kernel/bpf/verifier.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
   2  *
   3  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   4  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
   5  * License as published by the Free Software Foundation.
   6  *
   7  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   8  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   9  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  10  * General Public License for more details.
  11  */
  12 #include <linux/kernel.h>
  13 #include <linux/types.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/bpf.h>
  16 #include <linux/filter.h>
  17 #include <net/netlink.h>
  18 #include <linux/file.h>
  19 #include <linux/vmalloc.h>
  20
  21 /* bpf_check() is a static code analyzer that walks eBPF program
  22  * instruction by instruction and updates register/stack state.
  23  * All paths of conditional branches are analyzed until 'bpf_exit' insn.
  24  *
  25  * The first pass is depth-first-search to check that the program is a DAG.
  26  * It rejects the following programs:
  27  * - larger than BPF_MAXINSNS insns
  28  * - if loop is present (detected via back-edge)
  29  * - unreachable insns exist (shouldn't be a forest. program = one function)
  30  * - out of bounds or malformed jumps
  31  * The second pass is all possible path descent from the 1st insn.
  32  * Since it's analyzing all pathes through the program, the length of the
  33  * analysis is limited to 32k insn, which may be hit even if total number of
  34  * insn is less then 4K, but there are too many branches that change stack/regs.
  35  * Number of 'branches to be analyzed' is limited to 1k
  36  *
  37  * On entry to each instruction, each register has a type, and the instruction
  38  * changes the types of the registers depending on instruction semantics.
  39  * If instruction is BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_5), then type of R5 is
  40  * copied to R1.
  41  *
  42  * All registers are 64-bit.
  43  * R0 - return register
  44  * R1-R5 argument passing registers
  45  * R6-R9 callee saved registers
  46  * R10 - frame pointer read-only
  47  *
  48  * At the start of BPF program the register R1 contains a pointer to bpf_context
  49  * and has type PTR_TO_CTX.
  50  *
  51  * Verifier tracks arithmetic operations on pointers in case:
  52  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),
  53  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -20),
  54  * 1st insn copies R10 (which has FRAME_PTR) type into R1
  55  * and 2nd arithmetic instruction is pattern matched to recognize
  56  * that it wants to construct a pointer to some element within stack.
  57  * So after 2nd insn, the register R1 has type PTR_TO_STACK
  58  * (and -20 constant is saved for further stack bounds checking).
  59  * Meaning that this reg is a pointer to stack plus known immediate constant.
  60  *
  61  * Most of the time the registers have UNKNOWN_VALUE type, which
  62  * means the register has some value, but it's not a valid pointer.
  63  * (like pointer plus pointer becomes UNKNOWN_VALUE type)
  64  *
  65  * When verifier sees load or store instructions the type of base register
  66  * can be: PTR_TO_MAP_VALUE, PTR_TO_CTX, FRAME_PTR. These are three pointer
  67  * types recognized by check_mem_access() function.
  68  *
  69  * PTR_TO_MAP_VALUE means that this register is pointing to 'map element value'
  70  * and the range of [ptr, ptr + map's value_size) is accessible.
  71  *
  72  * registers used to pass values to function calls are checked against
  73  * function argument constraints.
  74  *
  75  * ARG_PTR_TO_MAP_KEY is one of such argument constraints.
  76  * It means that the register type passed to this function must be
  77  * PTR_TO_STACK and it will be used inside the function as
  78  * 'pointer to map element key'
  79  *
  80  * For example the argument constraints for bpf_map_lookup_elem():
  81  *   .ret_type = RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,
  82  *   .arg1_type = ARG_CONST_MAP_PTR,
  83  *   .arg2_type = ARG_PTR_TO_MAP_KEY,
  84  *
  85  * ret_type says that this function returns 'pointer to map elem value or null'
  86  * function expects 1st argument to be a const pointer to 'struct bpf_map' and
  87  * 2nd argument should be a pointer to stack, which will be used inside
  88  * the helper function as a pointer to map element key.
  89  *
  90  * On the kernel side the helper function looks like:
  91  * u64 bpf_map_lookup_elem(u64 r1, u64 r2, u64 r3, u64 r4, u64 r5)
  92  * {
  93  *    struct bpf_map *map = (struct bpf_map *) (unsigned long) r1;
  94  *    void *key = (void *) (unsigned long) r2;
  95  *    void *value;
  96  *
  97  *    here kernel can access 'key' and 'map' pointers safely, knowing that
  98  *    [key, key + map->key_size) bytes are valid and were initialized on
  99  *    the stack of eBPF program.
 100  * }
 101  *
 102  * Corresponding eBPF program may look like:
 103  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),  // after this insn R2 type is FRAME_PTR
 104  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), // after this insn R2 type is PTR_TO_STACK
 105  *    BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),      // after this insn R1 type is CONST_PTR_TO_MAP
 106  *    BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
 107  * here verifier looks at prototype of map_lookup_elem() and sees:
 108  * .arg1_type == ARG_CONST_MAP_PTR and R1->type == CONST_PTR_TO_MAP, which is ok,
 109  * Now verifier knows that this map has key of R1->map_ptr->key_size bytes
 110  *
 111  * Then .arg2_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY and R2->type == PTR_TO_STACK, ok so far,
 112  * Now verifier checks that [R2, R2 + map's key_size) are within stack limits
 113  * and were initialized prior to this call.
 114  * If it's ok, then verifier allows this BPF_CALL insn and looks at
 115  * .ret_type which is RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, so it sets
 116  * R0->type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL which means bpf_map_lookup_elem() function
 117  * returns ether pointer to map value or NULL.
 118  *
 119  * When type PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL passes through 'if (reg != 0) goto +off'
 120  * insn, the register holding that pointer in the true branch changes state to
 121  * PTR_TO_MAP_VALUE and the same register changes state to CONST_IMM in the false
 122  * branch. See check_cond_jmp_op().
 123  *
 124  * After the call R0 is set to return type of the function and registers R1-R5
 125  * are set to NOT_INIT to indicate that they are no longer readable.
