return 0;
1694                 } else {
1695                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
1696                          * only follow fall-through branch, since
1697                          * that's where the program will go
1698                          */
1699                         return 0;
1700                 }
1701         }
1702
1703         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
1704         if (!other_branch)
1705                 return -EFAULT;
1706
1707         /* detect if R == 0 where R is returned value from bpf_map_lookup_elem() */
1708         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1709             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1710             dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1711                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1712                         /* next fallthrough insn can access memory via
1713                          * this register
1714                          */
1715                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1716                         /* branch targer cannot access it, since reg == 0 */
1717                         mark_reg_unknown_value(other_branch->regs,
1718                                                insn->dst_reg);
1719                 } else {
1720                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1721                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1722                 }
1723         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGT &&
1724                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET &&
1725                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET_END) {
1726                 find_good_pkt_pointers(env, dst_reg);
1727         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1728                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
1729                 return -EACCES;
1730         }
1731         if (log_level)
1732                 print_verifier_state(&env->cur_state);
1733         return 0;
1734 }
1735
1736 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
1737 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
1738 {
1739         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
1740
1741         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
1742 }
1743
1744 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
1745 static int check_ld_imm(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1746 {
1747         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1748         int err;
1749
1750         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
1751                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
1752                 return -EINVAL;
1753         }
1754         if (insn->off != 0) {
1755                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
1756                 return -EINVAL;
1757         }
1758
1759         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1760         if (err)
1761                 return err;
1762
1763         if (insn->src_reg == 0)
1764                 /* generic move 64-bit immediate into a register */
1765                 return 0;
1766
1767         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
1768         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
1769
1770         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
1771         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
1772         return 0;
1773 }
1774
1775 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
1776 {
1777         switch (type) {
1778         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
1779         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
1780         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
1781                 return true;
1782         default:
1783                 return false;
1784         }
1785 }
1786
1787 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
1788  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
1789  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
1790  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
1791  *
1792  * Implicit input:
1793  *   ctx == skb == R6 == CTX
1794  *
1795  * Explicit input:
1796  *   SRC == any register
1797  *   IMM == 32-bit immediate
1798  *
1799  * Output:
1800  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
1801  */
1802 static int check_ld_abs(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1803 {
1804         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1805         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1806         struct reg_state *reg;
1807         int i, err;
1808
1809         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
1810                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] instructions not allowed for this program type\n");
1811                 return -EINVAL;
1812         }
1813
1814         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1815             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
1816             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
1817                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] uses reserved fields\n");
1818                 return -EINVAL;
1819         }
1820
1821         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
1822         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
1823         if (err)
1824                 return err;
1825
1826         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
1827                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
1828                 return -EINVAL;
1829         }
1830
1831         if (mode == BPF_IND) {
1832                 /* check explicit source operand */
1833                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1834                 if (err)
