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 64k 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 #define BPF_MAP_PTR_POISON ((void *)0xeB9F + POISON_POINTER_DELTA)
 147
 148 struct bpf_call_arg_meta {
 149         struct bpf_map *map_ptr;
 150         bool raw_mode;
 151         bool pkt_access;
 152         int regno;
 153         int access_size;
 154 };
 155
 156 /* verbose verifier prints what it's seeing
 157  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 158  */
 159 static u32 log_level, log_size, log_len;
 160 static char *log_buf;
 161
 162 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 163
 164 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 165  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 166  * can figure out what's wrong with the program
 167  */
 168 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 169 {
 170         va_list args;
 171
 172         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 173                 return;
 174
 175         va_start(args, fmt);
 176         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 177         va_end(args);
 178 }
 179
 180 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 181 static const char * const reg_type_str[] = {
 182         [NOT_INIT]              = "?",
 183         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 184         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 185         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 186         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 187         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 188         [PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ]  = "map_value_adj",
 189         [FRAME_PTR]             = "fp",
 190         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 191         [CONST_IMM]             = "imm",
 192         [PTR_TO_PACKET]         = "pkt",
 193         [PTR_TO_PACKET_END]     = "pkt_end",
 194 };
 195
 196 #define __BPF_FUNC_STR_FN(x) [BPF_FUNC_ ## x] = __stringify(bpf_ ## x)
 197 static const char * const func_id_str[] = {
 198         __BPF_FUNC_MAPPER(__BPF_FUNC_STR_FN)
 199 };
 200 #undef __BPF_FUNC_STR_FN
 201
 202 static const char *func_id_name(int id)
 203 {
 204         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(func_id_str) != __BPF_FUNC_MAX_ID);
 205
 206         if (id >= 0 && id < __BPF_FUNC_MAX_ID && func_id_str[id])
 207                 return func_id_str[id];
 208         else
 209                 return "unknown";
 210 }
 211
 212 static void print_verifier_state(struct bpf_verifier_state *state)
 213 {
 214         struct bpf_reg_state *reg;
 215         enum bpf_reg_type t;
 216         int i;
 217
 218         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 219                 reg = &state->regs[i];
 220                 t = reg->type;
 221                 if (t == NOT_INIT)
 222                         continue;
 223                 verbose(" R%d=%s", i, reg_type_str[t]);
 224                 if (t == CONST_IMM || t == PTR_TO_STACK)
 225                         verbose("%lld", reg->imm);
 226                 else if (t == PTR_TO_PACKET)
 227                         verbose("(id=%d,off=%d,r=%d)",
 228                                 reg->id, reg->off, reg->range);
 229                 else if (t == UNKNOWN_VALUE && reg->imm)
 230                         verbose("%lld", reg->imm);
 231                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 232                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL ||
 233                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 234                         verbose("(ks=%d,vs=%d,id=%u)",
 235                                 reg->map_ptr->key_size,
 236                                 reg->map_ptr->value_size,
 237                                 reg->id);
 238                 if (reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
 239                         verbose(",min_value=%lld",
 240                                 (long long)reg->min_value);
 241                 if (reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
 242                         verbose(",max_value=%llu",
 243                                 (unsigned long long)reg->max_value);
 244         }
 245         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 246                 if (state->stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 247                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 248                                 reg_type_str[state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 249         }
 250         verbose("\n");
 251 }
 252
 253 static const char *const bpf_class_string[] = {
 254         [BPF_LD]    = "ld",
 255         [BPF_LDX]   = "ldx",
 256         [BPF_ST]    = "st",
 257         [BPF_STX]   = "stx",
 258         [BPF_ALU]   = "alu",
 259         [BPF_JMP]   = "jmp",
 260         [BPF_RET]   = "BUG",
 261         [BPF_ALU64] = "alu64",
 262 };
 263
 264 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 265         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 266         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 267         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 268         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 269         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 270         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 271         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 272         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 273         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 274         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 275         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 276         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 277         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 278         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 279 };
 280
 281 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 282         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 283         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 284         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 285         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 286 };
 287
 288 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 289         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 290         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 291         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 292         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 293         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 294         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 295         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 296         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 297         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 298         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 299 };
 300
 301 static void print_bpf_insn(struct bpf_insn *insn)
 302 {
 303         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 304
 305         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 306                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 307                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 308                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 309                                 insn->dst_reg,
 310                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 311                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 312                                 insn->src_reg);
 313                 else
 314                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 315                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 316                                 insn->dst_reg,
 317                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 318                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 319                                 insn->imm);
 320         } else if (class == BPF_STX) {
 321                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 322                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 323                                 insn->code,
 324                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 325                                 insn->dst_reg,
 326                                 insn->off, insn->src_reg);
 327                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 328                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 329                                 insn->code,
 330                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 331                                 insn->dst_reg, insn->off,
 332                                 insn->src_reg);
 333                 else
 334                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 335         } else if (class == BPF_ST) {
 336                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 337                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 338                         return;
 339                 }
 340                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 341                         insn->code,
 342                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 343                         insn->dst_reg,
 344                         insn->off, insn->imm);
 345         } else if (class == BPF_LDX) {
 346                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 347                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 348                         return;
 349                 }
 350                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 351                         insn->code, insn->dst_reg,
 352                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 353                         insn->src_reg, insn->off);
 354         } else if (class == BPF_LD) {
 355                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 356                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 357                                 insn->code,
 358                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 359                                 insn->imm);
 360                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 361                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 362                                 insn->code,
 363                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 364                                 insn->src_reg, insn->imm);
 365                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM) {
 366                         verbose("(%02x) r%d = 0x%x\n",
 367                                 insn->code, insn->dst_reg, insn->imm);
 368                 } else {
 369                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 370                         return;
 371                 }
 372         } else if (class == BPF_JMP) {
 373                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 374
 375                 if (opcode == BPF_CALL) {
 376                         verbose("(%02x) call %s#%d\n", insn->code,
 377                                 func_id_name(insn->imm), insn->imm);
 378                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 379                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 380                                 insn->code, insn->off);
 381                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 382                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 383                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 384                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 385                                 insn->code, insn->dst_reg,
 386                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 387                                 insn->src_reg, insn->off);
 388                 } else {
 389                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 390                                 insn->code, insn->dst_reg,
 391                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 392                                 insn->imm, insn->off);
 393                 }
 394         } else {
 395                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 396         }
 397 }
 398
 399 static int pop_stack(struct bpf_verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 400 {
 401         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 402         int insn_idx;
 403
 404         if (env->head == NULL)
 405                 return -1;
 406
 407         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 408         insn_idx = env->head->insn_idx;
 409         if (prev_insn_idx)
 410                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 411         elem = env->head->next;
 412         kfree(env->head);
 413         env->head = elem;
 414         env->stack_size--;
 415         return insn_idx;
 416 }
 417
 418 static struct bpf_verifier_state *push_stack(struct bpf_verifier_env *env,
 419                                              int insn_idx, int prev_insn_idx)
 420 {
 421         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 422
 423         elem = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 424         if (!elem)
 425                 goto err;
 426
 427         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 428         elem->insn_idx = insn_idx;
 429         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 430         elem->next = env->head;
 431         env->head = elem;
 432         env->stack_size++;
 433         if (env->stack_size > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK) {
 434                 verbose("BPF program is too complex\n");
 435                 goto err;
 436         }
 437         return &elem->st;
 438 err:
 439         /* pop all elements and return */
 440         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 441         return NULL;
 442 }
 443
 444 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 445 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 446         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 447 };
 448
 449 static void init_reg_state(struct bpf_reg_state *regs)
 450 {
 451         int i;
 452
 453         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 454                 regs[i].type = NOT_INIT;
 455                 regs[i].imm = 0;
 456                 regs[i].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 457                 regs[i].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 458         }
 459
 460         /* frame pointer */
 461         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 462
 463         /* 1st arg to a function */
 464         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 465 }
 466
 467 static void __mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 468 {
 469         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 470         regs[regno].id = 0;
 471         regs[regno].imm = 0;
 472 }
 473
 474 static void mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 475 {
 476         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 477         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 478 }
 479
 480 static void reset_reg_range_values(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 481 {
 482         regs[regno].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 483         regs[regno].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 484 }
 485
 486 static void mark_reg_unknown_value_and_range(struct bpf_reg_state *regs,
 487                                              u32 regno)
 488 {
 489         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 490         reset_reg_range_values(regs, regno);
 491 }
 492
 493 enum reg_arg_type {
 494         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 495         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 496         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 497 };
 498
 499 static int check_reg_arg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno,
 500                          enum reg_arg_type t)
 501 {
 502         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 503                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 504                 return -EINVAL;
 505         }
 506
 507         if (t == SRC_OP) {
 508                 /* check whether register used as source operand can be read */
 509                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 510                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 511                         return -EACCES;
 512                 }
 513         } else {
 514                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 515                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 516                         verbose("frame pointer is read only\n");
 517                         return -EACCES;
 518                 }
 519                 if (t == DST_OP)
 520                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 521         }
 522         return 0;
 523 }
 524
 525 static int bpf_size_to_bytes(int bpf_size)
 526 {
 527         if (bpf_size == BPF_W)
 528                 return 4;
 529         else if (bpf_size == BPF_H)
 530                 return 2;
 531         else if (bpf_size == BPF_B)
 532                 return 1;
 533         else if (bpf_size == BPF_DW)
 534                 return 8;
 535         else
 536                 return -EINVAL;
 537 }
 538
 539 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 540 {
 541         switch (type) {
 542         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 543         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 544         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
 545         case PTR_TO_STACK:
 546         case PTR_TO_CTX:
 547         case PTR_TO_PACKET:
 548         case PTR_TO_PACKET_END:
 549         case FRAME_PTR:
 550         case CONST_PTR_TO_MAP:
 551                 return true;
 552         default:
 553                 return false;
 554         }
 555 }
 556
 557 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 558  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 559  */
 560 static int check_stack_write(struct bpf_verifier_state *state, int off,
 561                              int size, int value_regno)
 562 {
 563         int i;
 564         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 565          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 566          */
 567
 568         if (value_regno >= 0 &&
 569             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 570
 571                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 572                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 573                         verbose("invalid size of register spill\n");
 574                         return -EACCES;
 575                 }
 576
 577                 /* save register state */
 578                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 579                         state->regs[value_regno];
 580
 581                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 582                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 583         } else {
 584                 /* regular write of data into stack */
 585                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 586                         (struct bpf_reg_state) {};
 587
 588                 for (i = 0; i < size; i++)
 589                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 590         }
 591         return 0;
 592 }
 593
 594 static int check_stack_read(struct bpf_verifier_state *state, int off, int size,
 595                             int value_regno)
 596 {
 597         u8 *slot_type;
 598         int i;
 599
 600         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 601
 602         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 603                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 604                         verbose("invalid size of register spill\n");
 605                         return -EACCES;
 606                 }
 607                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 608                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 609                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 610                                 return -EACCES;
 611                         }
 612                 }
 613
 614                 if (value_regno >= 0)
 615                         /* restore register state from stack */
 616                         state->regs[value_regno] =
 617                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 618                 return 0;
 619         } else {
 620                 for (i = 0; i < size; i++) {
 621                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 622                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 623                                         off, i, size);
 624                                 return -EACCES;
 625                         }
 626                 }
 627                 if (value_regno >= 0)
 628                         /* have read misc data from the stack */
 629                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 630                                                          value_regno);
 631                 return 0;
 632         }
 633 }
 634
 635 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 636 static int check_map_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 637                             int size)
 638 {
 639         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 640
 641         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > map->value_size) {
 642                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 643                         map->value_size, off, size);
 644                 return -EACCES;
 645         }
 646         return 0;
 647 }
 648
 649 /* check read/write into an adjusted map element */
 650 static int check_map_access_adj(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
 651                                 int off, int size)
 652 {
 653         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 654         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 655         int err;
 656
 657         /* We adjusted the register to this map value, so we
 658          * need to change off and size to min_value and max_value
 659          * respectively to make sure our theoretical access will be
 660          * safe.