 126  */
 127
 128 /* types of values stored in eBPF registers */
 129 enum bpf_reg_type {
 130         NOT_INIT = 0,            /* nothing was written into register */
 131         UNKNOWN_VALUE,           /* reg doesn't contain a valid pointer */
 132         PTR_TO_CTX,              /* reg points to bpf_context */
 133         CONST_PTR_TO_MAP,        /* reg points to struct bpf_map */
 134         PTR_TO_MAP_VALUE,        /* reg points to map element value */
 135         PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,/* points to map elem value or NULL */
 136         FRAME_PTR,               /* reg == frame_pointer */
 137         PTR_TO_STACK,            /* reg == frame_pointer + imm */
 138         CONST_IMM,               /* constant integer value */
 139 };
 140
 141 struct reg_state {
 142         enum bpf_reg_type type;
 143         union {
 144                 /* valid when type == CONST_IMM | PTR_TO_STACK */
 145                 int imm;
 146
 147                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
 148                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
 149                  */
 150                 struct bpf_map *map_ptr;
 151         };
 152 };
 153
 154 enum bpf_stack_slot_type {
 155         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
 156         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
 157         STACK_MISC        /* BPF program wrote some data into this slot */
 158 };
 159
 160 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
 161
 162 /* state of the program:
 163  * type of all registers and stack info
 164  */
 165 struct verifier_state {
 166         struct reg_state regs[MAX_BPF_REG];
 167         u8 stack_slot_type[MAX_BPF_STACK];
 168         struct reg_state spilled_regs[MAX_BPF_STACK / BPF_REG_SIZE];
 169 };
 170
 171 /* linked list of verifier states used to prune search */
 172 struct verifier_state_list {
 173         struct verifier_state state;
 174         struct verifier_state_list *next;
 175 };
 176
 177 /* verifier_state + insn_idx are pushed to stack when branch is encountered */
 178 struct verifier_stack_elem {
 179         /* verifer state is 'st'
 180          * before processing instruction 'insn_idx'
 181          * and after processing instruction 'prev_insn_idx'
 182          */
 183         struct verifier_state st;
 184         int insn_idx;
 185         int prev_insn_idx;
 186         struct verifier_stack_elem *next;
 187 };
 188
 189 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
 190
 191 /* single container for all structs
 192  * one verifier_env per bpf_check() call
 193  */
 194 struct verifier_env {
 195         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
 196         struct verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
 197         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
 198         struct verifier_state cur_state; /* current verifier state */
 199         struct verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
 200         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
 201         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
 202         bool allow_ptr_leaks;
 203 };
 204
 205 /* verbose verifier prints what it's seeing
 206  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 207  */
 208 static u32 log_level, log_size, log_len;
 209 static char *log_buf;
 210
 211 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 212
 213 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 214  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 215  * can figure out what's wrong with the program
 216  */
 217 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 218 {
 219         va_list args;
 220
 221         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 222                 return;
 223
 224         va_start(args, fmt);
 225         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 226         va_end(args);
 227 }
 228
 229 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 230 static const char * const reg_type_str[] = {
 231         [NOT_INIT]              = "?",
 232         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 233         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 234         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 235         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 236         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 237         [FRAME_PTR]             = "fp",
 238         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 239         [CONST_IMM]             = "imm",
 240 };
 241
 242 static const struct {
 243         int map_type;
 244         int func_id;
 245 } func_limit[] = {
 246         {BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY, BPF_FUNC_tail_call},
 247         {BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY, BPF_FUNC_perf_event_read},
 248         {BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY, BPF_FUNC_perf_event_output},
 249 };
 250
 251 static void print_verifier_state(struct verifier_env *env)
 252 {
 253         enum bpf_reg_type t;
 254         int i;
 255
 256         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 257                 t = env->cur_state.regs[i].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("%d", env->cur_state.regs[i].imm);
 263                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 264                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL)
 265                         verbose("(ks=%d,vs=%d)",
 266                                 env->cur_state.regs[i].map_ptr->key_size,
 267                                 env->cur_state.regs[i].map_ptr->value_size);
 268         }
 269         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 270                 if (env->cur_state.stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 271                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 272                                 reg_type_str[env->cur_state.spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 273         }
 274         verbose("\n");
 275 }
 276
 277 static const char *const bpf_class_string[] = {
 278         [BPF_LD]    = "ld",
 279         [BPF_LDX]   = "ldx",
 280         [BPF_ST]    = "st",
 281         [BPF_STX]   = "stx",
 282         [BPF_ALU]   = "alu",
 283         [BPF_JMP]   = "jmp",
 284         [BPF_RET]   = "BUG",
 285         [BPF_ALU64] = "alu64",
 286 };
 287
 288 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 289         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 290         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 291         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 292         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 293         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 294         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 295         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 296         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 297         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 298         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 299         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 300         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 301         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 302         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 303 };
 304
 305 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 306         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 307         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 308         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 309         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 310 };
 311
 312 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 313         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 314         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 315         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 316         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 317         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 318         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 319         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 320         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 321         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 322         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 323 };
 324
 325 static void print_bpf_insn(struct bpf_insn *insn)
 326 {
 327         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 328
 329         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 330                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 331                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 332                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 333                                 insn->dst_reg,
 334                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 335                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 336                                 insn->src_reg);
 337                 else
 338                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 339                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 340                                 insn->dst_reg,
 341                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 342                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 343                                 insn->imm);
 344         } else if (class == BPF_STX) {
 345                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 346                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 347                                 insn->code,
 348                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 349                                 insn->dst_reg,
 350                                 insn->off, insn->src_reg);
 351                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 352                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 353                                 insn->code,
 354                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 355                                 insn->dst_reg, insn->off,
 356                                 insn->src_reg);
 357                 else
 358                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 359         } else if (class == BPF_ST) {
 360                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 361                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 362                         return;
 363                 }
 364                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 365                         insn->code,
 366                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 367                         insn->dst_reg,
 368                         insn->off, insn->imm);
 369         } else if (class == BPF_LDX) {
 370                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 371                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 372                         return;
 373                 }
 374                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 375                         insn->code, insn->dst_reg,
 376                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 377                         insn->src_reg, insn->off);
 378         } else if (class == BPF_LD) {
 379                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 380                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 381                                 insn->code,
 382                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 383                                 insn->imm);
 384                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 385                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 386                                 insn->code,
 387                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 388                                 insn->src_reg, insn->imm);
 389                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM) {
 390                         verbose("(%02x) r%d = 0x%x\n",
 391                                 insn->code, insn->dst_reg, insn->imm);
 392                 } else {
 393                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 394                         return;
 395                 }
 396         } else if (class == BPF_JMP) {
 397                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 398
 399                 if (opcode == BPF_CALL) {
 400                         verbose("(%02x) call %d\n", insn->code, insn->imm);
 401                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 402                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 403                                 insn->code, insn->off);
 404                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 405                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 406                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 407                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 408                                 insn->code, insn->dst_reg,
