kernel/bpf/verifier.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
   2  * Copyright (c) 2016 Facebook
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  */
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/types.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/bpf.h>
  17 #include <linux/bpf_verifier.h>
  18 #include <linux/filter.h>
  19 #include <net/netlink.h>
  20 #include <linux/file.h>
  21 #include <linux/vmalloc.h>
  22 #include <linux/stringify.h>
  23
  24 /* bpf_check() is a static code analyzer that walks eBPF program
  25  * instruction by instruction and updates register/stack state.
  26  * All paths of conditional branches are analyzed until 'bpf_exit' insn.
  27  *
  28  * The first pass is depth-first-search to check that the program is a DAG.
  29  * It rejects the following programs:
  30  * - larger than BPF_MAXINSNS insns
  31  * - if loop is present (detected via back-edge)
  32  * - unreachable insns exist (shouldn't be a forest. program = one function)
  33  * - out of bounds or malformed jumps
  34  * The second pass is all possible path descent from the 1st insn.
  35  * Since it's analyzing all pathes through the program, the length of the
  36  * analysis is limited to 32k insn, which may be hit even if total number of
  37  * insn is less then 4K, but there are too many branches that change stack/regs.
  38  * Number of 'branches to be analyzed' is limited to 1k
  39  *
  40  * On entry to each instruction, each register has a type, and the instruction
  41  * changes the types of the registers depending on instruction semantics.
  42  * If instruction is BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_5), then type of R5 is
  43  * copied to R1.
  44  *
  45  * All registers are 64-bit.
  46  * R0 - return register
  47  * R1-R5 argument passing registers
  48  * R6-R9 callee saved registers
  49  * R10 - frame pointer read-only
  50  *
  51  * At the start of BPF program the register R1 contains a pointer to bpf_context
  52  * and has type PTR_TO_CTX.
  53  *
  54  * Verifier tracks arithmetic operations on pointers in case:
  55  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),
  56  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -20),
  57  * 1st insn copies R10 (which has FRAME_PTR) type into R1
  58  * and 2nd arithmetic instruction is pattern matched to recognize
  59  * that it wants to construct a pointer to some element within stack.
  60  * So after 2nd insn, the register R1 has type PTR_TO_STACK
  61  * (and -20 constant is saved for further stack bounds checking).
  62  * Meaning that this reg is a pointer to stack plus known immediate constant.
  63  *
  64  * Most of the time the registers have UNKNOWN_VALUE type, which
  65  * means the register has some value, but it's not a valid pointer.
  66  * (like pointer plus pointer becomes UNKNOWN_VALUE type)
  67  *
  68  * When verifier sees load or store instructions the type of base register
  69  * can be: PTR_TO_MAP_VALUE, PTR_TO_CTX, FRAME_PTR. These are three pointer
  70  * types recognized by check_mem_access() function.
  71  *
  72  * PTR_TO_MAP_VALUE means that this register is pointing to 'map element value'
  73  * and the range of [ptr, ptr + map's value_size) is accessible.
  74  *
  75  * registers used to pass values to function calls are checked against
  76  * function argument constraints.
  77  *
  78  * ARG_PTR_TO_MAP_KEY is one of such argument constraints.
  79  * It means that the register type passed to this function must be
  80  * PTR_TO_STACK and it will be used inside the function as
  81  * 'pointer to map element key'
  82  *
  83  * For example the argument constraints for bpf_map_lookup_elem():
  84  *   .ret_type = RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,
  85  *   .arg1_type = ARG_CONST_MAP_PTR,
  86  *   .arg2_type = ARG_PTR_TO_MAP_KEY,
  87  *
  88  * ret_type says that this function returns 'pointer to map elem value or null'
  89  * function expects 1st argument to be a const pointer to 'struct bpf_map' and
  90  * 2nd argument should be a pointer to stack, which will be used inside
  91  * the helper function as a pointer to map element key.
  92  *
  93  * On the kernel side the helper function looks like:
  94  * u64 bpf_map_lookup_elem(u64 r1, u64 r2, u64 r3, u64 r4, u64 r5)
  95  * {
  96  *    struct bpf_map *map = (struct bpf_map *) (unsigned long) r1;
  97  *    void *key = (void *) (unsigned long) r2;
  98  *    void *value;
  99  *
 100  *    here kernel can access 'key' and 'map' pointers safely, knowing that
 101  *    [key, key + map->key_size) bytes are valid and were initialized on
 102  *    the stack of eBPF program.
 103  * }
 104  *
 105  * Corresponding eBPF program may look like:
 106  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),  // after this insn R2 type is FRAME_PTR
 107  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), // after this insn R2 type is PTR_TO_STACK
 108  *    BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),      // after this insn R1 type is CONST_PTR_TO_MAP
 109  *    BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
 110  * here verifier looks at prototype of map_lookup_elem() and sees:
 111  * .arg1_type == ARG_CONST_MAP_PTR and R1->type == CONST_PTR_TO_MAP, which is ok,
 112  * Now verifier knows that this map has key of R1->map_ptr->key_size bytes
 113  *
 114  * Then .arg2_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY and R2->type == PTR_TO_STACK, ok so far,
 115  * Now verifier checks that [R2, R2 + map's key_size) are within stack limits
 116  * and were initialized prior to this call.
 117  * If it's ok, then verifier allows this BPF_CALL insn and looks at
 118  * .ret_type which is RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, so it sets
 119  * R0->type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL which means bpf_map_lookup_elem() function
 120  * returns ether pointer to map value or NULL.
 121  *
 122  * When type PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL passes through 'if (reg != 0) goto +off'
 123  * insn, the register holding that pointer in the true branch changes state to
 124  * PTR_TO_MAP_VALUE and the same register changes state to CONST_IMM in the false
 125  * branch. See check_cond_jmp_op().
 126  *
 127  * After the call R0 is set to return type of the function and registers R1-R5
 128  * are set to NOT_INIT to indicate that they are no longer readable.
 129  */
 130
 131 /* verifier_state + insn_idx are pushed to stack when branch is encountered */
 132 struct bpf_verifier_stack_elem {
 133         /* verifer state is 'st'
 134          * before processing instruction 'insn_idx'
 135          * and after processing instruction 'prev_insn_idx'
 136          */
 137         struct bpf_verifier_state st;
 138         int insn_idx;
 139         int prev_insn_idx;
 140         struct bpf_verifier_stack_elem *next;
 141 };
 142
 143 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS      65536
 144 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK      1024
 145
 146 struct bpf_call_arg_meta {
 147         struct bpf_map *map_ptr;
 148         bool raw_mode;
 149         bool pkt_access;
 150         int regno;
 151         int access_size;
 152 };
 153
 154 /* verbose verifier prints what it's seeing
 155  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 156  */
 157 static u32 log_level, log_size, log_len;
 158 static char *log_buf;
 159
 160 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 161
 162 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 163  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 164  * can figure out what's wrong with the program
 165  */
 166 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 167 {
 168         va_list args;
 169
 170         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 171                 return;
 172
 173         va_start(args, fmt);
 174         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 175         va_end(args);
 176 }
 177
 178 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 179 static const char * const reg_type_str[] = {
 180         [NOT_INIT]              = "?",
 181         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 182         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 183         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 184         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 185         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 186         [PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ]  = "map_value_adj",
 187         [FRAME_PTR]             = "fp",
 188         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 189         [CONST_IMM]             = "imm",
 190         [PTR_TO_PACKET]         = "pkt",
 191         [PTR_TO_PACKET_END]     = "pkt_end",
 192 };
 193
 194 #define __BPF_FUNC_STR_FN(x) [BPF_FUNC_ ## x] = __stringify(bpf_ ## x)
 195 static const char * const func_id_str[] = {
 196         __BPF_FUNC_MAPPER(__BPF_FUNC_STR_FN)
 197 };
 198 #undef __BPF_FUNC_STR_FN
 199
 200 static const char *func_id_name(int id)
 201 {
 202         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(func_id_str) != __BPF_FUNC_MAX_ID);
 203
 204         if (id >= 0 && id < __BPF_FUNC_MAX_ID && func_id_str[id])
 205                 return func_id_str[id];
 206         else
 207                 return "unknown";
 208 }
 209
 210 static void print_verifier_state(struct bpf_verifier_state *state)
 211 {
 212         struct bpf_reg_state *reg;
 213         enum bpf_reg_type t;
 214         int i;
 215
 216         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 217                 reg = &state->regs[i];
 218                 t = reg->type;
 219                 if (t == NOT_INIT)
 220                         continue;
 221                 verbose(" R%d=%s", i, reg_type_str[t]);
 222                 if (t == CONST_IMM || t == PTR_TO_STACK)
 223                         verbose("%lld", reg->imm);
 224                 else if (t == PTR_TO_PACKET)
 225                         verbose("(id=%d,off=%d,r=%d)",
 226                                 reg->id, reg->off, reg->range);
 227                 else if (t == UNKNOWN_VALUE && reg->imm)
 228                         verbose("%lld", reg->imm);
 229                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 230                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL ||
 231                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 232                         verbose("(ks=%d,vs=%d,id=%u)",
 233                                 reg->map_ptr->key_size,
 234                                 reg->map_ptr->value_size,
 235                                 reg->id);
 236                 if (reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
 237                         verbose(",min_value=%lld",
 238                                 (long long)reg->min_value);
 239                 if (reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
 240                         verbose(",max_value=%llu",
 241                                 (unsigned long long)reg->max_value);
 242         }
 243         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 244                 if (state->stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 245                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 246                                 reg_type_str[state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 247         }
 248         verbose("\n");
 249 }
 250
 251 static const char *const bpf_class_string[] = {
 252         [BPF_LD]    = "ld",
 253         [BPF_LDX]   = "ldx",
 254         [BPF_ST]    = "st",
 255         [BPF_STX]   = "stx",
 256         [BPF_ALU]   = "alu",
 257         [BPF_JMP]   = "jmp",
 258         [BPF_RET]   = "BUG",
 259         [BPF_ALU64] = "alu64",
 260 };
 261
 262 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 263         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 264         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 265         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 266         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 267         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 268         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 269         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 270         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 271         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 272         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 273         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 274         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 275         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 276         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 277 };
 278
 279 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 280         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 281         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 282         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 283         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 284 };
 285
 286 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 287         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 288         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 289         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 290         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 291         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 292         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 293         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 294         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 295         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 296         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 297 };
 298
 299 static void print_bpf_insn(struct bpf_insn *insn)
 300 {
 301         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 302
 303         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 304                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 305                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 306                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 307                                 insn->dst_reg,
 308                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 309                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 310                                 insn->src_reg);
 311                 else
 312                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 313                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 314                                 insn->dst_reg,
 315                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 316                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 317                                 insn->imm);
 318         } else if (class == BPF_STX) {
 319                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 320                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 321                                 insn->code,
 322                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 323                                 insn->dst_reg,
 324                                 insn->off, insn->src_reg);
 325                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 326                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 327                                 insn->code,
 328                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 329                                 insn->dst_reg, insn->off,
 330                                 insn->src_reg);
 331                 else
 332                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 333         } else if (class == BPF_ST) {
 334                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 335                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 336                         return;
 337                 }
 338                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 339                         insn->code,
 340                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 341                         insn->dst_reg,
 342                         insn->off, insn->imm);
 343         } else if (class == BPF_LDX) {
 344                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 345                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 346                         return;
 347                 }
 348                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 349                         insn->code, insn->dst_reg,
 350                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 351                         insn->src_reg, insn->off);
 352         } else if (class == BPF_LD) {
 353                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 354                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 355                                 insn->code,
 356                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 357                                 insn->imm);
 358                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 359                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 360                                 insn->code,
 361                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 362                                 insn->src_reg, insn->imm);
 363                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM) {
 364                         verbose("(%02x) r%d = 0x%x\n",
 365                                 insn->code, insn->dst_reg, insn->imm);
 366                 } else {
 367                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 368                         return;
 369                 }
 370         } else if (class == BPF_JMP) {
 371                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 372
 373                 if (opcode == BPF_CALL) {
 374                         verbose("(%02x) call %s#%d\n", insn->code,