1835                         return err;
1836         }
1837
1838         /* reset caller saved regs to unreadable */
1839         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1840                 reg = regs + caller_saved[i];
1841                 reg->type = NOT_INIT;
1842                 reg->imm = 0;
1843         }
1844
1845         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
1846          * the value fetched from the packet
1847          */
1848         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1849         return 0;
1850 }
1851
1852 /* non-recursive DFS pseudo code
1853  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
1854  * 2      label v as discovered
1855  * 3      let S be a stack
1856  * 4      S.push(v)
1857  * 5      while S is not empty
1858  * 6            t <- S.pop()
1859  * 7            if t is what we're looking for:
1860  * 8                return t
1861  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
1862  * 10               if edge e is already labelled
1863  * 11                   continue with the next edge
1864  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
1865  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
1866  * 14                   label e as tree-edge
1867  * 15                   label w as discovered
1868  * 16                   S.push(w)
1869  * 17                   continue at 5
1870  * 18               else if vertex w is discovered
1871  * 19                   label e as back-edge
1872  * 20               else
1873  * 21                   // vertex w is explored
1874  * 22                   label e as forward- or cross-edge
1875  * 23           label t as explored
1876  * 24           S.pop()
1877  *
1878  * convention:
1879  * 0x10 - discovered
1880  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
1881  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
1882  * 0x20 - explored
1883  */
1884
1885 enum {
1886         DISCOVERED = 0x10,
1887         EXPLORED = 0x20,
1888         FALLTHROUGH = 1,
1889         BRANCH = 2,
1890 };
1891
1892 #define STATE_LIST_MARK ((struct verifier_state_list *) -1L)
1893
1894 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
1895 static int cur_stack;   /* current stack index */
1896 static int *insn_state;
1897
1898 /* t, w, e - match pseudo-code above:
1899  * t - index of current instruction
1900  * w - next instruction
1901  * e - edge
1902  */
1903 static int push_insn(int t, int w, int e, struct verifier_env *env)
1904 {
1905         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
1906                 return 0;
1907
1908         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
1909                 return 0;
1910
1911         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
1912                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
1913                 return -EINVAL;
1914         }
1915
1916         if (e == BRANCH)
1917                 /* mark branch target for state pruning */
1918                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
1919
1920         if (insn_state[w] == 0) {
1921                 /* tree-edge */
1922                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1923                 insn_state[w] = DISCOVERED;
1924                 if (cur_stack >= env->prog->len)
1925                         return -E2BIG;
1926                 insn_stack[cur_stack++] = w;
1927                 return 1;
1928         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
1929                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
1930                 return -EINVAL;
1931         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
1932                 /* forward- or cross-edge */
1933                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1934         } else {
1935                 verbose("insn state internal bug\n");
1936                 return -EFAULT;
1937         }
1938         return 0;
1939 }
1940
1941 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
1942  * loop == back-edge in directed graph
1943  */
1944 static int check_cfg(struct verifier_env *env)
1945 {
1946         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1947         int insn_cnt = env->prog->len;
1948         int ret = 0;
1949         int i, t;
1950
1951         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1952         if (!insn_state)
1953                 return -ENOMEM;
1954
1955         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1956         if (!insn_stack) {
1957                 kfree(insn_state);
1958                 return -ENOMEM;
1959         }
1960
1961         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
1962         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
1963         cur_stack = 1;
1964
1965 peek_stack:
1966         if (cur_stack == 0)
1967                 goto check_state;
1968         t = insn_stack[cur_stack - 1];
1969
1970         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
1971                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
1972
1973                 if (opcode == BPF_EXIT) {
1974                         goto mark_explored;
1975                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
1976                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1977                         if (ret == 1)
1978                                 goto peek_stack;
1979                         else if (ret < 0)
1980                                 goto err_free;
1981                         if (t + 1 < insn_cnt)
1982                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
1983                 } else if (opcode == BPF_JA) {
1984                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
1985                                 ret = -EINVAL;
1986                                 goto err_free;
1987                         }
