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         s32 imm;
1249
1250         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1251                 /* pkt_ptr += imm */
1252                 imm = insn->imm;
1253
1254 add_imm:
1255                 if (imm <= 0) {
1256                         verbose("addition of negative constant to packet pointer is not allowed\n");
1257                         return -EACCES;
1258                 }
1259                 if (imm >= MAX_PACKET_OFF ||
1260                     imm + dst_reg->off >= MAX_PACKET_OFF) {
1261                         verbose("constant %d is too large to add to packet pointer\n",
1262                                 imm);
1263                         return -EACCES;
1264                 }
1265                 /* a constant was added to pkt_ptr.
1266                  * Remember it while keeping the same 'id'
1267                  */
1268                 dst_reg->off += imm;
1269         } else {
1270                 if (src_reg->type == CONST_IMM) {
1271                         /* pkt_ptr += reg where reg is known constant */
1272                         imm = src_reg->imm;
1273                         goto add_imm;
1274                 }
1275                 /* disallow pkt_ptr += reg
1276                  * if reg is not uknown_value with guaranteed zero upper bits
1277                  * otherwise pkt_ptr may overflow and addition will become
1278                  * subtraction which is not allowed
1279                  */
1280                 if (src_reg->type != UNKNOWN_VALUE) {
1281                         verbose("cannot add '%s' to ptr_to_packet\n",
1282                                 reg_type_str[src_reg->type]);
1283                         return -EACCES;
1284                 }
1285                 if (src_reg->imm < 48) {
1286                         verbose("cannot add integer value with %lld upper zero bits to ptr_to_packet\n",
1287                                 src_reg->imm);
1288                         return -EACCES;
1289                 }
1290                 /* dst_reg stays as pkt_ptr type and since some positive
1291                  * integer value was added to the pointer, increment its 'id'
1292                  */
1293                 dst_reg->id++;
1294
1295                 /* something was added to pkt_ptr, set range and off to zero */
1296                 dst_reg->off = 0;
1297                 dst_reg->range = 0;
1298         }
1299         return 0;
1300 }
1301
1302 static int evaluate_reg_alu(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1303 {
1304         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1305         struct reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1306         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1307         s64 imm_log2;
1308
1309         /* for type == UNKNOWN_VALUE:
1310          * imm > 0 -> number of zero upper bits
1311          * imm == 0 -> don't track which is the same as all bits can be non-zero
1312          */
1313
1314         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1315                 struct reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1316
1317                 if (src_reg->type == UNKNOWN_VALUE && src_reg->imm > 0 &&
1318                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1319                         /* dreg += sreg
1320                          * where both have zero upper bits. Adding them
1321                          * can only result making one more bit non-zero
1322                          * in the larger value.
1323                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1324                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1325                          */
1326                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, src_reg->imm);
1327                         dst_reg->imm--;
1328                         return 0;
1329                 }
1330                 if (src_reg->type == CONST_IMM && src_reg->imm > 0 &&
1331                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1332                         /* dreg += sreg
1333                          * where dreg has zero upper bits and sreg is const.
1334                          * Adding them can only result making one more bit
1335                          * non-zero in the larger value.
1336                          */
1337                         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)src_reg->imm);
1338                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1339                         dst_reg->imm--;
1340                         return 0;
1341                 }
1342                 /* all other cases non supported yet, just mark dst_reg */
1343                 dst_reg->imm = 0;
1344                 return 0;
1345         }
1346
1347         /* sign extend 32-bit imm into 64-bit to make sure that
1348          * negative values occupy bit 63. Note ilog2() would have
1349          * been incorrect, since sizeof(insn->imm) == 4
1350          */
1351         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)insn->imm);
1352
1353         if (dst_reg->imm && opcode == BPF_LSH) {
1354                 /* reg <<= imm
1355                  * if reg was a result of 2 byte load, then its imm == 48
1356                  * which means that upper 48 bits are zero and shifting this reg
1357                  * left by 4 would mean that upper 44 bits are still zero
1358                  */
1359                 dst_reg->imm -= insn->imm;
1360         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_MUL) {
1361                 /* reg *= imm
1362                  * if multiplying by 14 subtract 4
1363                  * This is conservative calculation of upper zero bits.