 375                                 func_id_name(insn->imm), insn->imm);
 376                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 377                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 378                                 insn->code, insn->off);
 379                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 380                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 381                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 382                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 383                                 insn->code, insn->dst_reg,
 384                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 385                                 insn->src_reg, insn->off);
 386                 } else {
 387                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 388                                 insn->code, insn->dst_reg,
 389                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 390                                 insn->imm, insn->off);
 391                 }
 392         } else {
 393                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 394         }
 395 }
 396
 397 static int pop_stack(struct bpf_verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 398 {
 399         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 400         int insn_idx;
 401
 402         if (env->head == NULL)
 403                 return -1;
 404
 405         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 406         insn_idx = env->head->insn_idx;
 407         if (prev_insn_idx)
 408                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 409         elem = env->head->next;
 410         kfree(env->head);
 411         env->head = elem;
 412         env->stack_size--;
 413         return insn_idx;
 414 }
 415
 416 static struct bpf_verifier_state *push_stack(struct bpf_verifier_env *env,
 417                                              int insn_idx, int prev_insn_idx)
 418 {
 419         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 420
 421         elem = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 422         if (!elem)
 423                 goto err;
 424
 425         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 426         elem->insn_idx = insn_idx;
 427         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 428         elem->next = env->head;
 429         env->head = elem;
 430         env->stack_size++;
 431         if (env->stack_size > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK) {
 432                 verbose("BPF program is too complex\n");
 433                 goto err;
 434         }
 435         return &elem->st;
 436 err:
 437         /* pop all elements and return */
 438         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 439         return NULL;
 440 }
 441
 442 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 443 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 444         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 445 };
 446
 447 static void init_reg_state(struct bpf_reg_state *regs)
 448 {
 449         int i;
 450
 451         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 452                 regs[i].type = NOT_INIT;
 453                 regs[i].imm = 0;
 454                 regs[i].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 455                 regs[i].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 456         }
 457
 458         /* frame pointer */
 459         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 460
 461         /* 1st arg to a function */
 462         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 463 }
 464
 465 static void __mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 466 {
 467         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 468         regs[regno].id = 0;
 469         regs[regno].imm = 0;
 470 }
 471
 472 static void mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 473 {
 474         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 475         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 476 }
 477
 478 static void reset_reg_range_values(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 479 {
 480         regs[regno].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 481         regs[regno].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 482 }
 483
 484 enum reg_arg_type {
 485         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 486         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 487         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 488 };
 489
 490 static int check_reg_arg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno,
 491                          enum reg_arg_type t)
 492 {
 493         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 494                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 495                 return -EINVAL;
 496         }
 497
 498         if (t == SRC_OP) {
 499                 /* check whether register used as source operand can be read */
 500                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 501                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 502                         return -EACCES;
 503                 }
 504         } else {
 505                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 506                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 507                         verbose("frame pointer is read only\n");
 508                         return -EACCES;
 509                 }
 510                 if (t == DST_OP)
 511                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 512         }
 513         return 0;
 514 }
 515
 516 static int bpf_size_to_bytes(int bpf_size)
 517 {
 518         if (bpf_size == BPF_W)
 519                 return 4;
 520         else if (bpf_size == BPF_H)
 521                 return 2;
 522         else if (bpf_size == BPF_B)
 523                 return 1;
 524         else if (bpf_size == BPF_DW)
 525                 return 8;
 526         else
 527                 return -EINVAL;
 528 }
 529
 530 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 531 {
 532         switch (type) {
 533         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 534         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 535         case PTR_TO_STACK:
 536         case PTR_TO_CTX:
 537         case PTR_TO_PACKET:
 538         case PTR_TO_PACKET_END:
 539         case FRAME_PTR:
 540         case CONST_PTR_TO_MAP:
 541                 return true;
 542         default:
 543                 return false;
 544         }
 545 }
 546
 547 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 548  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 549  */
 550 static int check_stack_write(struct bpf_verifier_state *state, int off,
 551                              int size, int value_regno)
 552 {
 553         int i;
 554         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 555          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 556          */
 557
 558         if (value_regno >= 0 &&
 559             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 560
 561                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 562                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 563                         verbose("invalid size of register spill\n");
 564                         return -EACCES;
 565                 }
 566
 567                 /* save register state */
 568                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 569                         state->regs[value_regno];
 570
 571                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 572                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 573         } else {
 574                 /* regular write of data into stack */
 575                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 576                         (struct bpf_reg_state) {};
 577
 578                 for (i = 0; i < size; i++)
 579                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 580         }
 581         return 0;
 582 }
 583
 584 static int check_stack_read(struct bpf_verifier_state *state, int off, int size,
 585                             int value_regno)
 586 {
 587         u8 *slot_type;
 588         int i;
 589
 590         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 591
 592         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 593                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 594                         verbose("invalid size of register spill\n");
 595                         return -EACCES;
 596                 }
 597                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 598                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 599                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 600                                 return -EACCES;
 601                         }
 602                 }
 603
 604                 if (value_regno >= 0)
 605                         /* restore register state from stack */
 606                         state->regs[value_regno] =
 607                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 608                 return 0;
 609         } else {
 610                 for (i = 0; i < size; i++) {
 611                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 612                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 613                                         off, i, size);
 614                                 return -EACCES;
 615                         }
 616                 }
 617                 if (value_regno >= 0)
 618                         /* have read misc data from the stack */
 619                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 620                 return 0;
 621         }
 622 }
 623
 624 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 625 static int check_map_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 626                             int size)
 627 {
 628         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 629
 630         if (off < 0 || off + size > map->value_size) {
 631                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 632                         map->value_size, off, size);
 633                 return -EACCES;
 634         }
 635         return 0;
 636 }
 637
 638 #define MAX_PACKET_OFF 0xffff
 639
 640 static bool may_access_direct_pkt_data(struct bpf_verifier_env *env,
 641                                        const struct bpf_call_arg_meta *meta,
 642                                        enum bpf_access_type t)
 643 {
 644         switch (env->prog->type) {
 645         case BPF_PROG_TYPE_LWT_IN:
 646         case BPF_PROG_TYPE_LWT_OUT:
 647                 /* dst_input() and dst_output() can't write for now */
 648                 if (t == BPF_WRITE)
 649                         return false;
 650         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
 651         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
 652         case BPF_PROG_TYPE_XDP:
 653         case BPF_PROG_TYPE_LWT_XMIT:
 654                 if (meta)
 655                         return meta->pkt_access;
 656
 657                 env->seen_direct_write = true;
 658                 return true;
 659         default:
 660                 return false;
 661         }
 662 }
 663
 664 static int check_packet_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 665                                int size)
 666 {
 667         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 668         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
 669
 670         off += reg->off;
 671         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > reg->range) {
 672                 verbose("invalid access to packet, off=%d size=%d, R%d(id=%d,off=%d,r=%d)\n",
 673                         off, size, regno, reg->id, reg->off, reg->range);
 674                 return -EACCES;
 675         }
 676         return 0;
 677 }
 678
 679 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 680 static int check_ctx_access(struct bpf_verifier_env *env, int off, int size,
 681                             enum bpf_access_type t, enum bpf_reg_type *reg_type)
 682 {
 683         /* for analyzer ctx accesses are already validated and converted */
 684         if (env->analyzer_ops)
 685                 return 0;
 686
 687         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 688             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t, reg_type)) {
 689                 /* remember the offset of last byte accessed in ctx */
 690                 if (env->prog->aux->max_ctx_offset < off + size)
 691                         env->prog->aux->max_ctx_offset = off + size;
 692                 return 0;
 693         }
 694
 695         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 696         return -EACCES;
 697 }
 698
 699 static bool is_pointer_value(struct bpf_verifier_env *env, int regno)
 700 {
 701         if (env->allow_ptr_leaks)
 702                 return false;
 703
 704         switch (env->cur_state.regs[regno].type) {
 705         case UNKNOWN_VALUE:
 706         case CONST_IMM:
 707                 return false;
 708         default:
 709                 return true;
 710         }
 711 }
 712
 713 static int check_ptr_alignment(struct bpf_verifier_env *env,
 714                                struct bpf_reg_state *reg, int off, int size)
 715 {
 716         if (reg->type != PTR_TO_PACKET && reg->type != PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 717                 if (off % size != 0) {
 718                         verbose("misaligned access off %d size %d\n",
 719                                 off, size);
 720                         return -EACCES;
 721                 } else {
 722                         return 0;
 723                 }
 724         }
 725
 726         if (IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS))
 727                 /* misaligned access to packet is ok on x86,arm,arm64 */
 728                 return 0;
 729
 730         if (reg->id && size != 1) {
 731                 verbose("Unknown packet alignment. Only byte-sized access allowed\n");
 732                 return -EACCES;
 733         }
 734
 735         /* skb->data is NET_IP_ALIGN-ed */
 736         if (reg->type == PTR_TO_PACKET &&
 737             (NET_IP_ALIGN + reg->off + off) % size != 0) {
 738                 verbose("misaligned packet access off %d+%d+%d size %d\n",
 739                         NET_IP_ALIGN, reg->off, off, size);
 740                 return -EACCES;
 741         }
 742         return 0;
 743 }
 744
 745 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 746  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 747  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 748  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 749  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 750  */
 751 static int check_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 752                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 753                             int value_regno)
 754 {
 755         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 756         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 757         int size, err = 0;
 758
 759         if (reg->type == PTR_TO_STACK)
 760                 off += reg->imm;
 761
 762         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 763         if (size < 0)
 764                 return size;
 765
 766         err = check_ptr_alignment(env, reg, off, size);
 767         if (err)
 768                 return err;
 769
 770         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 771             reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 772                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 773                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 774                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 775                         return -EACCES;
 776                 }
 777
 778                 /* If we adjusted the register to this map value at all then we
 779                  * need to change off and size to min_value and max_value
 780                  * respectively to make sure our theoretical access will be
 781                  * safe.
 782                  */
 783                 if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 784                         if (log_level)
 785                                 print_verifier_state(state);
 786                         env->varlen_map_value_access = true;
 787                         /* The minimum value is only important with signed
 788                          * comparisons where we can't assume the floor of a
 789                          * value is 0.  If we are using signed variables for our
 790                          * index'es we need to make sure that whatever we use
 791                          * will have a set floor within our range.
 792                          */
 793                         if (reg->min_value < 0) {
 794                                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned index or do a if (index >=0) check.\n",
 795                                         regno);
 796                                 return -EACCES;
 797                         }
 798                         err = check_map_access(env, regno, reg->min_value + off,
 799                                                size);
 800                         if (err) {
 801                                 verbose("R%d min value is outside of the array range\n",
 802                                         regno);
 803                                 return err;
 804                         }
 805
 806                         /* If we haven't set a max value then we need to bail
 807                          * since we can't be sure we won't do bad things.