1988                         /* unconditional jump with single edge */
1989                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
1990                                         FALLTHROUGH, env);
1991                         if (ret == 1)
1992                                 goto peek_stack;
1993                         else if (ret < 0)
1994                                 goto err_free;
1995                         /* tell verifier to check for equivalent states
1996                          * after every call and jump
1997                          */
1998                         if (t + 1 < insn_cnt)
1999                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2000                 } else {
2001                         /* conditional jump with two edges */
2002                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2003                         if (ret == 1)
2004                                 goto peek_stack;
2005                         else if (ret < 0)
2006                                 goto err_free;
2007
2008                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
2009                         if (ret == 1)
2010                                 goto peek_stack;
2011                         else if (ret < 0)
2012                                 goto err_free;
2013                 }
2014         } else {
2015                 /* all other non-branch instructions with single
2016                  * fall-through edge
2017                  */
2018                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2019                 if (ret == 1)
2020                         goto peek_stack;
2021                 else if (ret < 0)
2022                         goto err_free;
2023         }
2024
2025 mark_explored:
2026         insn_state[t] = EXPLORED;
2027         if (cur_stack-- <= 0) {
2028                 verbose("pop stack internal bug\n");
2029                 ret = -EFAULT;
2030                 goto err_free;
2031         }
2032         goto peek_stack;
2033
2034 check_state:
2035         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
2036                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
2037                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
2038                         ret = -EINVAL;
2039                         goto err_free;
2040                 }
2041         }
2042         ret = 0; /* cfg looks good */
2043
2044 err_free:
2045         kfree(insn_state);
2046         kfree(insn_stack);
2047         return ret;
2048 }
2049
2050 /* the following conditions reduce the number of explored insns
2051  * from ~140k to ~80k for ultra large programs that use a lot of ptr_to_packet
2052  */
2053 static bool compare_ptrs_to_packet(struct reg_state *old, struct reg_state *cur)
2054 {
2055         if (old->id != cur->id)
2056                 return false;
2057
2058         /* old ptr_to_packet is more conservative, since it allows smaller
2059          * range. Ex:
2060          * old(off=0,r=10) is equal to cur(off=0,r=20), because
2061          * old(off=0,r=10) means that with range=10 the verifier proceeded
2062          * further and found no issues with the program. Now we're in the same
2063          * spot with cur(off=0,r=20), so we're safe too, since anything further
2064          * will only be looking at most 10 bytes after this pointer.
2065          */
2066         if (old->off == cur->off && old->range < cur->range)
2067                 return true;
2068
2069         /* old(off=20,r=10) is equal to cur(off=22,re=22 or 5 or 0)
2070          * since both cannot be used for packet access and safe(old)
2071          * pointer has smaller off that could be used for further
2072          * 'if (ptr > data_end)' check
2073          * Ex:
2074          * old(off=20,r=10) and cur(off=22,r=22) and cur(off=22,r=0) mean
2075          * that we cannot access the packet.
2076          * The safe range is:
2077          * [ptr, ptr + range - off)
2078          * so whenever off >=range, it means no safe bytes from this pointer.
2079          * When comparing old->off <= cur->off, it means that older code
2080          * went with smaller offset and that offset was later
2081          * used to figure out the safe range after 'if (ptr > data_end)' check
2082          * Say, 'old' state was explored like:
2083          * ... R3(off=0, r=0)
2084          * R4 = R3 + 20
2085          * ... now R4(off=20,r=0)  <-- here
2086          * if (R4 > data_end)
2087          * ... R4(off=20,r=20), R3(off=0,r=20) and R3 can be used to access.
2088          * ... the code further went all the way to bpf_exit.
2089          * Now the 'cur' state at the mark 'here' has R4(off=30,r=0).
2090          * old_R4(off=20,r=0) equal to cur_R4(off=30,r=0), since if the verifier
2091          * goes further, such cur_R4 will give larger safe packet range after
2092          * 'if (R4 > data_end)' and all further insn were already good with r=20,
2093          * so they will be good with r=30 and we can prune the search.
2094          */
2095         if (old->off <= cur->off &&
2096             old->off >= old->range && cur->off >= cur->range)
2097                 return true;
2098
2099         return false;
2100 }
2101
2102 /* compare two verifier states
2103  *
2104  * all states stored in state_list are known to be valid, since
2105  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
2106  *
2107  * this function is called when verifier exploring different branches of
2108  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
2109  * more strict register state and more strict stack state then this execution
2110  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
2111  * concluded that more strict state leads to valid finish.
2112  *
2113  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
2114  * and explored stack state is more conservative than the current one.
