kernel/bpf/verifier.c

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