 661          */
 662         if (log_level)
 663                 print_verifier_state(state);
 664         env->varlen_map_value_access = true;
 665         /* The minimum value is only important with signed
 666          * comparisons where we can't assume the floor of a
 667          * value is 0.  If we are using signed variables for our
 668          * index'es we need to make sure that whatever we use
 669          * will have a set floor within our range.
 670          */
 671         if (reg->min_value < 0) {
 672                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned index or do a if (index >=0) check.\n",
 673                         regno);
 674                 return -EACCES;
 675         }
 676         err = check_map_access(env, regno, reg->min_value + off, size);
 677         if (err) {
 678                 verbose("R%d min value is outside of the array range\n",
 679                         regno);
 680                 return err;
 681         }
 682
 683         /* If we haven't set a max value then we need to bail
 684          * since we can't be sure we won't do bad things.
 685          */
 686         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
 687                 verbose("R%d unbounded memory access, make sure to bounds check any array access into a map\n",
 688                         regno);
 689                 return -EACCES;
 690         }
 691         return check_map_access(env, regno, reg->max_value + off, size);
 692 }
 693
 694 #define MAX_PACKET_OFF 0xffff
 695
 696 static bool may_access_direct_pkt_data(struct bpf_verifier_env *env,
 697                                        const struct bpf_call_arg_meta *meta,
 698                                        enum bpf_access_type t)
 699 {
 700         switch (env->prog->type) {
 701         case BPF_PROG_TYPE_LWT_IN:
 702         case BPF_PROG_TYPE_LWT_OUT:
 703                 /* dst_input() and dst_output() can't write for now */
 704                 if (t == BPF_WRITE)
 705                         return false;
 706                 /* fallthrough */
 707         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
 708         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
 709         case BPF_PROG_TYPE_XDP:
 710         case BPF_PROG_TYPE_LWT_XMIT:
 711                 if (meta)
 712                         return meta->pkt_access;
 713
 714                 env->seen_direct_write = true;
 715                 return true;
 716         default:
 717                 return false;
 718         }
 719 }
 720
 721 static int check_packet_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 722                                int size)
 723 {
 724         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 725         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
 726
 727         off += reg->off;
 728         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > reg->range) {
 729                 verbose("invalid access to packet, off=%d size=%d, R%d(id=%d,off=%d,r=%d)\n",
 730                         off, size, regno, reg->id, reg->off, reg->range);
 731                 return -EACCES;
 732         }
 733         return 0;
 734 }
 735
 736 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 737 static int check_ctx_access(struct bpf_verifier_env *env, int off, int size,
 738                             enum bpf_access_type t, enum bpf_reg_type *reg_type)
 739 {
 740         /* for analyzer ctx accesses are already validated and converted */
 741         if (env->analyzer_ops)
 742                 return 0;
 743
 744         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 745             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t, reg_type)) {
 746                 /* remember the offset of last byte accessed in ctx */
 747                 if (env->prog->aux->max_ctx_offset < off + size)
 748                         env->prog->aux->max_ctx_offset = off + size;
 749                 return 0;
 750         }
 751
 752         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 753         return -EACCES;
 754 }
 755
 756 static bool is_pointer_value(struct bpf_verifier_env *env, int regno)
 757 {
 758         if (env->allow_ptr_leaks)
 759                 return false;
 760
 761         switch (env->cur_state.regs[regno].type) {
 762         case UNKNOWN_VALUE:
 763         case CONST_IMM:
 764                 return false;
 765         default:
 766                 return true;
 767         }
 768 }
 769
 770 static int check_ptr_alignment(struct bpf_verifier_env *env,
 771                                struct bpf_reg_state *reg, int off, int size)
 772 {
 773         if (reg->type != PTR_TO_PACKET && reg->type != PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 774                 if (off % size != 0) {
 775                         verbose("misaligned access off %d size %d\n",
 776                                 off, size);
 777                         return -EACCES;
 778                 } else {
 779                         return 0;
 780                 }
 781         }
 782
 783         if (IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS))
 784                 /* misaligned access to packet is ok on x86,arm,arm64 */
 785                 return 0;
 786
 787         if (reg->id && size != 1) {
 788                 verbose("Unknown packet alignment. Only byte-sized access allowed\n");
 789                 return -EACCES;
 790         }
 791
 792         /* skb->data is NET_IP_ALIGN-ed */
 793         if (reg->type == PTR_TO_PACKET &&
 794             (NET_IP_ALIGN + reg->off + off) % size != 0) {
 795                 verbose("misaligned packet access off %d+%d+%d size %d\n",
 796                         NET_IP_ALIGN, reg->off, off, size);
 797                 return -EACCES;
 798         }
 799         return 0;
 800 }
 801
 802 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 803  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 804  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 805  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 806  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 807  */
 808 static int check_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 809                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 810                             int value_regno)
 811 {
 812         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 813         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 814         int size, err = 0;
 815
 816         if (reg->type == PTR_TO_STACK)
 817                 off += reg->imm;
 818
 819         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 820         if (size < 0)
 821                 return size;
 822
 823         err = check_ptr_alignment(env, reg, off, size);
 824         if (err)
 825                 return err;
 826
 827         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 828             reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 829                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 830                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 831                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 832                         return -EACCES;
 833                 }
 834
 835                 if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 836                         err = check_map_access_adj(env, regno, off, size);
 837                 else
 838                         err = check_map_access(env, regno, off, size);
 839                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 840                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 841                                                          value_regno);
 842
 843         } else if (reg->type == PTR_TO_CTX) {
 844                 enum bpf_reg_type reg_type = UNKNOWN_VALUE;
 845
 846                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 847                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 848                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 849                         return -EACCES;
 850                 }
 851                 err = check_ctx_access(env, off, size, t, &reg_type);
 852                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0) {
 853                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 854                                                          value_regno);
 855                         /* note that reg.[id|off|range] == 0 */
 856                         state->regs[value_regno].type = reg_type;
 857                 }
 858
 859         } else if (reg->type == FRAME_PTR || reg->type == PTR_TO_STACK) {
 860                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 861                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 862                         return -EACCES;
 863                 }
 864                 if (t == BPF_WRITE) {
 865                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 866                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 867                             size != BPF_REG_SIZE) {
 868                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 869                                 return -EACCES;
 870                         }
 871                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 872                 } else {
 873                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 874                 }
 875         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_PACKET) {
 876                 if (t == BPF_WRITE && !may_access_direct_pkt_data(env, NULL, t)) {
 877                         verbose("cannot write into packet\n");
 878                         return -EACCES;
 879                 }
 880                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 881                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 882                         verbose("R%d leaks addr into packet\n", value_regno);
 883                         return -EACCES;
 884                 }
 885                 err = check_packet_access(env, regno, off, size);
 886                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 887                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 888                                                          value_regno);
 889         } else {
 890                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 891                         regno, reg_type_str[reg->type]);
 892                 return -EACCES;
 893         }
 894
 895         if (!err && size <= 2 && value_regno >= 0 && env->allow_ptr_leaks &&
 896             state->regs[value_regno].type == UNKNOWN_VALUE) {
 897                 /* 1 or 2 byte load zero-extends, determine the number of
 898                  * zero upper bits. Not doing it fo 4 byte load, since
 899                  * such values cannot be added to ptr_to_packet anyway.
 900                  */
 901                 state->regs[value_regno].imm = 64 - size * 8;
 902         }
 903         return err;
 904 }
 905
 906 static int check_xadd(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
 907 {
 908         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 909         int err;
 910
 911         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 912             insn->imm != 0) {
 913                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 914                 return -EINVAL;
 915         }
 916
 917         /* check src1 operand */
 918         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 919         if (err)
 920                 return err;
 921
 922         /* check src2 operand */
 923         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 924         if (err)
 925                 return err;
 926
 927         /* check whether atomic_add can read the memory */
 928         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 929                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
 930         if (err)
 931                 return err;
 932
 933         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
 934         return check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 935                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
 936 }
 937
 938 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
 939  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
 940  * and all elements of stack are initialized
 941  */
 942 static int check_stack_boundary(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
 943                                 int access_size, bool zero_size_allowed,
 944                                 struct bpf_call_arg_meta *meta)
 945 {
 946         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 947         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
 948         int off, i;
 949
 950         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK) {
 951                 if (zero_size_allowed && access_size == 0 &&
 952                     regs[regno].type == CONST_IMM &&
 953                     regs[regno].imm  == 0)
 954                         return 0;
 955
 956                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 957                         reg_type_str[regs[regno].type],
 958                         reg_type_str[PTR_TO_STACK]);
 959                 return -EACCES;
 960         }
 961
 962         off = regs[regno].imm;
 963         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
 964             access_size <= 0) {
 965                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
 966                         regno, off, access_size);
 967                 return -EACCES;
 968         }
 969
 970         if (meta && meta->raw_mode) {
 971                 meta->access_size = access_size;
 972                 meta->regno = regno;
 973                 return 0;
 974         }
 975
 976         for (i = 0; i < access_size; i++) {
 977                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
 978                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
 979                                 off, i, access_size);
 980                         return -EACCES;
 981                 }
 982         }
 983         return 0;
 984 }
 985
 986 static int check_helper_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
 987                                    int access_size, bool zero_size_allowed,
 988                                    struct bpf_call_arg_meta *meta)
 989 {
 990         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 991
 992         switch (regs[regno].type) {
 993         case PTR_TO_PACKET:
 994                 return check_packet_access(env, regno, 0, access_size);
 995         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 996                 return check_map_access(env, regno, 0, access_size);
 997         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
 998                 return check_map_access_adj(env, regno, 0, access_size);
 999         default: /* const_imm|ptr_to_stack or invalid ptr */
1000                 return check_stack_boundary(env, regno, access_size,
1001                                             zero_size_allowed, meta);
1002         }
1003 }
1004
1005 static int check_func_arg(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
1006                           enum bpf_arg_type arg_type,
1007                           struct bpf_call_arg_meta *meta)
1008 {
1009         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *reg = &regs[regno];
1010         enum bpf_reg_type expected_type, type = reg->type;
1011         int err = 0;
1012
1013         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
1014                 return 0;
1015
1016         if (type == NOT_INIT) {
1017                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
1018                 return -EACCES;
1019         }
1020
1021         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
1022                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
1023                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
1024                         return -EACCES;
1025                 }
1026                 return 0;
1027         }
1028
1029         if (type == PTR_TO_PACKET &&
1030             !may_access_direct_pkt_data(env, meta, BPF_READ)) {
1031                 verbose("helper access to the packet is not allowed\n");
1032                 return -EACCES;
1033         }
1034
1035         if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
1036             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1037                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1038                 if (type != PTR_TO_PACKET && type != expected_type)
1039                         goto err_type;
1040         } else if (arg_type == ARG_CONST_SIZE ||
1041                    arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO) {
1042                 expected_type = CONST_IMM;
1043                 /* One exception. Allow UNKNOWN_VALUE registers when the
1044                  * boundaries are known and don't cause unsafe memory accesses
1045                  */
1046                 if (type != UNKNOWN_VALUE && type != expected_type)
1047                         goto err_type;
1048         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1049                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
1050                 if (type != expected_type)
1051                         goto err_type;
1052         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
1053                 expected_type = PTR_TO_CTX;
1054                 if (type != expected_type)
1055                         goto err_type;
1056         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MEM ||
1057                    arg_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM) {
1058                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1059                 /* One exception here. In case function allows for NULL to be
1060                  * passed in as argument, it's a CONST_IMM type. Final test
1061                  * happens during stack boundary checking.