2115  * Example:
2116  *       explored                   current
2117  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
2118  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
2119  *
2120  * In other words if current stack state (one being explored) has more
2121  * valid slots than old one that already passed validation, it means
2122  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
2123  *
2124  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
2125  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
2126  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
2127  */
2128 static bool states_equal(struct verifier_state *old, struct verifier_state *cur)
2129 {
2130         struct reg_state *rold, *rcur;
2131         int i;
2132
2133         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
2134                 rold = &old->regs[i];
2135                 rcur = &cur->regs[i];
2136
2137                 if (memcmp(rold, rcur, sizeof(*rold)) == 0)
2138                         continue;
2139
2140                 if (rold->type == NOT_INIT ||
2141                     (rold->type == UNKNOWN_VALUE && rcur->type != NOT_INIT))
2142                         continue;
2143
2144                 if (rold->type == PTR_TO_PACKET && rcur->type == PTR_TO_PACKET &&
2145                     compare_ptrs_to_packet(rold, rcur))
2146                         continue;
2147
2148                 return false;
2149         }
2150
2151         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
2152                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
2153                         continue;
2154                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
2155                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
2156                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
2157                          * this verifier states are not equivalent,
2158                          * return false to continue verification of this path
2159                          */
2160                         return false;
2161                 if (i % BPF_REG_SIZE)
2162                         continue;
2163                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2164                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2165                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
2166                         /* when explored and current stack slot types are
2167                          * the same, check that stored pointers types
2168                          * are the same as well.
2169                          * Ex: explored safe path could have stored
2170                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
2171                          * but current path has stored:
2172                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
2173                          * such verifier states are not equivalent.
2174                          * return false to continue verification of this path
2175                          */
2176                         return false;
2177                 else
2178                         continue;
2179         }
2180         return true;
2181 }
2182
2183 static int is_state_visited(struct verifier_env *env, int insn_idx)
2184 {
2185         struct verifier_state_list *new_sl;
2186         struct verifier_state_list *sl;
2187
2188         sl = env->explored_states[insn_idx];
2189         if (!sl)
2190                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
2191                  * be doing state search here
2192                  */
2193                 return 0;
2194
2195         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2196                 if (states_equal(&sl->state, &env->cur_state))
2197                         /* reached equivalent register/stack state,
2198                          * prune the search
2199                          */
2200                         return 1;
2201                 sl = sl->next;
2202         }
2203
2204         /* there were no equivalent states, remember current one.
2205          * technically the current state is not proven to be safe yet,
2206          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
2207          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
2208          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
2209          */
2210         new_sl = kmalloc(sizeof(struct verifier_state_list), GFP_USER);
2211         if (!new_sl)
2212                 return -ENOMEM;
2213
2214         /* add new state to the head of linked list */
2215         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
2216         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
2217         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
2218         return 0;
2219 }
2220
2221 static int do_check(struct verifier_env *env)
2222 {
2223         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
2224         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2225         struct reg_state *regs = state->regs;
2226         int insn_cnt = env->prog->len;
2227         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
2228         int insn_processed = 0;
2229         bool do_print_state = false;
2230
2231         init_reg_state(regs);
2232         insn_idx = 0;
2233         for (;;) {
2234                 struct bpf_insn *insn;
2235                 u8 class;
2236                 int err;
2237
2238                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
2239                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
2240                                 insn_idx, insn_cnt);
2241                         return -EFAULT;
2242                 }
2243
2244                 insn = &insns[insn_idx];
2245                 class = BPF_CLASS(insn->code);
2246
2247                 if (++insn_processed > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS) {
2248                         verbose("BPF program is too large. Proccessed %d insn\n",
2249                                 insn_processed);
2250                         return -E2BIG;
2251                 }
2252
2253                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
2254                 if (err < 0)
2255                         return err;
2256                 if (err == 1) {
2257                         /* found equivalent state, can prune the search */
2258                         if (log_level) {
2259                                 if (do_print_state)
2260                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
2261                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
2262                                 else
2263                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
2264                         }
2265                         goto process_bpf_exit;
2266                 }
2267
2268                 if (log_level && do_print_state) {
2269                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
2270                         print_verifier_state(&env->cur_state);
2271                         do_print_state = false;
2272                 }
2273
2274                 if (log_level) {
2275                         verbose("%d: ", insn_idx);
2276                         print_bpf_insn(insn);
2277                 }
2278
2279                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
2280                         err = check_alu_op(env, insn);
2281                         if (err)
2282                                 return err;
2283
2284                 } else if (class == BPF_LDX) {
2285                         enum bpf_reg_type src_reg_type;
2286
2287                         /* check for reserved fields is already done */
2288
2289                         /* check src operand */
2290                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2291                         if (err)
2292                                 return err;
2293
2294                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
2295                         if (err)
2296                                 return err;
2297
2298                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
2299
2300                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
2301                          * the state of dst_reg will be updated by this func
2302                          */
2303                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
2304                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
2305                                                insn->dst_reg);
2306                         if (err)
2307                                 return err;
2308
2309                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W) {
2310                                 insn_idx++;
2311                                 continue;
2312                         }
2313
2314                         if (insn->imm == 0) {
2315                                 /* saw a valid insn
2316                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
2317                                  * use reserved 'imm' field to mark this insn
2318                                  */
2319                                 insn->imm = src_reg_type;
2320
2321                         } else if (src_reg_type != insn->imm &&
2322                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2323                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
2324                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
2325                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
2326                                  * with different pointer types:
2327                                  * src_reg == ctx in one branch and
2328                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
2329                                  * Reject it.
