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