1062                  */
1063                 if (type == CONST_IMM && reg->imm == 0)
1064                         /* final test in check_stack_boundary() */;
1065                 else if (type != PTR_TO_PACKET && type != PTR_TO_MAP_VALUE &&
1066                          type != PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ && type != expected_type)
1067                         goto err_type;
1068                 meta->raw_mode = arg_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM;
1069         } else {
1070                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
1071                 return -EFAULT;
1072         }
1073
1074         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1075                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
1076                 meta->map_ptr = reg->map_ptr;
1077         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
1078                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
1079                  * check that [key, key + map->key_size) are within
1080                  * stack limits and initialized
1081                  */
1082                 if (!meta->map_ptr) {
1083                         /* in function declaration map_ptr must come before
1084                          * map_key, so that it's verified and known before
1085                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
1086                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
1087                          */
1088                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
1089                         return -EACCES;
1090                 }
1091                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1092                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1093                                                   meta->map_ptr->key_size);
1094                 else
1095                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1096                                                    meta->map_ptr->key_size,
1097                                                    false, NULL);
1098         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1099                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
1100                  * check [value, value + map->value_size) validity
1101                  */
1102                 if (!meta->map_ptr) {
1103                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1104                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
1105                         return -EACCES;
1106                 }
1107                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1108                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1109                                                   meta->map_ptr->value_size);
1110                 else
1111                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1112                                                    meta->map_ptr->value_size,
1113                                                    false, NULL);
1114         } else if (arg_type == ARG_CONST_SIZE ||
1115                    arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO) {
1116                 bool zero_size_allowed = (arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO);
1117
1118                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
1119                  * from stack pointer 'buf'. Check it
1120                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
1121                  */
1122                 if (regno == 0) {
1123                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1124                         verbose("ARG_CONST_SIZE cannot be first argument\n");
1125                         return -EACCES;
1126                 }
1127
1128                 /* If the register is UNKNOWN_VALUE, the access check happens
1129                  * using its boundaries. Otherwise, just use its imm
1130                  */
1131                 if (type == UNKNOWN_VALUE) {
1132                         /* For unprivileged variable accesses, disable raw
1133                          * mode so that the program is required to
1134                          * initialize all the memory that the helper could
1135                          * just partially fill up.
1136                          */
1137                         meta = NULL;
1138
1139                         if (reg->min_value < 0) {
1140                                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned or 'var &= const'\n",
1141                                         regno);
1142                                 return -EACCES;
1143                         }
1144
1145                         if (reg->min_value == 0) {
1146                                 err = check_helper_mem_access(env, regno - 1, 0,
1147                                                               zero_size_allowed,
1148                                                               meta);
1149                                 if (err)
1150                                         return err;
1151                         }
1152
1153                         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
1154                                 verbose("R%d unbounded memory access, use 'var &= const' or 'if (var < const)'\n",
1155                                         regno);
1156                                 return -EACCES;
1157                         }
1158                         err = check_helper_mem_access(env, regno - 1,
1159                                                       reg->max_value,
1160                                                       zero_size_allowed, meta);
1161                         if (err)
1162                                 return err;
1163                 } else {
1164                         /* register is CONST_IMM */
1165                         err = check_helper_mem_access(env, regno - 1, reg->imm,
1166                                                       zero_size_allowed, meta);
1167                 }
1168         }
1169
1170         return err;
1171 err_type:
1172         verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
1173                 reg_type_str[type], reg_type_str[expected_type]);
1174         return -EACCES;
1175 }
1176
1177 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
1178 {
1179         if (!map)
1180                 return 0;
1181
1182         /* We need a two way check, first is from map perspective ... */
1183         switch (map->map_type) {
1184         case BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY:
1185                 if (func_id != BPF_FUNC_tail_call)
1186                         goto error;
1187                 break;
1188         case BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY:
1189                 if (func_id != BPF_FUNC_perf_event_read &&
1190                     func_id != BPF_FUNC_perf_event_output)
1191                         goto error;
1192                 break;
1193         case BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE:
1194                 if (func_id != BPF_FUNC_get_stackid)
1195                         goto error;
1196                 break;
1197         case BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY:
1198                 if (func_id != BPF_FUNC_skb_under_cgroup &&
1199                     func_id != BPF_FUNC_current_task_under_cgroup)
1200                         goto error;
1201                 break;
1202         default:
1203                 break;
1204         }
1205
1206         /* ... and second from the function itself. */
1207         switch (func_id) {
1208         case BPF_FUNC_tail_call:
1209                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
1210                         goto error;
1211                 break;
1212         case BPF_FUNC_perf_event_read:
1213         case BPF_FUNC_perf_event_output:
1214                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY)
1215                         goto error;
1216                 break;
1217         case BPF_FUNC_get_stackid:
1218                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE)
1219                         goto error;
1220                 break;
1221         case BPF_FUNC_current_task_under_cgroup:
1222         case BPF_FUNC_skb_under_cgroup:
1223                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY)
1224                         goto error;
1225                 break;
1226         default:
1227                 break;
1228         }
1229
1230         return 0;
1231 error:
1232         verbose("cannot pass map_type %d into func %s#%d\n",
1233                 map->map_type, func_id_name(func_id), func_id);
1234         return -EINVAL;
1235 }
1236
1237 static int check_raw_mode(const struct bpf_func_proto *fn)
1238 {
1239         int count = 0;
1240
1241         if (fn->arg1_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1242                 count++;
1243         if (fn->arg2_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1244                 count++;
1245         if (fn->arg3_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1246                 count++;
1247         if (fn->arg4_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1248                 count++;
1249         if (fn->arg5_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1250                 count++;
1251
1252         return count > 1 ? -EINVAL : 0;
1253 }
1254
1255 static void clear_all_pkt_pointers(struct bpf_verifier_env *env)
1256 {
1257         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1258         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1259         int i;
1260
1261         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1262                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET ||
1263                     regs[i].type == PTR_TO_PACKET_END)
1264                         mark_reg_unknown_value(regs, i);
1265
1266         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1267                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1268                         continue;
1269                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1270                 if (reg->type != PTR_TO_PACKET &&
1271                     reg->type != PTR_TO_PACKET_END)
1272                         continue;
1273                 reg->type = UNKNOWN_VALUE;
1274                 reg->imm = 0;
1275         }
1276 }
1277
1278 static int check_call(struct bpf_verifier_env *env, int func_id, int insn_idx)
1279 {
1280         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1281         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
1282         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
1283         struct bpf_reg_state *reg;
1284         struct bpf_call_arg_meta meta;
1285         bool changes_data;
1286         int i, err;
1287
1288         /* find function prototype */
1289         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
1290                 verbose("invalid func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1291                 return -EINVAL;
1292         }
1293
1294         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
1295                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
1296
1297         if (!fn) {
1298                 verbose("unknown func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1299                 return -EINVAL;
1300         }
1301
1302         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
1303         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
1304                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
1305                 return -EINVAL;
1306         }
1307
1308         changes_data = bpf_helper_changes_pkt_data(fn->func);
1309
1310         memset(&meta, 0, sizeof(meta));
1311         meta.pkt_access = fn->pkt_access;
1312
1313         /* We only support one arg being in raw mode at the moment, which
1314          * is sufficient for the helper functions we have right now.
1315          */
1316         err = check_raw_mode(fn);
1317         if (err) {
1318                 verbose("kernel subsystem misconfigured func %s#%d\n",
1319                         func_id_name(func_id), func_id);
1320                 return err;
1321         }
1322
1323         /* check args */
1324         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &meta);
1325         if (err)
1326                 return err;
1327         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &meta);
1328         if (err)
1329                 return err;
1330         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &meta);
1331         if (err)
1332                 return err;
1333         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &meta);
1334         if (err)
1335                 return err;
1336         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &meta);
1337         if (err)
1338                 return err;
1339
1340         /* Mark slots with STACK_MISC in case of raw mode, stack offset
1341          * is inferred from register state.
1342          */
1343         for (i = 0; i < meta.access_size; i++) {
1344                 err = check_mem_access(env, meta.regno, i, BPF_B, BPF_WRITE, -1);
1345                 if (err)
1346                         return err;
1347         }
1348
1349         /* reset caller saved regs */
1350         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1351                 reg = regs + caller_saved[i];
1352                 reg->type = NOT_INIT;
1353                 reg->imm = 0;
1354         }
1355
1356         /* update return register */
1357         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
1358                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1359         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
1360                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
1361         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1362                 struct bpf_insn_aux_data *insn_aux;
1363
1364                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
1365                 regs[BPF_REG_0].max_value = regs[BPF_REG_0].min_value = 0;
1366                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
1367                  * can check 'value_size' boundary of memory access
1368                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
1369                  */
1370                 if (meta.map_ptr == NULL) {
1371                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
1372                         return -EINVAL;
1373                 }
1374                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = meta.map_ptr;
1375                 regs[BPF_REG_0].id = ++env->id_gen;
1376                 insn_aux = &env->insn_aux_data[insn_idx];
1377                 if (!insn_aux->map_ptr)
1378                         insn_aux->map_ptr = meta.map_ptr;
1379                 else if (insn_aux->map_ptr != meta.map_ptr)
1380                         insn_aux->map_ptr = BPF_MAP_PTR_POISON;
1381         } else {
1382                 verbose("unknown return type %d of func %s#%d\n",
1383                         fn->ret_type, func_id_name(func_id), func_id);
1384                 return -EINVAL;
1385         }
1386
1387         err = check_map_func_compatibility(meta.map_ptr, func_id);
1388         if (err)
1389                 return err;
1390
1391         if (changes_data)
1392                 clear_all_pkt_pointers(env);
1393         return 0;
1394 }
1395
1396 static int check_packet_ptr_add(struct bpf_verifier_env *env,
1397                                 struct bpf_insn *insn)
1398 {
1399         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1400         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1401         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1402         struct bpf_reg_state tmp_reg;
1403         s32 imm;
1404
1405         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1406                 /* pkt_ptr += imm */
1407                 imm = insn->imm;
1408
1409 add_imm:
1410                 if (imm < 0) {
1411                         verbose("addition of negative constant to packet pointer is not allowed\n");
1412                         return -EACCES;
1413                 }
1414                 if (imm >= MAX_PACKET_OFF ||
1415                     imm + dst_reg->off >= MAX_PACKET_OFF) {
1416                         verbose("constant %d is too large to add to packet pointer\n",
1417                                 imm);
1418                         return -EACCES;
1419                 }
1420                 /* a constant was added to pkt_ptr.