2330                                  */
2331                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2332                                 return -EINVAL;
2333                         }
2334
2335                 } else if (class == BPF_STX) {
2336                         enum bpf_reg_type dst_reg_type;
2337
2338                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
2339                                 err = check_xadd(env, insn);
2340                                 if (err)
2341                                         return err;
2342                                 insn_idx++;
2343                                 continue;
2344                         }
2345
2346                         /* check src1 operand */
2347                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2348                         if (err)
2349                                 return err;
2350                         /* check src2 operand */
2351                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2352                         if (err)
2353                                 return err;
2354
2355                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
2356
2357                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2358                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2359                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2360                                                insn->src_reg);
2361                         if (err)
2362                                 return err;
2363
2364                         if (insn->imm == 0) {
2365                                 insn->imm = dst_reg_type;
2366                         } else if (dst_reg_type != insn->imm &&
2367                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2368                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
2369                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2370                                 return -EINVAL;
2371                         }
2372
2373                 } else if (class == BPF_ST) {
2374                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
2375                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2376                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
2377                                 return -EINVAL;
2378                         }
2379                         /* check src operand */
2380                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2381                         if (err)
2382                                 return err;
2383
2384                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2385                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2386                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2387                                                -1);
2388                         if (err)
2389                                 return err;
2390
2391                 } else if (class == BPF_JMP) {
2392                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2393
2394                         if (opcode == BPF_CALL) {
2395                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2396                                     insn->off != 0 ||
2397                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2398                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2399                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
2400                                         return -EINVAL;
2401                                 }
2402
2403                                 err = check_call(env, insn->imm);
2404                                 if (err)
2405                                         return err;
2406
2407                         } else if (opcode == BPF_JA) {
2408                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2409                                     insn->imm != 0 ||
2410                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2411                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2412                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
2413                                         return -EINVAL;
2414                                 }
2415
2416                                 insn_idx += insn->off + 1;
2417                                 continue;
2418
2419                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
2420                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2421                                     insn->imm != 0 ||
2422                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2423                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2424                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
2425                                         return -EINVAL;
2426                                 }
2427
2428                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
2429                                  * to return the value from eBPF program.