 808                          */
 809                         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
 810                                 verbose("R%d unbounded memory access, make sure to bounds check any array access into a map\n",
 811                                         regno);
 812                                 return -EACCES;
 813                         }
 814                         off += reg->max_value;
 815                 }
 816                 err = check_map_access(env, regno, off, size);
 817                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 818                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 819
 820         } else if (reg->type == PTR_TO_CTX) {
 821                 enum bpf_reg_type reg_type = UNKNOWN_VALUE;
 822
 823                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 824                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 825                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 826                         return -EACCES;
 827                 }
 828                 err = check_ctx_access(env, off, size, t, &reg_type);
 829                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0) {
 830                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 831                         /* note that reg.[id|off|range] == 0 */
 832                         state->regs[value_regno].type = reg_type;
 833                 }
 834
 835         } else if (reg->type == FRAME_PTR || reg->type == PTR_TO_STACK) {
 836                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 837                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 838                         return -EACCES;
 839                 }
 840                 if (t == BPF_WRITE) {
 841                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 842                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 843                             size != BPF_REG_SIZE) {
 844                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 845                                 return -EACCES;
 846                         }
 847                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 848                 } else {
 849                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 850                 }
 851         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_PACKET) {
 852                 if (t == BPF_WRITE && !may_access_direct_pkt_data(env, NULL, t)) {
 853                         verbose("cannot write into packet\n");
 854                         return -EACCES;
 855                 }
 856                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 857                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 858                         verbose("R%d leaks addr into packet\n", value_regno);
 859                         return -EACCES;
 860                 }
 861                 err = check_packet_access(env, regno, off, size);
 862                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 863                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 864         } else {
 865                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 866                         regno, reg_type_str[reg->type]);
 867                 return -EACCES;
 868         }
 869
 870         if (!err && size <= 2 && value_regno >= 0 && env->allow_ptr_leaks &&
 871             state->regs[value_regno].type == UNKNOWN_VALUE) {
 872                 /* 1 or 2 byte load zero-extends, determine the number of
 873                  * zero upper bits. Not doing it fo 4 byte load, since
 874                  * such values cannot be added to ptr_to_packet anyway.
 875                  */
 876                 state->regs[value_regno].imm = 64 - size * 8;
 877         }
 878         return err;
 879 }
 880
 881 static int check_xadd(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
 882 {
 883         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 884         int err;
 885
 886         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 887             insn->imm != 0) {
 888                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 889                 return -EINVAL;
 890         }
 891
 892         /* check src1 operand */
 893         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 894         if (err)
 895                 return err;
 896
 897         /* check src2 operand */
 898         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 899         if (err)
 900                 return err;
 901
 902         /* check whether atomic_add can read the memory */
 903         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 904                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
 905         if (err)
 906                 return err;
 907
 908         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
 909         return check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 910                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
 911 }
 912
 913 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
 914  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
 915  * and all elements of stack are initialized
 916  */
 917 static int check_stack_boundary(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
 918                                 int access_size, bool zero_size_allowed,
 919                                 struct bpf_call_arg_meta *meta)
 920 {
 921         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 922         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
 923         int off, i;
 924
 925         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK) {
 926                 if (zero_size_allowed && access_size == 0 &&
 927                     regs[regno].type == CONST_IMM &&
 928                     regs[regno].imm  == 0)
 929                         return 0;
 930
 931                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 932                         reg_type_str[regs[regno].type],
 933                         reg_type_str[PTR_TO_STACK]);
 934                 return -EACCES;
 935         }
 936
 937         off = regs[regno].imm;
 938         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
 939             access_size <= 0) {
 940                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
 941                         regno, off, access_size);
 942                 return -EACCES;
 943         }
 944
 945         if (meta && meta->raw_mode) {
 946                 meta->access_size = access_size;
 947                 meta->regno = regno;
 948                 return 0;
 949         }
 950
 951         for (i = 0; i < access_size; i++) {
 952                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
 953                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
 954                                 off, i, access_size);
 955                         return -EACCES;
 956                 }
 957         }
 958         return 0;
 959 }
 960
 961 static int check_func_arg(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
 962                           enum bpf_arg_type arg_type,
 963                           struct bpf_call_arg_meta *meta)
 964 {
 965         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *reg = &regs[regno];
 966         enum bpf_reg_type expected_type, type = reg->type;
 967         int err = 0;
 968
 969         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
 970                 return 0;
 971
 972         if (type == NOT_INIT) {
 973                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 974                 return -EACCES;
 975         }
 976
 977         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
 978                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
 979                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
 980                         return -EACCES;
 981                 }
 982                 return 0;
 983         }
 984
 985         if (type == PTR_TO_PACKET &&
 986             !may_access_direct_pkt_data(env, meta, BPF_READ)) {
 987                 verbose("helper access to the packet is not allowed\n");
 988                 return -EACCES;
 989         }
 990
 991         if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
 992             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
 993                 expected_type = PTR_TO_STACK;
 994                 if (type != PTR_TO_PACKET && type != expected_type)
 995                         goto err_type;
 996         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE ||
 997                    arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO) {
 998                 expected_type = CONST_IMM;
 999                 if (type != expected_type)
1000                         goto err_type;
1001         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1002                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
1003                 if (type != expected_type)
1004                         goto err_type;
1005         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
1006                 expected_type = PTR_TO_CTX;
1007                 if (type != expected_type)
1008                         goto err_type;
1009         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_STACK ||
1010                    arg_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK) {
1011                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1012                 /* One exception here. In case function allows for NULL to be
1013                  * passed in as argument, it's a CONST_IMM type. Final test
1014                  * happens during stack boundary checking.
1015                  */
1016                 if (type == CONST_IMM && reg->imm == 0)
1017                         /* final test in check_stack_boundary() */;
1018                 else if (type != PTR_TO_PACKET && type != expected_type)
1019                         goto err_type;
1020                 meta->raw_mode = arg_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK;
1021         } else {
1022                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
1023                 return -EFAULT;
1024         }
1025
1026         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1027                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
1028                 meta->map_ptr = reg->map_ptr;
1029         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
1030                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
1031                  * check that [key, key + map->key_size) are within
1032                  * stack limits and initialized
1033                  */
1034                 if (!meta->map_ptr) {
1035                         /* in function declaration map_ptr must come before
1036                          * map_key, so that it's verified and known before
1037                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
1038                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
1039                          */
1040                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
1041                         return -EACCES;
1042                 }
1043                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1044                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1045                                                   meta->map_ptr->key_size);
1046                 else
1047                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1048                                                    meta->map_ptr->key_size,
1049                                                    false, NULL);
1050         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1051                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
1052                  * check [value, value + map->value_size) validity
1053                  */
1054                 if (!meta->map_ptr) {
1055                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1056                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
1057                         return -EACCES;
1058                 }
1059                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1060                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1061                                                   meta->map_ptr->value_size);
1062                 else
1063                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1064                                                    meta->map_ptr->value_size,
1065                                                    false, NULL);
1066         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE ||
1067                    arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO) {
1068                 bool zero_size_allowed = (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO);
1069
1070                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
1071                  * from stack pointer 'buf'. Check it
1072                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
1073                  */
1074                 if (regno == 0) {
1075                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1076                         verbose("ARG_CONST_STACK_SIZE cannot be first argument\n");
1077                         return -EACCES;
1078                 }
1079                 if (regs[regno - 1].type == PTR_TO_PACKET)
1080                         err = check_packet_access(env, regno - 1, 0, reg->imm);
1081                 else
1082                         err = check_stack_boundary(env, regno - 1, reg->imm,
1083                                                    zero_size_allowed, meta);
1084         }
1085
1086         return err;
1087 err_type:
1088         verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
1089                 reg_type_str[type], reg_type_str[expected_type]);
1090         return -EACCES;
1091 }
1092
1093 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
1094 {
1095         if (!map)
1096                 return 0;
1097
1098         /* We need a two way check, first is from map perspective ... */
1099         switch (map->map_type) {
1100         case BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY:
1101                 if (func_id != BPF_FUNC_tail_call)
1102                         goto error;
1103                 break;
1104         case BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY:
1105                 if (func_id != BPF_FUNC_perf_event_read &&
1106                     func_id != BPF_FUNC_perf_event_output)
1107                         goto error;
1108                 break;
1109         case BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE:
1110                 if (func_id != BPF_FUNC_get_stackid)
1111                         goto error;
1112                 break;
1113         case BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY:
1114                 if (func_id != BPF_FUNC_skb_under_cgroup &&
1115                     func_id != BPF_FUNC_current_task_under_cgroup)
1116                         goto error;
1117                 break;
1118         default:
1119                 break;
1120         }
1121
1122         /* ... and second from the function itself. */
1123         switch (func_id) {
1124         case BPF_FUNC_tail_call:
1125                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
1126                         goto error;
1127                 break;
1128         case BPF_FUNC_perf_event_read:
1129         case BPF_FUNC_perf_event_output:
1130                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY)
1131                         goto error;
1132                 break;
1133         case BPF_FUNC_get_stackid:
1134                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE)
1135                         goto error;
1136                 break;
1137         case BPF_FUNC_current_task_under_cgroup:
1138         case BPF_FUNC_skb_under_cgroup:
1139                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY)
1140                         goto error;
1141                 break;
1142         default:
1143                 break;
1144         }
1145
1146         return 0;
1147 error:
1148         verbose("cannot pass map_type %d into func %s#%d\n",
1149                 map->map_type, func_id_name(func_id), func_id);
1150         return -EINVAL;
1151 }
1152
1153 static int check_raw_mode(const struct bpf_func_proto *fn)
1154 {
1155         int count = 0;
1156
1157         if (fn->arg1_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1158                 count++;
1159         if (fn->arg2_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1160                 count++;
1161         if (fn->arg3_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1162                 count++;
1163         if (fn->arg4_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1164                 count++;
1165         if (fn->arg5_type == ARG_PTR_TO_RAW_STACK)
1166                 count++;
1167
1168         return count > 1 ? -EINVAL : 0;
1169 }
1170
1171 static void clear_all_pkt_pointers(struct bpf_verifier_env *env)
1172 {
1173         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1174         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1175         int i;
1176
1177         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1178                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET ||
1179                     regs[i].type == PTR_TO_PACKET_END)
1180                         mark_reg_unknown_value(regs, i);
1181
1182         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1183                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1184                         continue;
1185                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1186                 if (reg->type != PTR_TO_PACKET &&
1187                     reg->type != PTR_TO_PACKET_END)
1188                         continue;
1189                 reg->type = UNKNOWN_VALUE;
1190                 reg->imm = 0;
1191         }
1192 }
1193
1194 static int check_call(struct bpf_verifier_env *env, int func_id)
1195 {
1196         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1197         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
1198         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
1199         struct bpf_reg_state *reg;
1200         struct bpf_call_arg_meta meta;
1201         bool changes_data;
1202         int i, err;
1203
1204         /* find function prototype */
1205         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
1206                 verbose("invalid func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1207                 return -EINVAL;
1208         }
1209
1210         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
1211                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
1212
1213         if (!fn) {
1214                 verbose("unknown func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1215                 return -EINVAL;
1216         }
1217
1218         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
1219         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
1220                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
1221                 return -EINVAL;
1222         }
1223
1224         changes_data = bpf_helper_changes_pkt_data(fn->func);
1225
1226         memset(&meta, 0, sizeof(meta));
1227         meta.pkt_access = fn->pkt_access;
1228
1229         /* We only support one arg being in raw mode at the moment, which
1230          * is sufficient for the helper functions we have right now.
