256274acb1d86e679f04b4e5764fcd23e94a44b7
[linux-block.git] / include / linux / bpf_verifier.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
3  */
4 #ifndef _LINUX_BPF_VERIFIER_H
5 #define _LINUX_BPF_VERIFIER_H 1
6
7 #include <linux/bpf.h> /* for enum bpf_reg_type */
8 #include <linux/btf.h> /* for struct btf and btf_id() */
9 #include <linux/filter.h> /* for MAX_BPF_STACK */
10 #include <linux/tnum.h>
11
12 /* Maximum variable offset umax_value permitted when resolving memory accesses.
13  * In practice this is far bigger than any realistic pointer offset; this limit
14  * ensures that umax_value + (int)off + (int)size cannot overflow a u64.
15  */
16 #define BPF_MAX_VAR_OFF (1 << 29)
17 /* Maximum variable size permitted for ARG_CONST_SIZE[_OR_ZERO].  This ensures
18  * that converting umax_value to int cannot overflow.
19  */
20 #define BPF_MAX_VAR_SIZ (1 << 29)
21 /* size of tmp_str_buf in bpf_verifier.
22  * we need at least 306 bytes to fit full stack mask representation
23  * (in the "-8,-16,...,-512" form)
24  */
25 #define TMP_STR_BUF_LEN 320
26 /* Patch buffer size */
27 #define INSN_BUF_SIZE 32
28
29 /* Liveness marks, used for registers and spilled-regs (in stack slots).
30  * Read marks propagate upwards until they find a write mark; they record that
31  * "one of this state's descendants read this reg" (and therefore the reg is
32  * relevant for states_equal() checks).
33  * Write marks collect downwards and do not propagate; they record that "the
34  * straight-line code that reached this state (from its parent) wrote this reg"
35  * (and therefore that reads propagated from this state or its descendants
36  * should not propagate to its parent).
37  * A state with a write mark can receive read marks; it just won't propagate
38  * them to its parent, since the write mark is a property, not of the state,
39  * but of the link between it and its parent.  See mark_reg_read() and
40  * mark_stack_slot_read() in kernel/bpf/verifier.c.
41  */
42 enum bpf_reg_liveness {
43         REG_LIVE_NONE = 0, /* reg hasn't been read or written this branch */
44         REG_LIVE_READ32 = 0x1, /* reg was read, so we're sensitive to initial value */
45         REG_LIVE_READ64 = 0x2, /* likewise, but full 64-bit content matters */
46         REG_LIVE_READ = REG_LIVE_READ32 | REG_LIVE_READ64,
47         REG_LIVE_WRITTEN = 0x4, /* reg was written first, screening off later reads */
48         REG_LIVE_DONE = 0x8, /* liveness won't be updating this register anymore */
49 };
50
51 #define ITER_PREFIX "bpf_iter_"
52
53 enum bpf_iter_state {
54         BPF_ITER_STATE_INVALID, /* for non-first slot */
55         BPF_ITER_STATE_ACTIVE,
56         BPF_ITER_STATE_DRAINED,
57 };
58
59 struct bpf_reg_state {
60         /* Ordering of fields matters.  See states_equal() */
61         enum bpf_reg_type type;
62         /*
63          * Fixed part of pointer offset, pointer types only.
64          * Or constant delta between "linked" scalars with the same ID.
65          */
66         s32 off;
67         union {
68                 /* valid when type == PTR_TO_PACKET */
69                 int range;
70
71                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
72                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
73                  */
74                 struct {
75                         struct bpf_map *map_ptr;
76                         /* To distinguish map lookups from outer map
77                          * the map_uid is non-zero for registers
78                          * pointing to inner maps.
79                          */
80                         u32 map_uid;
81                 };
82
83                 /* for PTR_TO_BTF_ID */
84                 struct {
85                         struct btf *btf;
86                         u32 btf_id;
87                 };
88
89                 struct { /* for PTR_TO_MEM | PTR_TO_MEM_OR_NULL */
90                         u32 mem_size;
91                         u32 dynptr_id; /* for dynptr slices */
92                 };
93
94                 /* For dynptr stack slots */
95                 struct {
96                         enum bpf_dynptr_type type;
97                         /* A dynptr is 16 bytes so it takes up 2 stack slots.