1364                  * It's not trying to special case insn->imm == 1 or 0 cases
1365                  */
1366                 dst_reg->imm -= imm_log2 + 1;
1367         } else if (opcode == BPF_AND) {
1368                 /* reg &= imm */
1369                 dst_reg->imm = 63 - imm_log2;
1370         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1371                 /* reg += imm */
1372                 dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1373                 dst_reg->imm--;
1374         } else if (opcode == BPF_RSH) {
1375                 /* reg >>= imm
1376                  * which means that after right shift, upper bits will be zero
1377                  * note that verifier already checked that
1378                  * 0 <= imm < 64 for shift insn
1379                  */
1380                 dst_reg->imm += insn->imm;
1381                 if (unlikely(dst_reg->imm > 64))
1382                         /* some dumb code did:
1383                          * r2 = *(u32 *)mem;
1384                          * r2 >>= 32;
1385                          * and all bits are zero now */
1386                         dst_reg->imm = 64;
1387         } else {
1388                 /* all other alu ops, means that we don't know what will
1389                  * happen to the value, mark it with unknown number of zero bits
1390                  */
1391                 dst_reg->imm = 0;
1392         }
1393
1394         if (dst_reg->imm < 0) {
1395                 /* all 64 bits of the register can contain non-zero bits
1396                  * and such value cannot be added to ptr_to_packet, since it
1397                  * may overflow, mark it as unknown to avoid further eval
1398                  */
1399                 dst_reg->imm = 0;
1400         }
1401         return 0;
1402 }
1403
1404 static int evaluate_reg_imm_alu(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1405 {
1406         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1407         struct reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1408         struct reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1409         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1410
1411         /* dst_reg->type == CONST_IMM here, simulate execution of 'add' insn.
1412          * Don't care about overflow or negative values, just add them
1413          */
1414         if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K)
1415                 dst_reg->imm += insn->imm;
1416         else if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1417                  src_reg->type == CONST_IMM)
1418                 dst_reg->imm += src_reg->imm;
1419         else
1420                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1421         return 0;
1422 }
1423
1424 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1425 static int check_alu_op(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1426 {
1427         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1428         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1429         int err;
1430
1431         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1432                 if (opcode == BPF_NEG) {
1433                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1434                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1435                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1436                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1437                                 return -EINVAL;
1438                         }
1439                 } else {
1440                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1441                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1442                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1443                                 return -EINVAL;
1444                         }
1445                 }
1446
1447                 /* check src operand */
1448                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1449                 if (err)
1450                         return err;
1451
1452                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1453                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1454                                 insn->dst_reg);
1455                         return -EACCES;
1456                 }
1457
1458                 /* check dest operand */
1459                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1460                 if (err)
1461                         return err;
1462
1463         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1464
1465                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1466                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1467                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1468                                 return -EINVAL;
1469                         }
1470
1471                         /* check src operand */
1472                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1473                         if (err)
1474                                 return err;
1475                 } else {
1476                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1477                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1478                                 return -EINVAL;
1479                         }
1480                 }
1481
1482                 /* check dest operand */
1483                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1484                 if (err)
1485                         return err;
1486
1487                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1488                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1489                                 /* case: R1 = R2
1490                                  * copy register state to dest reg
1491                                  */
1492                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1493                         } else {
1494                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1495                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1496                                                 insn->src_reg);
1497                                         return -EACCES;
1498                                 }
1499                                 regs[insn->dst_reg].type = UNKNOWN_VALUE;
1500                                 regs[insn->dst_reg].map_ptr = NULL;
1501                         }
1502                 } else {
1503                         /* case: R = imm
1504                          * remember the value we stored into this reg
1505                          */
1506                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1507                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1508                 }
1509
1510         } else if (opcode > BPF_END) {
1511                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1512                 return -EINVAL;
1513
1514         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1515
1516                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1517                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1518                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1519                                 return -EINVAL;
1520                         }
1521                         /* check src1 operand */
1522                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1523                         if (err)
1524                                 return err;
1525                 } else {
1526                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1527                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1528                                 return -EINVAL;
1529                         }
1530                 }
1531
1532                 /* check src2 operand */
1533                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1534                 if (err)
1535                         return err;
1536
1537                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1538                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1539                         verbose("div by zero\n");
1540                         return -EINVAL;
1541                 }
1542
1543                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1544                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1545                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1546
1547                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1548                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1549                                 return -EINVAL;
1550                         }
1551                 }
1552
1553                 /* check dest operand */
1554                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1555                 if (err)
1556                         return err;
1557
1558                 dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1559
1560                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1561                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1562                     dst_reg->type == FRAME_PTR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1563                         dst_reg->type = PTR_TO_STACK;
1564                         dst_reg->imm = insn->imm;
1565                         return 0;
1566                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
1567                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1568                            dst_reg->type == PTR_TO_PACKET) {
1569                         /* ptr_to_packet += K|X */
1570                         return check_packet_ptr_add(env, insn);
1571                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1572                            dst_reg->type == UNKNOWN_VALUE &&