 409                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 410                                 insn->src_reg, insn->off);
 411                 } else {
 412                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 413                                 insn->code, insn->dst_reg,
 414                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 415                                 insn->imm, insn->off);
 416                 }
 417         } else {
 418                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 419         }
 420 }
 421
 422 static int pop_stack(struct verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 423 {
 424         struct verifier_stack_elem *elem;
 425         int insn_idx;
 426
 427         if (env->head == NULL)
 428                 return -1;
 429
 430         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 431         insn_idx = env->head->insn_idx;
 432         if (prev_insn_idx)
 433                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 434         elem = env->head->next;
 435         kfree(env->head);
 436         env->head = elem;
 437         env->stack_size--;
 438         return insn_idx;
 439 }
 440
 441 static struct verifier_state *push_stack(struct verifier_env *env, int insn_idx,
 442                                          int prev_insn_idx)
 443 {
 444         struct verifier_stack_elem *elem;
 445
 446         elem = kmalloc(sizeof(struct verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 447         if (!elem)
 448                 goto err;
 449
 450         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 451         elem->insn_idx = insn_idx;
 452         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 453         elem->next = env->head;
 454         env->head = elem;
 455         env->stack_size++;
 456         if (env->stack_size > 1024) {
 457                 verbose("BPF program is too complex\n");
 458                 goto err;
 459         }
 460         return &elem->st;
 461 err:
 462         /* pop all elements and return */
 463         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 464         return NULL;
 465 }
 466
 467 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 468 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 469         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 470 };
 471
 472 static void init_reg_state(struct reg_state *regs)
 473 {
 474         int i;
 475
 476         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 477                 regs[i].type = NOT_INIT;
 478                 regs[i].imm = 0;
 479                 regs[i].map_ptr = NULL;
 480         }
 481
 482         /* frame pointer */
 483         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 484
 485         /* 1st arg to a function */
 486         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 487 }
 488
 489 static void mark_reg_unknown_value(struct reg_state *regs, u32 regno)
 490 {
 491         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 492         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 493         regs[regno].imm = 0;
 494         regs[regno].map_ptr = NULL;
 495 }
 496
 497 enum reg_arg_type {
 498         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 499         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 500         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 501 };
 502
 503 static int check_reg_arg(struct reg_state *regs, u32 regno,
 504                          enum reg_arg_type t)
 505 {
 506         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 507                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 508                 return -EINVAL;
 509         }
 510
 511         if (t == SRC_OP) {
 512                 /* check whether register used as source operand can be read */
 513                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 514                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 515                         return -EACCES;
 516                 }
 517         } else {
 518                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 519                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 520                         verbose("frame pointer is read only\n");
 521                         return -EACCES;
 522                 }
 523                 if (t == DST_OP)
 524                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 525         }
 526         return 0;
 527 }
 528
 529 static int bpf_size_to_bytes(int bpf_size)
 530 {
 531         if (bpf_size == BPF_W)
 532                 return 4;
 533         else if (bpf_size == BPF_H)
 534                 return 2;
 535         else if (bpf_size == BPF_B)
 536                 return 1;
 537         else if (bpf_size == BPF_DW)
 538                 return 8;
 539         else
 540                 return -EINVAL;
 541 }
 542
 543 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 544 {
 545         switch (type) {
 546         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 547         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 548         case PTR_TO_STACK:
 549         case PTR_TO_CTX:
 550         case FRAME_PTR:
 551         case CONST_PTR_TO_MAP:
 552                 return true;
 553         default:
 554                 return false;
 555         }
 556 }
 557
 558 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 559  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 560  */
 561 static int check_stack_write(struct verifier_state *state, int off, int size,
 562                              int value_regno)
 563 {
 564         int i;
 565         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 566          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 567          */
 568
 569         if (value_regno >= 0 &&
 570             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 571
 572                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 573                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 574                         verbose("invalid size of register spill\n");
 575                         return -EACCES;
 576                 }
 577
 578                 /* save register state */
 579                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 580                         state->regs[value_regno];
 581
 582                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 583                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 584         } else {
 585                 /* regular write of data into stack */
 586                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 587                         (struct reg_state) {};
 588
 589                 for (i = 0; i < size; i++)
 590                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 591         }
 592         return 0;
 593 }
 594
 595 static int check_stack_read(struct verifier_state *state, int off, int size,
 596                             int value_regno)
 597 {
 598         u8 *slot_type;
 599         int i;
 600
 601         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 602
 603         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 604                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 605                         verbose("invalid size of register spill\n");
 606                         return -EACCES;
 607                 }
 608                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 609                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 610                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 611                                 return -EACCES;
 612                         }
 613                 }
 614
 615                 if (value_regno >= 0)
 616                         /* restore register state from stack */
 617                         state->regs[value_regno] =
 618                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 619                 return 0;
 620         } else {
 621                 for (i = 0; i < size; i++) {
 622                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 623                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 624                                         off, i, size);
 625                                 return -EACCES;
 626                         }
 627                 }
 628                 if (value_regno >= 0)
 629                         /* have read misc data from the stack */
 630                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 631                 return 0;
 632         }
 633 }
 634
 635 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 636 static int check_map_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 637                             int size)
 638 {
 639         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 640
 641         if (off < 0 || off + size > map->value_size) {
 642                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 643                         map->value_size, off, size);
 644                 return -EACCES;
 645         }
 646         return 0;
 647 }
 648
 649 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 650 static int check_ctx_access(struct verifier_env *env, int off, int size,
 651                             enum bpf_access_type t)
 652 {
 653         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 654             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t))
 655                 return 0;
 656
 657         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 658         return -EACCES;
 659 }
 660
 661 static bool is_pointer_value(struct verifier_env *env, int regno)
 662 {
 663         if (env->allow_ptr_leaks)
 664                 return false;
 665
 666         switch (env->cur_state.regs[regno].type) {
 667         case UNKNOWN_VALUE:
 668         case CONST_IMM:
 669                 return false;
 670         default:
 671                 return true;
 672         }
 673 }
 674
 675 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 676  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 677  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 678  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 679  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 680  */
 681 static int check_mem_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 682                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 683                             int value_regno)
 684 {
 685         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 686         int size, err = 0;
 687
 688         if (state->regs[regno].type == PTR_TO_STACK)
 689                 off += state->regs[regno].imm;
 690
 691         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 692         if (size < 0)
 693                 return size;
 694
 695         if (off % size != 0) {
 696                 verbose("misaligned access off %d size %d\n", off, size);
 697                 return -EACCES;
 698         }
 699
 700         if (state->regs[regno].type == PTR_TO_MAP_VALUE) {
 701                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 702                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 703                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 704                         return -EACCES;
 705                 }
 706                 err = check_map_access(env, regno, off, size);
 707                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 708                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 709
 710         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_CTX) {
 711                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 712                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 713                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 714                         return -EACCES;
 715                 }
 716                 err = check_ctx_access(env, off, size, t);
 717                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 718                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 719
 720         } else if (state->regs[regno].type == FRAME_PTR ||
 721                    state->regs[regno].type == PTR_TO_STACK) {
 722                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 723                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 724                         return -EACCES;
 725                 }
 726                 if (t == BPF_WRITE) {
 727                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 728                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 729                             size != BPF_REG_SIZE) {
 730                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 731                                 return -EACCES;
 732                         }
 733                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 734                 } else {
 735                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 736                 }
 737         } else {
 738                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 739                         regno, reg_type_str[state->regs[regno].type]);
 740                 return -EACCES;
 741         }