98                          * We need to track which slot is the first slot
99                          * to protect against cases where the user may try to
100                          * pass in an address starting at the second slot of the
101                          * dynptr.
102                          */
103                         bool first_slot;
104                 } dynptr;
105
106                 /* For bpf_iter stack slots */
107                 struct {
108                         /* BTF container and BTF type ID describing
109                          * struct bpf_iter_<type> of an iterator state
110                          */
111                         struct btf *btf;
112                         u32 btf_id;
113                         /* packing following two fields to fit iter state into 16 bytes */
114                         enum bpf_iter_state state:2;
115                         int depth:30;
116                 } iter;
117
118                 /* For irq stack slots */
119                 struct {
120                         enum {
121                                 IRQ_NATIVE_KFUNC,
122                                 IRQ_LOCK_KFUNC,
123                         } kfunc_class;
124                 } irq;
125
126                 /* Max size from any of the above. */
127                 struct {
128                         unsigned long raw1;
129                         unsigned long raw2;
130                 } raw;
131
132                 u32 subprogno; /* for PTR_TO_FUNC */
133         };
134         /* For scalar types (SCALAR_VALUE), this represents our knowledge of
135          * the actual value.
136          * For pointer types, this represents the variable part of the offset
137          * from the pointed-to object, and is shared with all bpf_reg_states
138          * with the same id as us.
139          */
140         struct tnum var_off;
141         /* Used to determine if any memory access using this register will
142          * result in a bad access.
143          * These refer to the same value as var_off, not necessarily the actual
144          * contents of the register.
145          */
146         s64 smin_value; /* minimum possible (s64)value */
147         s64 smax_value; /* maximum possible (s64)value */
148         u64 umin_value; /* minimum possible (u64)value */
149         u64 umax_value; /* maximum possible (u64)value */
150         s32 s32_min_value; /* minimum possible (s32)value */
151         s32 s32_max_value; /* maximum possible (s32)value */
152         u32 u32_min_value; /* minimum possible (u32)value */
153         u32 u32_max_value; /* maximum possible (u32)value */
154         /* For PTR_TO_PACKET, used to find other pointers with the same variable
155          * offset, so they can share range knowledge.
156          * For PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL this is used to share which map value we
157          * came from, when one is tested for != NULL.
158          * For PTR_TO_MEM_OR_NULL this is used to identify memory allocation
159          * for the purpose of tracking that it's freed.
160          * For PTR_TO_SOCKET this is used to share which pointers retain the
161          * same reference to the socket, to determine proper reference freeing.
162          * For stack slots that are dynptrs, this is used to track references to
163          * the dynptr to determine proper reference freeing.
164          * Similarly to dynptrs, we use ID to track "belonging" of a reference
165          * to a specific instance of bpf_iter.
166          */
167         /*
168          * Upper bit of ID is used to remember relationship between "linked"
169          * registers. Example:
170          * r1 = r2;    both will have r1->id == r2->id == N
171          * r1 += 10;   r1->id == N | BPF_ADD_CONST and r1->off == 10
172          */
173 #define BPF_ADD_CONST (1U << 31)
174         u32 id;
175         /* PTR_TO_SOCKET and PTR_TO_TCP_SOCK could be a ptr returned
176          * from a pointer-cast helper, bpf_sk_fullsock() and
177          * bpf_tcp_sock().
178          *
179          * Consider the following where "sk" is a reference counted
180          * pointer returned from "sk = bpf_sk_lookup_tcp();":
181          *
182          * 1: sk = bpf_sk_lookup_tcp();
183          * 2: if (!sk) { return 0; }
184          * 3: fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);
185          * 4: if (!fullsock) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
186          * 5: tp = bpf_tcp_sock(fullsock);
187          * 6: if (!tp) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
188          * 7: bpf_sk_release(sk);
189          * 8: snd_cwnd = tp->snd_cwnd;  // verifier will complain
190          *
191          * After bpf_sk_release(sk) at line 7, both "fullsock" ptr and
192          * "tp" ptr should be invalidated also.  In order to do that,
193          * the reg holding "fullsock" and "sk" need to remember
194          * the original refcounted ptr id (i.e. sk_reg->id) in ref_obj_id
195          * such that the verifier can reset all regs which have
196          * ref_obj_id matching the sk_reg->id.
