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