1231          */
1232         err = check_raw_mode(fn);
1233         if (err) {
1234                 verbose("kernel subsystem misconfigured func %s#%d\n",
1235                         func_id_name(func_id), func_id);
1236                 return err;
1237         }
1238
1239         /* check args */
1240         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &meta);
1241         if (err)
1242                 return err;
1243         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &meta);
1244         if (err)
1245                 return err;
1246         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &meta);
1247         if (err)
1248                 return err;
1249         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &meta);
1250         if (err)
1251                 return err;
1252         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &meta);
1253         if (err)
1254                 return err;
1255
1256         /* Mark slots with STACK_MISC in case of raw mode, stack offset
1257          * is inferred from register state.
1258          */
1259         for (i = 0; i < meta.access_size; i++) {
1260                 err = check_mem_access(env, meta.regno, i, BPF_B, BPF_WRITE, -1);
1261                 if (err)
1262                         return err;
1263         }
1264
1265         /* reset caller saved regs */
1266         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1267                 reg = regs + caller_saved[i];
1268                 reg->type = NOT_INIT;
1269                 reg->imm = 0;
1270         }
1271
1272         /* update return register */
1273         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
1274                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1275         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
1276                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
1277         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1278                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
1279                 regs[BPF_REG_0].max_value = regs[BPF_REG_0].min_value = 0;
1280                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
1281                  * can check 'value_size' boundary of memory access
1282                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
1283                  */
1284                 if (meta.map_ptr == NULL) {
1285                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
1286                         return -EINVAL;
1287                 }
1288                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = meta.map_ptr;
1289                 regs[BPF_REG_0].id = ++env->id_gen;
1290         } else {
1291                 verbose("unknown return type %d of func %s#%d\n",
1292                         fn->ret_type, func_id_name(func_id), func_id);
1293                 return -EINVAL;
1294         }
1295
1296         err = check_map_func_compatibility(meta.map_ptr, func_id);
1297         if (err)
1298                 return err;
1299
1300         if (changes_data)
1301                 clear_all_pkt_pointers(env);
1302         return 0;
1303 }
1304
1305 static int check_packet_ptr_add(struct bpf_verifier_env *env,
1306                                 struct bpf_insn *insn)
1307 {
1308         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1309         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1310         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1311         struct bpf_reg_state tmp_reg;
1312         s32 imm;
1313
1314         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1315                 /* pkt_ptr += imm */
1316                 imm = insn->imm;
1317
1318 add_imm:
1319                 if (imm <= 0) {
1320                         verbose("addition of negative constant to packet pointer is not allowed\n");
1321                         return -EACCES;
1322                 }
1323                 if (imm >= MAX_PACKET_OFF ||
1324                     imm + dst_reg->off >= MAX_PACKET_OFF) {
1325                         verbose("constant %d is too large to add to packet pointer\n",
1326                                 imm);
1327                         return -EACCES;
1328                 }
1329                 /* a constant was added to pkt_ptr.
1330                  * Remember it while keeping the same 'id'
1331                  */
1332                 dst_reg->off += imm;
1333         } else {
1334                 if (src_reg->type == PTR_TO_PACKET) {
1335                         /* R6=pkt(id=0,off=0,r=62) R7=imm22; r7 += r6 */
1336                         tmp_reg = *dst_reg;  /* save r7 state */
1337                         *dst_reg = *src_reg; /* copy pkt_ptr state r6 into r7 */
1338                         src_reg = &tmp_reg;  /* pretend it's src_reg state */
1339                         /* if the checks below reject it, the copy won't matter,
1340                          * since we're rejecting the whole program. If all ok,
1341                          * then imm22 state will be added to r7
1342                          * and r7 will be pkt(id=0,off=22,r=62) while
1343                          * r6 will stay as pkt(id=0,off=0,r=62)
1344                          */
1345                 }
1346
1347                 if (src_reg->type == CONST_IMM) {
1348                         /* pkt_ptr += reg where reg is known constant */
1349                         imm = src_reg->imm;
1350                         goto add_imm;
1351                 }
1352                 /* disallow pkt_ptr += reg
1353                  * if reg is not uknown_value with guaranteed zero upper bits
1354                  * otherwise pkt_ptr may overflow and addition will become
1355                  * subtraction which is not allowed
1356                  */
1357                 if (src_reg->type != UNKNOWN_VALUE) {
1358                         verbose("cannot add '%s' to ptr_to_packet\n",
1359                                 reg_type_str[src_reg->type]);
1360                         return -EACCES;
1361                 }
1362                 if (src_reg->imm < 48) {
1363                         verbose("cannot add integer value with %lld upper zero bits to ptr_to_packet\n",
1364                                 src_reg->imm);
1365                         return -EACCES;
1366                 }
1367                 /* dst_reg stays as pkt_ptr type and since some positive
1368                  * integer value was added to the pointer, increment its 'id'
1369                  */
1370                 dst_reg->id = ++env->id_gen;
1371
1372                 /* something was added to pkt_ptr, set range and off to zero */
1373                 dst_reg->off = 0;
1374                 dst_reg->range = 0;
1375         }
1376         return 0;
1377 }
1378
1379 static int evaluate_reg_alu(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1380 {
1381         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1382         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1383         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1384         s64 imm_log2;
1385
1386         /* for type == UNKNOWN_VALUE:
1387          * imm > 0 -> number of zero upper bits
1388          * imm == 0 -> don't track which is the same as all bits can be non-zero
1389          */
1390
1391         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1392                 struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1393
1394                 if (src_reg->type == UNKNOWN_VALUE && src_reg->imm > 0 &&
1395                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1396                         /* dreg += sreg
1397                          * where both have zero upper bits. Adding them
1398                          * can only result making one more bit non-zero
1399                          * in the larger value.
1400                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1401                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1402                          */
1403                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, src_reg->imm);
1404                         dst_reg->imm--;
1405                         return 0;
1406                 }
1407                 if (src_reg->type == CONST_IMM && src_reg->imm > 0 &&
1408                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1409                         /* dreg += sreg
1410                          * where dreg has zero upper bits and sreg is const.
1411                          * Adding them can only result making one more bit
1412                          * non-zero in the larger value.
1413                          */
1414                         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)src_reg->imm);
1415                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1416                         dst_reg->imm--;
1417                         return 0;
1418                 }
1419                 /* all other cases non supported yet, just mark dst_reg */
1420                 dst_reg->imm = 0;
1421                 return 0;
1422         }
1423
1424         /* sign extend 32-bit imm into 64-bit to make sure that
1425          * negative values occupy bit 63. Note ilog2() would have
1426          * been incorrect, since sizeof(insn->imm) == 4
1427          */
1428         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)insn->imm);
1429
1430         if (dst_reg->imm && opcode == BPF_LSH) {
1431                 /* reg <<= imm
1432                  * if reg was a result of 2 byte load, then its imm == 48
1433                  * which means that upper 48 bits are zero and shifting this reg
1434                  * left by 4 would mean that upper 44 bits are still zero
1435                  */
1436                 dst_reg->imm -= insn->imm;
1437         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_MUL) {
1438                 /* reg *= imm
1439                  * if multiplying by 14 subtract 4
1440                  * This is conservative calculation of upper zero bits.
1441                  * It's not trying to special case insn->imm == 1 or 0 cases
1442                  */
1443                 dst_reg->imm -= imm_log2 + 1;
1444         } else if (opcode == BPF_AND) {
1445                 /* reg &= imm */
1446                 dst_reg->imm = 63 - imm_log2;
1447         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1448                 /* reg += imm */
1449                 dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1450                 dst_reg->imm--;
1451         } else if (opcode == BPF_RSH) {
1452                 /* reg >>= imm
1453                  * which means that after right shift, upper bits will be zero
1454                  * note that verifier already checked that
1455                  * 0 <= imm < 64 for shift insn
1456                  */
1457                 dst_reg->imm += insn->imm;
1458                 if (unlikely(dst_reg->imm > 64))
1459                         /* some dumb code did:
1460                          * r2 = *(u32 *)mem;
1461                          * r2 >>= 32;
1462                          * and all bits are zero now */
1463                         dst_reg->imm = 64;
1464         } else {
1465                 /* all other alu ops, means that we don't know what will
1466                  * happen to the value, mark it with unknown number of zero bits
1467                  */
1468                 dst_reg->imm = 0;
1469         }
1470
1471         if (dst_reg->imm < 0) {
1472                 /* all 64 bits of the register can contain non-zero bits
1473                  * and such value cannot be added to ptr_to_packet, since it
1474                  * may overflow, mark it as unknown to avoid further eval
1475                  */
1476                 dst_reg->imm = 0;
1477         }
1478         return 0;
1479 }
1480
1481 static int evaluate_reg_imm_alu(struct bpf_verifier_env *env,
1482                                 struct bpf_insn *insn)
1483 {
1484         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1485         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1486         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1487         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1488
1489         /* dst_reg->type == CONST_IMM here, simulate execution of 'add'/'or'
1490          * insn. Don't care about overflow or negative values, just add them
1491          */
1492         if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K)
1493                 dst_reg->imm += insn->imm;
1494         else if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1495                  src_reg->type == CONST_IMM)
1496                 dst_reg->imm += src_reg->imm;
1497         else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K)
1498                 dst_reg->imm |= insn->imm;
1499         else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1500                  src_reg->type == CONST_IMM)
1501                 dst_reg->imm |= src_reg->imm;
1502         else
1503                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1504         return 0;
1505 }
1506
1507 static void check_reg_overflow(struct bpf_reg_state *reg)
1508 {
1509         if (reg->max_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1510                 reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1511         if (reg->min_value < BPF_REGISTER_MIN_RANGE ||
1512             reg->min_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1513                 reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1514 }
1515
1516 static void adjust_reg_min_max_vals(struct bpf_verifier_env *env,
1517                                     struct bpf_insn *insn)
1518 {
1519         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1520         s64 min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1521         u64 max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1522         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1523
1524         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1525         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1526                 check_reg_overflow(&regs[insn->src_reg]);
1527                 min_val = regs[insn->src_reg].min_value;
1528                 max_val = regs[insn->src_reg].max_value;
1529
1530                 /* If the source register is a random pointer then the
1531                  * min_value/max_value values represent the range of the known
1532                  * accesses into that value, not the actual min/max value of the
1533                  * register itself.  In this case we have to reset the reg range
1534                  * values so we know it is not safe to look at.
1535                  */
1536                 if (regs[insn->src_reg].type != CONST_IMM &&
1537                     regs[insn->src_reg].type != UNKNOWN_VALUE) {
1538                         min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1539                         max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1540                 }
1541         } else if (insn->imm < BPF_REGISTER_MAX_RANGE &&
1542                    (s64)insn->imm > BPF_REGISTER_MIN_RANGE) {
1543                 min_val = max_val = insn->imm;
1544         }
1545
1546         /* We don't know anything about what was done to this register, mark it
1547          * as unknown.
1548          */
1549         if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1550             max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
1551                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1552                 return;
1553         }
1554
1555         /* If one of our values was at the end of our ranges then we can't just
1556          * do our normal operations to the register, we need to set the values
1557          * to the min/max since they are undefined.