197          *
198          * sk_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->id at line 1.
199          * sk_reg->id will stay as NULL-marking purpose only.
200          * After NULL-marking is done, sk_reg->id can be reset to 0.
201          *
202          * After "fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);" at line 3,
203          * fullsock_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->ref_obj_id.
204          *
205          * After "tp = bpf_tcp_sock(fullsock);" at line 5,
206          * tp_reg->ref_obj_id is set to fullsock_reg->ref_obj_id
207          * which is the same as sk_reg->ref_obj_id.
208          *
209          * From the verifier perspective, if sk, fullsock and tp
210          * are not NULL, they are the same ptr with different
211          * reg->type.  In particular, bpf_sk_release(tp) is also
212          * allowed and has the same effect as bpf_sk_release(sk).
213          */
214         u32 ref_obj_id;
215         /* parentage chain for liveness checking */
216         struct bpf_reg_state *parent;
217         /* Inside the callee two registers can be both PTR_TO_STACK like
218          * R1=fp-8 and R2=fp-8, but one of them points to this function stack
219          * while another to the caller's stack. To differentiate them 'frameno'
220          * is used which is an index in bpf_verifier_state->frame[] array
221          * pointing to bpf_func_state.
222          */
223         u32 frameno;
224         /* Tracks subreg definition. The stored value is the insn_idx of the
225          * writing insn. This is safe because subreg_def is used before any insn
226          * patching which only happens after main verification finished.
227          */
228         s32 subreg_def;
229         enum bpf_reg_liveness live;
230         /* if (!precise && SCALAR_VALUE) min/max/tnum don't affect safety */
231         bool precise;
232 };
233
234 enum bpf_stack_slot_type {
235         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
236         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
237         STACK_MISC,       /* BPF program wrote some data into this slot */
238         STACK_ZERO,       /* BPF program wrote constant zero */
239         /* A dynptr is stored in this stack slot. The type of dynptr
240          * is stored in bpf_stack_state->spilled_ptr.dynptr.type
241          */
242         STACK_DYNPTR,
243         STACK_ITER,
244         STACK_IRQ_FLAG,
245 };
246
247 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
248
249 #define BPF_REGMASK_ARGS ((1 << BPF_REG_1) | (1 << BPF_REG_2) | \
250                           (1 << BPF_REG_3) | (1 << BPF_REG_4) | \
251                           (1 << BPF_REG_5))
252
253 #define BPF_DYNPTR_SIZE         sizeof(struct bpf_dynptr_kern)
254 #define BPF_DYNPTR_NR_SLOTS             (BPF_DYNPTR_SIZE / BPF_REG_SIZE)
255
256 struct bpf_stack_state {
257         struct bpf_reg_state spilled_ptr;
258         u8 slot_type[BPF_REG_SIZE];
259 };
260
261 struct bpf_reference_state {
262         /* Each reference object has a type. Ensure REF_TYPE_PTR is zero to
263          * default to pointer reference on zero initialization of a state.
264          */
265         enum ref_state_type {
266                 REF_TYPE_PTR            = (1 << 1),
267                 REF_TYPE_IRQ            = (1 << 2),
268                 REF_TYPE_LOCK           = (1 << 3),
269                 REF_TYPE_RES_LOCK       = (1 << 4),
270                 REF_TYPE_RES_LOCK_IRQ   = (1 << 5),
271                 REF_TYPE_LOCK_MASK      = REF_TYPE_LOCK | REF_TYPE_RES_LOCK | REF_TYPE_RES_LOCK_IRQ,
272         } type;
273         /* Track each reference created with a unique id, even if the same
274          * instruction creates the reference multiple times (eg, via CALL).
275          */
276         int id;
277         /* Instruction where the allocation of this reference occurred. This
278          * is used purely to inform the user of a reference leak.