2430                                  * Make sure that it's readable at this time
2431                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
2432                                  * something into it earlier
2433                                  */
2434                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
2435                                 if (err)
2436                                         return err;
2437
2438                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
2439                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
2440                                         return -EACCES;
2441                                 }
2442
2443 process_bpf_exit:
2444                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
2445                                 if (insn_idx < 0) {
2446                                         break;
2447                                 } else {
2448                                         do_print_state = true;
2449                                         continue;
2450                                 }
2451                         } else {
2452                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
2453                                 if (err)
2454                                         return err;
2455                         }
2456                 } else if (class == BPF_LD) {
2457                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2458
2459                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
2460                                 err = check_ld_abs(env, insn);
2461                                 if (err)
2462                                         return err;
2463
2464                         } else if (mode == BPF_IMM) {
2465                                 err = check_ld_imm(env, insn);
2466                                 if (err)
2467                                         return err;
2468
2469                                 insn_idx++;
2470                         } else {
2471                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
2472                                 return -EINVAL;
2473                         }
2474                 } else {
2475                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
2476                         return -EINVAL;
2477                 }
2478
2479                 insn_idx++;
2480         }
2481
2482         verbose("processed %d insns\n", insn_processed);
2483         return 0;
2484 }
2485
2486 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
2487  * replace them with actual map pointers
2488  */
2489 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct verifier_env *env)
2490 {
2491         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2492         int insn_cnt = env->prog->len;
2493         int i, j;
2494
2495         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2496                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
2497                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
2498                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
2499                         return -EINVAL;
2500                 }
2501
2502                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
2503                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
2504                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
2505                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
2506                         return -EINVAL;
2507                 }
2508
2509                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
2510                         struct bpf_map *map;
2511                         struct fd f;
2512
2513                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
2514                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
2515                             insn[1].off != 0) {
2516                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
2517                                 return -EINVAL;
2518                         }
2519
2520                         if (insn->src_reg == 0)
2521                                 /* valid generic load 64-bit imm */
2522                                 goto next_insn;
2523
2524                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
2525                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
2526                                 return -EINVAL;
2527                         }
2528
2529                         f = fdget(insn->imm);
2530                         map = __bpf_map_get(f);
2531                         if (IS_ERR(map)) {
2532                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
2533                                         insn->imm);
2534                                 return PTR_ERR(map);
2535                         }
2536
2537                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2538                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
2539                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
2540
2541                         /* check whether we recorded this map already */
2542                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
2543                                 if (env->used_maps[j] == map) {
2544                                         fdput(f);
2545                                         goto next_insn;
2546                                 }
2547
2548                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
2549                                 fdput(f);
2550                                 return -E2BIG;
2551                         }
2552
2553                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
2554                          * the map will be released by release_maps() or it
2555                          * will be used by the valid program until it's unloaded
2556                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
2557                          */
2558                         map = bpf_map_inc(map, false);
2559                         if (IS_ERR(map)) {
2560                                 fdput(f);
2561                                 return PTR_ERR(map);
2562                         }
2563                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
2564
2565                         fdput(f);
2566 next_insn:
2567                         insn++;
2568                         i++;
2569                 }
2570         }
2571
2572         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
2573          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
2574          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
2575          */
2576         return 0;
2577 }
2578
2579 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
2580 static void release_maps(struct verifier_env *env)
2581 {
2582         int i;
2583
2584         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
2585                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
2586 }
2587
2588 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
2589 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct verifier_env *env)
2590 {
2591         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2592         int insn_cnt = env->prog->len;
2593         int i;
2594
2595         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
2596                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
2597                         insn->src_reg = 0;
2598 }
2599