1573                            env->allow_ptr_leaks) {
1574                         /* unknown += K|X */
1575                         return evaluate_reg_alu(env, insn);
1576                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1577                            dst_reg->type == CONST_IMM &&
1578                            env->allow_ptr_leaks) {
1579                         /* reg_imm += K|X */
1580                         return evaluate_reg_imm_alu(env, insn);
1581                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1582                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1583                                 insn->dst_reg);
1584                         return -EACCES;
1585                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1586                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1587                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1588                                 insn->src_reg);
1589                         return -EACCES;
1590                 }
1591
1592                 /* mark dest operand */
1593                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1594         }
1595
1596         return 0;
1597 }
1598
1599 static void find_good_pkt_pointers(struct verifier_env *env,
1600                                    struct reg_state *dst_reg)
1601 {
1602         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1603         struct reg_state *regs = state->regs, *reg;
1604         int i;
1605         /* r2 = r3;
1606          * r2 += 8
1607          * if (r2 > pkt_end) goto somewhere
1608          * r2 == dst_reg, pkt_end == src_reg,
1609          * r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1610          * r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1611          * find register r3 and mark its range as r3=pkt(id=n,off=0,r=8)
1612          * so that range of bytes [r3, r3 + 8) is safe to access
1613          */
1614         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1615                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET && regs[i].id == dst_reg->id)
1616                         regs[i].range = dst_reg->off;
1617
1618         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1619                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1620                         continue;
1621                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1622                 if (reg->type == PTR_TO_PACKET && reg->id == dst_reg->id)
1623                         reg->range = dst_reg->off;
1624         }
1625 }
1626
1627 static int check_cond_jmp_op(struct verifier_env *env,
1628                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
1629 {
1630         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1631         struct verifier_state *other_branch;
1632         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1633         int err;
1634
1635         if (opcode > BPF_EXIT) {
1636                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
1637                 return -EINVAL;
1638         }
1639
1640         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1641                 if (insn->imm != 0) {
1642                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1643                         return -EINVAL;
1644                 }
1645
1646                 /* check src1 operand */
1647                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1648                 if (err)
1649                         return err;
1650
1651                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1652                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
1653                                 insn->src_reg);
1654                         return -EACCES;
1655                 }
1656         } else {
1657                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1658                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1659                         return -EINVAL;
1660                 }
1661         }
1662
1663         /* check src2 operand */
1664         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1665         if (err)
1666                 return err;
1667
1668         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1669
1670         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
1671         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1672             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1673             dst_reg->type == CONST_IMM && dst_reg->imm == insn->imm) {
1674                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1675                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
1676                          * only follow the goto, ignore fall-through
1677                          */
1678                         *insn_idx += insn->off;
1679                         return 0;
1680                 } else {
1681                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
1682                          * only follow fall-through branch, since
1683                          * that's where the program will go
1684                          */
1685                         return 0;
1686                 }
1687         }
1688
1689         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
1690         if (!other_branch)
1691                 return -EFAULT;
1692
1693         /* detect if R == 0 where R is returned value from bpf_map_lookup_elem() */
1694         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1695             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1696             dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1697                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1698                         /* next fallthrough insn can access memory via
1699                          * this register
1700                          */
1701                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1702                         /* branch targer cannot access it, since reg == 0 */
1703                         mark_reg_unknown_value(other_branch->regs,
1704                                                insn->dst_reg);
1705                 } else {
1706                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1707                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1708                 }
1709         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGT &&
1710                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET &&
1711                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET_END) {
1712                 find_good_pkt_pointers(env, dst_reg);
1713         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1714                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
1715                 return -EACCES;
1716         }
1717         if (log_level)
1718                 print_verifier_state(&env->cur_state);
1719         return 0;
1720 }
1721
1722 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
1723 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
1724 {
1725         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
1726
1727         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
1728 }
1729
1730 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
1731 static int check_ld_imm(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1732 {
1733         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1734         int err;
1735
1736         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
1737                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
1738                 return -EINVAL;
1739         }
1740         if (insn->off != 0) {
1741                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
1742                 return -EINVAL;
1743         }
1744
1745         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1746         if (err)
1747                 return err;
1748
1749         if (insn->src_reg == 0)
1750                 /* generic move 64-bit immediate into a register */
1751                 return 0;
1752
1753         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
1754         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
1755
1756         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
1757         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
1758         return 0;
1759 }
1760
1761 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
1762 {
1763         switch (type) {
1764         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
1765         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
1766         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
1767                 return true;
1768         default:
1769                 return false;
1770         }
1771 }
1772
1773 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
1774  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
1775  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
1776  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
1777  *
1778  * Implicit input:
1779  *   ctx == skb == R6 == CTX
1780  *
1781  * Explicit input:
1782  *   SRC == any register
1783  *   IMM == 32-bit immediate
1784  *
1785  * Output:
1786  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
1787  */
1788 static int check_ld_abs(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1789 {
1790         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1791         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1792         struct reg_state *reg;
1793         int i, err;
1794
1795         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
1796                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] instructions not allowed for this program type\n");
1797                 return -EINVAL;
1798         }
1799
