kernel/bpf/verifier.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
   2  * Copyright (c) 2016 Facebook
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  */
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/types.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/bpf.h>
  17 #include <linux/bpf_verifier.h>
  18 #include <linux/filter.h>
  19 #include <net/netlink.h>
  20 #include <linux/file.h>
  21 #include <linux/vmalloc.h>
  22 #include <linux/stringify.h>
  23
  24 /* bpf_check() is a static code analyzer that walks eBPF program
  25  * instruction by instruction and updates register/stack state.
  26  * All paths of conditional branches are analyzed until 'bpf_exit' insn.
  27  *
  28  * The first pass is depth-first-search to check that the program is a DAG.
  29  * It rejects the following programs:
  30  * - larger than BPF_MAXINSNS insns
  31  * - if loop is present (detected via back-edge)
  32  * - unreachable insns exist (shouldn't be a forest. program = one function)
  33  * - out of bounds or malformed jumps
  34  * The second pass is all possible path descent from the 1st insn.
  35  * Since it's analyzing all pathes through the program, the length of the
  36  * analysis is limited to 32k insn, which may be hit even if total number of
  37  * insn is less then 4K, but there are too many branches that change stack/regs.
  38  * Number of 'branches to be analyzed' is limited to 1k
  39  *
  40  * On entry to each instruction, each register has a type, and the instruction
  41  * changes the types of the registers depending on instruction semantics.
  42  * If instruction is BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_5), then type of R5 is
  43  * copied to R1.
  44  *
  45  * All registers are 64-bit.
  46  * R0 - return register
  47  * R1-R5 argument passing registers
  48  * R6-R9 callee saved registers
  49  * R10 - frame pointer read-only
  50  *
  51  * At the start of BPF program the register R1 contains a pointer to bpf_context
  52  * and has type PTR_TO_CTX.
  53  *
  54  * Verifier tracks arithmetic operations on pointers in case:
  55  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),
  56  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -20),
  57  * 1st insn copies R10 (which has FRAME_PTR) type into R1
  58  * and 2nd arithmetic instruction is pattern matched to recognize
  59  * that it wants to construct a pointer to some element within stack.
  60  * So after 2nd insn, the register R1 has type PTR_TO_STACK
  61  * (and -20 constant is saved for further stack bounds checking).
  62  * Meaning that this reg is a pointer to stack plus known immediate constant.
  63  *
  64  * Most of the time the registers have UNKNOWN_VALUE type, which
  65  * means the register has some value, but it's not a valid pointer.
  66  * (like pointer plus pointer becomes UNKNOWN_VALUE type)
  67  *
  68  * When verifier sees load or store instructions the type of base register
  69  * can be: PTR_TO_MAP_VALUE, PTR_TO_CTX, FRAME_PTR. These are three pointer
  70  * types recognized by check_mem_access() function.
  71  *
  72  * PTR_TO_MAP_VALUE means that this register is pointing to 'map element value'
  73  * and the range of [ptr, ptr + map's value_size) is accessible.
  74  *
  75  * registers used to pass values to function calls are checked against
  76  * function argument constraints.
  77  *
  78  * ARG_PTR_TO_MAP_KEY is one of such argument constraints.
  79  * It means that the register type passed to this function must be
  80  * PTR_TO_STACK and it will be used inside the function as
  81  * 'pointer to map element key'
  82  *
  83  * For example the argument constraints for bpf_map_lookup_elem():
  84  *   .ret_type = RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,
  85  *   .arg1_type = ARG_CONST_MAP_PTR,
  86  *   .arg2_type = ARG_PTR_TO_MAP_KEY,
  87  *
  88  * ret_type says that this function returns 'pointer to map elem value or null'
  89  * function expects 1st argument to be a const pointer to 'struct bpf_map' and
  90  * 2nd argument should be a pointer to stack, which will be used inside
  91  * the helper function as a pointer to map element key.
  92  *
  93  * On the kernel side the helper function looks like:
  94  * u64 bpf_map_lookup_elem(u64 r1, u64 r2, u64 r3, u64 r4, u64 r5)
  95  * {
  96  *    struct bpf_map *map = (struct bpf_map *) (unsigned long) r1;
  97  *    void *key = (void *) (unsigned long) r2;
  98  *    void *value;
  99  *
 100  *    here kernel can access 'key' and 'map' pointers safely, knowing that
 101  *    [key, key + map->key_size) bytes are valid and were initialized on
 102  *    the stack of eBPF program.
 103  * }
 104  *
 105  * Corresponding eBPF program may look like:
 106  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),  // after this insn R2 type is FRAME_PTR
 107  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), // after this insn R2 type is PTR_TO_STACK
 108  *    BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),      // after this insn R1 type is CONST_PTR_TO_MAP
 109  *    BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
 110  * here verifier looks at prototype of map_lookup_elem() and sees:
 111  * .arg1_type == ARG_CONST_MAP_PTR and R1->type == CONST_PTR_TO_MAP, which is ok,
 112  * Now verifier knows that this map has key of R1->map_ptr->key_size bytes
 113  *
 114  * Then .arg2_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY and R2->type == PTR_TO_STACK, ok so far,
 115  * Now verifier checks that [R2, R2 + map's key_size) are within stack limits
 116  * and were initialized prior to this call.
 117  * If it's ok, then verifier allows this BPF_CALL insn and looks at
 118  * .ret_type which is RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, so it sets
 119  * R0->type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL which means bpf_map_lookup_elem() function
 120  * returns ether pointer to map value or NULL.
 121  *
 122  * When type PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL passes through 'if (reg != 0) goto +off'
 123  * insn, the register holding that pointer in the true branch changes state to
 124  * PTR_TO_MAP_VALUE and the same register changes state to CONST_IMM in the false
 125  * branch. See check_cond_jmp_op().
 126  *
 127  * After the call R0 is set to return type of the function and registers R1-R5
 128  * are set to NOT_INIT to indicate that they are no longer readable.
 129  */
 130
 131 /* verifier_state + insn_idx are pushed to stack when branch is encountered */
 132 struct bpf_verifier_stack_elem {
 133         /* verifer state is 'st'
 134          * before processing instruction 'insn_idx'
 135          * and after processing instruction 'prev_insn_idx'
 136          */
 137         struct bpf_verifier_state st;
 138         int insn_idx;
 139         int prev_insn_idx;
 140         struct bpf_verifier_stack_elem *next;
 141 };
 142
 143 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS      65536
 144 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK      1024
 145
 146 struct bpf_call_arg_meta {
 147         struct bpf_map *map_ptr;
 148         bool raw_mode;
 149         bool pkt_access;
 150         int regno;
 151         int access_size;
 152 };
 153
 154 /* verbose verifier prints what it's seeing
 155  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 156  */
 157 static u32 log_level, log_size, log_len;
 158 static char *log_buf;
 159
 160 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 161
 162 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 163  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 164  * can figure out what's wrong with the program
 165  */
 166 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 167 {
 168         va_list args;
 169
 170         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 171                 return;
 172
 173         va_start(args, fmt);
 174         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 175         va_end(args);
 176 }
 177
 178 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 179 static const char * const reg_type_str[] = {
 180         [NOT_INIT]              = "?",
 181         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 182         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 183         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 184         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 185         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 186         [PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ]  = "map_value_adj",
 187         [FRAME_PTR]             = "fp",
 188         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 189         [CONST_IMM]             = "imm",
 190         [PTR_TO_PACKET]         = "pkt",
 191         [PTR_TO_PACKET_END]     = "pkt_end",
 192 };
 193
 194 #define __BPF_FUNC_STR_FN(x) [BPF_FUNC_ ## x] = __stringify(bpf_ ## x)
 195 static const char * const func_id_str[] = {
 196         __BPF_FUNC_MAPPER(__BPF_FUNC_STR_FN)
 197 };
 198 #undef __BPF_FUNC_STR_FN
 199
 200 static const char *func_id_name(int id)
 201 {
 202         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(func_id_str) != __BPF_FUNC_MAX_ID);
 203
 204         if (id >= 0 && id < __BPF_FUNC_MAX_ID && func_id_str[id])
 205                 return func_id_str[id];
 206         else
 207                 return "unknown";
 208 }
 209
 210 static void print_verifier_state(struct bpf_verifier_state *state)
 211 {
 212         struct bpf_reg_state *reg;
 213         enum bpf_reg_type t;
 214         int i;
 215
 216         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 217                 reg = &state->regs[i];
 218                 t = reg->type;
 219                 if (t == NOT_INIT)
 220                         continue;
 221                 verbose(" R%d=%s", i, reg_type_str[t]);
 222                 if (t == CONST_IMM || t == PTR_TO_STACK)
 223                         verbose("%lld", reg->imm);
 224                 else if (t == PTR_TO_PACKET)
 225                         verbose("(id=%d,off=%d,r=%d)",
 226                                 reg->id, reg->off, reg->range);
 227                 else if (t == UNKNOWN_VALUE && reg->imm)
 228                         verbose("%lld", reg->imm);
 229                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 230                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL ||
 231                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 232                         verbose("(ks=%d,vs=%d,id=%u)",
 233                                 reg->map_ptr->key_size,
 234                                 reg->map_ptr->value_size,
 235                                 reg->id);
 236                 if (reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
 237                         verbose(",min_value=%lld",
 238                                 (long long)reg->min_value);
 239                 if (reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
 240                         verbose(",max_value=%llu",
 241                                 (unsigned long long)reg->max_value);
 242         }
 243         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 244                 if (state->stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 245                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 246                                 reg_type_str[state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 247         }
 248         verbose("\n");
 249 }
 250
 251 static const char *const bpf_class_string[] = {
 252         [BPF_LD]    = "ld",
 253         [BPF_LDX]   = "ldx",
 254         [BPF_ST]    = "st",
 255         [BPF_STX]   = "stx",
 256         [BPF_ALU]   = "alu",
 257         [BPF_JMP]   = "jmp",
 258         [BPF_RET]   = "BUG",
 259         [BPF_ALU64] = "alu64",
 260 };
 261
 262 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 263         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 264         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 265         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 266         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 267         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 268         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 269         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 270         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 271         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 272         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 273         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 274         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 275         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 276         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 277 };
 278
 279 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 280         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 281         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 282         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 283         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 284 };
 285
 286 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 287         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 288         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 289         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 290         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 291         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 292         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 293         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 294         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 295         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 296         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 297 };
 298
 299 static void print_bpf_insn(struct bpf_insn *insn)
 300 {
 301         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 302
 303         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 304                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 305                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 306                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 307                                 insn->dst_reg,
 308                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 309                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 310                                 insn->src_reg);
 311                 else
 312                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 313                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 314                                 insn->dst_reg,
 315                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 316                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 317                                 insn->imm);
 318         } else if (class == BPF_STX) {
 319                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 320                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 321                                 insn->code,
 322                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 323                                 insn->dst_reg,
 324                                 insn->off, insn->src_reg);
 325                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 326                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 327                                 insn->code,
 328                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 329                                 insn->dst_reg, insn->off,
 330                                 insn->src_reg);
 331                 else
 332                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 333         } else if (class == BPF_ST) {
 334                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 335                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 336                         return;
 337                 }
 338                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 339                         insn->code,
 340                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 341                         insn->dst_reg,
 342                         insn->off, insn->imm);
 343         } else if (class == BPF_LDX) {
 344                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 345                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 346                         return;
 347                 }
 348                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 349                         insn->code, insn->dst_reg,
 350                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 351                         insn->src_reg, insn->off);
 352         } else if (class == BPF_LD) {
 353                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 354                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 355                                 insn->code,
 356                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 357                                 insn->imm);
 358                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 359                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 360                                 insn->code,
 361                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 362                                 insn->src_reg, insn->imm);
 363                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM) {
 364                         verbose("(%02x) r%d = 0x%x\n",
 365                                 insn->code, insn->dst_reg, insn->imm);
 366                 } else {
 367                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 368                         return;
 369                 }
 370         } else if (class == BPF_JMP) {
 371                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 372
 373                 if (opcode == BPF_CALL) {
 374                         verbose("(%02x) call %s#%d\n", insn->code,
 375                                 func_id_name(insn->imm), insn->imm);
 376                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 377                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 378                                 insn->code, insn->off);
 379                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 380                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 381                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 382                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 383                                 insn->code, insn->dst_reg,
 384                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 385                                 insn->src_reg, insn->off);
 386                 } else {
 387                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 388                                 insn->code, insn->dst_reg,
 389                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 390                                 insn->imm, insn->off);
 391                 }
 392         } else {
 393                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 394         }
 395 }
 396
 397 static int pop_stack(struct bpf_verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 398 {
 399         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 400         int insn_idx;
 401
 402         if (env->head == NULL)
 403                 return -1;
 404
 405         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 406         insn_idx = env->head->insn_idx;
 407         if (prev_insn_idx)
 408                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 409         elem = env->head->next;
 410         kfree(env->head);
 411         env->head = elem;
 412         env->stack_size--;
 413         return insn_idx;
 414 }
 415
 416 static struct bpf_verifier_state *push_stack(struct bpf_verifier_env *env,
 417                                              int insn_idx, int prev_insn_idx)
 418 {
 419         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 420
 421         elem = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 422         if (!elem)