1421                  * Remember it while keeping the same 'id'
1422                  */
1423                 dst_reg->off += imm;
1424         } else {
1425                 if (src_reg->type == PTR_TO_PACKET) {
1426                         /* R6=pkt(id=0,off=0,r=62) R7=imm22; r7 += r6 */
1427                         tmp_reg = *dst_reg;  /* save r7 state */
1428                         *dst_reg = *src_reg; /* copy pkt_ptr state r6 into r7 */
1429                         src_reg = &tmp_reg;  /* pretend it's src_reg state */
1430                         /* if the checks below reject it, the copy won't matter,
1431                          * since we're rejecting the whole program. If all ok,
1432                          * then imm22 state will be added to r7
1433                          * and r7 will be pkt(id=0,off=22,r=62) while
1434                          * r6 will stay as pkt(id=0,off=0,r=62)
1435                          */
1436                 }
1437
1438                 if (src_reg->type == CONST_IMM) {
1439                         /* pkt_ptr += reg where reg is known constant */
1440                         imm = src_reg->imm;
1441                         goto add_imm;
1442                 }
1443                 /* disallow pkt_ptr += reg
1444                  * if reg is not uknown_value with guaranteed zero upper bits
1445                  * otherwise pkt_ptr may overflow and addition will become
1446                  * subtraction which is not allowed
1447                  */
1448                 if (src_reg->type != UNKNOWN_VALUE) {
1449                         verbose("cannot add '%s' to ptr_to_packet\n",
1450                                 reg_type_str[src_reg->type]);
1451                         return -EACCES;
1452                 }
1453                 if (src_reg->imm < 48) {
1454                         verbose("cannot add integer value with %lld upper zero bits to ptr_to_packet\n",
1455                                 src_reg->imm);
1456                         return -EACCES;
1457                 }
1458                 /* dst_reg stays as pkt_ptr type and since some positive
1459                  * integer value was added to the pointer, increment its 'id'
1460                  */
1461                 dst_reg->id = ++env->id_gen;
1462
1463                 /* something was added to pkt_ptr, set range and off to zero */
1464                 dst_reg->off = 0;
1465                 dst_reg->range = 0;
1466         }
1467         return 0;
1468 }
1469
1470 static int evaluate_reg_alu(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1471 {
1472         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1473         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1474         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1475         s64 imm_log2;
1476
1477         /* for type == UNKNOWN_VALUE:
1478          * imm > 0 -> number of zero upper bits
1479          * imm == 0 -> don't track which is the same as all bits can be non-zero
1480          */
1481
1482         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1483                 struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1484
1485                 if (src_reg->type == UNKNOWN_VALUE && src_reg->imm > 0 &&
1486                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1487                         /* dreg += sreg
1488                          * where both have zero upper bits. Adding them
1489                          * can only result making one more bit non-zero
1490                          * in the larger value.
1491                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1492                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1493                          */
1494                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, src_reg->imm);
1495                         dst_reg->imm--;
1496                         return 0;
1497                 }
1498                 if (src_reg->type == CONST_IMM && src_reg->imm > 0 &&
1499                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1500                         /* dreg += sreg
1501                          * where dreg has zero upper bits and sreg is const.
1502                          * Adding them can only result making one more bit
1503                          * non-zero in the larger value.
1504                          */
1505                         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)src_reg->imm);
1506                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1507                         dst_reg->imm--;
1508                         return 0;
1509                 }
1510                 /* all other cases non supported yet, just mark dst_reg */
1511                 dst_reg->imm = 0;
1512                 return 0;
1513         }
1514
1515         /* sign extend 32-bit imm into 64-bit to make sure that
1516          * negative values occupy bit 63. Note ilog2() would have
1517          * been incorrect, since sizeof(insn->imm) == 4
1518          */
1519         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)insn->imm);
1520
1521         if (dst_reg->imm && opcode == BPF_LSH) {
1522                 /* reg <<= imm
1523                  * if reg was a result of 2 byte load, then its imm == 48
1524                  * which means that upper 48 bits are zero and shifting this reg
1525                  * left by 4 would mean that upper 44 bits are still zero
1526                  */
1527                 dst_reg->imm -= insn->imm;
1528         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_MUL) {
1529                 /* reg *= imm
1530                  * if multiplying by 14 subtract 4
1531                  * This is conservative calculation of upper zero bits.
1532                  * It's not trying to special case insn->imm == 1 or 0 cases
1533                  */
1534                 dst_reg->imm -= imm_log2 + 1;
1535         } else if (opcode == BPF_AND) {
1536                 /* reg &= imm */
1537                 dst_reg->imm = 63 - imm_log2;
1538         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1539                 /* reg += imm */
1540                 dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1541                 dst_reg->imm--;
1542         } else if (opcode == BPF_RSH) {
1543                 /* reg >>= imm
1544                  * which means that after right shift, upper bits will be zero
1545                  * note that verifier already checked that
1546                  * 0 <= imm < 64 for shift insn
1547                  */
1548                 dst_reg->imm += insn->imm;
1549                 if (unlikely(dst_reg->imm > 64))
1550                         /* some dumb code did:
1551                          * r2 = *(u32 *)mem;
1552                          * r2 >>= 32;
1553                          * and all bits are zero now */
1554                         dst_reg->imm = 64;
1555         } else {
1556                 /* all other alu ops, means that we don't know what will
1557                  * happen to the value, mark it with unknown number of zero bits
1558                  */
1559                 dst_reg->imm = 0;
1560         }
1561
1562         if (dst_reg->imm < 0) {
1563                 /* all 64 bits of the register can contain non-zero bits
1564                  * and such value cannot be added to ptr_to_packet, since it
1565                  * may overflow, mark it as unknown to avoid further eval
1566                  */
1567                 dst_reg->imm = 0;
1568         }
1569         return 0;
1570 }
1571
1572 static int evaluate_reg_imm_alu(struct bpf_verifier_env *env,
1573                                 struct bpf_insn *insn)
1574 {
1575         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1576         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1577         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1578         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1579         u64 dst_imm = dst_reg->imm;
1580
1581         /* dst_reg->type == CONST_IMM here. Simulate execution of insns
1582          * containing ALU ops. Don't care about overflow or negative
1583          * values, just add/sub/... them; registers are in u64.
1584          */
1585         if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1586                 dst_imm += insn->imm;
1587         } else if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1588                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1589                 dst_imm += src_reg->imm;
1590         } else if (opcode == BPF_SUB && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1591                 dst_imm -= insn->imm;
1592         } else if (opcode == BPF_SUB && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1593                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1594                 dst_imm -= src_reg->imm;
1595         } else if (opcode == BPF_MUL && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1596                 dst_imm *= insn->imm;
1597         } else if (opcode == BPF_MUL && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1598                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1599                 dst_imm *= src_reg->imm;
1600         } else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1601                 dst_imm |= insn->imm;
1602         } else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1603                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1604                 dst_imm |= src_reg->imm;
1605         } else if (opcode == BPF_AND && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1606                 dst_imm &= insn->imm;
1607         } else if (opcode == BPF_AND && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1608                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1609                 dst_imm &= src_reg->imm;
1610         } else if (opcode == BPF_RSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1611                 dst_imm >>= insn->imm;
1612         } else if (opcode == BPF_RSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1613                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1614                 dst_imm >>= src_reg->imm;
1615         } else if (opcode == BPF_LSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1616                 dst_imm <<= insn->imm;
1617         } else if (opcode == BPF_LSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1618                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1619                 dst_imm <<= src_reg->imm;
1620         } else {
1621                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1622                 goto out;
1623         }
1624
1625         dst_reg->imm = dst_imm;
1626 out:
1627         return 0;
1628 }
1629
1630 static void check_reg_overflow(struct bpf_reg_state *reg)
1631 {
1632         if (reg->max_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1633                 reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1634         if (reg->min_value < BPF_REGISTER_MIN_RANGE ||
1635             reg->min_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1636                 reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1637 }
1638
1639 static void adjust_reg_min_max_vals(struct bpf_verifier_env *env,
1640                                     struct bpf_insn *insn)
1641 {
1642         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1643         s64 min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1644         u64 max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1645         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1646
1647         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1648         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1649                 check_reg_overflow(&regs[insn->src_reg]);
1650                 min_val = regs[insn->src_reg].min_value;
1651                 max_val = regs[insn->src_reg].max_value;
1652
1653                 /* If the source register is a random pointer then the
1654                  * min_value/max_value values represent the range of the known
1655                  * accesses into that value, not the actual min/max value of the
1656                  * register itself.  In this case we have to reset the reg range
1657                  * values so we know it is not safe to look at.
1658                  */
1659                 if (regs[insn->src_reg].type != CONST_IMM &&
1660                     regs[insn->src_reg].type != UNKNOWN_VALUE) {
1661                         min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1662                         max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1663                 }
1664         } else if (insn->imm < BPF_REGISTER_MAX_RANGE &&
1665                    (s64)insn->imm > BPF_REGISTER_MIN_RANGE) {
1666                 min_val = max_val = insn->imm;
1667         }
1668
1669         /* We don't know anything about what was done to this register, mark it
1670          * as unknown.
1671          */
1672         if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1673             max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
1674                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1675                 return;
1676         }
1677
1678         /* If one of our values was at the end of our ranges then we can't just
1679          * do our normal operations to the register, we need to set the values
1680          * to the min/max since they are undefined.
1681          */
1682         if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1683                 dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1684         if (max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1685                 dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1686
1687         switch (opcode) {
1688         case BPF_ADD:
1689                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1690                         dst_reg->min_value += min_val;
1691                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1692                         dst_reg->max_value += max_val;
1693                 break;
1694         case BPF_SUB:
1695                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1696                         dst_reg->min_value -= min_val;
1697                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1698                         dst_reg->max_value -= max_val;
1699                 break;
1700         case BPF_MUL:
1701                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1702                         dst_reg->min_value *= min_val;
1703                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1704                         dst_reg->max_value *= max_val;
1705                 break;
1706         case BPF_AND:
1707                 /* Disallow AND'ing of negative numbers, ain't nobody got time
1708                  * for that.  Otherwise the minimum is 0 and the max is the max
1709                  * value we could AND against.
1710                  */
1711                 if (min_val < 0)
1712                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1713                 else
1714                         dst_reg->min_value = 0;
1715                 dst_reg->max_value = max_val;
1716                 break;
1717         case BPF_LSH:
1718                 /* Gotta have special overflow logic here, if we're shifting
1719                  * more than MAX_RANGE then just assume we have an invalid
1720                  * range.
1721                  */
1722                 if (min_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1723                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1724                 else if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1725                         dst_reg->min_value <<= min_val;
1726
1727                 if (max_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1728                         dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1729                 else if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1730                         dst_reg->max_value <<= max_val;
1731                 break;
1732         case BPF_RSH:
1733                 /* RSH by a negative number is undefined, and the BPF_RSH is an
1734                  * unsigned shift, so make the appropriate casts.
1735                  */
1736                 if (min_val < 0 || dst_reg->min_value < 0)
1737                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1738                 else
1739                         dst_reg->min_value =
1740                                 (u64)(dst_reg->min_value) >> min_val;
1741                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1742                         dst_reg->max_value >>= max_val;
1743                 break;
1744         default:
1745                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1746                 break;
1747         }
1748
1749         check_reg_overflow(dst_reg);
1750 }
1751
1752 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1753 static int check_alu_op(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1754 {
1755         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1756         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1757         int err;
1758
1759         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1760                 if (opcode == BPF_NEG) {
1761                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1762                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1763                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1764                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1765                                 return -EINVAL;
1766                         }
1767                 } else {
1768                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1769                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1770                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1771                                 return -EINVAL;
1772                         }
1773                 }
1774
1775                 /* check src operand */
1776                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1777                 if (err)
1778                         return err;
1779
1780                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1781                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1782                                 insn->dst_reg);
1783                         return -EACCES;
1784                 }
1785
1786                 /* check dest operand */
1787                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1788                 if (err)
1789                         return err;
1790
1791         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1792
1793                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1794                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1795                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1796                                 return -EINVAL;
1797                         }
1798
1799                         /* check src operand */
1800                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1801                         if (err)
1802                                 return err;
1803                 } else {
1804                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1805                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1806                                 return -EINVAL;
1807                         }
1808                 }
1809
1810                 /* check dest operand */
1811                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1812                 if (err)
1813                         return err;
1814
1815                 /* we are setting our register to something new, we need to
1816                  * reset its range values.