1558          */
1559         if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1560                 dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1561         if (max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1562                 dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1563
1564         switch (opcode) {
1565         case BPF_ADD:
1566                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1567                         dst_reg->min_value += min_val;
1568                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1569                         dst_reg->max_value += max_val;
1570                 break;
1571         case BPF_SUB:
1572                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1573                         dst_reg->min_value -= min_val;
1574                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1575                         dst_reg->max_value -= max_val;
1576                 break;
1577         case BPF_MUL:
1578                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1579                         dst_reg->min_value *= min_val;
1580                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1581                         dst_reg->max_value *= max_val;
1582                 break;
1583         case BPF_AND:
1584                 /* Disallow AND'ing of negative numbers, ain't nobody got time
1585                  * for that.  Otherwise the minimum is 0 and the max is the max
1586                  * value we could AND against.
1587                  */
1588                 if (min_val < 0)
1589                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1590                 else
1591                         dst_reg->min_value = 0;
1592                 dst_reg->max_value = max_val;
1593                 break;
1594         case BPF_LSH:
1595                 /* Gotta have special overflow logic here, if we're shifting
1596                  * more than MAX_RANGE then just assume we have an invalid
1597                  * range.
1598                  */
1599                 if (min_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1600                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1601                 else if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1602                         dst_reg->min_value <<= min_val;
1603
1604                 if (max_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1605                         dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1606                 else if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1607                         dst_reg->max_value <<= max_val;
1608                 break;
1609         case BPF_RSH:
1610                 /* RSH by a negative number is undefined, and the BPF_RSH is an
1611                  * unsigned shift, so make the appropriate casts.
1612                  */
1613                 if (min_val < 0 || dst_reg->min_value < 0)
1614                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1615                 else
1616                         dst_reg->min_value =
1617                                 (u64)(dst_reg->min_value) >> min_val;
1618                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1619                         dst_reg->max_value >>= max_val;
1620                 break;
1621         default:
1622                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1623                 break;
1624         }
1625
1626         check_reg_overflow(dst_reg);
1627 }
1628
1629 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1630 static int check_alu_op(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1631 {
1632         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1633         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1634         int err;
1635
1636         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1637                 if (opcode == BPF_NEG) {
1638                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1639                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1640                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1641                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1642                                 return -EINVAL;
1643                         }
1644                 } else {
1645                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1646                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1647                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1648                                 return -EINVAL;
1649                         }
1650                 }
1651
1652                 /* check src operand */
1653                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1654                 if (err)
1655                         return err;
1656
1657                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1658                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1659                                 insn->dst_reg);
1660                         return -EACCES;
1661                 }
1662
1663                 /* check dest operand */
1664                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1665                 if (err)
1666                         return err;
1667
1668         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1669
1670                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1671                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1672                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1673                                 return -EINVAL;
1674                         }
1675
1676                         /* check src operand */
1677                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1678                         if (err)
1679                                 return err;
1680                 } else {
1681                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1682                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1683                                 return -EINVAL;
1684                         }
1685                 }
1686
1687                 /* check dest operand */
1688                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1689                 if (err)
1690                         return err;
1691
1692                 /* we are setting our register to something new, we need to
1693                  * reset its range values.
1694                  */
1695                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1696
1697                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1698                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1699                                 /* case: R1 = R2
1700                                  * copy register state to dest reg
1701                                  */
1702                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1703                         } else {
1704                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1705                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1706                                                 insn->src_reg);
1707                                         return -EACCES;
1708                                 }
1709                                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1710                         }
1711                 } else {
1712                         /* case: R = imm
1713                          * remember the value we stored into this reg
1714                          */
1715                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1716                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1717                         regs[insn->dst_reg].max_value = insn->imm;
1718                         regs[insn->dst_reg].min_value = insn->imm;
1719                 }
1720
1721         } else if (opcode > BPF_END) {
1722                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1723                 return -EINVAL;
1724
1725         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1726
1727                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1728                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1729                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1730                                 return -EINVAL;
1731                         }
1732                         /* check src1 operand */
1733                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1734                         if (err)
1735                                 return err;
1736                 } else {
1737                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1738                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1739                                 return -EINVAL;
1740                         }
1741                 }
1742
1743                 /* check src2 operand */
1744                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1745                 if (err)
1746                         return err;
1747
1748                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1749                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1750                         verbose("div by zero\n");
1751                         return -EINVAL;
1752                 }
1753
1754                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1755                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1756                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1757
1758                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1759                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1760                                 return -EINVAL;
1761                         }
1762                 }
1763
1764                 /* check dest operand */
1765                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1766                 if (err)
1767                         return err;
1768
1769                 dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1770
1771                 /* first we want to adjust our ranges. */
1772                 adjust_reg_min_max_vals(env, insn);
1773
1774                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1775                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1776                     dst_reg->type == FRAME_PTR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1777                         dst_reg->type = PTR_TO_STACK;
1778                         dst_reg->imm = insn->imm;
1779                         return 0;
1780                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
1781                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1782                            (dst_reg->type == PTR_TO_PACKET ||
1783                             (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1784                              regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET))) {
1785                         /* ptr_to_packet += K|X */
1786                         return check_packet_ptr_add(env, insn);
1787                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1788                            dst_reg->type == UNKNOWN_VALUE &&
1789                            env->allow_ptr_leaks) {
1790                         /* unknown += K|X */
1791                         return evaluate_reg_alu(env, insn);
1792                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1793                            dst_reg->type == CONST_IMM &&
1794                            env->allow_ptr_leaks) {
1795                         /* reg_imm += K|X */
1796                         return evaluate_reg_imm_alu(env, insn);
1797                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1798                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1799                                 insn->dst_reg);
1800                         return -EACCES;
1801                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1802                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1803                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1804                                 insn->src_reg);
1805                         return -EACCES;
1806                 }
1807
1808                 /* If we did pointer math on a map value then just set it to our
1809                  * PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ type so we can deal with any stores or
1810                  * loads to this register appropriately, otherwise just mark the
1811                  * register as unknown.
1812                  */
1813                 if (env->allow_ptr_leaks &&
1814                     (dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
1815                      dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ))
1816                         dst_reg->type = PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ;
1817                 else
1818                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1819         }
1820
1821         return 0;
1822 }
1823
1824 static void find_good_pkt_pointers(struct bpf_verifier_state *state,
1825                                    struct bpf_reg_state *dst_reg)
1826 {
1827         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1828         int i;
1829
1830         /* LLVM can generate two kind of checks:
1831          *
1832          * Type 1:
1833          *
1834          *   r2 = r3;
1835          *   r2 += 8;
1836          *   if (r2 > pkt_end) goto <handle exception>
1837          *   <access okay>
1838          *
1839          *   Where:
1840          *     r2 == dst_reg, pkt_end == src_reg
1841          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1842          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1843          *
1844          * Type 2:
1845          *
1846          *   r2 = r3;
1847          *   r2 += 8;
1848          *   if (pkt_end >= r2) goto <access okay>
1849          *   <handle exception>
1850          *
1851          *   Where:
1852          *     pkt_end == dst_reg, r2 == src_reg
1853          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1854          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1855          *
1856          * Find register r3 and mark its range as r3=pkt(id=n,off=0,r=8)
1857          * so that range of bytes [r3, r3 + 8) is safe to access.
1858          */
1859
1860         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1861                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET && regs[i].id == dst_reg->id)
1862                         regs[i].range = dst_reg->off;
1863
1864         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1865                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1866                         continue;
1867                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1868                 if (reg->type == PTR_TO_PACKET && reg->id == dst_reg->id)
1869                         reg->range = dst_reg->off;
1870         }
1871 }
1872
1873 /* Adjusts the register min/max values in the case that the dst_reg is the
1874  * variable register that we are working on, and src_reg is a constant or we're
1875  * simply doing a BPF_K check.
1876  */
1877 static void reg_set_min_max(struct bpf_reg_state *true_reg,
1878                             struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
1879                             u8 opcode)
1880 {
1881         switch (opcode) {
1882         case BPF_JEQ:
1883                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
1884                  * true then we know for sure.
1885                  */
1886                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
1887                 break;
1888         case BPF_JNE:
1889                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
1890                  * we know the value for sure;
1891                  */
1892                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
1893                 break;
1894         case BPF_JGT:
1895                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
1896                 false_reg->min_value = 0;
1897         case BPF_JSGT:
1898                 /* If this is false then we know the maximum val is val,
1899                  * otherwise we know the min val is val+1.
1900                  */
1901                 false_reg->max_value = val;
1902                 true_reg->min_value = val + 1;
1903                 break;
1904         case BPF_JGE:
1905                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
1906                 false_reg->min_value = 0;
1907         case BPF_JSGE:
1908                 /* If this is false then we know the maximum value is val - 1,
1909                  * otherwise we know the mimimum value is val.
1910                  */
1911                 false_reg->max_value = val - 1;
1912                 true_reg->min_value = val;
1913                 break;
1914         default:
1915                 break;
1916         }
1917
1918         check_reg_overflow(false_reg);
1919         check_reg_overflow(true_reg);
1920 }
1921
1922 /* Same as above, but for the case that dst_reg is a CONST_IMM reg and src_reg
1923  * is the variable reg.
1924  */
1925 static void reg_set_min_max_inv(struct bpf_reg_state *true_reg,
1926                                 struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
1927                                 u8 opcode)
1928 {
1929         switch (opcode) {
1930         case BPF_JEQ:
1931                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
1932                  * true then we know for sure.
1933                  */
1934                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
1935                 break;
1936         case BPF_JNE:
1937                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
1938                  * we know the value for sure;
1939                  */
1940                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
1941                 break;
1942         case BPF_JGT:
1943                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
1944                 true_reg->min_value = 0;
1945         case BPF_JSGT:
1946                 /*
1947                  * If this is false, then the val is <= the register, if it is
1948                  * true the register <= to the val.
1949                  */
1950                 false_reg->min_value = val;
1951                 true_reg->max_value = val - 1;
1952                 break;
1953         case BPF_JGE:
1954                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
1955                 true_reg->min_value = 0;
1956         case BPF_JSGE:
1957                 /* If this is false then constant < register, if it is true then
1958                  * the register < constant.
1959                  */
1960                 false_reg->min_value = val + 1;
1961                 true_reg->max_value = val;
1962                 break;
1963         default:
1964                 break;
1965         }
1966
1967         check_reg_overflow(false_reg);
1968         check_reg_overflow(true_reg);
1969 }
1970
1971 static void mark_map_reg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno, u32 id,
1972                          enum bpf_reg_type type)
1973 {
1974         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
1975
1976         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL && reg->id == id) {
1977                 reg->type = type;
1978                 /* We don't need id from this point onwards anymore, thus we
1979                  * should better reset it, so that state pruning has chances
1980                  * to take effect.
1981                  */
1982                 reg->id = 0;
1983                 if (type == UNKNOWN_VALUE)
1984                         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
1985         }
1986 }
1987
1988 /* The logic is similar to find_good_pkt_pointers(), both could eventually
1989  * be folded together at some point.