 423                 goto err;
 424
 425         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 426         elem->insn_idx = insn_idx;
 427         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 428         elem->next = env->head;
 429         env->head = elem;
 430         env->stack_size++;
 431         if (env->stack_size > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK) {
 432                 verbose("BPF program is too complex\n");
 433                 goto err;
 434         }
 435         return &elem->st;
 436 err:
 437         /* pop all elements and return */
 438         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 439         return NULL;
 440 }
 441
 442 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 443 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 444         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 445 };
 446
 447 static void init_reg_state(struct bpf_reg_state *regs)
 448 {
 449         int i;
 450
 451         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 452                 regs[i].type = NOT_INIT;
 453                 regs[i].imm = 0;
 454                 regs[i].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 455                 regs[i].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 456         }
 457
 458         /* frame pointer */
 459         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 460
 461         /* 1st arg to a function */
 462         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 463 }
 464
 465 static void __mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 466 {
 467         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 468         regs[regno].id = 0;
 469         regs[regno].imm = 0;
 470 }
 471
 472 static void mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 473 {
 474         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 475         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 476 }
 477
 478 static void reset_reg_range_values(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 479 {
 480         regs[regno].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 481         regs[regno].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 482 }
 483
 484 static void mark_reg_unknown_value_and_range(struct bpf_reg_state *regs,
 485                                              u32 regno)
 486 {
 487         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 488         reset_reg_range_values(regs, regno);
 489 }
 490
 491 enum reg_arg_type {
 492         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 493         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 494         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 495 };
 496
 497 static int check_reg_arg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno,
 498                          enum reg_arg_type t)
 499 {
 500         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 501                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 502                 return -EINVAL;
 503         }
 504
 505         if (t == SRC_OP) {
 506                 /* check whether register used as source operand can be read */
 507                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 508                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 509                         return -EACCES;
 510                 }
 511         } else {
 512                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 513                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 514                         verbose("frame pointer is read only\n");
 515                         return -EACCES;
 516                 }
 517                 if (t == DST_OP)
 518                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 519         }
 520         return 0;
 521 }
 522
 523 static int bpf_size_to_bytes(int bpf_size)
 524 {
 525         if (bpf_size == BPF_W)
 526                 return 4;
 527         else if (bpf_size == BPF_H)
 528                 return 2;
 529         else if (bpf_size == BPF_B)
 530                 return 1;
 531         else if (bpf_size == BPF_DW)
 532                 return 8;
 533         else
 534                 return -EINVAL;
 535 }
 536
 537 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 538 {
 539         switch (type) {
 540         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 541         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 542         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
 543         case PTR_TO_STACK:
 544         case PTR_TO_CTX:
 545         case PTR_TO_PACKET:
 546         case PTR_TO_PACKET_END:
 547         case FRAME_PTR:
 548         case CONST_PTR_TO_MAP:
 549                 return true;
 550         default:
 551                 return false;
 552         }
 553 }
 554
 555 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 556  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 557  */
 558 static int check_stack_write(struct bpf_verifier_state *state, int off,
 559                              int size, int value_regno)
 560 {
 561         int i;
 562         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 563          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 564          */
 565
 566         if (value_regno >= 0 &&
 567             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 568
 569                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 570                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 571                         verbose("invalid size of register spill\n");
 572                         return -EACCES;
 573                 }
 574
 575                 /* save register state */
 576                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 577                         state->regs[value_regno];
 578
 579                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 580                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 581         } else {
 582                 /* regular write of data into stack */
 583                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 584                         (struct bpf_reg_state) {};
 585
 586                 for (i = 0; i < size; i++)
 587                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 588         }
 589         return 0;
 590 }
 591
 592 static int check_stack_read(struct bpf_verifier_state *state, int off, int size,
 593                             int value_regno)
 594 {
 595         u8 *slot_type;
 596         int i;
 597
 598         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 599
 600         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 601                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 602                         verbose("invalid size of register spill\n");
 603                         return -EACCES;
 604                 }
 605                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 606                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 607                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 608                                 return -EACCES;
 609                         }
 610                 }
 611
 612                 if (value_regno >= 0)
 613                         /* restore register state from stack */
 614                         state->regs[value_regno] =
 615                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 616                 return 0;
 617         } else {
 618                 for (i = 0; i < size; i++) {
 619                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 620                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 621                                         off, i, size);
 622                                 return -EACCES;
 623                         }
 624                 }
 625                 if (value_regno >= 0)
 626                         /* have read misc data from the stack */
 627                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 628                                                          value_regno);
 629                 return 0;
 630         }
 631 }
 632
 633 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 634 static int check_map_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 635                             int size)
 636 {
 637         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 638
 639         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > map->value_size) {
 640                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 641                         map->value_size, off, size);
 642                 return -EACCES;
 643         }
 644         return 0;
 645 }
 646
 647 /* check read/write into an adjusted map element */
 648 static int check_map_access_adj(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
 649                                 int off, int size)
 650 {
 651         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 652         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 653         int err;
 654
 655         /* We adjusted the register to this map value, so we
 656          * need to change off and size to min_value and max_value
 657          * respectively to make sure our theoretical access will be
 658          * safe.
 659          */
 660         if (log_level)
 661                 print_verifier_state(state);
 662         env->varlen_map_value_access = true;
 663         /* The minimum value is only important with signed
 664          * comparisons where we can't assume the floor of a
 665          * value is 0.  If we are using signed variables for our
 666          * index'es we need to make sure that whatever we use
 667          * will have a set floor within our range.
 668          */
 669         if (reg->min_value < 0) {
 670                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned index or do a if (index >=0) check.\n",
 671                         regno);
 672                 return -EACCES;
 673         }
 674         err = check_map_access(env, regno, reg->min_value + off, size);
 675         if (err) {
 676                 verbose("R%d min value is outside of the array range\n",
 677                         regno);
 678                 return err;
 679         }
 680
 681         /* If we haven't set a max value then we need to bail
 682          * since we can't be sure we won't do bad things.
 683          */
 684         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
 685                 verbose("R%d unbounded memory access, make sure to bounds check any array access into a map\n",
 686                         regno);
 687                 return -EACCES;
 688         }
 689         return check_map_access(env, regno, reg->max_value + off, size);
 690 }
 691
 692 #define MAX_PACKET_OFF 0xffff
 693
 694 static bool may_access_direct_pkt_data(struct bpf_verifier_env *env,
 695                                        const struct bpf_call_arg_meta *meta,
 696                                        enum bpf_access_type t)
 697 {
 698         switch (env->prog->type) {
 699         case BPF_PROG_TYPE_LWT_IN:
 700         case BPF_PROG_TYPE_LWT_OUT:
 701                 /* dst_input() and dst_output() can't write for now */
 702                 if (t == BPF_WRITE)
 703                         return false;
 704                 /* fallthrough */
 705         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
 706         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
 707         case BPF_PROG_TYPE_XDP:
 708         case BPF_PROG_TYPE_LWT_XMIT:
 709                 if (meta)
 710                         return meta->pkt_access;
 711
 712                 env->seen_direct_write = true;
 713                 return true;
 714         default:
 715                 return false;
 716         }
 717 }
 718
 719 static int check_packet_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 720                                int size)
 721 {
 722         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 723         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
 724
 725         off += reg->off;
 726         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > reg->range) {
 727                 verbose("invalid access to packet, off=%d size=%d, R%d(id=%d,off=%d,r=%d)\n",
 728                         off, size, regno, reg->id, reg->off, reg->range);
 729                 return -EACCES;
 730         }
 731         return 0;
 732 }
 733
 734 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 735 static int check_ctx_access(struct bpf_verifier_env *env, int off, int size,
 736                             enum bpf_access_type t, enum bpf_reg_type *reg_type)
 737 {
 738         /* for analyzer ctx accesses are already validated and converted */
 739         if (env->analyzer_ops)
 740                 return 0;
 741
 742         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 743             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t, reg_type)) {
 744                 /* remember the offset of last byte accessed in ctx */
 745                 if (env->prog->aux->max_ctx_offset < off + size)
 746                         env->prog->aux->max_ctx_offset = off + size;
 747                 return 0;
 748         }
 749
 750         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 751         return -EACCES;
 752 }
 753
 754 static bool is_pointer_value(struct bpf_verifier_env *env, int regno)
 755 {
 756         if (env->allow_ptr_leaks)
 757                 return false;
 758
 759         switch (env->cur_state.regs[regno].type) {
 760         case UNKNOWN_VALUE:
 761         case CONST_IMM:
 762                 return false;
 763         default:
 764                 return true;
 765         }
 766 }
 767
 768 static int check_ptr_alignment(struct bpf_verifier_env *env,
 769                                struct bpf_reg_state *reg, int off, int size)
 770 {
 771         if (reg->type != PTR_TO_PACKET && reg->type != PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 772                 if (off % size != 0) {
 773                         verbose("misaligned access off %d size %d\n",
 774                                 off, size);
 775                         return -EACCES;
 776                 } else {
 777                         return 0;
 778                 }
 779         }
 780
 781         if (IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS))
 782                 /* misaligned access to packet is ok on x86,arm,arm64 */
 783                 return 0;
 784
 785         if (reg->id && size != 1) {
 786                 verbose("Unknown packet alignment. Only byte-sized access allowed\n");
 787                 return -EACCES;
 788         }
 789
 790         /* skb->data is NET_IP_ALIGN-ed */
 791         if (reg->type == PTR_TO_PACKET &&
 792             (NET_IP_ALIGN + reg->off + off) % size != 0) {
 793                 verbose("misaligned packet access off %d+%d+%d size %d\n",
 794                         NET_IP_ALIGN, reg->off, off, size);
 795                 return -EACCES;
 796         }
 797         return 0;
 798 }
 799
 800 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 801  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 802  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 803  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 804  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 805  */
 806 static int check_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 807                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 808                             int value_regno)
 809 {
 810         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 811         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 812         int size, err = 0;
 813
 814         if (reg->type == PTR_TO_STACK)
 815                 off += reg->imm;
 816
 817         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 818         if (size < 0)
 819                 return size;
 820
 821         err = check_ptr_alignment(env, reg, off, size);
 822         if (err)
 823                 return err;
 824
 825         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 826             reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 827                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 828                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 829                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 830                         return -EACCES;
 831                 }
 832
 833                 if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 834                         err = check_map_access_adj(env, regno, off, size);
 835                 else
 836                         err = check_map_access(env, regno, off, size);
 837                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 838                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 839                                                          value_regno);
 840
 841         } else if (reg->type == PTR_TO_CTX) {
 842                 enum bpf_reg_type reg_type = UNKNOWN_VALUE;
 843
 844                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 845                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 846                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 847                         return -EACCES;
 848                 }
 849                 err = check_ctx_access(env, off, size, t, &reg_type);
 850                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0) {
 851                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 852                                                          value_regno);
 853                         /* note that reg.[id|off|range] == 0 */
 854                         state->regs[value_regno].type = reg_type;
 855                 }
 856
 857         } else if (reg->type == FRAME_PTR || reg->type == PTR_TO_STACK) {
 858                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 859                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 860                         return -EACCES;
 861                 }
 862                 if (t == BPF_WRITE) {
 863                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 864                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 865                             size != BPF_REG_SIZE) {
 866                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 867                                 return -EACCES;
 868                         }
 869                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 870                 } else {
 871                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 872                 }
 873         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_PACKET) {
 874                 if (t == BPF_WRITE && !may_access_direct_pkt_data(env, NULL, t)) {
 875                         verbose("cannot write into packet\n");
 876                         return -EACCES;
 877                 }
 878                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 879                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 880                         verbose("R%d leaks addr into packet\n", value_regno);
 881                         return -EACCES;
 882                 }
 883                 err = check_packet_access(env, regno, off, size);
 884                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 885                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 886                                                          value_regno);
 887         } else {
 888                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 889                         regno, reg_type_str[reg->type]);
 890                 return -EACCES;
 891         }
 892
 893         if (!err && size <= 2 && value_regno >= 0 && env->allow_ptr_leaks &&
 894             state->regs[value_regno].type == UNKNOWN_VALUE) {
 895                 /* 1 or 2 byte load zero-extends, determine the number of
 896                  * zero upper bits. Not doing it fo 4 byte load, since
 897                  * such values cannot be added to ptr_to_packet anyway.
