kernel/bpf/verifier.c

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