1990  */
1991 static void mark_map_regs(struct bpf_verifier_state *state, u32 regno,
1992                           enum bpf_reg_type type)
1993 {
1994         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
1995         u32 id = regs[regno].id;
1996         int i;
1997
1998         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1999                 mark_map_reg(regs, i, id, type);
2000
2001         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
2002                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
2003                         continue;
2004                 mark_map_reg(state->spilled_regs, i / BPF_REG_SIZE, id, type);
2005         }
2006 }
2007
2008 static int check_cond_jmp_op(struct bpf_verifier_env *env,
2009                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
2010 {
2011         struct bpf_verifier_state *other_branch, *this_branch = &env->cur_state;
2012         struct bpf_reg_state *regs = this_branch->regs, *dst_reg;
2013         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2014         int err;
2015
2016         if (opcode > BPF_EXIT) {
2017                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
2018                 return -EINVAL;
2019         }
2020
2021         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2022                 if (insn->imm != 0) {
2023                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2024                         return -EINVAL;
2025                 }
2026
2027                 /* check src1 operand */
2028                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2029                 if (err)
2030                         return err;
2031
2032                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
2033                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
2034                                 insn->src_reg);
2035                         return -EACCES;
2036                 }
2037         } else {
2038                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2039                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2040                         return -EINVAL;
2041                 }
2042         }
2043
2044         /* check src2 operand */
2045         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2046         if (err)
2047                 return err;
2048
2049         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
2050
2051         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
2052         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2053             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2054             dst_reg->type == CONST_IMM && dst_reg->imm == insn->imm) {
2055                 if (opcode == BPF_JEQ) {
2056                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
2057                          * only follow the goto, ignore fall-through
2058                          */
2059                         *insn_idx += insn->off;
2060                         return 0;
2061                 } else {
2062                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
2063                          * only follow fall-through branch, since
2064                          * that's where the program will go
2065                          */
2066                         return 0;
2067                 }
2068         }
2069
2070         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
2071         if (!other_branch)
2072                 return -EFAULT;
2073
2074         /* detect if we are comparing against a constant value so we can adjust
2075          * our min/max values for our dst register.
2076          */
2077         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2078                 if (regs[insn->src_reg].type == CONST_IMM)
2079                         reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2080                                         dst_reg, regs[insn->src_reg].imm,
2081                                         opcode);
2082                 else if (dst_reg->type == CONST_IMM)
2083                         reg_set_min_max_inv(&other_branch->regs[insn->src_reg],
2084                                             &regs[insn->src_reg], dst_reg->imm,
2085                                             opcode);
2086         } else {
2087                 reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2088                                         dst_reg, insn->imm, opcode);
2089         }
2090
2091         /* detect if R == 0 where R is returned from bpf_map_lookup_elem() */
2092         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2093             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2094             dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
2095                 /* Mark all identical map registers in each branch as either
2096                  * safe or unknown depending R == 0 or R != 0 conditional.
2097                  */
2098                 mark_map_regs(this_branch, insn->dst_reg,
2099                               opcode == BPF_JEQ ? PTR_TO_MAP_VALUE : UNKNOWN_VALUE);
2100                 mark_map_regs(other_branch, insn->dst_reg,
2101                               opcode == BPF_JEQ ? UNKNOWN_VALUE : PTR_TO_MAP_VALUE);
2102         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGT &&
2103                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET &&
2104                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET_END) {
2105                 find_good_pkt_pointers(this_branch, dst_reg);
2106         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGE &&
2107                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET_END &&
2108                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET) {
2109                 find_good_pkt_pointers(other_branch, &regs[insn->src_reg]);
2110         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
2111                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
2112                 return -EACCES;
2113         }
2114         if (log_level)
2115                 print_verifier_state(this_branch);
2116         return 0;
2117 }
2118
2119 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2120 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
2121 {
2122         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
2123
2124         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
2125 }
2126
2127 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
2128 static int check_ld_imm(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2129 {
2130         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2131         int err;
2132
2133         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2134                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
2135                 return -EINVAL;
2136         }
2137         if (insn->off != 0) {
2138                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
2139                 return -EINVAL;
2140         }
2141
2142         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
2143         if (err)
2144                 return err;
2145
2146         if (insn->src_reg == 0) {
2147                 /* generic move 64-bit immediate into a register,
2148                  * only analyzer needs to collect the ld_imm value.
2149                  */
2150                 u64 imm = ((u64)(insn + 1)->imm << 32) | (u32)insn->imm;
2151
2152                 if (!env->analyzer_ops)
2153                         return 0;
2154
2155                 regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
2156                 regs[insn->dst_reg].imm = imm;
2157                 return 0;
2158         }
2159
2160         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
2161         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
2162
2163         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
2164         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
2165         return 0;
2166 }
2167
2168 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
2169 {
2170         switch (type) {
2171         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
2172         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
2173         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
2174                 return true;
2175         default:
2176                 return false;
2177         }
2178 }
2179
2180 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
2181  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
2182  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
2183  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
2184  *
2185  * Implicit input:
2186  *   ctx == skb == R6 == CTX
2187  *
2188  * Explicit input:
2189  *   SRC == any register
2190  *   IMM == 32-bit immediate
2191  *
2192  * Output:
2193  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
2194  */
2195 static int check_ld_abs(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2196 {
2197         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2198         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2199         struct bpf_reg_state *reg;
2200         int i, err;
2201
2202         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
2203                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] instructions not allowed for this program type\n");
2204                 return -EINVAL;
2205         }
2206
2207         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
2208             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
2209             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
2210                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] uses reserved fields\n");
2211                 return -EINVAL;
2212         }
2213
2214         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
2215         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
2216         if (err)
2217                 return err;
2218
2219         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
2220                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
2221                 return -EINVAL;
2222         }
2223
2224         if (mode == BPF_IND) {
2225                 /* check explicit source operand */
2226                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2227                 if (err)
2228                         return err;
2229         }
2230
2231         /* reset caller saved regs to unreadable */
2232         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
2233                 reg = regs + caller_saved[i];
2234                 reg->type = NOT_INIT;
2235                 reg->imm = 0;
2236         }
2237
2238         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
2239          * the value fetched from the packet
2240          */
2241         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
2242         return 0;
2243 }
2244
2245 /* non-recursive DFS pseudo code
2246  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
2247  * 2      label v as discovered
2248  * 3      let S be a stack
2249  * 4      S.push(v)
2250  * 5      while S is not empty
2251  * 6            t <- S.pop()
2252  * 7            if t is what we're looking for:
2253  * 8                return t
2254  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
2255  * 10               if edge e is already labelled
2256  * 11                   continue with the next edge
2257  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
2258  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
2259  * 14                   label e as tree-edge
2260  * 15                   label w as discovered
2261  * 16                   S.push(w)
2262  * 17                   continue at 5
2263  * 18               else if vertex w is discovered
2264  * 19                   label e as back-edge
2265  * 20               else
2266  * 21                   // vertex w is explored
2267  * 22                   label e as forward- or cross-edge
2268  * 23           label t as explored
2269  * 24           S.pop()
2270  *
2271  * convention:
2272  * 0x10 - discovered
2273  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
2274  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
2275  * 0x20 - explored
2276  */
2277
2278 enum {
2279         DISCOVERED = 0x10,
2280         EXPLORED = 0x20,
2281         FALLTHROUGH = 1,
2282         BRANCH = 2,
2283 };
2284
2285 #define STATE_LIST_MARK ((struct bpf_verifier_state_list *) -1L)
2286
2287 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
2288 static int cur_stack;   /* current stack index */
2289 static int *insn_state;
2290
2291 /* t, w, e - match pseudo-code above:
2292  * t - index of current instruction
2293  * w - next instruction
2294  * e - edge
2295  */
2296 static int push_insn(int t, int w, int e, struct bpf_verifier_env *env)
2297 {
2298         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
2299                 return 0;
2300
2301         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
2302                 return 0;
2303
2304         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
2305                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
2306                 return -EINVAL;
2307         }
2308
2309         if (e == BRANCH)
2310                 /* mark branch target for state pruning */
2311                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
2312
2313         if (insn_state[w] == 0) {
2314                 /* tree-edge */
2315                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2316                 insn_state[w] = DISCOVERED;
2317                 if (cur_stack >= env->prog->len)
2318                         return -E2BIG;
2319                 insn_stack[cur_stack++] = w;
2320                 return 1;
2321         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
2322                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
2323                 return -EINVAL;
2324         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
2325                 /* forward- or cross-edge */
2326                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2327         } else {
2328                 verbose("insn state internal bug\n");
2329                 return -EFAULT;
2330         }
2331         return 0;
2332 }
2333
2334 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
2335  * loop == back-edge in directed graph
2336  */
2337 static int check_cfg(struct bpf_verifier_env *env)
2338 {
2339         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2340         int insn_cnt = env->prog->len;
2341         int ret = 0;
2342         int i, t;
2343
2344         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2345         if (!insn_state)
2346                 return -ENOMEM;
2347
2348         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2349         if (!insn_stack) {
2350                 kfree(insn_state);
2351                 return -ENOMEM;
2352         }
2353
2354         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
2355         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
2356         cur_stack = 1;
2357
2358 peek_stack:
2359         if (cur_stack == 0)
2360                 goto check_state;
2361         t = insn_stack[cur_stack - 1];
2362
2363         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
2364                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
2365
2366                 if (opcode == BPF_EXIT) {
2367                         goto mark_explored;
2368                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
2369                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2370                         if (ret == 1)
2371                                 goto peek_stack;
2372                         else if (ret < 0)
2373                                 goto err_free;
2374                         if (t + 1 < insn_cnt)
2375                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2376                 } else if (opcode == BPF_JA) {
2377                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
2378                                 ret = -EINVAL;
2379                                 goto err_free;
2380                         }
2381                         /* unconditional jump with single edge */
2382                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
2383                                         FALLTHROUGH, env);
2384                         if (ret == 1)
2385                                 goto peek_stack;
2386                         else if (ret < 0)
2387                                 goto err_free;
2388                         /* tell verifier to check for equivalent states
2389                          * after every call and jump
2390                          */
2391                         if (t + 1 < insn_cnt)
2392                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2393                 } else {
2394                         /* conditional jump with two edges */
2395                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2396                         if (ret == 1)
2397                                 goto peek_stack;
2398                         else if (ret < 0)
2399                                 goto err_free;
2400
2401                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
2402                         if (ret == 1)
2403                                 goto peek_stack;
2404                         else if (ret < 0)
2405                                 goto err_free;
2406                 }
2407         } else {
2408                 /* all other non-branch instructions with single
2409                  * fall-through edge
2410                  */
2411                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2412                 if (ret == 1)
2413                         goto peek_stack;
2414                 else if (ret < 0)
2415                         goto err_free;
2416         }
2417
2418 mark_explored:
2419         insn_state[t] = EXPLORED;
2420         if (cur_stack-- <= 0) {
2421                 verbose("pop stack internal bug\n");
2422                 ret = -EFAULT;
2423                 goto err_free;
2424         }
2425         goto peek_stack;
2426
2427 check_state:
2428         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
2429                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
2430                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
2431                         ret = -EINVAL;
2432                         goto err_free;
2433                 }
2434         }
2435         ret = 0; /* cfg looks good */
2436
2437 err_free:
2438         kfree(insn_state);
2439         kfree(insn_stack);
2440         return ret;
2441 }
2442
2443 /* the following conditions reduce the number of explored insns
2444  * from ~140k to ~80k for ultra large programs that use a lot of ptr_to_packet
2445  */
2446 static bool compare_ptrs_to_packet(struct bpf_reg_state *old,
2447                                    struct bpf_reg_state *cur)
2448 {
2449         if (old->id != cur->id)
2450                 return false;
2451
2452         /* old ptr_to_packet is more conservative, since it allows smaller
2453          * range. Ex:
2454          * old(off=0,r=10) is equal to cur(off=0,r=20), because
2455          * old(off=0,r=10) means that with range=10 the verifier proceeded
2456          * further and found no issues with the program. Now we're in the same
2457          * spot with cur(off=0,r=20), so we're safe too, since anything further
2458          * will only be looking at most 10 bytes after this pointer.