 898                  */
 899                 state->regs[value_regno].imm = 64 - size * 8;
 900         }
 901         return err;
 902 }
 903
 904 static int check_xadd(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
 905 {
 906         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 907         int err;
 908
 909         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 910             insn->imm != 0) {
 911                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 912                 return -EINVAL;
 913         }
 914
 915         /* check src1 operand */
 916         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 917         if (err)
 918                 return err;
 919
 920         /* check src2 operand */
 921         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 922         if (err)
 923                 return err;
 924
 925         /* check whether atomic_add can read the memory */
 926         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 927                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
 928         if (err)
 929                 return err;
 930
 931         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
 932         return check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 933                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
 934 }
 935
 936 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
 937  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
 938  * and all elements of stack are initialized
 939  */
 940 static int check_stack_boundary(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
 941                                 int access_size, bool zero_size_allowed,
 942                                 struct bpf_call_arg_meta *meta)
 943 {
 944         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 945         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
 946         int off, i;
 947
 948         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK) {
 949                 if (zero_size_allowed && access_size == 0 &&
 950                     regs[regno].type == CONST_IMM &&
 951                     regs[regno].imm  == 0)
 952                         return 0;
 953
 954                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 955                         reg_type_str[regs[regno].type],
 956                         reg_type_str[PTR_TO_STACK]);
 957                 return -EACCES;
 958         }
 959
 960         off = regs[regno].imm;
 961         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
 962             access_size <= 0) {
 963                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
 964                         regno, off, access_size);
 965                 return -EACCES;
 966         }
 967
 968         if (meta && meta->raw_mode) {
 969                 meta->access_size = access_size;
 970                 meta->regno = regno;
 971                 return 0;
 972         }
 973
 974         for (i = 0; i < access_size; i++) {
 975                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
 976                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
 977                                 off, i, access_size);
 978                         return -EACCES;
 979                 }
 980         }
 981         return 0;
 982 }
 983
 984 static int check_helper_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
 985                                    int access_size, bool zero_size_allowed,
 986                                    struct bpf_call_arg_meta *meta)
 987 {
 988         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 989
 990         switch (regs[regno].type) {
 991         case PTR_TO_PACKET:
 992                 return check_packet_access(env, regno, 0, access_size);
 993         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 994                 return check_map_access(env, regno, 0, access_size);
 995         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
 996                 return check_map_access_adj(env, regno, 0, access_size);
 997         default: /* const_imm|ptr_to_stack or invalid ptr */
 998                 return check_stack_boundary(env, regno, access_size,
 999                                             zero_size_allowed, meta);
1000         }
1001 }
1002
1003 static int check_func_arg(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
1004                           enum bpf_arg_type arg_type,
1005                           struct bpf_call_arg_meta *meta)
1006 {
1007         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *reg = &regs[regno];
1008         enum bpf_reg_type expected_type, type = reg->type;
1009         int err = 0;
1010
1011         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
1012                 return 0;
1013
1014         if (type == NOT_INIT) {
1015                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
1016                 return -EACCES;
1017         }
1018
1019         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
1020                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
1021                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
1022                         return -EACCES;
1023                 }
1024                 return 0;
1025         }
1026
1027         if (type == PTR_TO_PACKET &&
1028             !may_access_direct_pkt_data(env, meta, BPF_READ)) {
1029                 verbose("helper access to the packet is not allowed\n");
1030                 return -EACCES;
1031         }
1032
1033         if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
1034             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1035                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1036                 if (type != PTR_TO_PACKET && type != expected_type)
1037                         goto err_type;
1038         } else if (arg_type == ARG_CONST_SIZE ||
1039                    arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO) {
1040                 expected_type = CONST_IMM;
1041                 /* One exception. Allow UNKNOWN_VALUE registers when the
1042                  * boundaries are known and don't cause unsafe memory accesses
1043                  */
1044                 if (type != UNKNOWN_VALUE && type != expected_type)
1045                         goto err_type;
1046         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1047                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
1048                 if (type != expected_type)
1049                         goto err_type;
1050         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
1051                 expected_type = PTR_TO_CTX;
1052                 if (type != expected_type)
1053                         goto err_type;
1054         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MEM ||
1055                    arg_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM) {
1056                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1057                 /* One exception here. In case function allows for NULL to be
1058                  * passed in as argument, it's a CONST_IMM type. Final test
1059                  * happens during stack boundary checking.
1060                  */
1061                 if (type == CONST_IMM && reg->imm == 0)
1062                         /* final test in check_stack_boundary() */;
1063                 else if (type != PTR_TO_PACKET && type != PTR_TO_MAP_VALUE &&
1064                          type != PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ && type != expected_type)
1065                         goto err_type;
1066                 meta->raw_mode = arg_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM;
1067         } else {
1068                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
1069                 return -EFAULT;
1070         }
1071
1072         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1073                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
1074                 meta->map_ptr = reg->map_ptr;
1075         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
1076                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
1077                  * check that [key, key + map->key_size) are within
1078                  * stack limits and initialized
1079                  */
1080                 if (!meta->map_ptr) {
1081                         /* in function declaration map_ptr must come before
1082                          * map_key, so that it's verified and known before
1083                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
1084                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
1085                          */
1086                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
1087                         return -EACCES;
1088                 }
1089                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1090                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1091                                                   meta->map_ptr->key_size);
1092                 else
1093                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1094                                                    meta->map_ptr->key_size,
1095                                                    false, NULL);
1096         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1097                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
1098                  * check [value, value + map->value_size) validity
1099                  */
1100                 if (!meta->map_ptr) {
1101                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1102                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
1103                         return -EACCES;
1104                 }
1105                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1106                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1107                                                   meta->map_ptr->value_size);
1108                 else
1109                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1110                                                    meta->map_ptr->value_size,
1111                                                    false, NULL);
1112         } else if (arg_type == ARG_CONST_SIZE ||
1113                    arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO) {
1114                 bool zero_size_allowed = (arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO);
1115
1116                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
1117                  * from stack pointer 'buf'. Check it
1118                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
1119                  */
1120                 if (regno == 0) {
1121                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1122                         verbose("ARG_CONST_SIZE cannot be first argument\n");
1123                         return -EACCES;
1124                 }
1125
1126                 /* If the register is UNKNOWN_VALUE, the access check happens
1127                  * using its boundaries. Otherwise, just use its imm
1128                  */
1129                 if (type == UNKNOWN_VALUE) {
1130                         /* For unprivileged variable accesses, disable raw
1131                          * mode so that the program is required to
1132                          * initialize all the memory that the helper could
1133                          * just partially fill up.
1134                          */
1135                         meta = NULL;
1136
1137                         if (reg->min_value < 0) {
1138                                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned or 'var &= const'\n",
1139                                         regno);
1140                                 return -EACCES;
1141                         }
1142
1143                         if (reg->min_value == 0) {
1144                                 err = check_helper_mem_access(env, regno - 1, 0,
1145                                                               zero_size_allowed,
1146                                                               meta);
1147                                 if (err)
1148                                         return err;
1149                         }
1150
1151                         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
1152                                 verbose("R%d unbounded memory access, use 'var &= const' or 'if (var < const)'\n",
1153                                         regno);
1154                                 return -EACCES;
1155                         }
1156                         err = check_helper_mem_access(env, regno - 1,
1157                                                       reg->max_value,
1158                                                       zero_size_allowed, meta);
1159                         if (err)
1160                                 return err;
1161                 } else {
1162                         /* register is CONST_IMM */
1163                         err = check_helper_mem_access(env, regno - 1, reg->imm,
1164                                                       zero_size_allowed, meta);
1165                 }
1166         }
1167
1168         return err;
1169 err_type:
1170         verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
1171                 reg_type_str[type], reg_type_str[expected_type]);
1172         return -EACCES;
1173 }
1174
1175 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
1176 {
1177         if (!map)
1178                 return 0;
1179
1180         /* We need a two way check, first is from map perspective ... */
1181         switch (map->map_type) {
1182         case BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY:
1183                 if (func_id != BPF_FUNC_tail_call)
1184                         goto error;
1185                 break;
1186         case BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY:
1187                 if (func_id != BPF_FUNC_perf_event_read &&
1188                     func_id != BPF_FUNC_perf_event_output)
1189                         goto error;
1190                 break;
1191         case BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE:
1192                 if (func_id != BPF_FUNC_get_stackid)
1193                         goto error;
1194                 break;
1195         case BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY:
1196                 if (func_id != BPF_FUNC_skb_under_cgroup &&
1197                     func_id != BPF_FUNC_current_task_under_cgroup)
1198                         goto error;
1199                 break;
1200         default:
1201                 break;
1202         }
1203
1204         /* ... and second from the function itself. */
1205         switch (func_id) {
1206         case BPF_FUNC_tail_call:
1207                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
1208                         goto error;
1209                 break;
1210         case BPF_FUNC_perf_event_read:
1211         case BPF_FUNC_perf_event_output:
1212                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY)
1213                         goto error;
1214                 break;
1215         case BPF_FUNC_get_stackid:
1216                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE)
1217                         goto error;
1218                 break;
1219         case BPF_FUNC_current_task_under_cgroup:
1220         case BPF_FUNC_skb_under_cgroup:
1221                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY)
1222                         goto error;
1223                 break;
1224         default:
1225                 break;
1226         }
1227
1228         return 0;
1229 error:
1230         verbose("cannot pass map_type %d into func %s#%d\n",
1231                 map->map_type, func_id_name(func_id), func_id);
1232         return -EINVAL;
1233 }
1234
1235 static int check_raw_mode(const struct bpf_func_proto *fn)
1236 {
1237         int count = 0;
1238
1239         if (fn->arg1_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1240                 count++;
1241         if (fn->arg2_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1242                 count++;
1243         if (fn->arg3_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1244                 count++;
1245         if (fn->arg4_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1246                 count++;
1247         if (fn->arg5_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1248                 count++;
1249
1250         return count > 1 ? -EINVAL : 0;
1251 }
1252
1253 static void clear_all_pkt_pointers(struct bpf_verifier_env *env)
1254 {
1255         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1256         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1257         int i;
1258
1259         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1260                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET ||
1261                     regs[i].type == PTR_TO_PACKET_END)
1262                         mark_reg_unknown_value(regs, i);
1263
1264         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1265                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1266                         continue;
1267                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1268                 if (reg->type != PTR_TO_PACKET &&
1269                     reg->type != PTR_TO_PACKET_END)
1270                         continue;
1271                 reg->type = UNKNOWN_VALUE;
1272                 reg->imm = 0;
1273         }
1274 }
1275
1276 static int check_call(struct bpf_verifier_env *env, int func_id)
1277 {
1278         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1279         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
1280         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
1281         struct bpf_reg_state *reg;
1282         struct bpf_call_arg_meta meta;
1283         bool changes_data;
1284         int i, err;
1285
1286         /* find function prototype */
1287         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
1288                 verbose("invalid func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1289                 return -EINVAL;
1290         }
1291
1292         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
1293                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
1294
1295         if (!fn) {
1296                 verbose("unknown func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1297                 return -EINVAL;
1298         }
1299
1300         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
1301         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
1302                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
1303                 return -EINVAL;
1304         }
1305
1306         changes_data = bpf_helper_changes_pkt_data(fn->func);
1307
1308         memset(&meta, 0, sizeof(meta));
1309         meta.pkt_access = fn->pkt_access;
1310
1311         /* We only support one arg being in raw mode at the moment, which
1312          * is sufficient for the helper functions we have right now.