1817                  */
1818                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1819
1820                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1821                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1822                                 /* case: R1 = R2
1823                                  * copy register state to dest reg
1824                                  */
1825                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1826                         } else {
1827                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1828                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1829                                                 insn->src_reg);
1830                                         return -EACCES;
1831                                 }
1832                                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1833                         }
1834                 } else {
1835                         /* case: R = imm
1836                          * remember the value we stored into this reg
1837                          */
1838                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1839                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1840                         regs[insn->dst_reg].max_value = insn->imm;
1841                         regs[insn->dst_reg].min_value = insn->imm;
1842                 }
1843
1844         } else if (opcode > BPF_END) {
1845                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1846                 return -EINVAL;
1847
1848         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1849
1850                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1851                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1852                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1853                                 return -EINVAL;
1854                         }
1855                         /* check src1 operand */
1856                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1857                         if (err)
1858                                 return err;
1859                 } else {
1860                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1861                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1862                                 return -EINVAL;
1863                         }
1864                 }
1865
1866                 /* check src2 operand */
1867                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1868                 if (err)
1869                         return err;
1870
1871                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1872                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1873                         verbose("div by zero\n");
1874                         return -EINVAL;
1875                 }
1876
1877                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1878                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1879                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1880
1881                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1882                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1883                                 return -EINVAL;
1884                         }
1885                 }
1886
1887                 /* check dest operand */
1888                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1889                 if (err)
1890                         return err;
1891
1892                 dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1893
1894                 /* first we want to adjust our ranges. */
1895                 adjust_reg_min_max_vals(env, insn);
1896
1897                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1898                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1899                     dst_reg->type == FRAME_PTR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1900                         dst_reg->type = PTR_TO_STACK;
1901                         dst_reg->imm = insn->imm;
1902                         return 0;
1903                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
1904                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1905                            (dst_reg->type == PTR_TO_PACKET ||
1906                             (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1907                              regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET))) {
1908                         /* ptr_to_packet += K|X */
1909                         return check_packet_ptr_add(env, insn);
1910                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1911                            dst_reg->type == UNKNOWN_VALUE &&
1912                            env->allow_ptr_leaks) {
1913                         /* unknown += K|X */
1914                         return evaluate_reg_alu(env, insn);
1915                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1916                            dst_reg->type == CONST_IMM &&
1917                            env->allow_ptr_leaks) {
1918                         /* reg_imm += K|X */
1919                         return evaluate_reg_imm_alu(env, insn);
1920                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1921                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1922                                 insn->dst_reg);
1923                         return -EACCES;
1924                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1925                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1926                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1927                                 insn->src_reg);
1928                         return -EACCES;
1929                 }
1930
1931                 /* If we did pointer math on a map value then just set it to our
1932                  * PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ type so we can deal with any stores or
1933                  * loads to this register appropriately, otherwise just mark the
1934                  * register as unknown.
1935                  */
1936                 if (env->allow_ptr_leaks &&
1937                     (dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
1938                      dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ))
1939                         dst_reg->type = PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ;
1940                 else
1941                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1942         }
1943
1944         return 0;
1945 }
1946
1947 static void find_good_pkt_pointers(struct bpf_verifier_state *state,
1948                                    struct bpf_reg_state *dst_reg)
1949 {
1950         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1951         int i;
1952
1953         /* LLVM can generate two kind of checks:
1954          *
1955          * Type 1:
1956          *
1957          *   r2 = r3;
1958          *   r2 += 8;
1959          *   if (r2 > pkt_end) goto <handle exception>
1960          *   <access okay>
1961          *
1962          *   Where:
1963          *     r2 == dst_reg, pkt_end == src_reg
1964          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1965          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1966          *
1967          * Type 2:
1968          *
1969          *   r2 = r3;
1970          *   r2 += 8;
1971          *   if (pkt_end >= r2) goto <access okay>
1972          *   <handle exception>
1973          *
1974          *   Where:
1975          *     pkt_end == dst_reg, r2 == src_reg
1976          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
1977          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
1978          *
1979          * Find register r3 and mark its range as r3=pkt(id=n,off=0,r=8)
1980          * so that range of bytes [r3, r3 + 8) is safe to access.
1981          */
1982
1983         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1984                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET && regs[i].id == dst_reg->id)
1985                         regs[i].range = dst_reg->off;
1986
1987         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1988                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1989                         continue;
1990                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1991                 if (reg->type == PTR_TO_PACKET && reg->id == dst_reg->id)
1992                         reg->range = dst_reg->off;
1993         }
1994 }
1995
1996 /* Adjusts the register min/max values in the case that the dst_reg is the
1997  * variable register that we are working on, and src_reg is a constant or we're
1998  * simply doing a BPF_K check.
1999  */
2000 static void reg_set_min_max(struct bpf_reg_state *true_reg,
2001                             struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
2002                             u8 opcode)
2003 {
2004         switch (opcode) {
2005         case BPF_JEQ:
2006                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
2007                  * true then we know for sure.
2008                  */
2009                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
2010                 break;
2011         case BPF_JNE:
2012                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
2013                  * we know the value for sure;
2014                  */
2015                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
2016                 break;
2017         case BPF_JGT:
2018                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2019                 false_reg->min_value = 0;
2020                 /* fallthrough */
2021         case BPF_JSGT:
2022                 /* If this is false then we know the maximum val is val,
2023                  * otherwise we know the min val is val+1.
2024                  */
2025                 false_reg->max_value = val;
2026                 true_reg->min_value = val + 1;
2027                 break;
2028         case BPF_JGE:
2029                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2030                 false_reg->min_value = 0;
2031                 /* fallthrough */
2032         case BPF_JSGE:
2033                 /* If this is false then we know the maximum value is val - 1,
2034                  * otherwise we know the mimimum value is val.
2035                  */
2036                 false_reg->max_value = val - 1;
2037                 true_reg->min_value = val;
2038                 break;
2039         default:
2040                 break;
2041         }
2042
2043         check_reg_overflow(false_reg);
2044         check_reg_overflow(true_reg);
2045 }
2046
2047 /* Same as above, but for the case that dst_reg is a CONST_IMM reg and src_reg
2048  * is the variable reg.
2049  */
2050 static void reg_set_min_max_inv(struct bpf_reg_state *true_reg,
2051                                 struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
2052                                 u8 opcode)
2053 {
2054         switch (opcode) {
2055         case BPF_JEQ:
2056                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
2057                  * true then we know for sure.
2058                  */
2059                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
2060                 break;
2061         case BPF_JNE:
2062                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
2063                  * we know the value for sure;
2064                  */
2065                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
2066                 break;
2067         case BPF_JGT:
2068                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2069                 true_reg->min_value = 0;
2070                 /* fallthrough */
2071         case BPF_JSGT:
2072                 /*
2073                  * If this is false, then the val is <= the register, if it is
2074                  * true the register <= to the val.
2075                  */
2076                 false_reg->min_value = val;
2077                 true_reg->max_value = val - 1;
2078                 break;
2079         case BPF_JGE:
2080                 /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2081                 true_reg->min_value = 0;
2082                 /* fallthrough */
2083         case BPF_JSGE:
2084                 /* If this is false then constant < register, if it is true then
2085                  * the register < constant.
2086                  */
2087                 false_reg->min_value = val + 1;
2088                 true_reg->max_value = val;
2089                 break;
2090         default:
2091                 break;
2092         }
2093
2094         check_reg_overflow(false_reg);
2095         check_reg_overflow(true_reg);
2096 }
2097
2098 static void mark_map_reg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno, u32 id,
2099                          enum bpf_reg_type type)
2100 {
2101         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
2102
2103         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL && reg->id == id) {
2104                 reg->type = type;
2105                 /* We don't need id from this point onwards anymore, thus we
2106                  * should better reset it, so that state pruning has chances
2107                  * to take effect.
2108                  */
2109                 reg->id = 0;
2110                 if (type == UNKNOWN_VALUE)
2111                         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
2112         }
2113 }
2114
2115 /* The logic is similar to find_good_pkt_pointers(), both could eventually
2116  * be folded together at some point.
2117  */
2118 static void mark_map_regs(struct bpf_verifier_state *state, u32 regno,
2119                           enum bpf_reg_type type)
2120 {
2121         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
2122         u32 id = regs[regno].id;
2123         int i;
2124
2125         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
2126                 mark_map_reg(regs, i, id, type);
2127
2128         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
2129                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
2130                         continue;
2131                 mark_map_reg(state->spilled_regs, i / BPF_REG_SIZE, id, type);
2132         }
2133 }
2134
2135 static int check_cond_jmp_op(struct bpf_verifier_env *env,
2136                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
2137 {
2138         struct bpf_verifier_state *other_branch, *this_branch = &env->cur_state;
2139         struct bpf_reg_state *regs = this_branch->regs, *dst_reg;
2140         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2141         int err;
2142
2143         if (opcode > BPF_EXIT) {
2144                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
2145                 return -EINVAL;
2146         }
2147
2148         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2149                 if (insn->imm != 0) {
2150                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2151                         return -EINVAL;
2152                 }
2153
2154                 /* check src1 operand */
2155                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2156                 if (err)
2157                         return err;
2158
2159                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
2160                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
2161                                 insn->src_reg);
2162                         return -EACCES;
2163                 }
2164         } else {
2165                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2166                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2167                         return -EINVAL;
2168                 }
2169         }
2170
2171         /* check src2 operand */
2172         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2173         if (err)
2174                 return err;
2175
2176         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
2177
2178         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
2179         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2180             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2181             dst_reg->type == CONST_IMM && dst_reg->imm == insn->imm) {
2182                 if (opcode == BPF_JEQ) {
2183                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
2184                          * only follow the goto, ignore fall-through
2185                          */
2186                         *insn_idx += insn->off;
2187                         return 0;
2188                 } else {
2189                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
2190                          * only follow fall-through branch, since
2191                          * that's where the program will go
2192                          */
2193                         return 0;
2194                 }
2195         }
2196
2197         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
2198         if (!other_branch)
2199                 return -EFAULT;
2200
2201         /* detect if we are comparing against a constant value so we can adjust
2202          * our min/max values for our dst register.
2203          */
2204         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2205                 if (regs[insn->src_reg].type == CONST_IMM)
2206                         reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2207                                         dst_reg, regs[insn->src_reg].imm,
2208                                         opcode);
2209                 else if (dst_reg->type == CONST_IMM)
2210                         reg_set_min_max_inv(&other_branch->regs[insn->src_reg],
2211                                             &regs[insn->src_reg], dst_reg->imm,
2212                                             opcode);
2213         } else {
2214                 reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2215                                         dst_reg, insn->imm, opcode);
2216         }
2217
2218         /* detect if R == 0 where R is returned from bpf_map_lookup_elem() */
2219         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2220             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2221             dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
2222                 /* Mark all identical map registers in each branch as either
2223                  * safe or unknown depending R == 0 or R != 0 conditional.