2459          */
2460         if (old->off == cur->off && old->range < cur->range)
2461                 return true;
2462
2463         /* old(off=20,r=10) is equal to cur(off=22,re=22 or 5 or 0)
2464          * since both cannot be used for packet access and safe(old)
2465          * pointer has smaller off that could be used for further
2466          * 'if (ptr > data_end)' check
2467          * Ex:
2468          * old(off=20,r=10) and cur(off=22,r=22) and cur(off=22,r=0) mean
2469          * that we cannot access the packet.
2470          * The safe range is:
2471          * [ptr, ptr + range - off)
2472          * so whenever off >=range, it means no safe bytes from this pointer.
2473          * When comparing old->off <= cur->off, it means that older code
2474          * went with smaller offset and that offset was later
2475          * used to figure out the safe range after 'if (ptr > data_end)' check
2476          * Say, 'old' state was explored like:
2477          * ... R3(off=0, r=0)
2478          * R4 = R3 + 20
2479          * ... now R4(off=20,r=0)  <-- here
2480          * if (R4 > data_end)
2481          * ... R4(off=20,r=20), R3(off=0,r=20) and R3 can be used to access.
2482          * ... the code further went all the way to bpf_exit.
2483          * Now the 'cur' state at the mark 'here' has R4(off=30,r=0).
2484          * old_R4(off=20,r=0) equal to cur_R4(off=30,r=0), since if the verifier
2485          * goes further, such cur_R4 will give larger safe packet range after
2486          * 'if (R4 > data_end)' and all further insn were already good with r=20,
2487          * so they will be good with r=30 and we can prune the search.
2488          */
2489         if (old->off <= cur->off &&
2490             old->off >= old->range && cur->off >= cur->range)
2491                 return true;
2492
2493         return false;
2494 }
2495
2496 /* compare two verifier states
2497  *
2498  * all states stored in state_list are known to be valid, since
2499  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
2500  *
2501  * this function is called when verifier exploring different branches of
2502  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
2503  * more strict register state and more strict stack state then this execution
2504  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
2505  * concluded that more strict state leads to valid finish.
2506  *
2507  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
2508  * and explored stack state is more conservative than the current one.
2509  * Example:
2510  *       explored                   current
2511  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
2512  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
2513  *
2514  * In other words if current stack state (one being explored) has more
2515  * valid slots than old one that already passed validation, it means
2516  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
2517  *
2518  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
2519  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
2520  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
2521  */
2522 static bool states_equal(struct bpf_verifier_env *env,
2523                          struct bpf_verifier_state *old,
2524                          struct bpf_verifier_state *cur)
2525 {
2526         bool varlen_map_access = env->varlen_map_value_access;
2527         struct bpf_reg_state *rold, *rcur;
2528         int i;
2529
2530         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
2531                 rold = &old->regs[i];
2532                 rcur = &cur->regs[i];
2533
2534                 if (memcmp(rold, rcur, sizeof(*rold)) == 0)
2535                         continue;
2536
2537                 /* If the ranges were not the same, but everything else was and
2538                  * we didn't do a variable access into a map then we are a-ok.
2539                  */
2540                 if (!varlen_map_access &&
2541                     memcmp(rold, rcur, offsetofend(struct bpf_reg_state, id)) == 0)
2542                         continue;
2543
2544                 /* If we didn't map access then again we don't care about the
2545                  * mismatched range values and it's ok if our old type was
2546                  * UNKNOWN and we didn't go to a NOT_INIT'ed reg.
2547                  */
2548                 if (rold->type == NOT_INIT ||
2549                     (!varlen_map_access && rold->type == UNKNOWN_VALUE &&
2550                      rcur->type != NOT_INIT))
2551                         continue;
2552
2553                 if (rold->type == PTR_TO_PACKET && rcur->type == PTR_TO_PACKET &&
2554                     compare_ptrs_to_packet(rold, rcur))
2555                         continue;
2556
2557                 return false;
2558         }
2559
2560         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
2561                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
2562                         continue;
2563                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
2564                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
2565                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
2566                          * this verifier states are not equivalent,
2567                          * return false to continue verification of this path
2568                          */
2569                         return false;
2570                 if (i % BPF_REG_SIZE)
2571                         continue;
2572                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2573                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2574                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
2575                         /* when explored and current stack slot types are
2576                          * the same, check that stored pointers types
2577                          * are the same as well.
2578                          * Ex: explored safe path could have stored
2579                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
2580                          * but current path has stored:
2581                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
2582                          * such verifier states are not equivalent.
2583                          * return false to continue verification of this path
2584                          */
2585                         return false;
2586                 else
2587                         continue;
2588         }
2589         return true;
2590 }
2591
2592 static int is_state_visited(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx)
2593 {
2594         struct bpf_verifier_state_list *new_sl;
2595         struct bpf_verifier_state_list *sl;
2596
2597         sl = env->explored_states[insn_idx];
2598         if (!sl)
2599                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
2600                  * be doing state search here
2601                  */
2602                 return 0;
2603
2604         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2605                 if (states_equal(env, &sl->state, &env->cur_state))
2606                         /* reached equivalent register/stack state,
2607                          * prune the search
2608                          */
2609                         return 1;
2610                 sl = sl->next;
2611         }
2612
2613         /* there were no equivalent states, remember current one.
2614          * technically the current state is not proven to be safe yet,
2615          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
2616          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
2617          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
2618          */
2619         new_sl = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_state_list), GFP_USER);
2620         if (!new_sl)
2621                 return -ENOMEM;
2622
2623         /* add new state to the head of linked list */
2624         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
2625         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
2626         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
2627         return 0;
2628 }
2629
2630 static int ext_analyzer_insn_hook(struct bpf_verifier_env *env,
2631                                   int insn_idx, int prev_insn_idx)
2632 {
2633         if (!env->analyzer_ops || !env->analyzer_ops->insn_hook)
2634                 return 0;
2635
2636         return env->analyzer_ops->insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
2637 }
2638
2639 static int do_check(struct bpf_verifier_env *env)
2640 {
2641         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
2642         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2643         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
2644         int insn_cnt = env->prog->len;
2645         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
2646         int insn_processed = 0;
2647         bool do_print_state = false;
2648
2649         init_reg_state(regs);
2650         insn_idx = 0;
2651         env->varlen_map_value_access = false;
2652         for (;;) {
2653                 struct bpf_insn *insn;
2654                 u8 class;
2655                 int err;
2656
2657                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
2658                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
2659                                 insn_idx, insn_cnt);
2660                         return -EFAULT;
2661                 }
2662
2663                 insn = &insns[insn_idx];
2664                 class = BPF_CLASS(insn->code);
2665
2666                 if (++insn_processed > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS) {
2667                         verbose("BPF program is too large. Proccessed %d insn\n",
2668                                 insn_processed);
2669                         return -E2BIG;
2670                 }
2671
2672                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
2673                 if (err < 0)
2674                         return err;
2675                 if (err == 1) {
2676                         /* found equivalent state, can prune the search */
2677                         if (log_level) {
2678                                 if (do_print_state)
2679                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
2680                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
2681                                 else
2682                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
2683                         }
2684                         goto process_bpf_exit;
2685                 }
2686
2687                 if (log_level && do_print_state) {
2688                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
2689                         print_verifier_state(&env->cur_state);
2690                         do_print_state = false;
2691                 }
2692
2693                 if (log_level) {
2694                         verbose("%d: ", insn_idx);
2695                         print_bpf_insn(insn);
2696                 }
2697
2698                 err = ext_analyzer_insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
2699                 if (err)
2700                         return err;
2701
2702                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
2703                         err = check_alu_op(env, insn);
2704                         if (err)
2705                                 return err;
2706
2707                 } else if (class == BPF_LDX) {
2708                         enum bpf_reg_type *prev_src_type, src_reg_type;
2709
2710                         /* check for reserved fields is already done */
2711
2712                         /* check src operand */
2713                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2714                         if (err)
2715                                 return err;
2716
2717                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
2718                         if (err)
2719                                 return err;
2720
2721                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
2722
2723                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
2724                          * the state of dst_reg will be updated by this func
2725                          */
2726                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
2727                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
2728                                                insn->dst_reg);
2729                         if (err)
2730                                 return err;
2731
2732                         reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
2733                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W &&
2734                             BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2735                                 insn_idx++;
2736                                 continue;
2737                         }
2738
2739                         prev_src_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
2740
2741                         if (*prev_src_type == NOT_INIT) {
2742                                 /* saw a valid insn
2743                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
2744                                  * save type to validate intersecting paths
2745                                  */
2746                                 *prev_src_type = src_reg_type;
2747
2748                         } else if (src_reg_type != *prev_src_type &&
2749                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2750                                     *prev_src_type == PTR_TO_CTX)) {
2751                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
2752                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
2753                                  * with different pointer types:
2754                                  * src_reg == ctx in one branch and
2755                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
2756                                  * Reject it.
2757                                  */
2758                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2759                                 return -EINVAL;
2760                         }
2761
2762                 } else if (class == BPF_STX) {
2763                         enum bpf_reg_type *prev_dst_type, dst_reg_type;
2764
2765                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
2766                                 err = check_xadd(env, insn);
2767                                 if (err)
2768                                         return err;
2769                                 insn_idx++;
2770                                 continue;
2771                         }
2772
2773                         /* check src1 operand */
2774                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2775                         if (err)
2776                                 return err;
2777                         /* check src2 operand */
2778                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2779                         if (err)
2780                                 return err;
2781
2782                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
2783
2784                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2785                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2786                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2787                                                insn->src_reg);
2788                         if (err)
2789                                 return err;
2790
2791                         prev_dst_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
2792
2793                         if (*prev_dst_type == NOT_INIT) {
2794                                 *prev_dst_type = dst_reg_type;
2795                         } else if (dst_reg_type != *prev_dst_type &&
2796                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2797                                     *prev_dst_type == PTR_TO_CTX)) {
2798                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2799                                 return -EINVAL;
2800                         }
2801
2802                 } else if (class == BPF_ST) {
2803                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
2804                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2805                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
2806                                 return -EINVAL;
2807                         }
2808                         /* check src operand */
2809                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2810                         if (err)
2811                                 return err;
2812
2813                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2814                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2815                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2816                                                -1);
2817                         if (err)
2818                                 return err;
2819
2820                 } else if (class == BPF_JMP) {
2821                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2822
2823                         if (opcode == BPF_CALL) {
2824                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2825                                     insn->off != 0 ||
2826                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2827                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2828                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
2829                                         return -EINVAL;
2830                                 }
2831
2832                                 err = check_call(env, insn->imm);
2833                                 if (err)
2834                                         return err;
2835
2836                         } else if (opcode == BPF_JA) {
2837                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2838                                     insn->imm != 0 ||
2839                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2840                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2841                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
2842                                         return -EINVAL;
2843                                 }
2844
2845                                 insn_idx += insn->off + 1;
2846                                 continue;
2847
2848                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
2849                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2850                                     insn->imm != 0 ||
2851                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2852                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2853                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
2854                                         return -EINVAL;
2855                                 }
2856
2857                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
2858                                  * to return the value from eBPF program.