1313          */
1314         err = check_raw_mode(fn);
1315         if (err) {
1316                 verbose("kernel subsystem misconfigured func %s#%d\n",
1317                         func_id_name(func_id), func_id);
1318                 return err;
1319         }
1320
1321         /* check args */
1322         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &meta);
1323         if (err)
1324                 return err;
1325         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &meta);
1326         if (err)
1327                 return err;
1328         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &meta);
1329         if (err)
1330                 return err;
1331         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &meta);
1332         if (err)
1333                 return err;
1334         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &meta);
1335         if (err)
1336                 return err;
1337
1338         /* Mark slots with STACK_MISC in case of raw mode, stack offset
1339          * is inferred from register state.
1340          */
1341         for (i = 0; i < meta.access_size; i++) {
1342                 err = check_mem_access(env, meta.regno, i, BPF_B, BPF_WRITE, -1);
1343                 if (err)
1344                         return err;
1345         }
1346
1347         /* reset caller saved regs */
1348         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1349                 reg = regs + caller_saved[i];
1350                 reg->type = NOT_INIT;
1351                 reg->imm = 0;
1352         }
1353
1354         /* update return register */
1355         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
1356                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1357         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
1358                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
1359         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1360                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
1361                 regs[BPF_REG_0].max_value = regs[BPF_REG_0].min_value = 0;
1362                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
1363                  * can check 'value_size' boundary of memory access
1364                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
1365                  */
1366                 if (meta.map_ptr == NULL) {
1367                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
1368                         return -EINVAL;
1369                 }
1370                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = meta.map_ptr;
1371                 regs[BPF_REG_0].id = ++env->id_gen;
1372         } else {
1373                 verbose("unknown return type %d of func %s#%d\n",
1374                         fn->ret_type, func_id_name(func_id), func_id);
1375                 return -EINVAL;
1376         }
1377
1378         err = check_map_func_compatibility(meta.map_ptr, func_id);
1379         if (err)
1380                 return err;
1381
1382         if (changes_data)
1383                 clear_all_pkt_pointers(env);
1384         return 0;
1385 }
1386
1387 static int check_packet_ptr_add(struct bpf_verifier_env *env,
1388                                 struct bpf_insn *insn)
1389 {
1390         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1391         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1392         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1393         struct bpf_reg_state tmp_reg;
1394         s32 imm;
1395
1396         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1397                 /* pkt_ptr += imm */
1398                 imm = insn->imm;
1399
1400 add_imm:
1401                 if (imm < 0) {
1402                         verbose("addition of negative constant to packet pointer is not allowed\n");
1403                         return -EACCES;
1404                 }
1405                 if (imm >= MAX_PACKET_OFF ||
1406                     imm + dst_reg->off >= MAX_PACKET_OFF) {
1407                         verbose("constant %d is too large to add to packet pointer\n",
1408                                 imm);
1409                         return -EACCES;
1410                 }
1411                 /* a constant was added to pkt_ptr.
1412                  * Remember it while keeping the same 'id'
1413                  */
1414                 dst_reg->off += imm;
1415         } else {
1416                 if (src_reg->type == PTR_TO_PACKET) {
1417                         /* R6=pkt(id=0,off=0,r=62) R7=imm22; r7 += r6 */
1418                         tmp_reg = *dst_reg;  /* save r7 state */
1419                         *dst_reg = *src_reg; /* copy pkt_ptr state r6 into r7 */
1420                         src_reg = &tmp_reg;  /* pretend it's src_reg state */
1421                         /* if the checks below reject it, the copy won't matter,
1422                          * since we're rejecting the whole program. If all ok,
1423                          * then imm22 state will be added to r7
1424                          * and r7 will be pkt(id=0,off=22,r=62) while
1425                          * r6 will stay as pkt(id=0,off=0,r=62)
1426                          */
1427                 }
1428
1429                 if (src_reg->type == CONST_IMM) {
1430                         /* pkt_ptr += reg where reg is known constant */
1431                         imm = src_reg->imm;
1432                         goto add_imm;
1433                 }
1434                 /* disallow pkt_ptr += reg
1435                  * if reg is not uknown_value with guaranteed zero upper bits
1436                  * otherwise pkt_ptr may overflow and addition will become
1437                  * subtraction which is not allowed
1438                  */
1439                 if (src_reg->type != UNKNOWN_VALUE) {
1440                         verbose("cannot add '%s' to ptr_to_packet\n",
1441                                 reg_type_str[src_reg->type]);
1442                         return -EACCES;
1443                 }
1444                 if (src_reg->imm < 48) {
1445                         verbose("cannot add integer value with %lld upper zero bits to ptr_to_packet\n",
1446                                 src_reg->imm);
1447                         return -EACCES;
1448                 }
1449                 /* dst_reg stays as pkt_ptr type and since some positive
1450                  * integer value was added to the pointer, increment its 'id'
1451                  */
1452                 dst_reg->id = ++env->id_gen;
1453
1454                 /* something was added to pkt_ptr, set range and off to zero */
1455                 dst_reg->off = 0;
1456                 dst_reg->range = 0;
1457         }
1458         return 0;
1459 }
1460
1461 static int evaluate_reg_alu(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1462 {
1463         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1464         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1465         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1466         s64 imm_log2;
1467
1468         /* for type == UNKNOWN_VALUE:
1469          * imm > 0 -> number of zero upper bits
1470          * imm == 0 -> don't track which is the same as all bits can be non-zero
1471          */
1472
1473         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1474                 struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1475
1476                 if (src_reg->type == UNKNOWN_VALUE && src_reg->imm > 0 &&
1477                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1478                         /* dreg += sreg
1479                          * where both have zero upper bits. Adding them
1480                          * can only result making one more bit non-zero
1481                          * in the larger value.
1482                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1483                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1484                          */
1485                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, src_reg->imm);
1486                         dst_reg->imm--;
1487                         return 0;
1488                 }
1489                 if (src_reg->type == CONST_IMM && src_reg->imm > 0 &&
1490                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1491                         /* dreg += sreg
1492                          * where dreg has zero upper bits and sreg is const.
1493                          * Adding them can only result making one more bit
1494                          * non-zero in the larger value.
1495                          */
1496                         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)src_reg->imm);
1497                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1498                         dst_reg->imm--;
1499                         return 0;
1500                 }
1501                 /* all other cases non supported yet, just mark dst_reg */
1502                 dst_reg->imm = 0;
1503                 return 0;
1504         }
1505
1506         /* sign extend 32-bit imm into 64-bit to make sure that
1507          * negative values occupy bit 63. Note ilog2() would have
1508          * been incorrect, since sizeof(insn->imm) == 4
1509          */
1510         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)insn->imm);
1511
1512         if (dst_reg->imm && opcode == BPF_LSH) {
1513                 /* reg <<= imm
1514                  * if reg was a result of 2 byte load, then its imm == 48
1515                  * which means that upper 48 bits are zero and shifting this reg
1516                  * left by 4 would mean that upper 44 bits are still zero
1517                  */
1518                 dst_reg->imm -= insn->imm;
1519         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_MUL) {
1520                 /* reg *= imm
1521                  * if multiplying by 14 subtract 4
1522                  * This is conservative calculation of upper zero bits.
1523                  * It's not trying to special case insn->imm == 1 or 0 cases
1524                  */
1525                 dst_reg->imm -= imm_log2 + 1;
1526         } else if (opcode == BPF_AND) {
1527                 /* reg &= imm */
1528                 dst_reg->imm = 63 - imm_log2;
1529         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1530                 /* reg += imm */
1531                 dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1532                 dst_reg->imm--;
1533         } else if (opcode == BPF_RSH) {
1534                 /* reg >>= imm
1535                  * which means that after right shift, upper bits will be zero
1536                  * note that verifier already checked that
1537                  * 0 <= imm < 64 for shift insn
1538                  */
1539                 dst_reg->imm += insn->imm;
1540                 if (unlikely(dst_reg->imm > 64))
1541                         /* some dumb code did:
1542                          * r2 = *(u32 *)mem;
1543                          * r2 >>= 32;
1544                          * and all bits are zero now */
1545                         dst_reg->imm = 64;
1546         } else {
1547                 /* all other alu ops, means that we don't know what will
1548                  * happen to the value, mark it with unknown number of zero bits
1549                  */
1550                 dst_reg->imm = 0;
1551         }
1552
1553         if (dst_reg->imm < 0) {
1554                 /* all 64 bits of the register can contain non-zero bits
1555                  * and such value cannot be added to ptr_to_packet, since it
1556                  * may overflow, mark it as unknown to avoid further eval
1557                  */
1558                 dst_reg->imm = 0;
1559         }
1560         return 0;
1561 }
1562
1563 static int evaluate_reg_imm_alu(struct bpf_verifier_env *env,
1564                                 struct bpf_insn *insn)
1565 {
1566         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1567         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1568         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1569         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1570         u64 dst_imm = dst_reg->imm;
1571
1572         /* dst_reg->type == CONST_IMM here. Simulate execution of insns
1573          * containing ALU ops. Don't care about overflow or negative
1574          * values, just add/sub/... them; registers are in u64.