1800         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1801             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
1802             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
1803                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] uses reserved fields\n");
1804                 return -EINVAL;
1805         }
1806
1807         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
1808         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
1809         if (err)
1810                 return err;
1811
1812         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
1813                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
1814                 return -EINVAL;
1815         }
1816
1817         if (mode == BPF_IND) {
1818                 /* check explicit source operand */
1819                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1820                 if (err)
1821                         return err;
1822         }
1823
1824         /* reset caller saved regs to unreadable */
1825         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1826                 reg = regs + caller_saved[i];
1827                 reg->type = NOT_INIT;
1828                 reg->imm = 0;
1829         }
1830
1831         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
1832          * the value fetched from the packet
1833          */
1834         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1835         return 0;
1836 }
1837
1838 /* non-recursive DFS pseudo code
1839  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
1840  * 2      label v as discovered
1841  * 3      let S be a stack
1842  * 4      S.push(v)
1843  * 5      while S is not empty
1844  * 6            t <- S.pop()
1845  * 7            if t is what we're looking for:
1846  * 8                return t
1847  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
1848  * 10               if edge e is already labelled
1849  * 11                   continue with the next edge
1850  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
1851  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
1852  * 14                   label e as tree-edge
1853  * 15                   label w as discovered
1854  * 16                   S.push(w)
1855  * 17                   continue at 5
1856  * 18               else if vertex w is discovered
1857  * 19                   label e as back-edge
1858  * 20               else
1859  * 21                   // vertex w is explored
1860  * 22                   label e as forward- or cross-edge
1861  * 23           label t as explored
1862  * 24           S.pop()
1863  *
1864  * convention:
1865  * 0x10 - discovered
1866  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
1867  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
1868  * 0x20 - explored
1869  */
1870
1871 enum {
1872         DISCOVERED = 0x10,
1873         EXPLORED = 0x20,
1874         FALLTHROUGH = 1,
1875         BRANCH = 2,
1876 };
1877
1878 #define STATE_LIST_MARK ((struct verifier_state_list *) -1L)
1879
1880 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
1881 static int cur_stack;   /* current stack index */
1882 static int *insn_state;
1883
1884 /* t, w, e - match pseudo-code above:
1885  * t - index of current instruction
1886  * w - next instruction
1887  * e - edge
1888  */
1889 static int push_insn(int t, int w, int e, struct verifier_env *env)
1890 {
1891         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
1892                 return 0;
1893
1894         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
1895                 return 0;
1896
1897         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
1898                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
1899                 return -EINVAL;
1900         }
1901
1902         if (e == BRANCH)
1903                 /* mark branch target for state pruning */
1904                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
1905
1906         if (insn_state[w] == 0) {
1907                 /* tree-edge */
1908                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1909                 insn_state[w] = DISCOVERED;
1910                 if (cur_stack >= env->prog->len)
1911                         return -E2BIG;
1912                 insn_stack[cur_stack++] = w;
1913                 return 1;
1914         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
1915                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
1916                 return -EINVAL;
1917         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
1918                 /* forward- or cross-edge */
1919                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1920         } else {
1921                 verbose("insn state internal bug\n");
1922                 return -EFAULT;
1923         }
1924         return 0;
1925 }
1926
1927 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
1928  * loop == back-edge in directed graph
1929  */
1930 static int check_cfg(struct verifier_env *env)
1931 {
1932         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1933         int insn_cnt = env->prog->len;
1934         int ret = 0;
1935         int i, t;
1936
1937         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1938         if (!insn_state)
1939                 return -ENOMEM;
1940
1941         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1942         if (!insn_stack) {
1943                 kfree(insn_state);
1944                 return -ENOMEM;
1945         }
1946
1947         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
1948         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
1949         cur_stack = 1;
1950
1951 peek_stack:
1952         if (cur_stack == 0)
1953                 goto check_state;
1954         t = insn_stack[cur_stack - 1];
1955
1956         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
1957                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
1958
1959                 if (opcode == BPF_EXIT) {
1960                         goto mark_explored;
1961                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
1962                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1963                         if (ret == 1)
1964                                 goto peek_stack;
1965                         else if (ret < 0)
1966                                 goto err_free;
1967                         if (t + 1 < insn_cnt)
1968                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
1969                 } else if (opcode == BPF_JA) {
1970                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
1971                                 ret = -EINVAL;
1972                                 goto err_free;
1973                         }
1974                         /* unconditional jump with single edge */
1975                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
1976                                         FALLTHROUGH, env);
1977                         if (ret == 1)
1978                                 goto peek_stack;
1979                         else if (ret < 0)
1980                                 goto err_free;
1981                         /* tell verifier to check for equivalent states
1982                          * after every call and jump
1983                          */
1984                         if (t + 1 < insn_cnt)
1985                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
1986                 } else {
1987                         /* conditional jump with two edges */
1988                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1989                         if (ret == 1)
1990                                 goto peek_stack;
1991                         else if (ret < 0)
1992                                 goto err_free;
1993
1994                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
1995                         if (ret == 1)
1996                                 goto peek_stack;
1997                         else if (ret < 0)
1998                                 goto err_free;
1999                 }
2000         } else {
2001                 /* all other non-branch instructions with single
2002                  * fall-through edge
2003                  */
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
2011 mark_explored:
2012         insn_state[t] = EXPLORED;
2013         if (cur_stack-- <= 0) {
2014                 verbose("pop stack internal bug\n");
2015                 ret = -EFAULT;
2016                 goto err_free;
2017         }
2018         goto peek_stack;
2019
2020 check_state:
2021         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
2022                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
2023                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
2024                         ret = -EINVAL;
2025                         goto err_free;
2026                 }
2027         }
2028         ret = 0; /* cfg looks good */
2029
2030 err_free:
2031         kfree(insn_state);
2032         kfree(insn_stack);
2033         return ret;
2034 }
2035
2036 /* the following conditions reduce the number of explored insns
2037  * from ~140k to ~80k for ultra large programs that use a lot of ptr_to_packet
2038  */
2039 static bool compare_ptrs_to_packet(struct reg_state *old, struct reg_state *cur)
2040 {
2041         if (old->id != cur->id)
2042                 return false;
2043
2044         /* old ptr_to_packet is more conservative, since it allows smaller
2045          * range. Ex:
2046          * old(off=0,r=10) is equal to cur(off=0,r=20), because
2047          * old(off=0,r=10) means that with range=10 the verifier proceeded
2048          * further and found no issues with the program. Now we're in the same
2049          * spot with cur(off=0,r=20), so we're safe too, since anything further
2050          * will only be looking at most 10 bytes after this pointer.