 742         return err;
 743 }
 744
 745 static int check_xadd(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
 746 {
 747         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 748         int err;
 749
 750         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 751             insn->imm != 0) {
 752                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 753                 return -EINVAL;
 754         }
 755
 756         /* check src1 operand */
 757         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 758         if (err)
 759                 return err;
 760
 761         /* check src2 operand */
 762         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 763         if (err)
 764                 return err;
 765
 766         /* check whether atomic_add can read the memory */
 767         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 768                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
 769         if (err)
 770                 return err;
 771
 772         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
 773         return check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 774                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
 775 }
 776
 777 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
 778  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
 779  * and all elements of stack are initialized
 780  */
 781 static int check_stack_boundary(struct verifier_env *env,
 782                                 int regno, int access_size)
 783 {
 784         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 785         struct reg_state *regs = state->regs;
 786         int off, i;
 787
 788         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK)
 789                 return -EACCES;
 790
 791         off = regs[regno].imm;
 792         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
 793             access_size <= 0) {
 794                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
 795                         regno, off, access_size);
 796                 return -EACCES;
 797         }
 798
 799         for (i = 0; i < access_size; i++) {
 800                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
 801                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
 802                                 off, i, access_size);
 803                         return -EACCES;
 804                 }
 805         }
 806         return 0;
 807 }
 808
 809 static int check_func_arg(struct verifier_env *env, u32 regno,
 810                           enum bpf_arg_type arg_type, struct bpf_map **mapp)
 811 {
 812         struct reg_state *reg = env->cur_state.regs + regno;
 813         enum bpf_reg_type expected_type;
 814         int err = 0;
 815
 816         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
 817                 return 0;
 818
 819         if (reg->type == NOT_INIT) {
 820                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 821                 return -EACCES;
 822         }
 823
 824         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
 825                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
 826                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
 827                         return -EACCES;
 828                 }
 829                 return 0;
 830         }
 831
 832         if (arg_type == ARG_PTR_TO_STACK || arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
 833             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
 834                 expected_type = PTR_TO_STACK;
 835         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE) {
 836                 expected_type = CONST_IMM;
 837         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
 838                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
 839         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
 840                 expected_type = PTR_TO_CTX;
 841         } else {
 842                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
 843                 return -EFAULT;
 844         }
 845
 846         if (reg->type != expected_type) {
 847                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 848                         reg_type_str[reg->type], reg_type_str[expected_type]);
 849                 return -EACCES;
 850         }
 851
 852         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
 853                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
 854                 *mapp = reg->map_ptr;
 855
 856         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
 857                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
 858                  * check that [key, key + map->key_size) are within
 859                  * stack limits and initialized
 860                  */
 861                 if (!*mapp) {
 862                         /* in function declaration map_ptr must come before
 863                          * map_key, so that it's verified and known before
 864                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
 865                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
 866                          */
 867                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
 868                         return -EACCES;
 869                 }
 870                 err = check_stack_boundary(env, regno, (*mapp)->key_size);
 871
 872         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
 873                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
 874                  * check [value, value + map->value_size) validity
 875                  */
 876                 if (!*mapp) {
 877                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
 878                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
 879                         return -EACCES;
 880                 }
 881                 err = check_stack_boundary(env, regno, (*mapp)->value_size);
 882
 883         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE) {
 884                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
 885                  * from stack pointer 'buf'. Check it
 886                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
 887                  */
 888                 if (regno == 0) {
 889                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
 890                         verbose("ARG_CONST_STACK_SIZE cannot be first argument\n");
 891                         return -EACCES;
 892                 }
 893                 err = check_stack_boundary(env, regno - 1, reg->imm);
 894         }
 895
 896         return err;
 897 }
 898
 899 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
 900 {
 901         bool bool_map, bool_func;
 902         int i;
 903
 904         if (!map)
 905                 return 0;
 906
 907         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(func_limit); i++) {
 908                 bool_map = (map->map_type == func_limit[i].map_type);
 909                 bool_func = (func_id == func_limit[i].func_id);
 910                 /* only when map & func pair match it can continue.
 911                  * don't allow any other map type to be passed into
 912                  * the special func;
 913                  */
 914                 if (bool_func && bool_map != bool_func)
 915                         return -EINVAL;
 916         }
 917
 918         return 0;
 919 }
 920
 921 static int check_call(struct verifier_env *env, int func_id)
 922 {
 923         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 924         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
 925         struct reg_state *regs = state->regs;
 926         struct bpf_map *map = NULL;
 927         struct reg_state *reg;
 928         int i, err;
 929
 930         /* find function prototype */
 931         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
 932                 verbose("invalid func %d\n", func_id);
 933                 return -EINVAL;
 934         }
 935
 936         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
 937                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
 938
 939         if (!fn) {
 940                 verbose("unknown func %d\n", func_id);
 941                 return -EINVAL;
 942         }
 943
 944         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
 945         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
 946                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
 947                 return -EINVAL;
 948         }
 949
 950         /* check args */
 951         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &map);
 952         if (err)
 953                 return err;
 954         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &map);
 955         if (err)
 956                 return err;
 957         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &map);
 958         if (err)
 959                 return err;
 960         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &map);
 961         if (err)
 962                 return err;
 963         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &map);
 964         if (err)
 965                 return err;
 966
 967         /* reset caller saved regs */
 968         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
 969                 reg = regs + caller_saved[i];
 970                 reg->type = NOT_INIT;
 971                 reg->imm = 0;
 972         }
 973
 974         /* update return register */
 975         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
 976                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
 977         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
 978                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
 979         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
 980                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
 981                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
 982                  * can check 'value_size' boundary of memory access
 983                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
 984                  */
 985                 if (map == NULL) {
 986                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
 987                         return -EINVAL;
 988                 }
 989                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = map;
 990         } else {
 991                 verbose("unknown return type %d of func %d\n",
 992                         fn->ret_type, func_id);
 993                 return -EINVAL;
 994         }
 995
 996         err = check_map_func_compatibility(map, func_id);
 997         if (err)
 998                 return err;
 999
1000         return 0;
1001 }
1002
1003 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1004 static int check_alu_op(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1005 {
1006         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1007         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1008         int err;
1009
1010         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1011                 if (opcode == BPF_NEG) {
1012                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1013                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1014                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1015                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1016                                 return -EINVAL;
1017                         }
1018                 } else {
1019                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1020                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1021                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1022                                 return -EINVAL;
1023                         }
1024                 }
1025
1026                 /* check src operand */
1027                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1028                 if (err)
1029                         return err;
1030
1031                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1032                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1033                                 insn->dst_reg);
1034                         return -EACCES;
1035                 }
1036
1037                 /* check dest operand */
1038                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1039                 if (err)
1040                         return err;
1041
1042         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1043
1044                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1045                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1046                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1047                                 return -EINVAL;
1048                         }
1049
1050                         /* check src operand */
1051                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1052                         if (err)
1053                                 return err;
1054                 } else {