1575          */
1576         if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1577                 dst_imm += insn->imm;
1578         } else if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1579                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1580                 dst_imm += src_reg->imm;
1581         } else if (opcode == BPF_SUB && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1582                 dst_imm -= insn->imm;
1583         } else if (opcode == BPF_SUB && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1584                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1585                 dst_imm -= src_reg->imm;
1586         } else if (opcode == BPF_MUL && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1587                 dst_imm *= insn->imm;
1588         } else if (opcode == BPF_MUL && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1589                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1590                 dst_imm *= src_reg->imm;
1591         } else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1592                 dst_imm |= insn->imm;
1593         } else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1594                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1595                 dst_imm |= src_reg->imm;
1596         } else if (opcode == BPF_AND && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1597                 dst_imm &= insn->imm;
1598         } else if (opcode == BPF_AND && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1599                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1600                 dst_imm &= src_reg->imm;
1601         } else if (opcode == BPF_RSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1602                 dst_imm >>= insn->imm;
1603         } else if (opcode == BPF_RSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1604                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1605                 dst_imm >>= src_reg->imm;
1606         } else if (opcode == BPF_LSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1607                 dst_imm <<= insn->imm;
1608         } else if (opcode == BPF_LSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1609                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1610                 dst_imm <<= src_reg->imm;
1611         } else {
1612                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1613                 goto out;
1614         }
1615
1616         dst_reg->imm = dst_imm;
1617 out:
1618         return 0;
1619 }
1620
1621 static void check_reg_overflow(struct bpf_reg_state *reg)
1622 {
1623         if (reg->max_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1624                 reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1625         if (reg->min_value < BPF_REGISTER_MIN_RANGE ||
1626             reg->min_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1627                 reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1628 }
1629
1630 static void adjust_reg_min_max_vals(struct bpf_verifier_env *env,
1631                                     struct bpf_insn *insn)
1632 {
1633         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1634         s64 min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1635         u64 max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1636         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1637
1638         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1639         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1640                 check_reg_overflow(&regs[insn->src_reg]);
1641                 min_val = regs[insn->src_reg].min_value;
1642                 max_val = regs[insn->src_reg].max_value;
1643
1644                 /* If the source register is a random pointer then the
1645                  * min_value/max_value values represent the range of the known
1646                  * accesses into that value, not the actual min/max value of the
1647                  * register itself.  In this case we have to reset the reg range
1648                  * values so we know it is not safe to look at.
1649                  */
1650                 if (regs[insn->src_reg].type != CONST_IMM &&
1651                     regs[insn->src_reg].type != UNKNOWN_VALUE) {
1652                         min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1653                         max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1654                 }
1655         } else if (insn->imm < BPF_REGISTER_MAX_RANGE &&
1656                    (s64)insn->imm > BPF_REGISTER_MIN_RANGE) {
1657                 min_val = max_val = insn->imm;
1658         }
1659
1660         /* We don't know anything about what was done to this register, mark it
1661          * as unknown.
1662          */
1663         if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1664             max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
1665                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1666                 return;
1667         }
1668
1669         /* If one of our values was at the end of our ranges then we can't just
1670          * do our normal operations to the register, we need to set the values
1671          * to the min/max since they are undefined.
1672          */
1673         if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1674                 dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1675         if (max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1676                 dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1677
1678         switch (opcode) {
1679         case BPF_ADD:
1680                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1681                         dst_reg->min_value += min_val;
1682                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1683                         dst_reg->max_value += max_val;
1684                 break;
1685         case BPF_SUB:
1686                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1687                         dst_reg->min_value -= min_val;
1688                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1689                         dst_reg->max_value -= max_val;
1690                 break;
1691         case BPF_MUL:
1692                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1693                         dst_reg->min_value *= min_val;
1694                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1695                         dst_reg->max_value *= max_val;
1696                 break;
1697         case BPF_AND:
1698                 /* Disallow AND'ing of negative numbers, ain't nobody got time
1699                  * for that.  Otherwise the minimum is 0 and the max is the max
1700                  * value we could AND against.
1701                  */
1702                 if (min_val < 0)
1703                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1704                 else
1705                         dst_reg->min_value = 0;
1706                 dst_reg->max_value = max_val;
1707                 break;
1708         case BPF_LSH:
1709                 /* Gotta have special overflow logic here, if we're shifting
1710                  * more than MAX_RANGE then just assume we have an invalid
1711                  * range.
1712                  */
1713                 if (min_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1714                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1715                 else if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1716                         dst_reg->min_value <<= min_val;
1717
1718                 if (max_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1719                         dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1720                 else if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1721                         dst_reg->max_value <<= max_val;
1722                 break;
1723         case BPF_RSH:
1724                 /* RSH by a negative number is undefined, and the BPF_RSH is an
1725                  * unsigned shift, so make the appropriate casts.
1726                  */
1727                 if (min_val < 0 || dst_reg->min_value < 0)
1728                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1729                 else
1730                         dst_reg->min_value =
1731                                 (u64)(dst_reg->min_value) >> min_val;
1732                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1733                         dst_reg->max_value >>= max_val;
1734                 break;
1735         default:
1736                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1737                 break;
1738         }
1739
1740         check_reg_overflow(dst_reg);
1741 }
1742
1743 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1744 static int check_alu_op(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1745 {
1746         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1747         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1748         int err;
1749
1750         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1751                 if (opcode == BPF_NEG) {
1752                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1753                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1754                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1755                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1756                                 return -EINVAL;
1757                         }
1758                 } else {
1759                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1760                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1761                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1762                                 return -EINVAL;
1763                         }
1764                 }
1765
1766                 /* check src operand */
1767                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1768                 if (err)
1769                         return err;
1770
1771                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1772                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1773                                 insn->dst_reg);
1774                         return -EACCES;
1775                 }
1776
1777                 /* check dest operand */
1778                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1779                 if (err)
1780                         return err;
1781
1782         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1783
1784                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1785                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1786                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1787                                 return -EINVAL;
1788                         }
1789
1790                         /* check src operand */
1791                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1792                         if (err)
1793                                 return err;
1794                 } else {
1795                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1796                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1797                                 return -EINVAL;
1798                         }
1799                 }
1800
1801                 /* check dest operand */
1802                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1803                 if (err)
1804                         return err;
1805
1806                 /* we are setting our register to something new, we need to
1807                  * reset its range values.
1808                  */
1809                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1810
1811                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1812                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1813                                 /* case: R1 = R2
1814                                  * copy register state to dest reg
1815                                  */
1816                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1817                         } else {
1818                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1819                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1820                                                 insn->src_reg);
1821                                         return -EACCES;
1822                                 }
1823                                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1824                         }
1825                 } else {
1826                         /* case: R = imm
1827                          * remember the value we stored into this reg
1828                          */
1829                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1830                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1831                         regs[insn->dst_reg].max_value = insn->imm;
1832                         regs[insn->dst_reg].min_value = insn->imm;
1833                 }
1834
1835         } else if (opcode > BPF_END) {
1836                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1837                 return -EINVAL;
1838
1839         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1840
1841                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1842                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1843                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1844                                 return -EINVAL;
1845                         }
1846                         /* check src1 operand */
1847                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1848                         if (err)
1849                                 return err;
1850                 } else {
1851                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1852                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1853                                 return -EINVAL;
1854                         }
1855                 }
1856
1857                 /* check src2 operand */
1858                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1859                 if (err)
1860                         return err;
1861
1862                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1863                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1864                         verbose("div by zero\n");
1865                         return -EINVAL;
1866                 }
1867
1868                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1869                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1870                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1871
1872                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1873                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1874                                 return -EINVAL;
1875                         }
1876                 }
1877
1878                 /* check dest operand */
1879                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1880                 if (err)
1881                         return err;
1882
1883                 dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1884
1885                 /* first we want to adjust our ranges. */
1886                 adjust_reg_min_max_vals(env, insn);
1887
1888                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1889                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1890                     dst_reg->type == FRAME_PTR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1891                         dst_reg->type = PTR_TO_STACK;
1892                         dst_reg->imm = insn->imm;
1893                         return 0;
1894                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
1895                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1896                            (dst_reg->type == PTR_TO_PACKET ||
1897                             (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1898                              regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET))) {
1899                         /* ptr_to_packet += K|X */
1900                         return check_packet_ptr_add(env, insn);
1901                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1902                            dst_reg->type == UNKNOWN_VALUE &&
1903                            env->allow_ptr_leaks) {
1904                         /* unknown += K|X */
1905                         return evaluate_reg_alu(env, insn);
1906                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1907                            dst_reg->type == CONST_IMM &&
1908                            env->allow_ptr_leaks) {
1909                         /* reg_imm += K|X */
1910                         return evaluate_reg_imm_alu(env, insn);
1911                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1912                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1913                                 insn->dst_reg);
1914                         return -EACCES;
1915                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1916                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1917                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1918                                 insn->src_reg);
1919                         return -EACCES;
1920                 }
1921
1922                 /* If we did pointer math on a map value then just set it to our
1923                  * PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ type so we can deal with any stores or
1924                  * loads to this register appropriately, otherwise just mark the
1925                  * register as unknown.
1926                  */
1927                 if (env->allow_ptr_leaks &&
1928                     (dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
1929                      dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ))
1930                         dst_reg->type = PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ;
1931                 else
1932                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1933         }
1934
1935         return 0;
1936 }
1937
1938 static void find_good_pkt_pointers(struct bpf_verifier_state *state,
1939                                    struct bpf_reg_state *dst_reg)
1940 {
1941         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1942         int i;
1943
1944         /* LLVM can generate two kind of checks:
1945          *
1946          * Type 1:
1947          *
1948          *   r2 = r3;
1949          *   r2 += 8;
1950          *   if (r2 > pkt_end) goto <handle exception>
1951          *   <access okay>
1952          *
1953          *   Where:
1954          *     r2 == dst_reg, pkt_end == src_reg
1955          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1956          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1957          *
1958          * Type 2:
1959          *
1960          *   r2 = r3;
1961          *   r2 += 8;
1962          *   if (pkt_end >= r2) goto <access okay>
1963          *   <handle exception>
1964          *
1965          *   Where:
1966          *     pkt_end == dst_reg, r2 == src_reg
1967          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1968          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1969          *
1970          * Find register r3 and mark its range as r3=pkt(id=n,off=0,r=8)
1971          * so that range of bytes [r3, r3 + 8) is safe to access.
1972          */
1973
1974         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1975                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET && regs[i].id == dst_reg->id)
1976                         regs[i].range = dst_reg->off;
1977
1978         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1979                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1980                         continue;
1981                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1982                 if (reg->type == PTR_TO_PACKET && reg->id == dst_reg->id)
1983                         reg->range = dst_reg->off;
1984         }
1985 }
1986
1987 /* Adjusts the register min/max values in the case that the dst_reg is the
1988  * variable register that we are working on, and src_reg is a constant or we're
1989  * simply doing a BPF_K check.
1990  */
1991 static void reg_set_min_max(struct bpf_reg_state *true_reg,
1992                             struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
1993                             u8 opcode)
1994 {
1995         switch (opcode) {
1996         case BPF_JEQ:
1997                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
1998                  * true then we know for sure.
1999                  */
2000                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
2001                 break;
2002         case BPF_JNE:
2003                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
2004                  * we know the value for sure;
2005                  */
2006                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
2007                 break;
2008         case BPF_JGT:
2009                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2010                 false_reg->min_value = 0;
2011                 /* fallthrough */
2012         case BPF_JSGT:
2013                 /* If this is false then we know the maximum val is val,
2014                  * otherwise we know the min val is val+1.
2015                  */
2016                 false_reg->max_value = val;
2017                 true_reg->min_value = val + 1;
2018                 break;
2019         case BPF_JGE:
2020                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2021                 false_reg->min_value = 0;
2022                 /* fallthrough */
2023         case BPF_JSGE:
2024                 /* If this is false then we know the maximum value is val - 1,
2025                  * otherwise we know the mimimum value is val.
2026                  */
2027                 false_reg->max_value = val - 1;
2028                 true_reg->min_value = val;
2029                 break;
2030         default:
2031                 break;
2032         }
2033
2034         check_reg_overflow(false_reg);
2035         check_reg_overflow(true_reg);
2036 }
2037
2038 /* Same as above, but for the case that dst_reg is a CONST_IMM reg and src_reg
2039  * is the variable reg.
2040  */
2041 static void reg_set_min_max_inv(struct bpf_reg_state *true_reg,
2042                                 struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
2043                                 u8 opcode)
2044 {
2045         switch (opcode) {
2046         case BPF_JEQ:
2047                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
2048                  * true then we know for sure.
2049                  */
2050                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
2051                 break;
2052         case BPF_JNE:
2053                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
2054                  * we know the value for sure;
2055                  */
2056                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
2057                 break;
2058         case BPF_JGT:
2059                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2060                 true_reg->min_value = 0;
2061                 /* fallthrough */
2062         case BPF_JSGT:
2063                 /*
2064                  * If this is false, then the val is <= the register, if it is
2065                  * true the register <= to the val.