2224                  */
2225                 mark_map_regs(this_branch, insn->dst_reg,
2226                               opcode == BPF_JEQ ? PTR_TO_MAP_VALUE : UNKNOWN_VALUE);
2227                 mark_map_regs(other_branch, insn->dst_reg,
2228                               opcode == BPF_JEQ ? UNKNOWN_VALUE : PTR_TO_MAP_VALUE);
2229         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGT &&
2230                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET &&
2231                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET_END) {
2232                 find_good_pkt_pointers(this_branch, dst_reg);
2233         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGE &&
2234                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET_END &&
2235                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET) {
2236                 find_good_pkt_pointers(other_branch, &regs[insn->src_reg]);
2237         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
2238                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
2239                 return -EACCES;
2240         }
2241         if (log_level)
2242                 print_verifier_state(this_branch);
2243         return 0;
2244 }
2245
2246 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2247 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
2248 {
2249         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
2250
2251         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
2252 }
2253
2254 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
2255 static int check_ld_imm(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2256 {
2257         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2258         int err;
2259
2260         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2261                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
2262                 return -EINVAL;
2263         }
2264         if (insn->off != 0) {
2265                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
2266                 return -EINVAL;
2267         }
2268
2269         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
2270         if (err)
2271                 return err;
2272
2273         if (insn->src_reg == 0) {
2274                 u64 imm = ((u64)(insn + 1)->imm << 32) | (u32)insn->imm;
2275
2276                 regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
2277                 regs[insn->dst_reg].imm = imm;
2278                 return 0;
2279         }
2280
2281         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
2282         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
2283
2284         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
2285         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
2286         return 0;
2287 }
2288
2289 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
2290 {
2291         switch (type) {
2292         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
2293         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
2294         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
2295                 return true;
2296         default:
2297                 return false;
2298         }
2299 }
2300
2301 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
2302  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
2303  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
2304  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
2305  *
2306  * Implicit input:
2307  *   ctx == skb == R6 == CTX
2308  *
2309  * Explicit input:
2310  *   SRC == any register
2311  *   IMM == 32-bit immediate
2312  *
2313  * Output:
2314  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
2315  */
2316 static int check_ld_abs(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2317 {
2318         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2319         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2320         struct bpf_reg_state *reg;
2321         int i, err;
2322
2323         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
2324                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] instructions not allowed for this program type\n");
2325                 return -EINVAL;
2326         }
2327
2328         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
2329             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
2330             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
2331                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] uses reserved fields\n");
2332                 return -EINVAL;
2333         }
2334
2335         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
2336         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
2337         if (err)
2338                 return err;
2339
2340         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
2341                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
2342                 return -EINVAL;
2343         }
2344
2345         if (mode == BPF_IND) {
2346                 /* check explicit source operand */
2347                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2348                 if (err)
2349                         return err;
2350         }
2351
2352         /* reset caller saved regs to unreadable */
2353         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
2354                 reg = regs + caller_saved[i];
2355                 reg->type = NOT_INIT;
2356                 reg->imm = 0;
2357         }
2358
2359         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
2360          * the value fetched from the packet
2361          */
2362         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
2363         return 0;
2364 }
2365
2366 /* non-recursive DFS pseudo code
2367  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
2368  * 2      label v as discovered
2369  * 3      let S be a stack
2370  * 4      S.push(v)
2371  * 5      while S is not empty
2372  * 6            t <- S.pop()
2373  * 7            if t is what we're looking for:
2374  * 8                return t
2375  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
2376  * 10               if edge e is already labelled
2377  * 11                   continue with the next edge
2378  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
2379  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
2380  * 14                   label e as tree-edge
2381  * 15                   label w as discovered
2382  * 16                   S.push(w)
2383  * 17                   continue at 5
2384  * 18               else if vertex w is discovered
2385  * 19                   label e as back-edge
2386  * 20               else
2387  * 21                   // vertex w is explored
2388  * 22                   label e as forward- or cross-edge
2389  * 23           label t as explored
2390  * 24           S.pop()
2391  *
2392  * convention:
2393  * 0x10 - discovered
2394  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
2395  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
2396  * 0x20 - explored
2397  */
2398
2399 enum {
2400         DISCOVERED = 0x10,
2401         EXPLORED = 0x20,
2402         FALLTHROUGH = 1,
2403         BRANCH = 2,
2404 };
2405
2406 #define STATE_LIST_MARK ((struct bpf_verifier_state_list *) -1L)
2407
2408 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
2409 static int cur_stack;   /* current stack index */
2410 static int *insn_state;
2411
2412 /* t, w, e - match pseudo-code above:
2413  * t - index of current instruction
2414  * w - next instruction
2415  * e - edge
2416  */
2417 static int push_insn(int t, int w, int e, struct bpf_verifier_env *env)
2418 {
2419         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
2420                 return 0;
2421
2422         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
2423                 return 0;
2424
2425         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
2426                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
2427                 return -EINVAL;
2428         }
2429
2430         if (e == BRANCH)
2431                 /* mark branch target for state pruning */
2432                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
2433
2434         if (insn_state[w] == 0) {
2435                 /* tree-edge */
2436                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2437                 insn_state[w] = DISCOVERED;
2438                 if (cur_stack >= env->prog->len)
2439                         return -E2BIG;
2440                 insn_stack[cur_stack++] = w;
2441                 return 1;
2442         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
2443                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
2444                 return -EINVAL;
2445         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
2446                 /* forward- or cross-edge */
2447                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2448         } else {
2449                 verbose("insn state internal bug\n");
2450                 return -EFAULT;
2451         }
2452         return 0;
2453 }
2454
2455 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
2456  * loop == back-edge in directed graph
2457  */
2458 static int check_cfg(struct bpf_verifier_env *env)
2459 {
2460         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2461         int insn_cnt = env->prog->len;
2462         int ret = 0;
2463         int i, t;
2464
2465         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2466         if (!insn_state)
2467                 return -ENOMEM;
2468
2469         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2470         if (!insn_stack) {
2471                 kfree(insn_state);
2472                 return -ENOMEM;
2473         }
2474
2475         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
2476         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
2477         cur_stack = 1;
2478
2479 peek_stack:
2480         if (cur_stack == 0)
2481                 goto check_state;
2482         t = insn_stack[cur_stack - 1];
2483
2484         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
2485                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
2486
2487                 if (opcode == BPF_EXIT) {
2488                         goto mark_explored;
2489                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
2490                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2491                         if (ret == 1)
2492                                 goto peek_stack;
2493                         else if (ret < 0)
2494                                 goto err_free;
2495                         if (t + 1 < insn_cnt)
2496                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2497                 } else if (opcode == BPF_JA) {
2498                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
2499                                 ret = -EINVAL;
2500                                 goto err_free;
2501                         }
2502                         /* unconditional jump with single edge */
2503                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
2504                                         FALLTHROUGH, env);
2505                         if (ret == 1)
2506                                 goto peek_stack;
2507                         else if (ret < 0)
2508                                 goto err_free;
2509                         /* tell verifier to check for equivalent states
2510                          * after every call and jump
2511                          */
2512                         if (t + 1 < insn_cnt)
2513                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2514                 } else {
2515                         /* conditional jump with two edges */
2516                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2517                         if (ret == 1)
2518                                 goto peek_stack;
2519                         else if (ret < 0)
2520                                 goto err_free;
2521
2522                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
2523                         if (ret == 1)
2524                                 goto peek_stack;
2525                         else if (ret < 0)
2526                                 goto err_free;
2527                 }
2528         } else {
2529                 /* all other non-branch instructions with single
2530                  * fall-through edge
2531                  */
2532                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2533                 if (ret == 1)
2534                         goto peek_stack;
2535                 else if (ret < 0)
2536                         goto err_free;
2537         }
2538
2539 mark_explored:
2540         insn_state[t] = EXPLORED;
2541         if (cur_stack-- <= 0) {
2542                 verbose("pop stack internal bug\n");
2543                 ret = -EFAULT;
2544                 goto err_free;
2545         }
2546         goto peek_stack;
2547
2548 check_state:
2549         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
2550                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
2551                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
2552                         ret = -EINVAL;
2553                         goto err_free;
2554                 }
2555         }
2556         ret = 0; /* cfg looks good */
2557
2558 err_free:
2559         kfree(insn_state);
2560         kfree(insn_stack);
2561         return ret;
2562 }
2563
2564 /* the following conditions reduce the number of explored insns
2565  * from ~140k to ~80k for ultra large programs that use a lot of ptr_to_packet
2566  */
2567 static bool compare_ptrs_to_packet(struct bpf_reg_state *old,
2568                                    struct bpf_reg_state *cur)
2569 {
2570         if (old->id != cur->id)
2571                 return false;
2572
2573         /* old ptr_to_packet is more conservative, since it allows smaller
2574          * range. Ex:
2575          * old(off=0,r=10) is equal to cur(off=0,r=20), because
2576          * old(off=0,r=10) means that with range=10 the verifier proceeded
2577          * further and found no issues with the program. Now we're in the same
2578          * spot with cur(off=0,r=20), so we're safe too, since anything further
2579          * will only be looking at most 10 bytes after this pointer.
2580          */
2581         if (old->off == cur->off && old->range < cur->range)
2582                 return true;
2583
2584         /* old(off=20,r=10) is equal to cur(off=22,re=22 or 5 or 0)
2585          * since both cannot be used for packet access and safe(old)
2586          * pointer has smaller off that could be used for further
2587          * 'if (ptr > data_end)' check
2588          * Ex:
2589          * old(off=20,r=10) and cur(off=22,r=22) and cur(off=22,r=0) mean
2590          * that we cannot access the packet.
2591          * The safe range is:
2592          * [ptr, ptr + range - off)
2593          * so whenever off >=range, it means no safe bytes from this pointer.
2594          * When comparing old->off <= cur->off, it means that older code
2595          * went with smaller offset and that offset was later
2596          * used to figure out the safe range after 'if (ptr > data_end)' check
2597          * Say, 'old' state was explored like:
2598          * ... R3(off=0, r=0)
2599          * R4 = R3 + 20
2600          * ... now R4(off=20,r=0)  <-- here
2601          * if (R4 > data_end)
2602          * ... R4(off=20,r=20), R3(off=0,r=20) and R3 can be used to access.
2603          * ... the code further went all the way to bpf_exit.
2604          * Now the 'cur' state at the mark 'here' has R4(off=30,r=0).
2605          * old_R4(off=20,r=0) equal to cur_R4(off=30,r=0), since if the verifier
2606          * goes further, such cur_R4 will give larger safe packet range after
2607          * 'if (R4 > data_end)' and all further insn were already good with r=20,
2608          * so they will be good with r=30 and we can prune the search.
2609          */
2610         if (old->off <= cur->off &&
2611             old->off >= old->range && cur->off >= cur->range)
2612                 return true;
2613
2614         return false;
2615 }
2616
2617 /* compare two verifier states
2618  *
2619  * all states stored in state_list are known to be valid, since
2620  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
2621  *
2622  * this function is called when verifier exploring different branches of
2623  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
2624  * more strict register state and more strict stack state then this execution
2625  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
2626  * concluded that more strict state leads to valid finish.
2627  *
2628  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
2629  * and explored stack state is more conservative than the current one.
2630  * Example:
2631  *       explored                   current
2632  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
2633  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
2634  *
2635  * In other words if current stack state (one being explored) has more
2636  * valid slots than old one that already passed validation, it means
2637  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
2638  *
2639  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
2640  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
2641  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
2642  */
2643 static bool states_equal(struct bpf_verifier_env *env,
2644                          struct bpf_verifier_state *old,
2645                          struct bpf_verifier_state *cur)
2646 {
2647         bool varlen_map_access = env->varlen_map_value_access;
2648         struct bpf_reg_state *rold, *rcur;
2649         int i;
2650
2651         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
2652                 rold = &old->regs[i];
2653                 rcur = &cur->regs[i];
2654
2655                 if (memcmp(rold, rcur, sizeof(*rold)) == 0)
2656                         continue;
2657
2658                 /* If the ranges were not the same, but everything else was and
2659                  * we didn't do a variable access into a map then we are a-ok.
2660                  */
2661                 if (!varlen_map_access &&
2662                     memcmp(rold, rcur, offsetofend(struct bpf_reg_state, id)) == 0)
2663                         continue;
2664
2665                 /* If we didn't map access then again we don't care about the
2666                  * mismatched range values and it's ok if our old type was
2667                  * UNKNOWN and we didn't go to a NOT_INIT'ed reg.
