kernel/bpf/verifier.c

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