2066                  */
2067                 false_reg->min_value = val;
2068                 true_reg->max_value = val - 1;
2069                 break;
2070         case BPF_JGE:
2071                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2072                 true_reg->min_value = 0;
2073                 /* fallthrough */
2074         case BPF_JSGE:
2075                 /* If this is false then constant < register, if it is true then
2076                  * the register < constant.
2077                  */
2078                 false_reg->min_value = val + 1;
2079                 true_reg->max_value = val;
2080                 break;
2081         default:
2082                 break;
2083         }
2084
2085         check_reg_overflow(false_reg);
2086         check_reg_overflow(true_reg);
2087 }
2088
2089 static void mark_map_reg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno, u32 id,
2090                          enum bpf_reg_type type)
2091 {
2092         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
2093
2094         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL && reg->id == id) {
2095                 reg->type = type;
2096                 /* We don't need id from this point onwards anymore, thus we
2097                  * should better reset it, so that state pruning has chances
2098                  * to take effect.
2099                  */
2100                 reg->id = 0;
2101                 if (type == UNKNOWN_VALUE)
2102                         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
2103         }
2104 }
2105
2106 /* The logic is similar to find_good_pkt_pointers(), both could eventually
2107  * be folded together at some point.
2108  */
2109 static void mark_map_regs(struct bpf_verifier_state *state, u32 regno,
2110                           enum bpf_reg_type type)
2111 {
2112         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
2113         u32 id = regs[regno].id;
2114         int i;
2115
2116         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
2117                 mark_map_reg(regs, i, id, type);
2118
2119         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
2120                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
2121                         continue;
2122                 mark_map_reg(state->spilled_regs, i / BPF_REG_SIZE, id, type);
2123         }
2124 }
2125
2126 static int check_cond_jmp_op(struct bpf_verifier_env *env,
2127                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
2128 {
2129         struct bpf_verifier_state *other_branch, *this_branch = &env->cur_state;
2130         struct bpf_reg_state *regs = this_branch->regs, *dst_reg;
2131         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2132         int err;
2133
2134         if (opcode > BPF_EXIT) {
2135                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
2136                 return -EINVAL;
2137         }
2138
2139         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2140                 if (insn->imm != 0) {
2141                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2142                         return -EINVAL;
2143                 }
2144
2145                 /* check src1 operand */
2146                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2147                 if (err)
2148                         return err;
2149
2150                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
2151                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
2152                                 insn->src_reg);
2153                         return -EACCES;
2154                 }
2155         } else {
2156                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2157                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2158                         return -EINVAL;
2159                 }
2160         }
2161
2162         /* check src2 operand */
2163         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2164         if (err)
2165                 return err;
2166
2167         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
2168
2169         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
2170         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2171             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2172             dst_reg->type == CONST_IMM && dst_reg->imm == insn->imm) {
2173                 if (opcode == BPF_JEQ) {
2174                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
2175                          * only follow the goto, ignore fall-through
2176                          */
2177                         *insn_idx += insn->off;
2178                         return 0;
2179                 } else {
2180                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
2181                          * only follow fall-through branch, since
2182                          * that's where the program will go
2183                          */
2184                         return 0;
2185                 }
2186         }
2187
2188         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
2189         if (!other_branch)
2190                 return -EFAULT;
2191
2192         /* detect if we are comparing against a constant value so we can adjust
2193          * our min/max values for our dst register.
2194          */
2195         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2196                 if (regs[insn->src_reg].type == CONST_IMM)
2197                         reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2198                                         dst_reg, regs[insn->src_reg].imm,
2199                                         opcode);
2200                 else if (dst_reg->type == CONST_IMM)
2201                         reg_set_min_max_inv(&other_branch->regs[insn->src_reg],
2202                                             &regs[insn->src_reg], dst_reg->imm,
2203                                             opcode);
2204         } else {
2205                 reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2206                                         dst_reg, insn->imm, opcode);
2207         }
2208
2209         /* detect if R == 0 where R is returned from bpf_map_lookup_elem() */
2210         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2211             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2212             dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
2213                 /* Mark all identical map registers in each branch as either
2214                  * safe or unknown depending R == 0 or R != 0 conditional.
2215                  */
2216                 mark_map_regs(this_branch, insn->dst_reg,
2217                               opcode == BPF_JEQ ? PTR_TO_MAP_VALUE : UNKNOWN_VALUE);
2218                 mark_map_regs(other_branch, insn->dst_reg,
2219                               opcode == BPF_JEQ ? UNKNOWN_VALUE : PTR_TO_MAP_VALUE);
2220         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGT &&
2221                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET &&
2222                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET_END) {
2223                 find_good_pkt_pointers(this_branch, dst_reg);
2224         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGE &&
2225                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET_END &&
2226                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET) {
2227                 find_good_pkt_pointers(other_branch, &regs[insn->src_reg]);
2228         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
2229                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
2230                 return -EACCES;
2231         }
2232         if (log_level)
2233                 print_verifier_state(this_branch);
2234         return 0;
2235 }
2236
2237 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2238 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
2239 {
2240         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
2241
2242         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
2243 }
2244
2245 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
2246 static int check_ld_imm(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2247 {
2248         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2249         int err;
2250
2251         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2252                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
2253                 return -EINVAL;
2254         }
2255         if (insn->off != 0) {
2256                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
2257                 return -EINVAL;
2258         }
2259
2260         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
2261         if (err)
2262                 return err;
2263
2264         if (insn->src_reg == 0) {
2265                 u64 imm = ((u64)(insn + 1)->imm << 32) | (u32)insn->imm;
2266
2267                 regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
2268                 regs[insn->dst_reg].imm = imm;
2269                 return 0;
2270         }
2271
2272         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
2273         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
2274
2275         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
2276         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
2277         return 0;
2278 }
2279
2280 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
2281 {
2282         switch (type) {
2283         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
2284         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
2285         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
2286                 return true;
2287         default:
2288                 return false;
2289         }
2290 }
2291
2292 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
2293  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
2294  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
2295  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
2296  *
2297  * Implicit input:
2298  *   ctx == skb == R6 == CTX
2299  *
2300  * Explicit input:
2301  *   SRC == any register
2302  *   IMM == 32-bit immediate
2303  *
2304  * Output:
2305  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
2306  */
2307 static int check_ld_abs(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2308 {
2309         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2310         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2311         struct bpf_reg_state *reg;
2312         int i, err;
2313
2314         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
2315                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] instructions not allowed for this program type\n");
2316                 return -EINVAL;
2317         }
2318
2319         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
2320             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
2321             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
2322                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] uses reserved fields\n");
2323                 return -EINVAL;
2324         }
2325
2326         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
2327         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
2328         if (err)
2329                 return err;
2330
2331         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
2332                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
2333                 return -EINVAL;
2334         }
2335
2336         if (mode == BPF_IND) {
2337                 /* check explicit source operand */
2338                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2339                 if (err)
2340                         return err;
2341         }
2342
2343         /* reset caller saved regs to unreadable */
2344         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
2345                 reg = regs + caller_saved[i];
2346                 reg->type = NOT_INIT;
2347                 reg->imm = 0;
2348         }
2349
2350         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
2351          * the value fetched from the packet
2352          */
2353         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
2354         return 0;
2355 }
2356
2357 /* non-recursive DFS pseudo code
2358  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
2359  * 2      label v as discovered
2360  * 3      let S be a stack
2361  * 4      S.push(v)
2362  * 5      while S is not empty
2363  * 6            t <- S.pop()
2364  * 7            if t is what we're looking for:
2365  * 8                return t
2366  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
2367  * 10               if edge e is already labelled
2368  * 11                   continue with the next edge
2369  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
2370  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
2371  * 14                   label e as tree-edge
2372  * 15                   label w as discovered
2373  * 16                   S.push(w)
2374  * 17                   continue at 5
2375  * 18               else if vertex w is discovered
2376  * 19                   label e as back-edge
2377  * 20               else
2378  * 21                   // vertex w is explored
2379  * 22                   label e as forward- or cross-edge
2380  * 23           label t as explored
2381  * 24           S.pop()
2382  *
2383  * convention:
2384  * 0x10 - discovered
2385  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
2386  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
2387  * 0x20 - explored
2388  */
2389
2390 enum {
2391         DISCOVERED = 0x10,
2392         EXPLORED = 0x20,
2393         FALLTHROUGH = 1,
2394         BRANCH = 2,
2395 };
2396
2397 #define STATE_LIST_MARK ((struct bpf_verifier_state_list *) -1L)
2398
2399 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
2400 static int cur_stack;   /* current stack index */
2401 static int *insn_state;
2402
2403 /* t, w, e - match pseudo-code above:
2404  * t - index of current instruction
2405  * w - next instruction
2406  * e - edge
2407  */
2408 static int push_insn(int t, int w, int e, struct bpf_verifier_env *env)
2409 {
2410         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
2411                 return 0;
2412
2413         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
2414                 return 0;
2415
2416         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
2417                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
2418                 return -EINVAL;
2419         }
2420
2421         if (e == BRANCH)
2422                 /* mark branch target for state pruning */
2423                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
2424
2425         if (insn_state[w] == 0) {
2426                 /* tree-edge */
2427                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2428                 insn_state[w] = DISCOVERED;
2429                 if (cur_stack >= env->prog->len)
2430                         return -E2BIG;
2431                 insn_stack[cur_stack++] = w;
2432                 return 1;
2433         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
2434                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
2435                 return -EINVAL;
2436         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
2437                 /* forward- or cross-edge */
2438                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2439         } else {
2440                 verbose("insn state internal bug\n");
2441                 return -EFAULT;
2442         }
2443         return 0;
2444 }
2445
2446 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
2447  * loop == back-edge in directed graph
2448  */
2449 static int check_cfg(struct bpf_verifier_env *env)
2450 {
2451         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2452         int insn_cnt = env->prog->len;
2453         int ret = 0;
2454         int i, t;
2455
2456         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2457         if (!insn_state)
2458                 return -ENOMEM;
2459
2460         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2461         if (!insn_stack) {
2462                 kfree(insn_state);
2463                 return -ENOMEM;
2464         }
2465
2466         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
2467         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
2468         cur_stack = 1;
2469
2470 peek_stack:
2471         if (cur_stack == 0)
2472                 goto check_state;
2473         t = insn_stack[cur_stack - 1];
2474
2475         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
2476                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
2477
2478                 if (opcode == BPF_EXIT) {
2479                         goto mark_explored;
2480                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
2481                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2482                         if (ret == 1)
2483                                 goto peek_stack;
2484                         else if (ret < 0)
2485                                 goto err_free;
2486                         if (t + 1 < insn_cnt)
2487                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2488                 } else if (opcode == BPF_JA) {
2489                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
2490                                 ret = -EINVAL;
2491                                 goto err_free;
2492                         }
2493                         /* unconditional jump with single edge */
2494                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
2495                                         FALLTHROUGH, env);
2496                         if (ret == 1)
2497                                 goto peek_stack;
2498                         else if (ret < 0)
2499                                 goto err_free;
2500                         /* tell verifier to check for equivalent states
2501                          * after every call and jump
2502                          */
2503                         if (t + 1 < insn_cnt)
2504                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2505                 } else {
2506                         /* conditional jump with two edges */
2507                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2508                         if (ret == 1)
2509                                 goto peek_stack;
2510                         else if (ret < 0)
2511                                 goto err_free;
2512
2513                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
2514                         if (ret == 1)
2515                                 goto peek_stack;
2516                         else if (ret < 0)
2517                                 goto err_free;
2518                 }
2519         } else {
2520                 /* all other non-branch instructions with single
2521                  * fall-through edge
2522                  */
2523                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2524                 if (ret == 1)
2525                         goto peek_stack;
2526                 else if (ret < 0)
2527                         goto err_free;
2528         }
2529
2530 mark_explored:
2531         insn_state[t] = EXPLORED;
2532         if (cur_stack-- <= 0) {
2533                 verbose("pop stack internal bug\n");
2534                 ret = -EFAULT;
2535                 goto err_free;
2536         }
2537         goto peek_stack;
2538
2539 check_state:
2540         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
2541                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
2542                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
2543                         ret = -EINVAL;
2544                         goto err_free;
2545                 }
2546         }
2547         ret = 0; /* cfg looks good */
2548
2549 err_free:
2550         kfree(insn_state);
2551         kfree(insn_stack);
2552         return ret;
2553 }
2554
2555 /* the following conditions reduce the number of explored insns
2556  * from ~140k to ~80k for ultra large programs that use a lot of ptr_to_packet
2557  */
2558 static bool compare_ptrs_to_packet(struct bpf_reg_state *old,
2559                                    struct bpf_reg_state *cur)
2560 {
2561         if (old->id != cur->id)
2562                 return false;
2563
2564         /* old ptr_to_packet is more conservative, since it allows smaller
2565          * range. Ex:
2566          * old(off=0,r=10) is equal to cur(off=0,r=20), because
2567          * old(off=0,r=10) means that with range=10 the verifier proceeded
2568          * further and found no issues with the program. Now we're in the same
2569          * spot with cur(off=0,r=20), so we're safe too, since anything further
2570          * will only be looking at most 10 bytes after this pointer.