2051          */
2052         if (old->off == cur->off && old->range < cur->range)
2053                 return true;
2054
2055         /* old(off=20,r=10) is equal to cur(off=22,re=22 or 5 or 0)
2056          * since both cannot be used for packet access and safe(old)
2057          * pointer has smaller off that could be used for further
2058          * 'if (ptr > data_end)' check
2059          * Ex:
2060          * old(off=20,r=10) and cur(off=22,r=22) and cur(off=22,r=0) mean
2061          * that we cannot access the packet.
2062          * The safe range is:
2063          * [ptr, ptr + range - off)
2064          * so whenever off >=range, it means no safe bytes from this pointer.
2065          * When comparing old->off <= cur->off, it means that older code
2066          * went with smaller offset and that offset was later
2067          * used to figure out the safe range after 'if (ptr > data_end)' check
2068          * Say, 'old' state was explored like:
2069          * ... R3(off=0, r=0)
2070          * R4 = R3 + 20
2071          * ... now R4(off=20,r=0)  <-- here
2072          * if (R4 > data_end)
2073          * ... R4(off=20,r=20), R3(off=0,r=20) and R3 can be used to access.
2074          * ... the code further went all the way to bpf_exit.
2075          * Now the 'cur' state at the mark 'here' has R4(off=30,r=0).
2076          * old_R4(off=20,r=0) equal to cur_R4(off=30,r=0), since if the verifier
2077          * goes further, such cur_R4 will give larger safe packet range after
2078          * 'if (R4 > data_end)' and all further insn were already good with r=20,
2079          * so they will be good with r=30 and we can prune the search.
2080          */
2081         if (old->off <= cur->off &&
2082             old->off >= old->range && cur->off >= cur->range)
2083                 return true;
2084
2085         return false;
2086 }
2087
2088 /* compare two verifier states
2089  *
2090  * all states stored in state_list are known to be valid, since
2091  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
2092  *
2093  * this function is called when verifier exploring different branches of
2094  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
2095  * more strict register state and more strict stack state then this execution
2096  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
2097  * concluded that more strict state leads to valid finish.
2098  *
2099  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
2100  * and explored stack state is more conservative than the current one.
2101  * Example:
2102  *       explored                   current
2103  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
2104  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
2105  *
2106  * In other words if current stack state (one being explored) has more
2107  * valid slots than old one that already passed validation, it means
2108  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
2109  *
2110  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
2111  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
2112  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
2113  */
2114 static bool states_equal(struct verifier_state *old, struct verifier_state *cur)
2115 {
2116         struct reg_state *rold, *rcur;
2117         int i;
2118
2119         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
2120                 rold = &old->regs[i];
2121                 rcur = &cur->regs[i];
2122
2123                 if (memcmp(rold, rcur, sizeof(*rold)) == 0)
2124                         continue;
2125
2126                 if (rold->type == NOT_INIT ||
2127                     (rold->type == UNKNOWN_VALUE && rcur->type != NOT_INIT))
2128                         continue;
2129
2130                 if (rold->type == PTR_TO_PACKET && rcur->type == PTR_TO_PACKET &&
2131                     compare_ptrs_to_packet(rold, rcur))
2132                         continue;
2133
2134                 return false;
2135         }
2136
2137         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
2138                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
2139                         continue;
2140                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
2141                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
2142                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
2143                          * this verifier states are not equivalent,
2144                          * return false to continue verification of this path
2145                          */
2146                         return false;
2147                 if (i % BPF_REG_SIZE)
2148                         continue;
2149                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2150                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2151                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
2152                         /* when explored and current stack slot types are
2153                          * the same, check that stored pointers types
2154                          * are the same as well.