279          */
280         int insn_idx;
281         /* Use to keep track of the source object of a lock, to ensure
282          * it matches on unlock.
283          */
284         void *ptr;
285 };
286
287 struct bpf_retval_range {
288         s32 minval;
289         s32 maxval;
290 };
291
292 /* state of the program:
293  * type of all registers and stack info
294  */
295 struct bpf_func_state {
296         struct bpf_reg_state regs[MAX_BPF_REG];
297         /* index of call instruction that called into this func */
298         int callsite;
299         /* stack frame number of this function state from pov of
300          * enclosing bpf_verifier_state.
301          * 0 = main function, 1 = first callee.
302          */
303         u32 frameno;
304         /* subprog number == index within subprog_info
305          * zero == main subprog
306          */
307         u32 subprogno;
308         /* Every bpf_timer_start will increment async_entry_cnt.
309          * It's used to distinguish:
310          * void foo(void) { for(;;); }
311          * void foo(void) { bpf_timer_set_callback(,foo); }
312          */
313         u32 async_entry_cnt;
314         struct bpf_retval_range callback_ret_range;
315         bool in_callback_fn;
316         bool in_async_callback_fn;
317         bool in_exception_callback_fn;
318         /* For callback calling functions that limit number of possible
319          * callback executions (e.g. bpf_loop) keeps track of current
320          * simulated iteration number.
321          * Value in frame N refers to number of times callback with frame
322          * N+1 was simulated, e.g. for the following call:
323          *
324          *   bpf_loop(..., fn, ...); | suppose current frame is N
325          *                           | fn would be simulated in frame N+1
326          *                           | number of simulations is tracked in frame N
327          */
328         u32 callback_depth;
329
330         /* The following fields should be last. See copy_func_state() */
331         /* The state of the stack. Each element of the array describes BPF_REG_SIZE
332          * (i.e. 8) bytes worth of stack memory.
333          * stack[0] represents bytes [*(r10-8)..*(r10-1)]
334          * stack[1] represents bytes [*(r10-16)..*(r10-9)]
335          * ...
336          * stack[allocated_stack/8 - 1] represents [*(r10-allocated_stack)..*(r10-allocated_stack+7)]
337          */
338         struct bpf_stack_state *stack;
339         /* Size of the current stack, in bytes. The stack state is tracked below, in
340          * `stack`. allocated_stack is always a multiple of BPF_REG_SIZE.
341          */
342         int allocated_stack;
343 };
344
345 #define MAX_CALL_FRAMES 8
346
347 /* instruction history flags, used in bpf_insn_hist_entry.flags field */
348 enum {
349         /* instruction references stack slot through PTR_TO_STACK register;
350          * we also store stack's frame number in lower 3 bits (MAX_CALL_FRAMES is 8)
351          * and accessed stack slot's index in next 6 bits (MAX_BPF_STACK is 512,
352          * 8 bytes per slot, so slot index (spi) is [0, 63])
353          */
354         INSN_F_FRAMENO_MASK = 0x7, /* 3 bits */
355
356         INSN_F_SPI_MASK = 0x3f, /* 6 bits */
357         INSN_F_SPI_SHIFT = 3, /* shifted 3 bits to the left */
358
359         INSN_F_STACK_ACCESS = BIT(9),
360
361         INSN_F_DST_REG_STACK = BIT(10), /* dst_reg is PTR_TO_STACK */
362         INSN_F_SRC_REG_STACK = BIT(11), /* src_reg is PTR_TO_STACK */
363         /* total 12 bits are used now. */
364 };
365
366 static_assert(INSN_F_FRAMENO_MASK + 1 >= MAX_CALL_FRAMES);
367 static_assert(INSN_F_SPI_MASK + 1 >= MAX_BPF_STACK / 8);
368
369 struct bpf_insn_hist_entry {
370         u32 idx;
371         /* insn idx can't be bigger than 1 million */
372         u32 prev_idx : 20;
373         /* special INSN_F_xxx flags */
374         u32 flags : 12;
375         /* additional registers that need precision tracking when this
376          * jump is backtracked, vector of six 10-bit records
377          */
378         u64 linked_regs;
379 };
380
381 /* Maximum number of register states that can exist at once */
382 #define BPF_ID_MAP_SIZE ((MAX_BPF_REG + MAX_BPF_STACK / BPF_REG_SIZE) * MAX_CALL_FRAMES)
383 struct bpf_verifier_state {
384         /* call stack tracking */
385         struct bpf_func_state *frame[MAX_CALL_FRAMES];
386         struct bpf_verifier_state *parent;
387         /* Acquired reference states */
388         struct bpf_reference_state *refs;
389         /*
390          * 'branches' field is the number of branches left to explore:
391          * 0 - all possible paths from this state reached bpf_exit or
392          * were safely pruned
393          * 1 - at least one path is being explored.