2571          */
2572         if (old->off == cur->off && old->range < cur->range)
2573                 return true;
2574
2575         /* old(off=20,r=10) is equal to cur(off=22,re=22 or 5 or 0)
2576          * since both cannot be used for packet access and safe(old)
2577          * pointer has smaller off that could be used for further
2578          * 'if (ptr > data_end)' check
2579          * Ex:
2580          * old(off=20,r=10) and cur(off=22,r=22) and cur(off=22,r=0) mean
2581          * that we cannot access the packet.
2582          * The safe range is:
2583          * [ptr, ptr + range - off)
2584          * so whenever off >=range, it means no safe bytes from this pointer.
2585          * When comparing old->off <= cur->off, it means that older code
2586          * went with smaller offset and that offset was later
2587          * used to figure out the safe range after 'if (ptr > data_end)' check
2588          * Say, 'old' state was explored like:
2589          * ... R3(off=0, r=0)
2590          * R4 = R3 + 20
2591          * ... now R4(off=20,r=0)  <-- here
2592          * if (R4 > data_end)
2593          * ... R4(off=20,r=20), R3(off=0,r=20) and R3 can be used to access.
2594          * ... the code further went all the way to bpf_exit.
2595          * Now the 'cur' state at the mark 'here' has R4(off=30,r=0).
2596          * old_R4(off=20,r=0) equal to cur_R4(off=30,r=0), since if the verifier
2597          * goes further, such cur_R4 will give larger safe packet range after
2598          * 'if (R4 > data_end)' and all further insn were already good with r=20,
2599          * so they will be good with r=30 and we can prune the search.
2600          */
2601         if (old->off <= cur->off &&
2602             old->off >= old->range && cur->off >= cur->range)
2603                 return true;
2604
2605         return false;
2606 }
2607
2608 /* compare two verifier states
2609  *
2610  * all states stored in state_list are known to be valid, since
2611  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
2612  *
2613  * this function is called when verifier exploring different branches of
2614  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
2615  * more strict register state and more strict stack state then this execution
2616  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
2617  * concluded that more strict state leads to valid finish.
2618  *
2619  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
2620  * and explored stack state is more conservative than the current one.
2621  * Example:
2622  *       explored                   current
2623  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
2624  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
2625  *
2626  * In other words if current stack state (one being explored) has more
2627  * valid slots than old one that already passed validation, it means
2628  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
2629  *
2630  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
2631  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
2632  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
2633  */
2634 static bool states_equal(struct bpf_verifier_env *env,
2635                          struct bpf_verifier_state *old,
2636                          struct bpf_verifier_state *cur)
2637 {
2638         bool varlen_map_access = env->varlen_map_value_access;
2639         struct bpf_reg_state *rold, *rcur;
2640         int i;
2641
2642         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
2643                 rold = &old->regs[i];
2644                 rcur = &cur->regs[i];
2645
2646                 if (memcmp(rold, rcur, sizeof(*rold)) == 0)
2647                         continue;
2648
2649                 /* If the ranges were not the same, but everything else was and
2650                  * we didn't do a variable access into a map then we are a-ok.
2651                  */
2652                 if (!varlen_map_access &&
2653                     memcmp(rold, rcur, offsetofend(struct bpf_reg_state, id)) == 0)
2654                         continue;
2655
2656                 /* If we didn't map access then again we don't care about the
2657                  * mismatched range values and it's ok if our old type was
2658                  * UNKNOWN and we didn't go to a NOT_INIT'ed reg.
2659                  */
2660                 if (rold->type == NOT_INIT ||
2661                     (!varlen_map_access && rold->type == UNKNOWN_VALUE &&
2662                      rcur->type != NOT_INIT))
2663                         continue;
2664
2665                 if (rold->type == PTR_TO_PACKET && rcur->type == PTR_TO_PACKET &&
2666                     compare_ptrs_to_packet(rold, rcur))
2667                         continue;
2668
2669                 return false;
2670         }
2671
2672         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
2673                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
2674                         continue;
2675                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
2676                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
2677                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
2678                          * this verifier states are not equivalent,
2679                          * return false to continue verification of this path
2680                          */
2681                         return false;
2682                 if (i % BPF_REG_SIZE)
2683                         continue;
2684                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2685                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2686                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
2687                         /* when explored and current stack slot types are
2688                          * the same, check that stored pointers types
2689                          * are the same as well.
2690                          * Ex: explored safe path could have stored
2691                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
2692                          * but current path has stored:
2693                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
2694                          * such verifier states are not equivalent.
2695                          * return false to continue verification of this path
2696                          */
2697                         return false;
2698                 else
2699                         continue;
2700         }
2701         return true;
2702 }
2703
2704 static int is_state_visited(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx)
2705 {
2706         struct bpf_verifier_state_list *new_sl;
2707         struct bpf_verifier_state_list *sl;
2708
2709         sl = env->explored_states[insn_idx];
2710         if (!sl)
2711                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
2712                  * be doing state search here
2713                  */
2714                 return 0;
2715
2716         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2717                 if (states_equal(env, &sl->state, &env->cur_state))
2718                         /* reached equivalent register/stack state,
2719                          * prune the search
2720                          */
2721                         return 1;
2722                 sl = sl->next;
2723         }
2724
2725         /* there were no equivalent states, remember current one.
2726          * technically the current state is not proven to be safe yet,
2727          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
2728          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
2729          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
2730          */
2731         new_sl = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_state_list), GFP_USER);
2732         if (!new_sl)
2733                 return -ENOMEM;
2734
2735         /* add new state to the head of linked list */
2736         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
2737         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
2738         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
2739         return 0;
2740 }
2741
2742 static int ext_analyzer_insn_hook(struct bpf_verifier_env *env,
2743                                   int insn_idx, int prev_insn_idx)
2744 {
2745         if (!env->analyzer_ops || !env->analyzer_ops->insn_hook)
2746                 return 0;
2747
2748         return env->analyzer_ops->insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
2749 }
2750
2751 static int do_check(struct bpf_verifier_env *env)
2752 {
2753         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
2754         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2755         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
2756         int insn_cnt = env->prog->len;
2757         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
2758         int insn_processed = 0;
2759         bool do_print_state = false;
2760
2761         init_reg_state(regs);
2762         insn_idx = 0;
2763         env->varlen_map_value_access = false;
2764         for (;;) {
2765                 struct bpf_insn *insn;
2766                 u8 class;
2767                 int err;
2768
2769                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
2770                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
2771                                 insn_idx, insn_cnt);
2772                         return -EFAULT;
2773                 }
2774
2775                 insn = &insns[insn_idx];
2776                 class = BPF_CLASS(insn->code);
2777
2778                 if (++insn_processed > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS) {
2779                         verbose("BPF program is too large. Processed %d insn\n",
2780                                 insn_processed);
2781                         return -E2BIG;
2782                 }
2783
2784                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
2785                 if (err < 0)
2786                         return err;
2787                 if (err == 1) {
2788                         /* found equivalent state, can prune the search */
2789                         if (log_level) {
2790                                 if (do_print_state)
2791                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
2792                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
2793                                 else
2794                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
2795                         }
2796                         goto process_bpf_exit;
2797                 }
2798
2799                 if (log_level && do_print_state) {
2800                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
2801                         print_verifier_state(&env->cur_state);
2802                         do_print_state = false;
2803                 }
2804
2805                 if (log_level) {
2806                         verbose("%d: ", insn_idx);
2807                         print_bpf_insn(insn);
2808                 }
2809
2810                 err = ext_analyzer_insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
2811                 if (err)
2812                         return err;
2813
2814                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
2815                         err = check_alu_op(env, insn);
2816                         if (err)
2817                                 return err;
2818
2819                 } else if (class == BPF_LDX) {
2820                         enum bpf_reg_type *prev_src_type, src_reg_type;
2821
2822                         /* check for reserved fields is already done */
2823
2824                         /* check src operand */
2825                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2826                         if (err)
2827                                 return err;
2828
2829                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
2830                         if (err)
2831                                 return err;
2832
2833                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
2834
2835                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
2836                          * the state of dst_reg will be updated by this func
2837                          */
2838                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
2839                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
2840                                                insn->dst_reg);
2841                         if (err)
2842                                 return err;
2843
2844                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W &&
2845                             BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2846                                 insn_idx++;
2847                                 continue;
2848                         }
2849
2850                         prev_src_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
2851
2852                         if (*prev_src_type == NOT_INIT) {
2853                                 /* saw a valid insn
2854                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
2855                                  * save type to validate intersecting paths
2856                                  */
2857                                 *prev_src_type = src_reg_type;
2858
2859                         } else if (src_reg_type != *prev_src_type &&
2860                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2861                                     *prev_src_type == PTR_TO_CTX)) {
2862                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
2863                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
2864                                  * with different pointer types:
2865                                  * src_reg == ctx in one branch and
2866                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
2867                                  * Reject it.
2868                                  */
2869                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2870                                 return -EINVAL;
2871                         }
2872
2873                 } else if (class == BPF_STX) {
2874                         enum bpf_reg_type *prev_dst_type, dst_reg_type;
2875
2876                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
2877                                 err = check_xadd(env, insn);
2878                                 if (err)
2879                                         return err;
2880                                 insn_idx++;
2881                                 continue;
2882                         }
2883
2884                         /* check src1 operand */
2885                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2886                         if (err)
2887                                 return err;
2888                         /* check src2 operand */
2889                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2890                         if (err)
2891                                 return err;
2892
2893                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
2894
2895                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2896                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2897                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2898                                                insn->src_reg);
2899                         if (err)
2900                                 return err;
2901
2902                         prev_dst_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
2903
2904                         if (*prev_dst_type == NOT_INIT) {
2905                                 *prev_dst_type = dst_reg_type;
2906                         } else if (dst_reg_type != *prev_dst_type &&
2907                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2908                                     *prev_dst_type == PTR_TO_CTX)) {
2909                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2910                                 return -EINVAL;
2911                         }
2912
2913                 } else if (class == BPF_ST) {
2914                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
2915                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2916                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
2917                                 return -EINVAL;
2918                         }
2919                         /* check src operand */
2920                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2921                         if (err)
2922                                 return err;
2923
2924                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2925                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2926                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2927                                                -1);
2928                         if (err)
2929                                 return err;
2930
2931                 } else if (class == BPF_JMP) {
2932                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2933
2934                         if (opcode == BPF_CALL) {
2935                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2936                                     insn->off != 0 ||
2937                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2938                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2939                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
2940                                         return -EINVAL;
2941                                 }
2942
2943                                 err = check_call(env, insn->imm);
2944                                 if (err)
2945                                         return err;
2946
2947                         } else if (opcode == BPF_JA) {
2948                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2949                                     insn->imm != 0 ||
2950                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2951                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2952                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
2953                                         return -EINVAL;
2954                                 }
2955
2956                                 insn_idx += insn->off + 1;
2957                                 continue;
2958
2959                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
2960                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2961                                     insn->imm != 0 ||
2962                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2963                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2964                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
2965                                         return -EINVAL;
2966                                 }
2967
2968                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
2969                                  * to return the value from eBPF program.