2668                  */
2669                 if (rold->type == NOT_INIT ||
2670                     (!varlen_map_access && rold->type == UNKNOWN_VALUE &&
2671                      rcur->type != NOT_INIT))
2672                         continue;
2673
2674                 if (rold->type == PTR_TO_PACKET && rcur->type == PTR_TO_PACKET &&
2675                     compare_ptrs_to_packet(rold, rcur))
2676                         continue;
2677
2678                 return false;
2679         }
2680
2681         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
2682                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
2683                         continue;
2684                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
2685                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
2686                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
2687                          * this verifier states are not equivalent,
2688                          * return false to continue verification of this path
2689                          */
2690                         return false;
2691                 if (i % BPF_REG_SIZE)
2692                         continue;
2693                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2694                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
2695                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
2696                         /* when explored and current stack slot types are
2697                          * the same, check that stored pointers types
2698                          * are the same as well.
2699                          * Ex: explored safe path could have stored
2700                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
2701                          * but current path has stored:
2702                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
2703                          * such verifier states are not equivalent.
2704                          * return false to continue verification of this path
2705                          */
2706                         return false;
2707                 else
2708                         continue;
2709         }
2710         return true;
2711 }
2712
2713 static int is_state_visited(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx)
2714 {
2715         struct bpf_verifier_state_list *new_sl;
2716         struct bpf_verifier_state_list *sl;
2717
2718         sl = env->explored_states[insn_idx];
2719         if (!sl)
2720                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
2721                  * be doing state search here
2722                  */
2723                 return 0;
2724
2725         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2726                 if (states_equal(env, &sl->state, &env->cur_state))
2727                         /* reached equivalent register/stack state,
2728                          * prune the search
2729                          */
2730                         return 1;
2731                 sl = sl->next;
2732         }
2733
2734         /* there were no equivalent states, remember current one.
2735          * technically the current state is not proven to be safe yet,
2736          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
2737          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
2738          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
2739          */
2740         new_sl = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_state_list), GFP_USER);
2741         if (!new_sl)
2742                 return -ENOMEM;
2743
2744         /* add new state to the head of linked list */
2745         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
2746         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
2747         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
2748         return 0;
2749 }
2750
2751 static int ext_analyzer_insn_hook(struct bpf_verifier_env *env,
2752                                   int insn_idx, int prev_insn_idx)
2753 {
2754         if (!env->analyzer_ops || !env->analyzer_ops->insn_hook)
2755                 return 0;
2756
2757         return env->analyzer_ops->insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
2758 }
2759
2760 static int do_check(struct bpf_verifier_env *env)
2761 {
2762         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
2763         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2764         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
2765         int insn_cnt = env->prog->len;
2766         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
2767         int insn_processed = 0;
2768         bool do_print_state = false;
2769
2770         init_reg_state(regs);
2771         insn_idx = 0;
2772         env->varlen_map_value_access = false;
2773         for (;;) {
2774                 struct bpf_insn *insn;
2775                 u8 class;
2776                 int err;
2777
2778                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
2779                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
2780                                 insn_idx, insn_cnt);
2781                         return -EFAULT;
2782                 }
2783
2784                 insn = &insns[insn_idx];
2785                 class = BPF_CLASS(insn->code);
2786
2787                 if (++insn_processed > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS) {
2788                         verbose("BPF program is too large. Processed %d insn\n",
2789                                 insn_processed);
2790                         return -E2BIG;
2791                 }
2792
2793                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
2794                 if (err < 0)
2795                         return err;
2796                 if (err == 1) {
2797                         /* found equivalent state, can prune the search */
2798                         if (log_level) {
2799                                 if (do_print_state)
2800                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
2801                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
2802                                 else
2803                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
2804                         }
2805                         goto process_bpf_exit;
2806                 }
2807
2808                 if (log_level && do_print_state) {
2809                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
2810                         print_verifier_state(&env->cur_state);
2811                         do_print_state = false;
2812                 }
2813
2814                 if (log_level) {
2815                         verbose("%d: ", insn_idx);
2816                         print_bpf_insn(insn);
2817                 }
2818
2819                 err = ext_analyzer_insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
2820                 if (err)
2821                         return err;
2822
2823                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
2824                         err = check_alu_op(env, insn);
2825                         if (err)
2826                                 return err;
2827
2828                 } else if (class == BPF_LDX) {
2829                         enum bpf_reg_type *prev_src_type, src_reg_type;
2830
2831                         /* check for reserved fields is already done */
2832
2833                         /* check src operand */
2834                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2835                         if (err)
2836                                 return err;
2837
2838                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
2839                         if (err)
2840                                 return err;
2841
2842                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
2843
2844                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
2845                          * the state of dst_reg will be updated by this func
2846                          */
2847                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
2848                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
2849                                                insn->dst_reg);
2850                         if (err)
2851                                 return err;
2852
2853                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W &&
2854                             BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2855                                 insn_idx++;
2856                                 continue;
2857                         }
2858
2859                         prev_src_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
2860
2861                         if (*prev_src_type == NOT_INIT) {
2862                                 /* saw a valid insn
2863                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
2864                                  * save type to validate intersecting paths
2865                                  */
2866                                 *prev_src_type = src_reg_type;
2867
2868                         } else if (src_reg_type != *prev_src_type &&
2869                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2870                                     *prev_src_type == PTR_TO_CTX)) {
2871                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
2872                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
2873                                  * with different pointer types:
2874                                  * src_reg == ctx in one branch and
2875                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
2876                                  * Reject it.
2877                                  */
2878                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2879                                 return -EINVAL;
2880                         }
2881
2882                 } else if (class == BPF_STX) {
2883                         enum bpf_reg_type *prev_dst_type, dst_reg_type;
2884
2885                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
2886                                 err = check_xadd(env, insn);
2887                                 if (err)
2888                                         return err;
2889                                 insn_idx++;
2890                                 continue;
2891                         }
2892
2893                         /* check src1 operand */
2894                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2895                         if (err)
2896                                 return err;
2897                         /* check src2 operand */
2898                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2899                         if (err)
2900                                 return err;
2901
2902                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
2903
2904                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2905                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2906                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2907                                                insn->src_reg);
2908                         if (err)
2909                                 return err;
2910
2911                         prev_dst_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
2912
2913                         if (*prev_dst_type == NOT_INIT) {
2914                                 *prev_dst_type = dst_reg_type;
2915                         } else if (dst_reg_type != *prev_dst_type &&
2916                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
2917                                     *prev_dst_type == PTR_TO_CTX)) {
2918                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
2919                                 return -EINVAL;
2920                         }
2921
2922                 } else if (class == BPF_ST) {
2923                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
2924                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2925                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
2926                                 return -EINVAL;
2927                         }
2928                         /* check src operand */
2929                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2930                         if (err)
2931                                 return err;
2932
2933                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
2934                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
2935                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
2936                                                -1);
2937                         if (err)
2938                                 return err;
2939
2940                 } else if (class == BPF_JMP) {
2941                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2942
2943                         if (opcode == BPF_CALL) {
2944                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2945                                     insn->off != 0 ||
2946                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2947                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2948                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
2949                                         return -EINVAL;
2950                                 }
2951
2952                                 err = check_call(env, insn->imm, insn_idx);
2953                                 if (err)
2954                                         return err;
2955
2956                         } else if (opcode == BPF_JA) {
2957                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2958                                     insn->imm != 0 ||
2959                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2960                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2961                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
2962                                         return -EINVAL;
2963                                 }
2964
2965                                 insn_idx += insn->off + 1;
2966                                 continue;
2967
2968                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
2969                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
2970                                     insn->imm != 0 ||
2971                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
2972                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
2973                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
2974                                         return -EINVAL;
2975                                 }
2976
2977                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
2978                                  * to return the value from eBPF program.
2979                                  * Make sure that it's readable at this time
2980                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
2981                                  * something into it earlier
2982                                  */
2983                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
2984                                 if (err)
2985                                         return err;
2986
2987                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
2988                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
2989                                         return -EACCES;
2990                                 }
2991
2992 process_bpf_exit:
2993                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
2994                                 if (insn_idx < 0) {
2995                                         break;
2996                                 } else {
2997                                         do_print_state = true;
2998                                         continue;
2999                                 }
3000                         } else {
3001                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
3002                                 if (err)
3003                                         return err;
3004                         }
3005                 } else if (class == BPF_LD) {
3006                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
3007
3008                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
3009                                 err = check_ld_abs(env, insn);
3010                                 if (err)
3011                                         return err;
3012
3013                         } else if (mode == BPF_IMM) {
3014                                 err = check_ld_imm(env, insn);
3015                                 if (err)
3016                                         return err;
3017
3018                                 insn_idx++;
3019                         } else {
3020                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
3021                                 return -EINVAL;
3022                         }
3023                         reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
3024                 } else {
3025                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
3026                         return -EINVAL;
3027                 }
3028
3029                 insn_idx++;
3030         }
3031
3032         verbose("processed %d insns\n", insn_processed);
3033         return 0;
3034 }
3035
3036 static int check_map_prog_compatibility(struct bpf_map *map,
3037                                         struct bpf_prog *prog)
3038
3039 {
3040         if (prog->type == BPF_PROG_TYPE_PERF_EVENT &&
3041             (map->map_type == BPF_MAP_TYPE_HASH ||
3042              map->map_type == BPF_MAP_TYPE_PERCPU_HASH) &&
3043             (map->map_flags & BPF_F_NO_PREALLOC)) {
3044                 verbose("perf_event programs can only use preallocated hash map\n");
3045                 return -EINVAL;
3046         }
3047         return 0;
3048 }
3049
3050 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
3051  * replace them with actual map pointers
3052  */
3053 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct bpf_verifier_env *env)
3054 {
3055         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3056         int insn_cnt = env->prog->len;
3057         int i, j, err;
3058
3059         err = bpf_prog_calc_tag(env->prog);
3060         if (err)
3061                 return err;
3062
3063         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3064                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
3065                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
3066                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
3067                         return -EINVAL;
3068                 }
3069
3070                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
3071                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
3072                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
3073                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
3074                         return -EINVAL;
3075                 }
3076
3077                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
3078                         struct bpf_map *map;
3079                         struct fd f;
3080
3081                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