2600 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
2601  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
2602  */
2603 static int convert_ctx_accesses(struct verifier_env *env)
2604 {
2605         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2606         int insn_cnt = env->prog->len;
2607         struct bpf_insn insn_buf[16];
2608         struct bpf_prog *new_prog;
2609         enum bpf_access_type type;
2610         int i;
2611
2612         if (!env->prog->aux->ops->convert_ctx_access)
2613                 return 0;
2614
2615         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2616                 u32 insn_delta, cnt;
2617
2618                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W))
2619                         type = BPF_READ;
2620                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W))
2621                         type = BPF_WRITE;
2622                 else
2623                         continue;
2624
2625                 if (insn->imm != PTR_TO_CTX) {
2626                         /* clear internal mark */
2627                         insn->imm = 0;
2628                         continue;
2629                 }
2630
2631                 cnt = env->prog->aux->ops->
2632                         convert_ctx_access(type, insn->dst_reg, insn->src_reg,
2633                                            insn->off, insn_buf, env->prog);
2634                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
2635                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
2636                         return -EINVAL;
2637                 }
2638
2639                 new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, i, insn_buf, cnt);
2640                 if (!new_prog)
2641                         return -ENOMEM;
2642
2643                 insn_delta = cnt - 1;
2644
2645                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
2646                 env->prog = new_prog;
2647                 insn      = new_prog->insnsi + i + insn_delta;
2648
2649                 insn_cnt += insn_delta;
2650                 i        += insn_delta;
2651         }
2652
2653         return 0;
2654 }
2655
2656 static void free_states(struct verifier_env *env)
2657 {
2658         struct verifier_state_list *sl, *sln;
2659         int i;
2660
2661         if (!env->explored_states)
2662                 return;
2663
2664         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
2665                 sl = env->explored_states[i];
2666
2667                 if (sl)
2668                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2669                                 sln = sl->next;
2670                                 kfree(sl);
2671                                 sl = sln;
2672                         }
2673         }
2674
2675         kfree(env->explored_states);
2676 }
2677
2678 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
2679 {
2680         char __user *log_ubuf = NULL;
2681         struct verifier_env *env;
2682         int ret = -EINVAL;
2683
2684         if ((*prog)->len <= 0 || (*prog)->len > BPF_MAXINSNS)
2685                 return -E2BIG;
2686
2687         /* 'struct verifier_env' can be global, but since it's not small,
2688          * allocate/free it every time bpf_check() is called
2689          */
2690         env = kzalloc(sizeof(struct verifier_env), GFP_KERNEL);
2691         if (!env)
2692                 return -ENOMEM;
2693
2694         env->prog = *prog;
2695
2696         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
2697         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
2698
2699         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
2700                 /* user requested verbose verifier output
2701                  * and supplied buffer to store the verification trace
2702                  */
2703                 log_level = attr->log_level;
2704                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
2705                 log_size = attr->log_size;
2706                 log_len = 0;
2707
2708                 ret = -EINVAL;
2709                 /* log_* values have to be sane */
2710                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
2711                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
2712                         goto free_env;
2713
2714                 ret = -ENOMEM;
2715                 log_buf = vmalloc(log_size);
2716                 if (!log_buf)
2717                         goto free_env;
2718         } else {
2719                 log_level = 0;
2720         }
2721
2722         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
2723         if (ret < 0)
2724                 goto skip_full_check;
2725
2726         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
2727                                        sizeof(struct verifier_state_list *),
2728                                        GFP_USER);
2729         ret = -ENOMEM;
2730         if (!env->explored_states)
2731                 goto skip_full_check;
2732
2733         ret = check_cfg(env);
2734         if (ret < 0)
2735                 goto skip_full_check;
2736
2737         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
2738
2739         ret = do_check(env);
2740
2741 skip_full_check:
2742         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
2743         free_states(env);
2744
2745         if (ret == 0)
2746                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
2747                 ret = convert_ctx_accesses(env);
2748
2749         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
2750                 BUG_ON(log_len >= log_size);
2751                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
2752                 ret = -ENOSPC;
2753                 /* fall through to return what was recorded */
2754         }
2755
2756         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
2757         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
2758                 ret = -EFAULT;
2759                 goto free_log_buf;
2760         }
2761
2762         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
2763                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
2764                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
2765                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
2766                                                           GFP_KERNEL);
2767
2768                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
2769                         ret = -ENOMEM;
2770                         goto free_log_buf;
2771                 }
2772
2773                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
2774                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
2775                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
2776
2777                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
2778                  * bpf_ld_imm64 instructions
2779                  */
2780                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
2781         }
2782
2783 free_log_buf:
2784         if (log_level)
2785                 vfree(log_buf);
2786 free_env:
2787         if (!env->prog->aux->used_maps)
2788                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
2789                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
2790                  */
2791                 release_maps(env);
2792         *prog = env->prog;
2793         kfree(env);
2794         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
2795         return ret;
2796 }