394          * This state hasn't reached bpf_exit
395          * 2 - at least two paths are being explored.
396          * This state is an immediate parent of two children.
397          * One is fallthrough branch with branches==1 and another
398          * state is pushed into stack (to be explored later) also with
399          * branches==1. The parent of this state has branches==1.
400          * The verifier state tree connected via 'parent' pointer looks like:
401          * 1
402          * 1
403          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
404          * 1
405          * 2 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
406          * 1
407          * 1
408          * 1 bpf_exit.
409          *
410          * Once do_check() reaches bpf_exit, it calls update_branch_counts()
411          * and the verifier state tree will look:
412          * 1
413          * 1
414          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
415          * 1
416          * 1 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
417          * 0
418          * 0
419          * 0 bpf_exit.
420          * After pop_stack() the do_check() will resume at second 'if'.
421          *
422          * If is_state_visited() sees a state with branches > 0 it means
423          * there is a loop. If such state is exactly equal to the current state
424          * it's an infinite loop. Note states_equal() checks for states
425          * equivalency, so two states being 'states_equal' does not mean
426          * infinite loop. The exact comparison is provided by
427          * states_maybe_looping() function. It's a stronger pre-check and
428          * much faster than states_equal().
429          *
430          * This algorithm may not find all possible infinite loops or
431          * loop iteration count may be too high.
432          * In such cases BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS limit kicks in.
433          */
434         u32 branches;
435         u32 insn_idx;
436         u32 curframe;
437
438         u32 acquired_refs;
439         u32 active_locks;
440         u32 active_preempt_locks;
441         u32 active_irq_id;
442         u32 active_lock_id;
443         void *active_lock_ptr;
444         bool active_rcu_lock;
445
446         bool speculative;
447         bool in_sleepable;
448
449         /* first and last insn idx of this verifier state */
450         u32 first_insn_idx;
451         u32 last_insn_idx;
452         /* If this state is a part of states loop this field points to some
453          * parent of this state such that:
454          * - it is also a member of the same states loop;
455          * - DFS states traversal starting from initial state visits loop_entry
456          *   state before this state.
457          * Used to compute topmost loop entry for state loops.
458          * State loops might appear because of open coded iterators logic.
459          * See get_loop_entry() for more information.
460          */
461         struct bpf_verifier_state *loop_entry;
462         /* Sub-range of env->insn_hist[] corresponding to this state's
463          * instruction history.
464          * Backtracking is using it to go from last to first.
465          * For most states instruction history is short, 0-3 instructions.
466          * For loops can go up to ~40.
467          */
468         u32 insn_hist_start;
469         u32 insn_hist_end;
470         u32 dfs_depth;
471         u32 callback_unroll_depth;
472         u32 may_goto_depth;
473         /* If this state was ever pointed-to by other state's loop_entry field
474          * this flag would be set to true. Used to avoid freeing such states
475          * while they are still in use.