1055                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1056                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1057                                 return -EINVAL;
1058                         }
1059                 }
1060
1061                 /* check dest operand */
1062                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1063                 if (err)
1064                         return err;
1065
1066                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1067                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1068                                 /* case: R1 = R2
1069                                  * copy register state to dest reg
1070                                  */
1071                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1072                         } else {
1073                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1074                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1075                                                 insn->src_reg);
1076                                         return -EACCES;
1077                                 }
1078                                 regs[insn->dst_reg].type = UNKNOWN_VALUE;
1079                                 regs[insn->dst_reg].map_ptr = NULL;
1080                         }
1081                 } else {
1082                         /* case: R = imm
1083                          * remember the value we stored into this reg
1084                          */
1085                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1086                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1087                 }
1088
1089         } else if (opcode > BPF_END) {
1090                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1091                 return -EINVAL;
1092
1093         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1094
1095                 bool stack_relative = false;
1096
1097                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1098                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1099                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1100                                 return -EINVAL;
1101                         }
1102                         /* check src1 operand */
1103                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1104                         if (err)
1105                                 return err;
1106                 } else {
1107                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1108                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1109                                 return -EINVAL;
1110                         }
1111                 }
1112
1113                 /* check src2 operand */
1114                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1115                 if (err)
1116                         return err;
1117
1118                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1119                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1120                         verbose("div by zero\n");
1121                         return -EINVAL;
1122                 }
1123
1124                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1125                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1126                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1127
1128                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1129                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1130                                 return -EINVAL;
1131                         }
1132                 }
1133
1134                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1135                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1136                     regs[insn->dst_reg].type == FRAME_PTR &&
1137                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1138                         stack_relative = true;
1139                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1140                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1141                                 insn->dst_reg);
1142                         return -EACCES;
1143                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1144                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1145                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1146                                 insn->src_reg);
1147                         return -EACCES;
1148                 }
1149
1150                 /* check dest operand */
1151                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1152                 if (err)
1153                         return err;
1154
1155                 if (stack_relative) {
1156                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_STACK;
1157                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1158                 }
1159         }
1160
1161         return 0;
1162 }
1163
1164 static int check_cond_jmp_op(struct verifier_env *env,
1165                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
1166 {
1167         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1168         struct verifier_state *other_branch;
1169         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1170         int err;
1171
1172         if (opcode > BPF_EXIT) {
1173                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
1174                 return -EINVAL;
1175         }
1176
1177         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1178                 if (insn->imm != 0) {
1179                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1180                         return -EINVAL;
1181                 }
1182
1183                 /* check src1 operand */
1184                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1185                 if (err)
1186                         return err;
1187
1188                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1189                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
1190                                 insn->src_reg);
1191                         return -EACCES;
1192                 }
1193         } else {
1194                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1195                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1196                         return -EINVAL;
1197                 }
1198         }
1199
1200         /* check src2 operand */
1201         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1202         if (err)
1203                 return err;
1204
1205         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
1206         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1207             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1208             regs[insn->dst_reg].type == CONST_IMM &&
1209             regs[insn->dst_reg].imm == insn->imm) {
1210                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1211                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
1212                          * only follow the goto, ignore fall-through
1213                          */
1214                         *insn_idx += insn->off;
1215                         return 0;
1216                 } else {
1217                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
1218                          * only follow fall-through branch, since
1219                          * that's where the program will go
1220                          */
1221                         return 0;
1222                 }
1223         }
1224
1225         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
1226         if (!other_branch)
1227                 return -EFAULT;
1228
1229         /* detect if R == 0 where R is returned value from bpf_map_lookup_elem() */
1230         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1231             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ ||
1232                                opcode == BPF_JNE) &&
1233             regs[insn->dst_reg].type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1234                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1235                         /* next fallthrough insn can access memory via
1236                          * this register
1237                          */
1238                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1239                         /* branch targer cannot access it, since reg == 0 */
1240                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1241                         other_branch->regs[insn->dst_reg].imm = 0;
1242                 } else {
1243                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1244                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1245                         regs[insn->dst_reg].imm = 0;
1246                 }
1247         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1248                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
1249                 return -EACCES;
1250         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1251                    (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE)) {
1252
1253                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1254                         /* detect if (R == imm) goto
1255                          * and in the target state recognize that R = imm
1256                          */
1257                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1258                         other_branch->regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1259                 } else {
1260                         /* detect if (R != imm) goto
1261                          * and in the fall-through state recognize that R = imm
1262                          */
1263                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1264                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1265                 }
1266         }
1267         if (log_level)
1268                 print_verifier_state(env);
1269         return 0;
1270 }
1271
1272 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
1273 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
1274 {
1275         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
1276
1277         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
1278 }
1279
1280 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
1281 static int check_ld_imm(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1282 {
1283         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1284         int err;
1285
1286         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
1287                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
1288                 return -EINVAL;
1289         }
1290         if (insn->off != 0) {
1291                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
1292                 return -EINVAL;
1293         }
1294
1295         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1296         if (err)
1297                 return err;
1298
1299         if (insn->src_reg == 0)
1300                 /* generic move 64-bit immediate into a register */
1301                 return 0;
1302
1303         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
1304         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
1305
1306         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
1307         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
1308         return 0;
1309 }
1310
1311 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
1312 {
1313         switch (type) {
1314         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
1315         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
1316         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
1317                 return true;
1318         default:
1319                 return false;
1320         }
1321 }
1322
1323 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
1324  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
1325  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
1326  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
1327  *
1328  * Implicit input:
1329  *   ctx == skb == R6 == CTX
1330  *
1331  * Explicit input:
1332  *   SRC == any register
1333  *   IMM == 32-bit immediate
1334  *
1335  * Output:
1336  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
1337  */
1338 static int check_ld_abs(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1339 {
1340         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1341         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1342         struct reg_state *reg;
1343         int i, err;
1344
1345         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
1346                 verbose("BPF_LD_ABS|IND instructions not allowed for this program type\n");
1347                 return -EINVAL;
1348         }
1349
1350         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1351             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
1352                 verbose("BPF_LD_ABS uses reserved fields\n");
1353                 return -EINVAL;
1354         }
1355
1356         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
