kernel/bpf/verifier.c

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