2970                                  * Make sure that it's readable at this time
2971                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
2972                                  * something into it earlier
2973                                  */
2974                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
2975                                 if (err)
2976                                         return err;
2977
2978                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
2979                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
2980                                         return -EACCES;
2981                                 }
2982
2983 process_bpf_exit:
2984                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
2985                                 if (insn_idx < 0) {
2986                                         break;
2987                                 } else {
2988                                         do_print_state = true;
2989                                         continue;
2990                                 }
2991                         } else {
2992                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
2993                                 if (err)
2994                                         return err;
2995                         }
2996                 } else if (class == BPF_LD) {
2997                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2998
2999                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
3000                                 err = check_ld_abs(env, insn);
3001                                 if (err)
3002                                         return err;
3003
3004                         } else if (mode == BPF_IMM) {
3005                                 err = check_ld_imm(env, insn);
3006                                 if (err)
3007                                         return err;
3008
3009                                 insn_idx++;
3010                         } else {
3011                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
3012                                 return -EINVAL;
3013                         }
3014                         reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
3015                 } else {
3016                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
3017                         return -EINVAL;
3018                 }
3019
3020                 insn_idx++;
3021         }
3022
3023         verbose("processed %d insns\n", insn_processed);
3024         return 0;
3025 }
3026
3027 static int check_map_prog_compatibility(struct bpf_map *map,
3028                                         struct bpf_prog *prog)
3029
3030 {
3031         if (prog->type == BPF_PROG_TYPE_PERF_EVENT &&
3032             (map->map_type == BPF_MAP_TYPE_HASH ||
3033              map->map_type == BPF_MAP_TYPE_PERCPU_HASH) &&
3034             (map->map_flags & BPF_F_NO_PREALLOC)) {
3035                 verbose("perf_event programs can only use preallocated hash map\n");
3036                 return -EINVAL;
3037         }
3038         return 0;
3039 }
3040
3041 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
3042  * replace them with actual map pointers
3043  */
3044 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct bpf_verifier_env *env)
3045 {
3046         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3047         int insn_cnt = env->prog->len;
3048         int i, j, err;
3049
3050         err = bpf_prog_calc_tag(env->prog);
3051         if (err)
3052                 return err;
3053
3054         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3055                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
3056                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
3057                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
3058                         return -EINVAL;
3059                 }
3060
3061                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
3062                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
3063                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
3064                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
3065                         return -EINVAL;
3066                 }
3067
3068                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
3069                         struct bpf_map *map;
3070                         struct fd f;
3071
3072                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
3073                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
3074                             insn[1].off != 0) {
3075                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
3076                                 return -EINVAL;
3077                         }
3078
3079                         if (insn->src_reg == 0)
3080                                 /* valid generic load 64-bit imm */
3081                                 goto next_insn;
3082
3083                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
3084                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
3085                                 return -EINVAL;
3086                         }
3087
3088                         f = fdget(insn->imm);
3089                         map = __bpf_map_get(f);
3090                         if (IS_ERR(map)) {
3091                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
3092                                         insn->imm);
3093                                 return PTR_ERR(map);
3094                         }
3095
3096                         err = check_map_prog_compatibility(map, env->prog);
3097                         if (err) {
3098                                 fdput(f);
3099                                 return err;
3100                         }
3101
3102                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
3103                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
3104                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
3105
3106                         /* check whether we recorded this map already */
3107                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
3108                                 if (env->used_maps[j] == map) {
3109                                         fdput(f);
3110                                         goto next_insn;
3111                                 }
3112
3113                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
3114                                 fdput(f);
3115                                 return -E2BIG;
3116                         }
3117
3118                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
3119                          * the map will be released by release_maps() or it
3120                          * will be used by the valid program until it's unloaded
3121                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
3122                          */
3123                         map = bpf_map_inc(map, false);
3124                         if (IS_ERR(map)) {
3125                                 fdput(f);
3126                                 return PTR_ERR(map);
3127                         }
3128                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
3129
3130                         fdput(f);
3131 next_insn:
3132                         insn++;
3133                         i++;
3134                 }
3135         }
3136
3137         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
3138          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
3139          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
3140          */
3141         return 0;
3142 }
3143
3144 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
3145 static void release_maps(struct bpf_verifier_env *env)
3146 {
3147         int i;
3148
3149         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
3150                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
3151 }
3152
3153 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
3154 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct bpf_verifier_env *env)
3155 {
3156         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3157         int insn_cnt = env->prog->len;
3158         int i;
3159
3160         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
3161                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
3162                         insn->src_reg = 0;
3163 }
3164
3165 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
3166  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
3167  */
3168 static int convert_ctx_accesses(struct bpf_verifier_env *env)
3169 {
3170         const struct bpf_verifier_ops *ops = env->prog->aux->ops;
3171         const int insn_cnt = env->prog->len;
3172         struct bpf_insn insn_buf[16], *insn;
3173         struct bpf_prog *new_prog;
3174         enum bpf_access_type type;
3175         int i, cnt, delta = 0;
3176
3177         if (ops->gen_prologue) {
3178                 cnt = ops->gen_prologue(insn_buf, env->seen_direct_write,
3179                                         env->prog);
3180                 if (cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3181                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3182                         return -EINVAL;
3183                 } else if (cnt) {
3184                         new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, 0,
3185                                                          insn_buf, cnt);
3186                         if (!new_prog)
3187                                 return -ENOMEM;
3188                         env->prog = new_prog;
3189                         delta += cnt - 1;
3190                 }
3191         }
3192
3193         if (!ops->convert_ctx_access)
3194                 return 0;
3195
3196         insn = env->prog->insnsi + delta;
3197
3198         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3199                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B) ||
3200                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H) ||
3201                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3202                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW))
3203                         type = BPF_READ;
3204                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B) ||
3205                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H) ||
3206                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3207                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW))
3208                         type = BPF_WRITE;
3209                 else
3210                         continue;
3211
3212                 if (env->insn_aux_data[i].ptr_type != PTR_TO_CTX)
3213                         continue;
3214
3215                 cnt = ops->convert_ctx_access(type, insn, insn_buf, env->prog);
3216                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3217                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3218                         return -EINVAL;
3219                 }
3220
3221                 new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, i + delta, insn_buf,
3222                                                  cnt);
3223                 if (!new_prog)
3224                         return -ENOMEM;
3225
3226                 delta += cnt - 1;
3227
3228                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
3229                 env->prog = new_prog;
3230                 insn      = new_prog->insnsi + i + delta;
3231         }
3232
3233         return 0;
3234 }
3235
3236 static void free_states(struct bpf_verifier_env *env)
3237 {
3238         struct bpf_verifier_state_list *sl, *sln;
3239         int i;
3240
3241         if (!env->explored_states)
3242                 return;
3243
3244         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
3245                 sl = env->explored_states[i];
3246
3247                 if (sl)
3248                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
3249                                 sln = sl->next;
3250                                 kfree(sl);
3251                                 sl = sln;
3252                         }
3253         }
3254
3255         kfree(env->explored_states);
3256 }
3257
3258 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
3259 {
3260         char __user *log_ubuf = NULL;
3261         struct bpf_verifier_env *env;
3262         int ret = -EINVAL;
3263
3264         /* 'struct bpf_verifier_env' can be global, but since it's not small,
3265          * allocate/free it every time bpf_check() is called
3266          */
3267         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3268         if (!env)
3269                 return -ENOMEM;
3270
3271         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3272                                      (*prog)->len);
3273         ret = -ENOMEM;
3274         if (!env->insn_aux_data)
3275                 goto err_free_env;
3276         env->prog = *prog;
3277
3278         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3279         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3280
3281         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
3282                 /* user requested verbose verifier output
3283                  * and supplied buffer to store the verification trace
3284                  */
3285                 log_level = attr->log_level;
3286                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
3287                 log_size = attr->log_size;
3288                 log_len = 0;
3289
3290                 ret = -EINVAL;
3291                 /* log_* values have to be sane */
3292                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
3293                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
3294                         goto err_unlock;
3295
3296                 ret = -ENOMEM;
3297                 log_buf = vmalloc(log_size);
3298                 if (!log_buf)
3299                         goto err_unlock;
3300         } else {
3301                 log_level = 0;
3302         }
3303
3304         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
3305         if (ret < 0)
3306                 goto skip_full_check;
3307
3308         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3309                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3310                                        GFP_USER);
3311         ret = -ENOMEM;
3312         if (!env->explored_states)
3313                 goto skip_full_check;
3314
3315         ret = check_cfg(env);
3316         if (ret < 0)
3317                 goto skip_full_check;
3318
3319         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3320
3321         ret = do_check(env);
3322
3323 skip_full_check:
3324         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3325         free_states(env);
3326
3327         if (ret == 0)
3328                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
3329                 ret = convert_ctx_accesses(env);
3330
3331         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
3332                 BUG_ON(log_len >= log_size);
3333                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
3334                 ret = -ENOSPC;
3335                 /* fall through to return what was recorded */
3336         }
3337
3338         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
3339         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
3340                 ret = -EFAULT;
3341                 goto free_log_buf;
3342         }
3343
3344         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
3345                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
3346                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
3347                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
3348                                                           GFP_KERNEL);
3349
3350                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
3351                         ret = -ENOMEM;
3352                         goto free_log_buf;
3353                 }
3354
3355                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
3356                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
3357                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
3358
3359                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
3360                  * bpf_ld_imm64 instructions
3361                  */
3362                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
3363         }
3364
3365 free_log_buf:
3366         if (log_level)
3367                 vfree(log_buf);
3368         if (!env->prog->aux->used_maps)
3369                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
3370                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
3371                  */
3372                 release_maps(env);
3373         *prog = env->prog;
3374 err_unlock:
3375         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3376         vfree(env->insn_aux_data);
3377 err_free_env:
3378         kfree(env);
3379         return ret;
3380 }
3381
3382 int bpf_analyzer(struct bpf_prog *prog, const struct bpf_ext_analyzer_ops *ops,
3383                  void *priv)
3384 {
3385         struct bpf_verifier_env *env;
3386         int ret;
3387
3388         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3389         if (!env)
3390                 return -ENOMEM;
3391
3392         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3393                                      prog->len);
3394         ret = -ENOMEM;
3395         if (!env->insn_aux_data)
3396                 goto err_free_env;
3397         env->prog = prog;
3398         env->analyzer_ops = ops;
3399         env->analyzer_priv = priv;
3400
3401         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3402         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3403
3404         log_level = 0;
3405
3406         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3407                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3408                                        GFP_KERNEL);
3409         ret = -ENOMEM;
3410         if (!env->explored_states)
3411                 goto skip_full_check;
3412
3413         ret = check_cfg(env);
3414         if (ret < 0)
3415                 goto skip_full_check;
3416
3417         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3418
3419         ret = do_check(env);
3420
3421 skip_full_check:
3422         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3423         free_states(env);
3424
3425         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3426         vfree(env->insn_aux_data);
3427 err_free_env:
3428         kfree(env);
3429         return ret;
3430 }
3431 EXPORT_SYMBOL_GPL(bpf_analyzer);