1357         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
1358         if (err)
1359                 return err;
1360
1361         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
1362                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
1363                 return -EINVAL;
1364         }
1365
1366         if (mode == BPF_IND) {
1367                 /* check explicit source operand */
1368                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1369                 if (err)
1370                         return err;
1371         }
1372
1373         /* reset caller saved regs to unreadable */
1374         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1375                 reg = regs + caller_saved[i];
1376                 reg->type = NOT_INIT;
1377                 reg->imm = 0;
1378         }
1379
1380         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
1381          * the value fetched from the packet
1382          */
1383         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1384         return 0;
1385 }
1386
1387 /* non-recursive DFS pseudo code
1388  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
1389  * 2      label v as discovered
1390  * 3      let S be a stack
1391  * 4      S.push(v)
1392  * 5      while S is not empty
1393  * 6            t <- S.pop()
1394  * 7            if t is what we're looking for:
1395  * 8                return t
1396  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
1397  * 10               if edge e is already labelled
1398  * 11                   continue with the next edge
1399  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
1400  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
1401  * 14                   label e as tree-edge
1402  * 15                   label w as discovered
1403  * 16                   S.push(w)
1404  * 17                   continue at 5
1405  * 18               else if vertex w is discovered
1406  * 19                   label e as back-edge
1407  * 20               else
1408  * 21                   // vertex w is explored
1409  * 22                   label e as forward- or cross-edge
1410  * 23           label t as explored
1411  * 24           S.pop()
1412  *
1413  * convention:
1414  * 0x10 - discovered
1415  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
1416  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
1417  * 0x20 - explored
1418  */
1419
1420 enum {
1421         DISCOVERED = 0x10,
1422         EXPLORED = 0x20,
1423         FALLTHROUGH = 1,
1424         BRANCH = 2,
1425 };
1426
1427 #define STATE_LIST_MARK ((struct verifier_state_list *) -1L)
1428
1429 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
1430 static int cur_stack;   /* current stack index */
1431 static int *insn_state;
1432
1433 /* t, w, e - match pseudo-code above:
1434  * t - index of current instruction
1435  * w - next instruction
1436  * e - edge
1437  */
1438 static int push_insn(int t, int w, int e, struct verifier_env *env)
1439 {
1440         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
1441                 return 0;
1442
1443         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
1444                 return 0;
1445
1446         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
1447                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
1448                 return -EINVAL;
1449         }
1450
1451         if (e == BRANCH)
1452                 /* mark branch target for state pruning */
1453                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
1454
1455         if (insn_state[w] == 0) {
1456                 /* tree-edge */
1457                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1458                 insn_state[w] = DISCOVERED;
1459                 if (cur_stack >= env->prog->len)
1460                         return -E2BIG;
1461                 insn_stack[cur_stack++] = w;
1462                 return 1;
1463         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
1464                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
1465                 return -EINVAL;
1466         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
1467                 /* forward- or cross-edge */
1468                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1469         } else {
1470                 verbose("insn state internal bug\n");
1471                 return -EFAULT;
1472         }
1473         return 0;
1474 }
1475
1476 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
1477  * loop == back-edge in directed graph
1478  */
1479 static int check_cfg(struct verifier_env *env)
1480 {
1481         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1482         int insn_cnt = env->prog->len;
1483         int ret = 0;
1484         int i, t;
1485
1486         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1487         if (!insn_state)
1488                 return -ENOMEM;
1489
1490         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1491         if (!insn_stack) {
1492                 kfree(insn_state);
1493                 return -ENOMEM;
1494         }
1495
1496         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
1497         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
1498         cur_stack = 1;
1499
1500 peek_stack:
1501         if (cur_stack == 0)
1502                 goto check_state;
1503         t = insn_stack[cur_stack - 1];
1504
1505         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
1506                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
1507
1508                 if (opcode == BPF_EXIT) {
1509                         goto mark_explored;
1510                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
1511                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1512                         if (ret == 1)
1513                                 goto peek_stack;
1514                         else if (ret < 0)
1515                                 goto err_free;
1516                 } else if (opcode == BPF_JA) {
1517                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
1518                                 ret = -EINVAL;
1519                                 goto err_free;
1520                         }
1521                         /* unconditional jump with single edge */
1522                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
1523                                         FALLTHROUGH, env);
1524                         if (ret == 1)
1525                                 goto peek_stack;
1526                         else if (ret < 0)
1527                                 goto err_free;
1528                         /* tell verifier to check for equivalent states
1529                          * after every call and jump
1530                          */
1531                         if (t + 1 < insn_cnt)
1532                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
1533                 } else {
1534                         /* conditional jump with two edges */
1535                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1536                         if (ret == 1)
1537                                 goto peek_stack;
1538                         else if (ret < 0)
1539                                 goto err_free;
1540
1541                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
1542                         if (ret == 1)
1543                                 goto peek_stack;
1544                         else if (ret < 0)
1545                                 goto err_free;
1546                 }
1547         } else {
1548                 /* all other non-branch instructions with single
1549                  * fall-through edge
1550                  */
1551                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1552                 if (ret == 1)
1553                         goto peek_stack;
1554                 else if (ret < 0)
1555                         goto err_free;
1556         }
1557
1558 mark_explored:
1559         insn_state[t] = EXPLORED;
1560         if (cur_stack-- <= 0) {
1561                 verbose("pop stack internal bug\n");
1562                 ret = -EFAULT;
1563                 goto err_free;
1564         }
1565         goto peek_stack;
1566
1567 check_state:
1568         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
1569                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
1570                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
1571                         ret = -EINVAL;
1572                         goto err_free;
1573                 }
1574         }
1575         ret = 0; /* cfg looks good */
1576
1577 err_free:
1578         kfree(insn_state);
1579         kfree(insn_stack);
1580         return ret;
1581 }
1582
1583 /* compare two verifier states
1584  *
1585  * all states stored in state_list are known to be valid, since
1586  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
1587  *
1588  * this function is called when verifier exploring different branches of
1589  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
1590  * more strict register state and more strict stack state then this execution
1591  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
1592  * concluded that more strict state leads to valid finish.
1593  *
1594  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
1595  * and explored stack state is more conservative than the current one.
1596  * Example:
1597  *       explored                   current
1598  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
1599  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
1600  *
1601  * In other words if current stack state (one being explored) has more
1602  * valid slots than old one that already passed validation, it means
1603  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
1604  *
1605  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
1606  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
1607  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
1608  */
1609 static bool states_equal(struct verifier_state *old, struct verifier_state *cur)
1610 {
1611         int i;
1612
1613         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
1614                 if (memcmp(&old->regs[i], &cur->regs[i],
1615                            sizeof(old->regs[0])) != 0) {
1616                         if (old->regs[i].type == NOT_INIT ||
1617                             (old->regs[i].type == UNKNOWN_VALUE &&
1618                              cur->regs[i].type != NOT_INIT))
1619                                 continue;
1620                         return false;
1621                 }
1622         }
1623
1624         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
1625                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
1626                         continue;
1627                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
1628                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
1629                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
1630                          * this verifier states are not equivalent,
1631                          * return false to continue verification of this path
1632                          */
1633                         return false;
1634                 if (i % BPF_REG_SIZE)
1635                         continue;
1636                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
1637                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
1638                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
1639                         /* when explored and current stack slot types are
1640                          * the same, check that stored pointers types
1641                          * are the same as well.
1642                          * Ex: explored safe path could have stored
1643                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
1644                          * but current path has stored:
1645                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
1646                          * such verifier states are not equivalent.
1647                          * return false to continue verification of this path
1648                          */
1649                         return false;
1650                 else
1651                         continue;
1652         }
1653         return true;
1654 }
1655
1656 static int is_state_visited(struct verifier_env *env, int insn_idx)
1657 {
1658         struct verifier_state_list *new_sl;
1659         struct verifier_state_list *sl;
1660
1661         sl = env->explored_states[insn_idx];
1662         if (!sl)
1663                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
1664                  * be doing state search here
1665                  */
1666                 return 0;
1667
1668         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
1669                 if (states_equal(&sl->state, &env->cur_state))
1670                         /* reached equivalent register/stack state,
1671                          * prune the search
1672                          */
1673                         return 1;
1674                 sl = sl->next;
1675         }
1676
1677         /* there were no equivalent states, remember current one.