476          */
477         u32 used_as_loop_entry;
478 };
479
480 #define bpf_get_spilled_reg(slot, frame, mask)                          \
481         (((slot < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE) &&             \
482           ((1 << frame->stack[slot].slot_type[BPF_REG_SIZE - 1]) & (mask))) \
483          ? &frame->stack[slot].spilled_ptr : NULL)
484
485 /* Iterate over 'frame', setting 'reg' to either NULL or a spilled register. */
486 #define bpf_for_each_spilled_reg(iter, frame, reg, mask)                        \
487         for (iter = 0, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame, mask);            \
488              iter < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE;              \
489              iter++, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame, mask))
490
491 #define bpf_for_each_reg_in_vstate_mask(__vst, __state, __reg, __mask, __expr)   \
492         ({                                                               \
493                 struct bpf_verifier_state *___vstate = __vst;            \
494                 int ___i, ___j;                                          \
495                 for (___i = 0; ___i <= ___vstate->curframe; ___i++) {    \
496                         struct bpf_reg_state *___regs;                   \
497                         __state = ___vstate->frame[___i];                \
498                         ___regs = __state->regs;                         \
499                         for (___j = 0; ___j < MAX_BPF_REG; ___j++) {     \
500                                 __reg = &___regs[___j];                  \
501                                 (void)(__expr);                          \
502                         }                                                \
503                         bpf_for_each_spilled_reg(___j, __state, __reg, __mask) { \
504                                 if (!__reg)                              \
505                                         continue;                        \
506                                 (void)(__expr);                          \
507                         }                                                \
508                 }                                                        \
509         })
510
511 /* Invoke __expr over regsiters in __vst, setting __state and __reg */
512 #define bpf_for_each_reg_in_vstate(__vst, __state, __reg, __expr) \
513         bpf_for_each_reg_in_vstate_mask(__vst, __state, __reg, 1 << STACK_SPILL, __expr)
514
515 /* linked list of verifier states used to prune search */
516 struct bpf_verifier_state_list {
517         struct bpf_verifier_state state;
518         struct list_head node;
519         u32 miss_cnt;
520         u32 hit_cnt:31;
521         u32 in_free_list:1;
522 };
523
524 struct bpf_loop_inline_state {
525         unsigned int initialized:1; /* set to true upon first entry */
526         unsigned int fit_for_inline:1; /* true if callback function is the same
527                                         * at each call and flags are always zero
528                                         */
529         u32 callback_subprogno; /* valid when fit_for_inline is true */
530 };
531
532 /* pointer and state for maps */
533 struct bpf_map_ptr_state {
534         struct bpf_map *map_ptr;
535         bool poison;
536         bool unpriv;
537 };
538
539 /* Possible states for alu_state member. */
540 #define BPF_ALU_SANITIZE_SRC            (1U << 0)
541 #define BPF_ALU_SANITIZE_DST            (1U << 1)
542 #define BPF_ALU_NEG_VALUE               (1U << 2)
543 #define BPF_ALU_NON_POINTER             (1U << 3)
544 #define BPF_ALU_IMMEDIATE               (1U << 4)
545 #define BPF_ALU_SANITIZE                (BPF_ALU_SANITIZE_SRC | \
546                                          BPF_ALU_SANITIZE_DST)
547
548 struct bpf_insn_aux_data {
549         union {
550                 enum bpf_reg_type ptr_type;     /* pointer type for load/store insns */
551                 struct bpf_map_ptr_state map_ptr_state;
552                 s32 call_imm;                   /* saved imm field of call insn */
553                 u32 alu_limit;                  /* limit for add/sub register with pointer */
554                 struct {
555                         u32 map_index;          /* index into used_maps[] */
556                         u32 map_off;            /* offset from value base address */
557                 };
558                 struct {
559                         enum bpf_reg_type reg_type;     /* type of pseudo_btf_id */
560                         union {
561                                 struct {
562                                         struct btf *btf;
563                                         u32 btf_id;     /* btf_id for struct typed var */
564                                 };
565                                 u32 mem_size;   /* mem_size for non-struct typed var */
566                         };
567                 } btf_var;
568                 /* if instruction is a call to bpf_loop this field tracks
569                  * the state of the relevant registers to make decision about inlining
570                  */
571                 struct bpf_loop_inline_state loop_inline_state;
572         };
573         union {
574                 /* remember the size of type passed to bpf_obj_new to rewrite R1 */
575                 u64 obj_new_size;
576                 /* remember the offset of node field within type to rewrite */
577                 u64 insert_off;
578         };
579         struct btf_struct_meta *kptr_struct_meta;
580         u64 map_key_state; /* constant (32 bit) key tracking for maps */
581         int ctx_field_size; /* the ctx field size for load insn, maybe 0 */
582         u32 seen; /* this insn was processed by the verifier at env->pass_cnt */
583         bool sanitize_stack_spill; /* subject to Spectre v4 sanitation */
584         bool zext_dst; /* this insn zero extends dst reg */
585         bool needs_zext; /* alu op needs to clear upper bits */
586         bool storage_get_func_atomic; /* bpf_*_storage_get() with atomic memory alloc */
587         bool is_iter_next; /* bpf_iter_<type>_next() kfunc call */
588         bool call_with_percpu_alloc_ptr; /* {this,per}_cpu_ptr() with prog percpu alloc */
589         u8 alu_state; /* used in combination with alu_limit */
590         /* true if STX or LDX instruction is a part of a spill/fill
591          * pattern for a bpf_fastcall call.
