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