1678          * technically the current state is not proven to be safe yet,
1679          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
1680          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
1681          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
1682          */
1683         new_sl = kmalloc(sizeof(struct verifier_state_list), GFP_USER);
1684         if (!new_sl)
1685                 return -ENOMEM;
1686
1687         /* add new state to the head of linked list */
1688         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
1689         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
1690         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
1691         return 0;
1692 }
1693
1694 static int do_check(struct verifier_env *env)
1695 {
1696         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1697         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1698         struct reg_state *regs = state->regs;
1699         int insn_cnt = env->prog->len;
1700         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
1701         int insn_processed = 0;
1702         bool do_print_state = false;
1703
1704         init_reg_state(regs);
1705         insn_idx = 0;
1706         for (;;) {
1707                 struct bpf_insn *insn;
1708                 u8 class;
1709                 int err;
1710
1711                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
1712                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
1713                                 insn_idx, insn_cnt);
1714                         return -EFAULT;
1715                 }
1716
1717                 insn = &insns[insn_idx];
1718                 class = BPF_CLASS(insn->code);
1719
1720                 if (++insn_processed > 32768) {
1721                         verbose("BPF program is too large. Proccessed %d insn\n",
1722                                 insn_processed);
1723                         return -E2BIG;
1724                 }
1725
1726                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
1727                 if (err < 0)
1728                         return err;
1729                 if (err == 1) {
1730                         /* found equivalent state, can prune the search */
1731                         if (log_level) {
1732                                 if (do_print_state)
1733                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
1734                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
1735                                 else
1736                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
1737                         }
1738                         goto process_bpf_exit;
1739                 }
1740
1741                 if (log_level && do_print_state) {
1742                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
1743                         print_verifier_state(env);
1744                         do_print_state = false;
1745                 }
1746
1747                 if (log_level) {
1748                         verbose("%d: ", insn_idx);
1749                         print_bpf_insn(insn);
1750                 }
1751
1752                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
1753                         err = check_alu_op(env, insn);
1754                         if (err)
1755                                 return err;
1756
1757                 } else if (class == BPF_LDX) {
1758                         enum bpf_reg_type src_reg_type;
1759
1760                         /* check for reserved fields is already done */
1761
1762                         /* check src operand */
1763                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1764                         if (err)
1765                                 return err;
1766
1767                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1768                         if (err)
1769                                 return err;
1770
1771                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
1772
1773                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
1774                          * the state of dst_reg will be updated by this func
1775                          */
1776                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
1777                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
1778                                                insn->dst_reg);
1779                         if (err)
1780                                 return err;
1781
1782                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W) {
1783                                 insn_idx++;
1784                                 continue;
1785                         }
1786
1787                         if (insn->imm == 0) {
1788                                 /* saw a valid insn
1789                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
1790                                  * use reserved 'imm' field to mark this insn
1791                                  */
1792                                 insn->imm = src_reg_type;
1793
1794                         } else if (src_reg_type != insn->imm &&
1795                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
1796                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
1797                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
1798                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
1799                                  * with different pointer types:
1800                                  * src_reg == ctx in one branch and
1801                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
1802                                  * Reject it.
1803                                  */
1804                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
1805                                 return -EINVAL;
1806                         }
1807
1808                 } else if (class == BPF_STX) {
1809                         enum bpf_reg_type dst_reg_type;
1810
1811                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
1812                                 err = check_xadd(env, insn);
1813                                 if (err)
1814                                         return err;
1815                                 insn_idx++;
1816                                 continue;
1817                         }
1818
1819                         /* check src1 operand */
1820                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1821                         if (err)
1822                                 return err;
1823                         /* check src2 operand */
1824                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1825                         if (err)
1826                                 return err;
1827
1828                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
1829
1830                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
1831                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
1832                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
1833                                                insn->src_reg);
1834                         if (err)
1835                                 return err;
1836
1837                         if (insn->imm == 0) {
1838                                 insn->imm = dst_reg_type;
1839                         } else if (dst_reg_type != insn->imm &&
1840                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
1841                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
1842                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
1843                                 return -EINVAL;
1844                         }
1845
1846                 } else if (class == BPF_ST) {
1847                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
1848                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1849                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
1850                                 return -EINVAL;
1851                         }
1852                         /* check src operand */
1853                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1854                         if (err)
1855                                 return err;
1856
1857                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
1858                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
1859                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
1860                                                -1);
1861                         if (err)
1862                                 return err;
1863
1864                 } else if (class == BPF_JMP) {
1865                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1866
1867                         if (opcode == BPF_CALL) {
1868                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1869                                     insn->off != 0 ||
1870                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1871                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1872                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
1873                                         return -EINVAL;
1874                                 }
1875
1876                                 err = check_call(env, insn->imm);
1877                                 if (err)
1878                                         return err;
1879
1880                         } else if (opcode == BPF_JA) {
1881                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1882                                     insn->imm != 0 ||
1883                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1884                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1885                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
1886                                         return -EINVAL;
1887                                 }
1888
1889                                 insn_idx += insn->off + 1;
1890                                 continue;
1891
1892                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
1893                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1894                                     insn->imm != 0 ||
1895                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1896                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1897                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
1898                                         return -EINVAL;
1899                                 }
1900
1901                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
1902                                  * to return the value from eBPF program.
1903                                  * Make sure that it's readable at this time
1904                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
1905                                  * something into it earlier
1906                                  */
1907                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
1908                                 if (err)
1909                                         return err;
1910
1911                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
1912                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
1913                                         return -EACCES;
1914                                 }
1915
1916 process_bpf_exit:
1917                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
1918                                 if (insn_idx < 0) {
1919                                         break;
1920                                 } else {
1921                                         do_print_state = true;
1922                                         continue;
1923                                 }
1924                         } else {
1925                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
1926                                 if (err)
1927                                         return err;
1928                         }
1929                 } else if (class == BPF_LD) {
1930                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1931
1932                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
1933                                 err = check_ld_abs(env, insn);
1934                                 if (err)
1935                                         return err;
1936
1937                         } else if (mode == BPF_IMM) {
1938                                 err = check_ld_imm(env, insn);
1939                                 if (err)
1940                                         return err;
1941
1942                                 insn_idx++;
1943                         } else {
1944                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
1945                                 return -EINVAL;
1946                         }
1947                 } else {
1948                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
1949                         return -EINVAL;
1950                 }
1951
1952                 insn_idx++;
1953         }
1954
1955         return 0;
1956 }
1957
1958 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
1959  * replace them with actual map pointers
1960  */
1961 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct verifier_env *env)
1962 {
1963         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
1964         int insn_cnt = env->prog->len;
1965         int i, j;
1966
1967         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