2155                          * Ex: explored safe path could have stored
2156                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
2157                          * but current path has stored:
2158                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
2159                          * such verifier states are not equivalent.
2160                          * return false to continue verification of this path
2161                          */
2162                         return false;
2163                 else
2164                         continue;
2165         }
2166         return true;
2167 }
2168
2169 static int is_state_visited(struct verifier_env *env, int insn_idx)
2170 {
2171         struct verifier_state_list *new_sl;
2172         struct verifier_state_list *sl;
2173
2174         sl = env->explored_states[insn_idx];
2175         if (!sl)
2176                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
2177                  * be doing state search here
2178                  */
2179                 return 0;
2180
2181         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2182                 if (states_equal(&sl->state, &env->cur_state))
2183                         /* reached equivalent register/stack state,
2184                          * prune the search
2185                          */
2186                         return 1;
2187                 sl = sl->next;
2188         }
2189
2190         /* there were no equivalent states, remember current one.
2191          * technically the current state is not proven to be safe yet,
2192          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
2193          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
2194          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
2195          */
2196         new_sl = kmalloc(sizeof(struct verifier_state_list), GFP_USER);
2197         if (!new_sl)
2198                 return -ENOMEM;
2199
2200         /* add new state to the head of linked list */
2201         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
2202         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
2203         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
2204         return 0;
2205 }
2206
2207 static int do_check(struct verifier_env *env)
2208 {
2209         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
2210         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2211         struct reg_state *regs = state->regs;
2212         int insn_cnt = env->prog->len;
2213         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
2214         int insn_processed = 0;
2215         bool do_print_state = false;
2216
2217         init_reg_state(regs);
2218         insn_idx = 0;
2219         for (;;) {
2220                 struct bpf_insn *insn;
2221                 u8 class;
2222                 int err;
2223
2224                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
2225                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
2226                                 insn_idx, insn_cnt);
2227                         return -EFAULT;
2228                 }
2229
2230                 insn = &insns[insn_idx];
2231                 class = BPF_CLASS(insn->code);
2232
2233                 if (++insn_processed > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS) {
2234                         verbose("BPF program is too large. Proccessed %d insn\n",
2235                                 insn_processed);
2236                         return -E2BIG;
2237                 }
2238
2239                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
2240                 if (err < 0)
2241                         return err;
2242                 if (err == 1) {
2243                         /* found equivalent state, can prune the search */
2244                         if (log_level) {
2245                                 if (do_print_state)
2246                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
2247                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
2248                                 else
2249                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
2250                         }
2251                         goto process_bpf_exit;
2252                 }
2253
2254                 if (log_level && do_print_state) {
2255                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
2256                         print_verifier_state(&env->cur_state);
2257                         do_print_state = false;
2258                 }
2259
2260                 if (log_level) {
2261                         verbose("%d: ", insn_idx);
2262                         print_bpf_insn(insn);
2263                 }
2264
2265                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
2266                         err = check_alu_op(env, insn);
2267                         if (err)
2268                                 return err;
2269
2270                 } else if (class == BPF_LDX) {
2271                         enum bpf_reg_type src_reg_type;
2272
2273                         /* check for reserved fields is already done */
2274
2275                         /* check src operand */
2276                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2277                         if (err)
2278                                 return err;
2279
2280                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
2281                         if (err)
2282                                 return err;
2283
2284                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
2285
2286                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
2287                          * the state of dst_reg will be updated by this func
2288                          */
2289                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
2290                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
2291                                                insn->dst_reg);
2292                         if (err)
2293                                 return err;
2294
2295                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W) {
2296                                 insn_idx++;
2297                                 continue;
2298                         }
2299
2300                         if (insn->imm == 0) {
2301                                 /* saw a valid insn
2302                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
2303                                  * use reserved 'imm' field to mark this insn
2304                                  */
2305                                 insn->imm = src_reg_type;
2306
2307                         } else if (src_reg_type != insn->imm &&
2308                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2309                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
2310                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
2311                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
2312                                  * with different pointer types:
2313                                  * src_reg == ctx in one branch and
2314                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
2315                                  * Reject it.