592          */
593         u8 fastcall_pattern:1;
594         /* for CALL instructions, a number of spill/fill pairs in the
595          * bpf_fastcall pattern.
596          */
597         u8 fastcall_spills_num:3;
598         u8 arg_prog:4;
599
600         /* below fields are initialized once */
601         unsigned int orig_idx; /* original instruction index */
602         bool jmp_point;
603         bool prune_point;
604         /* ensure we check state equivalence and save state checkpoint and
605          * this instruction, regardless of any heuristics
606          */
607         bool force_checkpoint;
608         /* true if instruction is a call to a helper function that
609          * accepts callback function as a parameter.
610          */
611         bool calls_callback;
612         /* registers alive before this instruction. */
613         u16 live_regs_before;
614 };
615
616 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
617 #define MAX_USED_BTFS 64 /* max number of BTFs accessed by one BPF program */
618
619 #define BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE       1024
620
621 struct bpf_verifier_log {
622         /* Logical start and end positions of a "log window" of the verifier log.
623          * start_pos == 0 means we haven't truncated anything.
624          * Once truncation starts to happen, start_pos + len_total == end_pos,
625          * except during log reset situations, in which (end_pos - start_pos)
626          * might get smaller than len_total (see bpf_vlog_reset()).
627          * Generally, (end_pos - start_pos) gives number of useful data in
628          * user log buffer.
629          */
630         u64 start_pos;
631         u64 end_pos;
632         char __user *ubuf;
633         u32 level;
634         u32 len_total;
635         u32 len_max;
636         char kbuf[BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE];
637 };
638
639 #define BPF_LOG_LEVEL1  1
640 #define BPF_LOG_LEVEL2  2
641 #define BPF_LOG_STATS   4
642 #define BPF_LOG_FIXED   8
643 #define BPF_LOG_LEVEL   (BPF_LOG_LEVEL1 | BPF_LOG_LEVEL2)
644 #define BPF_LOG_MASK    (BPF_LOG_LEVEL | BPF_LOG_STATS | BPF_LOG_FIXED)
645 #define BPF_LOG_KERNEL  (BPF_LOG_MASK + 1) /* kernel internal flag */
646 #define BPF_LOG_MIN_ALIGNMENT 8U
647 #define BPF_LOG_ALIGNMENT 40U
648
649 static inline bool bpf_verifier_log_needed(const struct bpf_verifier_log *log)
650 {
651         return log && log->level;
652 }
653
654 #define BPF_MAX_SUBPROGS 256
655
656 struct bpf_subprog_arg_info {
657         enum bpf_arg_type arg_type;
658         union {
659                 u32 mem_size;
660                 u32 btf_id;
661         };
662 };
663
664 enum priv_stack_mode {
665         PRIV_STACK_UNKNOWN,
666         NO_PRIV_STACK,
667         PRIV_STACK_ADAPTIVE,
668 };
669
670 struct bpf_subprog_info {
671         /* 'start' has to be the first field otherwise find_subprog() won't work */
672         u32 start; /* insn idx of function entry point */
673         u32 linfo_idx; /* The idx to the main_prog->aux->linfo */
674         u16 stack_depth; /* max. stack depth used by this function */
675         u16 stack_extra;
676         /* offsets in range [stack_depth .. fastcall_stack_off)
677          * are used for bpf_fastcall spills and fills.