1968                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
1969                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
1970                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
1971                         return -EINVAL;
1972                 }
1973
1974                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
1975                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
1976                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
1977                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
1978                         return -EINVAL;
1979                 }
1980
1981                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
1982                         struct bpf_map *map;
1983                         struct fd f;
1984
1985                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
1986                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
1987                             insn[1].off != 0) {
1988                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
1989                                 return -EINVAL;
1990                         }
1991
1992                         if (insn->src_reg == 0)
1993                                 /* valid generic load 64-bit imm */
1994                                 goto next_insn;
1995
1996                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
1997                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
1998                                 return -EINVAL;
1999                         }
2000
2001                         f = fdget(insn->imm);
2002                         map = __bpf_map_get(f);
2003                         if (IS_ERR(map)) {
2004                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
2005                                         insn->imm);
2006                                 fdput(f);
2007                                 return PTR_ERR(map);
2008                         }
2009
2010                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2011                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
2012                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
2013
2014                         /* check whether we recorded this map already */
2015                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
2016                                 if (env->used_maps[j] == map) {
2017                                         fdput(f);
2018                                         goto next_insn;
2019                                 }
2020
2021                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
2022                                 fdput(f);
2023                                 return -E2BIG;
2024                         }
2025
2026                         /* remember this map */
2027                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
2028
2029                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
2030                          * the map will be released by release_maps() or it
2031                          * will be used by the valid program until it's unloaded
2032                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
2033                          */
2034                         bpf_map_inc(map, false);
2035                         fdput(f);
2036 next_insn:
2037                         insn++;
2038                         i++;
2039                 }
2040         }
2041
2042         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
2043          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
2044          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
2045          */
2046         return 0;
2047 }
2048
2049 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
2050 static void release_maps(struct verifier_env *env)
2051 {
2052         int i;
2053
2054         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
2055                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
2056 }
2057
2058 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
2059 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct verifier_env *env)
2060 {
2061         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2062         int insn_cnt = env->prog->len;
2063         int i;
2064
2065         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
2066                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
2067                         insn->src_reg = 0;
2068 }
2069
2070 static void adjust_branches(struct bpf_prog *prog, int pos, int delta)
2071 {
2072         struct bpf_insn *insn = prog->insnsi;
2073         int insn_cnt = prog->len;
2074         int i;
2075
2076         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2077                 if (BPF_CLASS(insn->code) != BPF_JMP ||
2078                     BPF_OP(insn->code) == BPF_CALL ||
2079                     BPF_OP(insn->code) == BPF_EXIT)
2080                         continue;
2081
2082                 /* adjust offset of jmps if necessary */
2083                 if (i < pos && i + insn->off + 1 > pos)
2084                         insn->off += delta;
2085                 else if (i > pos + delta && i + insn->off + 1 <= pos + delta)
2086                         insn->off -= delta;
2087         }
2088 }
2089
2090 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
2091  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
2092  */
2093 static int convert_ctx_accesses(struct verifier_env *env)
2094 {
2095         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2096         int insn_cnt = env->prog->len;
2097         struct bpf_insn insn_buf[16];
2098         struct bpf_prog *new_prog;
2099         u32 cnt;
2100         int i;
2101         enum bpf_access_type type;
2102
2103         if (!env->prog->aux->ops->convert_ctx_access)
2104                 return 0;
2105
2106         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2107                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W))
2108                         type = BPF_READ;
2109                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W))
2110                         type = BPF_WRITE;
2111                 else
2112                         continue;
2113
2114                 if (insn->imm != PTR_TO_CTX) {
2115                         /* clear internal mark */
2116                         insn->imm = 0;
2117                         continue;
2118                 }
2119
2120                 cnt = env->prog->aux->ops->
2121                         convert_ctx_access(type, insn->dst_reg, insn->src_reg,
2122                                            insn->off, insn_buf, env->prog);
2123                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
2124                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
2125                         return -EINVAL;
2126                 }
2127
2128                 if (cnt == 1) {
2129                         memcpy(insn, insn_buf, sizeof(*insn));
2130                         continue;
2131                 }
2132
2133                 /* several new insns need to be inserted. Make room for them */
2134                 insn_cnt += cnt - 1;
2135                 new_prog = bpf_prog_realloc(env->prog,
2136                                             bpf_prog_size(insn_cnt),
2137                                             GFP_USER);
2138                 if (!new_prog)
2139                         return -ENOMEM;
2140
2141                 new_prog->len = insn_cnt;
2142
2143                 memmove(new_prog->insnsi + i + cnt, new_prog->insns + i + 1,
2144                         sizeof(*insn) * (insn_cnt - i - cnt));
2145
2146                 /* copy substitute insns in place of load instruction */
2147                 memcpy(new_prog->insnsi + i, insn_buf, sizeof(*insn) * cnt);
2148
2149                 /* adjust branches in the whole program */
2150                 adjust_branches(new_prog, i, cnt - 1);
2151
2152                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
2153                 env->prog = new_prog;
2154                 insn = new_prog->insnsi + i + cnt - 1;
2155                 i += cnt - 1;
2156         }
2157
2158         return 0;
2159 }
2160
2161 static void free_states(struct verifier_env *env)
2162 {
2163         struct verifier_state_list *sl, *sln;
2164         int i;
2165
2166         if (!env->explored_states)
2167                 return;
2168
2169         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
2170                 sl = env->explored_states[i];
2171
2172                 if (sl)
2173                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2174                                 sln = sl->next;
2175                                 kfree(sl);
2176                                 sl = sln;
2177                         }
2178         }
2179
2180         kfree(env->explored_states);
2181 }
2182
2183 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
2184 {
2185         char __user *log_ubuf = NULL;
2186         struct verifier_env *env;
2187         int ret = -EINVAL;
2188
2189         if ((*prog)->len <= 0 || (*prog)->len > BPF_MAXINSNS)
2190                 return -E2BIG;
2191
2192         /* 'struct verifier_env' can be global, but since it's not small,
2193          * allocate/free it every time bpf_check() is called
2194          */
2195         env = kzalloc(sizeof(struct verifier_env), GFP_KERNEL);
2196         if (!env)
2197                 return -ENOMEM;
2198
2199         env->prog = *prog;
2200
2201         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
2202         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
2203
2204         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
2205                 /* user requested verbose verifier output
2206                  * and supplied buffer to store the verification trace
2207                  */
2208                 log_level = attr->log_level;
2209                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
2210                 log_size = attr->log_size;
2211                 log_len = 0;
2212
2213                 ret = -EINVAL;
2214                 /* log_* values have to be sane */
2215                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
2216                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
2217                         goto free_env;
2218
2219                 ret = -ENOMEM;
2220                 log_buf = vmalloc(log_size);
2221                 if (!log_buf)
2222                         goto free_env;
2223         } else {
2224                 log_level = 0;
2225         }
2226
2227         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
2228         if (ret < 0)
2229                 goto skip_full_check;
2230
2231         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
2232                                        sizeof(struct verifier_state_list *),
2233                                        GFP_USER);
2234         ret = -ENOMEM;
2235         if (!env->explored_states)
2236                 goto skip_full_check;
2237
2238         ret = check_cfg(env);
2239         if (ret < 0)
2240                 goto skip_full_check;
2241
2242         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
2243
2244         ret = do_check(env);
2245
2246 skip_full_check:
2247         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
2248         free_states(env);
2249
2250         if (ret == 0)
2251                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
2252                 ret = convert_ctx_accesses(env);
2253
2254         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
2255                 BUG_ON(log_len >= log_size);
2256                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
2257                 ret = -ENOSPC;
2258                 /* fall through to return what was recorded */
2259         }
2260
2261         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
2262         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
2263                 ret = -EFAULT;
2264                 goto free_log_buf;
2265         }
2266
2267         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
2268                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
2269                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
2270                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
2271                                                           GFP_KERNEL);
2272
2273                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
2274                         ret = -ENOMEM;
2275                         goto free_log_buf;
2276                 }
2277
2278                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
2279                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
2280                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
2281
2282                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
2283                  * bpf_ld_imm64 instructions
2284                  */
2285                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
2286         }
2287
2288 free_log_buf:
2289         if (log_level)
2290                 vfree(log_buf);
2291 free_env:
2292         if (!env->prog->aux->used_maps)
2293                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
2294                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
2295                  */
2296                 release_maps(env);
2297         *prog = env->prog;
2298         kfree(env);
2299         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
2300         return ret;
2301 }