2316                                  */
2317                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2318                                 return -EINVAL;
2319                         }
2320
2321                 } else if (class == BPF_STX) {
2322                         enum bpf_reg_type dst_reg_type;
2323
2324                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
2325                                 err = check_xadd(env, insn);
2326                                 if (err)
2327                                         return err;
2328                                 insn_idx++;
2329                                 continue;
2330                         }
2331
2332                         /* check src1 operand */
2333                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2334                         if (err)
2335                                 return err;
2336                         /* check src2 operand */
2337                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2338                         if (err)
2339                                 return err;
2340
2341                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
2342
2343                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2344                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2345                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2346                                                insn->src_reg);
2347                         if (err)
2348                                 return err;
2349
2350                         if (insn->imm == 0) {
2351                                 insn->imm = dst_reg_type;
2352                         } else if (dst_reg_type != insn->imm &&
2353                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2354                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
2355                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2356                                 return -EINVAL;
2357                         }
2358
2359                 } else if (class == BPF_ST) {
2360                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
2361                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2362                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
2363                                 return -EINVAL;
2364                         }
2365                         /* check src operand */
2366                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2367                         if (err)
2368                                 return err;
2369
2370                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2371                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2372                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2373                                                -1);
2374                         if (err)
2375                                 return err;
2376
2377                 } else if (class == BPF_JMP) {
2378                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2379
2380                         if (opcode == BPF_CALL) {
2381                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2382                                     insn->off != 0 ||
2383                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2384                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2385                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
2386                                         return -EINVAL;
2387                                 }
2388
2389                                 err = check_call(env, insn->imm);
2390                                 if (err)
2391                                         return err;
2392
2393                         } else if (opcode == BPF_JA) {
2394                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2395                                     insn->imm != 0 ||
2396                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2397                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2398                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
2399                                         return -EINVAL;
2400                                 }
2401
2402                                 insn_idx += insn->off + 1;
2403                                 continue;
2404
2405                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
2406                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2407                                     insn->imm != 0 ||
2408                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2409                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2410                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
2411                                         return -EINVAL;
2412                                 }
2413
2414                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
2415                                  * to return the value from eBPF program.
2416                                  * Make sure that it's readable at this time
2417                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
2418                                  * something into it earlier
2419                                  */
2420                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
2421                                 if (err)
2422                                         return err;
2423
2424                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
2425                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
2426                                         return -EACCES;
2427                                 }
2428
2429 process_bpf_exit:
2430                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
2431                                 if (insn_idx < 0) {
2432                                         break;
2433                                 } else {
2434                                         do_print_state = true;
2435                                         continue;
2436                                 }
2437                         } else {
2438                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
2439                                 if (err)
2440                                         return err;
2441                         }
2442                 } else if (class == BPF_LD) {
2443                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2444
2445                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
2446                                 err = check_ld_abs(env, insn);
2447                                 if (err)
2448                                         return err;
2449
2450                         } else if (mode == BPF_IMM) {
2451                                 err = check_ld_imm(env, insn);
2452                                 if (err)
2453                                         return err;
2454
2455                                 insn_idx++;
2456                         } else {
2457                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
2458                                 return -EINVAL;
2459                         }
2460                 } else {
2461                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
2462                         return -EINVAL;
2463                 }
2464
2465                 insn_idx++;
2466         }
2467
2468         verbose("processed %d insns\n", insn_processed);
2469         return 0;
2470 }
2471
2472 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
2473  * replace them with actual map pointers
2474  */
2475 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct verifier_env *env)
2476 {
2477         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2478         int insn_cnt = env->prog->len;
2479         int i, j;
2480
2481         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2482                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
2483                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
2484                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
2485                         return -EINVAL;
2486                 }
2487
2488                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
2489                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
2490                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
2491                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
2492                         return -EINVAL;
2493                 }
2494
2495                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
2496                         struct bpf_map *map;
2497                         struct fd f;
2498
2499                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
2500                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
2501                             insn[1].off != 0) {
2502                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
2503                                 return -EINVAL;
2504                         }
2505
2506                         if (insn->src_reg == 0)
2507                                 /* valid generic load 64-bit imm */
2508                                 goto next_insn;
2509
2510                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
2511                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
2512                                 return -EINVAL;
2513                         }
2514
2515                         f = fdget(insn->imm);
2516                         map = __bpf_map_get(f);
2517                         if (IS_ERR(map)) {
2518                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
2519                                         insn->imm);
2520                                 return PTR_ERR(map);
2521                         }
2522
2523                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2524                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