3082                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
3083                             insn[1].off != 0) {
3084                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
3085                                 return -EINVAL;
3086                         }
3087
3088                         if (insn->src_reg == 0)
3089                                 /* valid generic load 64-bit imm */
3090                                 goto next_insn;
3091
3092                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
3093                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
3094                                 return -EINVAL;
3095                         }
3096
3097                         f = fdget(insn->imm);
3098                         map = __bpf_map_get(f);
3099                         if (IS_ERR(map)) {
3100                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
3101                                         insn->imm);
3102                                 return PTR_ERR(map);
3103                         }
3104
3105                         err = check_map_prog_compatibility(map, env->prog);
3106                         if (err) {
3107                                 fdput(f);
3108                                 return err;
3109                         }
3110
3111                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
3112                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
3113                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
3114
3115                         /* check whether we recorded this map already */
3116                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
3117                                 if (env->used_maps[j] == map) {
3118                                         fdput(f);
3119                                         goto next_insn;
3120                                 }
3121
3122                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
3123                                 fdput(f);
3124                                 return -E2BIG;
3125                         }
3126
3127                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
3128                          * the map will be released by release_maps() or it
3129                          * will be used by the valid program until it's unloaded
3130                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
3131                          */
3132                         map = bpf_map_inc(map, false);
3133                         if (IS_ERR(map)) {
3134                                 fdput(f);
3135                                 return PTR_ERR(map);
3136                         }
3137                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
3138
3139                         fdput(f);
3140 next_insn:
3141                         insn++;
3142                         i++;
3143                 }
3144         }
3145
3146         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
3147          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
3148          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
3149          */
3150         return 0;
3151 }
3152
3153 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
3154 static void release_maps(struct bpf_verifier_env *env)
3155 {
3156         int i;
3157
3158         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
3159                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
3160 }
3161
3162 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
3163 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct bpf_verifier_env *env)
3164 {
3165         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3166         int insn_cnt = env->prog->len;
3167         int i;
3168
3169         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
3170                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
3171                         insn->src_reg = 0;
3172 }
3173
3174 /* single env->prog->insni[off] instruction was replaced with the range
3175  * insni[off, off + cnt).  Adjust corresponding insn_aux_data by copying
3176  * [0, off) and [off, end) to new locations, so the patched range stays zero
3177  */
3178 static int adjust_insn_aux_data(struct bpf_verifier_env *env, u32 prog_len,
3179                                 u32 off, u32 cnt)
3180 {
3181         struct bpf_insn_aux_data *new_data, *old_data = env->insn_aux_data;
3182
3183         if (cnt == 1)
3184                 return 0;
3185         new_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) * prog_len);
3186         if (!new_data)
3187                 return -ENOMEM;
3188         memcpy(new_data, old_data, sizeof(struct bpf_insn_aux_data) * off);
3189         memcpy(new_data + off + cnt - 1, old_data + off,
3190                sizeof(struct bpf_insn_aux_data) * (prog_len - off - cnt + 1));
3191         env->insn_aux_data = new_data;
3192         vfree(old_data);
3193         return 0;
3194 }
3195
3196 static struct bpf_prog *bpf_patch_insn_data(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
3197                                             const struct bpf_insn *patch, u32 len)
3198 {
3199         struct bpf_prog *new_prog;
3200
3201         new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, off, patch, len);
3202         if (!new_prog)
3203                 return NULL;
3204         if (adjust_insn_aux_data(env, new_prog->len, off, len))
3205                 return NULL;
3206         return new_prog;
3207 }
3208
3209 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
3210  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
3211  */
3212 static int convert_ctx_accesses(struct bpf_verifier_env *env)
3213 {
3214         const struct bpf_verifier_ops *ops = env->prog->aux->ops;
3215         const int insn_cnt = env->prog->len;
3216         struct bpf_insn insn_buf[16], *insn;
3217         struct bpf_prog *new_prog;
3218         enum bpf_access_type type;
3219         int i, cnt, delta = 0;
3220
3221         if (ops->gen_prologue) {
3222                 cnt = ops->gen_prologue(insn_buf, env->seen_direct_write,
3223                                         env->prog);
3224                 if (cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3225                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3226                         return -EINVAL;
3227                 } else if (cnt) {
3228                         new_prog = bpf_patch_insn_data(env, 0, insn_buf, cnt);
3229                         if (!new_prog)
3230                                 return -ENOMEM;
3231
3232                         env->prog = new_prog;
3233                         delta += cnt - 1;
3234                 }
3235         }
3236
3237         if (!ops->convert_ctx_access)
3238                 return 0;
3239
3240         insn = env->prog->insnsi + delta;
3241
3242         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3243                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B) ||
3244                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H) ||
3245                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3246                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW))
3247                         type = BPF_READ;
3248                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B) ||
3249                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H) ||
3250                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3251                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW))
3252                         type = BPF_WRITE;
3253                 else
3254                         continue;
3255
3256                 if (env->insn_aux_data[i + delta].ptr_type != PTR_TO_CTX)
3257                         continue;
3258
3259                 cnt = ops->convert_ctx_access(type, insn, insn_buf, env->prog);
3260                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3261                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3262                         return -EINVAL;
3263                 }
3264
3265                 new_prog = bpf_patch_insn_data(env, i + delta, insn_buf, cnt);
3266                 if (!new_prog)
3267                         return -ENOMEM;
3268
3269                 delta += cnt - 1;
3270
3271                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
3272                 env->prog = new_prog;
3273                 insn      = new_prog->insnsi + i + delta;
3274         }
3275
3276         return 0;
3277 }
3278
3279 /* fixup insn->imm field of bpf_call instructions
3280  * and inline eligible helpers as explicit sequence of BPF instructions
3281  *
3282  * this function is called after eBPF program passed verification
3283  */
3284 static int fixup_bpf_calls(struct bpf_verifier_env *env)
3285 {
3286         struct bpf_prog *prog = env->prog;
3287         struct bpf_insn *insn = prog->insnsi;
3288         const struct bpf_func_proto *fn;
3289         const int insn_cnt = prog->len;
3290         struct bpf_insn insn_buf[16];
3291         struct bpf_prog *new_prog;
3292         struct bpf_map *map_ptr;
3293         int i, cnt, delta = 0;
3294
3295         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3296                 if (insn->code != (BPF_JMP | BPF_CALL))
3297                         continue;
3298
3299                 if (insn->imm == BPF_FUNC_get_route_realm)
3300                         prog->dst_needed = 1;
3301                 if (insn->imm == BPF_FUNC_get_prandom_u32)
3302                         bpf_user_rnd_init_once();
3303                 if (insn->imm == BPF_FUNC_xdp_adjust_head)
3304                         prog->xdp_adjust_head = 1;
3305                 if (insn->imm == BPF_FUNC_tail_call) {
3306                         /* mark bpf_tail_call as different opcode to avoid
3307                          * conditional branch in the interpeter for every normal
3308                          * call and to prevent accidental JITing by JIT compiler
3309                          * that doesn't support bpf_tail_call yet
3310                          */
3311                         insn->imm = 0;
3312                         insn->code |= BPF_X;
3313                         continue;
3314                 }
3315
3316                 if (ebpf_jit_enabled() && insn->imm == BPF_FUNC_map_lookup_elem) {
3317                         map_ptr = env->insn_aux_data[i + delta].map_ptr;
3318                         if (map_ptr == BPF_MAP_PTR_POISON ||
3319                             !map_ptr->ops->map_gen_lookup)
3320                                 goto patch_call_imm;
3321
3322                         cnt = map_ptr->ops->map_gen_lookup(map_ptr, insn_buf);
3323                         if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3324                                 verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3325                                 return -EINVAL;
3326                         }
3327
3328                         new_prog = bpf_patch_insn_data(env, i + delta, insn_buf,
3329                                                        cnt);
3330                         if (!new_prog)
3331                                 return -ENOMEM;
3332
3333                         delta += cnt - 1;
3334
3335                         /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
3336                         env->prog = prog = new_prog;
3337                         insn      = new_prog->insnsi + i + delta;
3338                         continue;
3339                 }
3340
3341 patch_call_imm:
3342                 fn = prog->aux->ops->get_func_proto(insn->imm);
3343                 /* all functions that have prototype and verifier allowed
3344                  * programs to call them, must be real in-kernel functions
3345                  */
3346                 if (!fn->func) {
3347                         verbose("kernel subsystem misconfigured func %s#%d\n",
3348                                 func_id_name(insn->imm), insn->imm);
3349                         return -EFAULT;
3350                 }
3351                 insn->imm = fn->func - __bpf_call_base;
3352         }
3353
3354         return 0;
3355 }
3356
3357 static void free_states(struct bpf_verifier_env *env)
3358 {
3359         struct bpf_verifier_state_list *sl, *sln;
3360         int i;
3361
3362         if (!env->explored_states)
3363                 return;
3364
3365         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
3366                 sl = env->explored_states[i];
3367
3368                 if (sl)
3369                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
3370                                 sln = sl->next;
3371                                 kfree(sl);
3372                                 sl = sln;
3373                         }
3374         }
3375
3376         kfree(env->explored_states);
3377 }
3378
3379 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
3380 {
3381         char __user *log_ubuf = NULL;
3382         struct bpf_verifier_env *env;
3383         int ret = -EINVAL;
3384
3385         /* 'struct bpf_verifier_env' can be global, but since it's not small,
3386          * allocate/free it every time bpf_check() is called
3387          */
3388         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3389         if (!env)
3390                 return -ENOMEM;
3391
3392         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3393                                      (*prog)->len);
3394         ret = -ENOMEM;
3395         if (!env->insn_aux_data)
3396                 goto err_free_env;
3397         env->prog = *prog;
3398
3399         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3400         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3401
3402         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
3403                 /* user requested verbose verifier output
3404                  * and supplied buffer to store the verification trace
3405                  */
3406                 log_level = attr->log_level;
3407                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
3408                 log_size = attr->log_size;
3409                 log_len = 0;
3410
3411                 ret = -EINVAL;
3412                 /* log_* values have to be sane */
3413                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
3414                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
3415                         goto err_unlock;
3416
3417                 ret = -ENOMEM;
3418                 log_buf = vmalloc(log_size);
3419                 if (!log_buf)
3420                         goto err_unlock;
3421         } else {
3422                 log_level = 0;
3423         }
3424
3425         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
3426         if (ret < 0)
3427                 goto skip_full_check;
3428
3429         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3430                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3431                                        GFP_USER);
3432         ret = -ENOMEM;
3433         if (!env->explored_states)
3434                 goto skip_full_check;
3435
3436         ret = check_cfg(env);
3437         if (ret < 0)
3438                 goto skip_full_check;
3439
3440         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3441
3442         ret = do_check(env);
3443
3444 skip_full_check:
3445         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3446         free_states(env);
3447
3448         if (ret == 0)
3449                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
3450                 ret = convert_ctx_accesses(env);
3451
3452         if (ret == 0)
3453                 ret = fixup_bpf_calls(env);
3454
3455         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
3456                 BUG_ON(log_len >= log_size);
3457                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
3458                 ret = -ENOSPC;
3459                 /* fall through to return what was recorded */
3460         }
3461
3462         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
3463         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
3464                 ret = -EFAULT;
3465                 goto free_log_buf;
3466         }
3467
3468         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
3469                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
3470                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
3471                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
3472                                                           GFP_KERNEL);
3473
3474                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
3475                         ret = -ENOMEM;
3476                         goto free_log_buf;
3477                 }
3478
3479                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
3480                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
3481                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
3482
3483                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
3484                  * bpf_ld_imm64 instructions
3485                  */
3486                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
3487         }
3488
3489 free_log_buf:
3490         if (log_level)
3491                 vfree(log_buf);
3492         if (!env->prog->aux->used_maps)
3493                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
3494                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
3495                  */
3496                 release_maps(env);
3497         *prog = env->prog;
3498 err_unlock:
3499         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3500         vfree(env->insn_aux_data);
3501 err_free_env:
3502         kfree(env);
3503         return ret;
3504 }
3505
3506 int bpf_analyzer(struct bpf_prog *prog, const struct bpf_ext_analyzer_ops *ops,
3507                  void *priv)
3508 {
3509         struct bpf_verifier_env *env;
3510         int ret;
3511
3512         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3513         if (!env)
3514                 return -ENOMEM;
3515
3516         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3517                                      prog->len);
3518         ret = -ENOMEM;
3519         if (!env->insn_aux_data)
3520                 goto err_free_env;
3521         env->prog = prog;
3522         env->analyzer_ops = ops;
3523         env->analyzer_priv = priv;
3524
3525         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3526         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3527
3528         log_level = 0;
3529
3530         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3531                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3532                                        GFP_KERNEL);
3533         ret = -ENOMEM;
3534         if (!env->explored_states)
3535                 goto skip_full_check;
3536
3537         ret = check_cfg(env);
3538         if (ret < 0)
3539                 goto skip_full_check;
3540
3541         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3542
3543         ret = do_check(env);
3544
3545 skip_full_check:
3546         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3547         free_states(env);
3548
3549         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3550         vfree(env->insn_aux_data);
3551 err_free_env:
3552         kfree(env);
3553         return ret;
3554 }
3555 EXPORT_SYMBOL_GPL(bpf_analyzer);