2859                                  * Make sure that it's readable at this time
2860                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
2861                                  * something into it earlier
2862                                  */
2863                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
2864                                 if (err)
2865                                         return err;
2866
2867                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
2868                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
2869                                         return -EACCES;
2870                                 }
2871
2872 process_bpf_exit:
2873                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
2874                                 if (insn_idx < 0) {
2875                                         break;
2876                                 } else {
2877                                         do_print_state = true;
2878                                         continue;
2879                                 }
2880                         } else {
2881                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
2882                                 if (err)
2883                                         return err;
2884                         }
2885                 } else if (class == BPF_LD) {
2886                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2887
2888                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
2889                                 err = check_ld_abs(env, insn);
2890                                 if (err)
2891                                         return err;
2892
2893                         } else if (mode == BPF_IMM) {
2894                                 err = check_ld_imm(env, insn);
2895                                 if (err)
2896                                         return err;
2897
2898                                 insn_idx++;
2899                         } else {
2900                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
2901                                 return -EINVAL;
2902                         }
2903                         reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
2904                 } else {
2905                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
2906                         return -EINVAL;
2907                 }
2908
2909                 insn_idx++;
2910         }
2911
2912         verbose("processed %d insns\n", insn_processed);
2913         return 0;
2914 }
2915
2916 static int check_map_prog_compatibility(struct bpf_map *map,
2917                                         struct bpf_prog *prog)
2918
2919 {
2920         if (prog->type == BPF_PROG_TYPE_PERF_EVENT &&
2921             (map->map_type == BPF_MAP_TYPE_HASH ||
2922              map->map_type == BPF_MAP_TYPE_PERCPU_HASH) &&
2923             (map->map_flags & BPF_F_NO_PREALLOC)) {
2924                 verbose("perf_event programs can only use preallocated hash map\n");
2925                 return -EINVAL;
2926         }
2927         return 0;
2928 }
2929
2930 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
2931  * replace them with actual map pointers
2932  */
2933 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct bpf_verifier_env *env)
2934 {
2935         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2936         int insn_cnt = env->prog->len;
2937         int i, j, err;
2938
2939         err = bpf_prog_calc_digest(env->prog);
2940         if (err)
2941                 return err;
2942
2943         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2944                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
2945                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
2946                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
2947                         return -EINVAL;
2948                 }
2949
2950                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
2951                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
2952                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
2953                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
2954                         return -EINVAL;
2955                 }
2956
2957                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
2958                         struct bpf_map *map;
2959                         struct fd f;
2960
2961                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
2962                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
2963                             insn[1].off != 0) {
2964                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
2965                                 return -EINVAL;
2966                         }
2967
2968                         if (insn->src_reg == 0)
2969                                 /* valid generic load 64-bit imm */
2970                                 goto next_insn;
2971
2972                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
2973                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
2974                                 return -EINVAL;
2975                         }
2976
2977                         f = fdget(insn->imm);
2978                         map = __bpf_map_get(f);
2979                         if (IS_ERR(map)) {
2980                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
2981                                         insn->imm);
2982                                 return PTR_ERR(map);
2983                         }
2984
2985                         err = check_map_prog_compatibility(map, env->prog);
2986                         if (err) {
2987                                 fdput(f);
2988                                 return err;
2989                         }
2990
2991                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2992                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
2993                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
2994
2995                         /* check whether we recorded this map already */
2996                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
2997                                 if (env->used_maps[j] == map) {
2998                                         fdput(f);
2999                                         goto next_insn;
3000                                 }
3001
3002                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
3003                                 fdput(f);
3004                                 return -E2BIG;
3005                         }
3006
3007                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
3008                          * the map will be released by release_maps() or it
3009                          * will be used by the valid program until it's unloaded
3010                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
3011                          */
3012                         map = bpf_map_inc(map, false);
3013                         if (IS_ERR(map)) {
3014                                 fdput(f);
3015                                 return PTR_ERR(map);
3016                         }
3017                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
3018
3019                         fdput(f);
3020 next_insn:
3021                         insn++;
3022                         i++;
3023                 }
3024         }
3025
3026         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
3027          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
3028          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
3029          */
3030         return 0;
3031 }
3032
3033 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
3034 static void release_maps(struct bpf_verifier_env *env)
3035 {
3036         int i;
3037
3038         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
3039                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
3040 }
3041
3042 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
3043 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct bpf_verifier_env *env)
3044 {
3045         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3046         int insn_cnt = env->prog->len;
3047         int i;
3048
3049         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
3050                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
3051                         insn->src_reg = 0;
3052 }
3053
3054 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
3055  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
3056  */
3057 static int convert_ctx_accesses(struct bpf_verifier_env *env)
3058 {
3059         const struct bpf_verifier_ops *ops = env->prog->aux->ops;
3060         const int insn_cnt = env->prog->len;
3061         struct bpf_insn insn_buf[16], *insn;
3062         struct bpf_prog *new_prog;
3063         enum bpf_access_type type;
3064         int i, cnt, delta = 0;
3065
3066         if (ops->gen_prologue) {
3067                 cnt = ops->gen_prologue(insn_buf, env->seen_direct_write,
3068                                         env->prog);
3069                 if (cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3070                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3071                         return -EINVAL;
3072                 } else if (cnt) {
3073                         new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, 0,
3074                                                          insn_buf, cnt);
3075                         if (!new_prog)
3076                                 return -ENOMEM;
3077                         env->prog = new_prog;
3078                         delta += cnt - 1;
3079                 }
3080         }
3081
3082         if (!ops->convert_ctx_access)
3083                 return 0;
3084
3085         insn = env->prog->insnsi + delta;
3086
3087         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3088                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3089                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW))
3090                         type = BPF_READ;
3091                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3092                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW))
3093                         type = BPF_WRITE;
3094                 else
3095                         continue;
3096
3097                 if (env->insn_aux_data[i].ptr_type != PTR_TO_CTX)
3098                         continue;
3099
3100                 cnt = ops->convert_ctx_access(type, insn->dst_reg, insn->src_reg,
3101                                               insn->off, insn_buf, env->prog);
3102                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3103                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3104                         return -EINVAL;
3105                 }
3106
3107                 new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, i + delta, insn_buf,
3108                                                  cnt);
3109                 if (!new_prog)
3110                         return -ENOMEM;
3111
3112                 delta += cnt - 1;
3113
3114                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
3115                 env->prog = new_prog;
3116                 insn      = new_prog->insnsi + i + delta;
3117         }
3118
3119         return 0;
3120 }
3121
3122 static void free_states(struct bpf_verifier_env *env)
3123 {
3124         struct bpf_verifier_state_list *sl, *sln;
3125         int i;
3126
3127         if (!env->explored_states)
3128                 return;
3129
3130         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
3131                 sl = env->explored_states[i];
3132
3133                 if (sl)
3134                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
3135                                 sln = sl->next;
3136                                 kfree(sl);
3137                                 sl = sln;
3138                         }
3139         }
3140
3141         kfree(env->explored_states);
3142 }
3143
3144 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
3145 {
3146         char __user *log_ubuf = NULL;
3147         struct bpf_verifier_env *env;
3148         int ret = -EINVAL;
3149
3150         /* 'struct bpf_verifier_env' can be global, but since it's not small,
3151          * allocate/free it every time bpf_check() is called
3152          */
3153         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3154         if (!env)
3155                 return -ENOMEM;
3156
3157         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3158                                      (*prog)->len);
3159         ret = -ENOMEM;
3160         if (!env->insn_aux_data)
3161                 goto err_free_env;
3162         env->prog = *prog;
3163
3164         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3165         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3166
3167         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
3168                 /* user requested verbose verifier output
3169                  * and supplied buffer to store the verification trace
3170                  */
3171                 log_level = attr->log_level;
3172                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
3173                 log_size = attr->log_size;
3174                 log_len = 0;
3175
3176                 ret = -EINVAL;
3177                 /* log_* values have to be sane */
3178                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
3179                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
3180                         goto err_unlock;
3181
3182                 ret = -ENOMEM;
3183                 log_buf = vmalloc(log_size);
3184                 if (!log_buf)
3185                         goto err_unlock;
3186         } else {
3187                 log_level = 0;
3188         }
3189
3190         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
3191         if (ret < 0)
3192                 goto skip_full_check;
3193
3194         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3195                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3196                                        GFP_USER);
3197         ret = -ENOMEM;
3198         if (!env->explored_states)
3199                 goto skip_full_check;
3200
3201         ret = check_cfg(env);
3202         if (ret < 0)
3203                 goto skip_full_check;
3204
3205         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3206
3207         ret = do_check(env);
3208
3209 skip_full_check:
3210         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3211         free_states(env);
3212
3213         if (ret == 0)
3214                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
3215                 ret = convert_ctx_accesses(env);
3216
3217         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
3218                 BUG_ON(log_len >= log_size);
3219                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
3220                 ret = -ENOSPC;
3221                 /* fall through to return what was recorded */
3222         }
3223
3224         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
3225         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
3226                 ret = -EFAULT;
3227                 goto free_log_buf;
3228         }
3229
3230         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
3231                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
3232                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
3233                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
3234                                                           GFP_KERNEL);
3235
3236                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
3237                         ret = -ENOMEM;
3238                         goto free_log_buf;
3239                 }
3240
3241                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
3242                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
3243                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
3244
3245                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
3246                  * bpf_ld_imm64 instructions
3247                  */
3248                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
3249         }
3250
3251 free_log_buf:
3252         if (log_level)
3253                 vfree(log_buf);
3254         if (!env->prog->aux->used_maps)
3255                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
3256                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
3257                  */
3258                 release_maps(env);
3259         *prog = env->prog;
3260 err_unlock:
3261         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3262         vfree(env->insn_aux_data);
3263 err_free_env:
3264         kfree(env);
3265         return ret;
3266 }
3267
3268 int bpf_analyzer(struct bpf_prog *prog, const struct bpf_ext_analyzer_ops *ops,
3269                  void *priv)
3270 {
3271         struct bpf_verifier_env *env;
3272         int ret;
3273
3274         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3275         if (!env)
3276                 return -ENOMEM;
3277
3278         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3279                                      prog->len);
3280         ret = -ENOMEM;
3281         if (!env->insn_aux_data)
3282                 goto err_free_env;
3283         env->prog = prog;
3284         env->analyzer_ops = ops;
3285         env->analyzer_priv = priv;
3286
3287         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3288         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3289
3290         log_level = 0;
3291
3292         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3293                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3294                                        GFP_KERNEL);
3295         ret = -ENOMEM;
3296         if (!env->explored_states)
3297                 goto skip_full_check;
3298
3299         ret = check_cfg(env);
3300         if (ret < 0)
3301                 goto skip_full_check;
3302
3303         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3304
3305         ret = do_check(env);
3306
3307 skip_full_check:
3308         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3309         free_states(env);
3310
3311         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3312         vfree(env->insn_aux_data);
3313 err_free_env:
3314         kfree(env);
3315         return ret;
3316 }
3317 EXPORT_SYMBOL_GPL(bpf_analyzer);