2525                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
2526
2527                         /* check whether we recorded this map already */
2528                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
2529                                 if (env->used_maps[j] == map) {
2530                                         fdput(f);
2531                                         goto next_insn;
2532                                 }
2533
2534                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
2535                                 fdput(f);
2536                                 return -E2BIG;
2537                         }
2538
2539                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
2540                          * the map will be released by release_maps() or it
2541                          * will be used by the valid program until it's unloaded
2542                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
2543                          */
2544                         map = bpf_map_inc(map, false);
2545                         if (IS_ERR(map)) {
2546                                 fdput(f);
2547                                 return PTR_ERR(map);
2548                         }
2549                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
2550
2551                         fdput(f);
2552 next_insn:
2553                         insn++;
2554                         i++;
2555                 }
2556         }
2557
2558         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
2559          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
2560          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
2561          */
2562         return 0;
2563 }
2564
2565 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
2566 static void release_maps(struct verifier_env *env)
2567 {
2568         int i;
2569
2570         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
2571                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
2572 }
2573
2574 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
2575 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct verifier_env *env)
2576 {
2577         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2578         int insn_cnt = env->prog->len;
2579         int i;
2580
2581         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
2582                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
2583                         insn->src_reg = 0;
2584 }
2585
2586 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
2587  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
2588  */
2589 static int convert_ctx_accesses(struct verifier_env *env)
2590 {
2591         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2592         int insn_cnt = env->prog->len;
2593         struct bpf_insn insn_buf[16];
2594         struct bpf_prog *new_prog;
2595         enum bpf_access_type type;
2596         int i;
2597
2598         if (!env->prog->aux->ops->convert_ctx_access)
2599                 return 0;
2600
2601         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2602                 u32 insn_delta, cnt;
2603
2604                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W))
2605                         type = BPF_READ;
2606                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W))
2607                         type = BPF_WRITE;
2608                 else
2609                         continue;
2610
2611                 if (insn->imm != PTR_TO_CTX) {
2612                         /* clear internal mark */
2613                         insn->imm = 0;
2614                         continue;
2615                 }
2616
2617                 cnt = env->prog->aux->ops->
2618                         convert_ctx_access(type, insn->dst_reg, insn->src_reg,
2619                                            insn->off, insn_buf, env->prog);
2620                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
2621                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
2622                         return -EINVAL;
2623                 }
2624
2625                 new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, i, insn_buf, cnt);
2626                 if (!new_prog)
2627                         return -ENOMEM;
2628
2629                 insn_delta = cnt - 1;
2630
2631                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
2632                 env->prog = new_prog;
2633                 insn      = new_prog->insnsi + i + insn_delta;
2634
2635                 insn_cnt += insn_delta;
2636                 i        += insn_delta;
2637         }
2638
2639         return 0;
2640 }
2641
2642 static void free_states(struct verifier_env *env)
2643 {
2644         struct verifier_state_list *sl, *sln;
2645         int i;
2646
2647         if (!env->explored_states)
2648                 return;
2649
2650         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
2651                 sl = env->explored_states[i];
2652
2653                 if (sl)
2654                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2655                                 sln = sl->next;
2656                                 kfree(sl);
2657                                 sl = sln;
2658                         }
2659         }
2660
2661         kfree(env->explored_states);
2662 }
2663
2664 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
2665 {
2666         char __user *log_ubuf = NULL;
2667         struct verifier_env *env;
2668         int ret = -EINVAL;
2669
2670         if ((*prog)->len <= 0 || (*prog)->len > BPF_MAXINSNS)
2671                 return -E2BIG;
2672
2673         /* 'struct verifier_env' can be global, but since it's not small,
2674          * allocate/free it every time bpf_check() is called
2675          */
2676         env = kzalloc(sizeof(struct verifier_env), GFP_KERNEL);
2677         if (!env)
2678                 return -ENOMEM;
2679
2680         env->prog = *prog;
2681
2682         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
2683         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
2684
2685         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
2686                 /* user requested verbose verifier output
2687                  * and supplied buffer to store the verification trace
2688                  */
2689                 log_level = attr->log_level;
2690                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
2691                 log_size = attr->log_size;
2692                 log_len = 0;
2693
2694                 ret = -EINVAL;
2695                 /* log_* values have to be sane */
2696                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
2697                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
2698                         goto free_env;
2699
2700                 ret = -ENOMEM;
2701                 log_buf = vmalloc(log_size);
2702                 if (!log_buf)
2703                         goto free_env;
2704         } else {
2705                 log_level = 0;
2706         }
2707
2708         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
2709         if (ret < 0)
2710                 goto skip_full_check;
2711
2712         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
2713                                        sizeof(struct verifier_state_list *),
2714                                        GFP_USER);
2715         ret = -ENOMEM;
2716         if (!env->explored_states)
2717                 goto skip_full_check;
2718
2719         ret = check_cfg(env);
2720         if (ret < 0)
2721                 goto skip_full_check;
2722
2723         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
2724
2725         ret = do_check(env);
2726
2727 skip_full_check:
2728         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
2729         free_states(env);
2730
2731         if (ret == 0)
2732                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
2733                 ret = convert_ctx_accesses(env);
2734
2735         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
2736                 BUG_ON(log_len >= log_size);
2737                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
2738                 ret = -ENOSPC;
2739                 /* fall through to return what was recorded */
2740         }
2741
2742         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
2743         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
2744                 ret = -EFAULT;
2745                 goto free_log_buf;
2746         }
2747
2748         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
2749                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
2750                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
2751                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
2752                                                           GFP_KERNEL);
2753
2754                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
2755                         ret = -ENOMEM;
2756                         goto free_log_buf;
2757                 }
2758
2759                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
2760                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
2761                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
2762
2763                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
2764                  * bpf_ld_imm64 instructions
2765                  */
2766                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
2767         }
2768
2769 free_log_buf:
2770         if (log_level)
2771                 vfree(log_buf);
2772 free_env:
2773         if (!env->prog->aux->used_maps)
2774                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
2775                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
2776                  */
2777                 release_maps(env);
2778         *prog = env->prog;
2779         kfree(env);
2780         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
2781         return ret;
2782 }