678          */
679         s16 fastcall_stack_off;
680         bool has_tail_call: 1;
681         bool tail_call_reachable: 1;
682         bool has_ld_abs: 1;
683         bool is_cb: 1;
684         bool is_async_cb: 1;
685         bool is_exception_cb: 1;
686         bool args_cached: 1;
687         /* true if bpf_fastcall stack region is used by functions that can't be inlined */
688         bool keep_fastcall_stack: 1;
689         bool changes_pkt_data: 1;
690         bool might_sleep: 1;
691
692         enum priv_stack_mode priv_stack_mode;
693         u8 arg_cnt;
694         struct bpf_subprog_arg_info args[MAX_BPF_FUNC_REG_ARGS];
695 };
696
697 struct bpf_verifier_env;
698
699 struct backtrack_state {
700         struct bpf_verifier_env *env;
701         u32 frame;
702         u32 reg_masks[MAX_CALL_FRAMES];
703         u64 stack_masks[MAX_CALL_FRAMES];
704 };
705
706 struct bpf_id_pair {
707         u32 old;
708         u32 cur;
709 };
710
711 struct bpf_idmap {
712         u32 tmp_id_gen;
713         struct bpf_id_pair map[BPF_ID_MAP_SIZE];
714 };
715
716 struct bpf_idset {
717         u32 count;
718         u32 ids[BPF_ID_MAP_SIZE];
719 };
720
721 /* single container for all structs
722  * one verifier_env per bpf_check() call
723  */
724 struct bpf_verifier_env {
725         u32 insn_idx;
726         u32 prev_insn_idx;
727         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
728         const struct bpf_verifier_ops *ops;
729         struct module *attach_btf_mod;  /* The owner module of prog->aux->attach_btf */
730         struct bpf_verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
731         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
732         bool strict_alignment;          /* perform strict pointer alignment checks */
733         bool test_state_freq;           /* test verifier with different pruning frequency */
734         bool test_reg_invariants;       /* fail verification on register invariants violations */
735         struct bpf_verifier_state *cur_state; /* current verifier state */
736         /* Search pruning optimization, array of list_heads for
737          * lists of struct bpf_verifier_state_list.
738          */
739         struct list_head *explored_states;
740         struct list_head free_list;     /* list of struct bpf_verifier_state_list */
741         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
742         struct btf_mod_pair used_btfs[MAX_USED_BTFS]; /* array of BTF's used by BPF program */
743         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
744         u32 used_btf_cnt;               /* number of used BTF objects */
745         u32 id_gen;                     /* used to generate unique reg IDs */
746         u32 hidden_subprog_cnt;         /* number of hidden subprogs */
747         int exception_callback_subprog;
748         bool explore_alu_limits;
749         bool allow_ptr_leaks;
750         /* Allow access to uninitialized stack memory. Writes with fixed offset are
751          * always allowed, so this refers to reads (with fixed or variable offset),
752          * to writes with variable offset and to indirect (helper) accesses.
753          */
754         bool allow_uninit_stack;
755         bool bpf_capable;
756         bool bypass_spec_v1;
757         bool bypass_spec_v4;
758         bool seen_direct_write;
759         bool seen_exception;
760         struct bpf_insn_aux_data *insn_aux_data; /* array of per-insn state */
761         const struct bpf_line_info *prev_linfo;
762         struct bpf_verifier_log log;
763         struct bpf_subprog_info subprog_info[BPF_MAX_SUBPROGS + 2]; /* max + 2 for the fake and exception subprogs */
764         union {
765                 struct bpf_idmap idmap_scratch;
766                 struct bpf_idset idset_scratch;
767         };
768         struct {
769                 int *insn_state;
770                 int *insn_stack;
771                 /* vector of instruction indexes sorted in post-order */
772                 int *insn_postorder;
773                 int cur_stack;
774                 /* current position in the insn_postorder vector */
775                 int cur_postorder;
776         } cfg;
777         struct backtrack_state bt;
778         struct bpf_insn_hist_entry *insn_hist;
779         struct bpf_insn_hist_entry *cur_hist_ent;
780         u32 insn_hist_cap;
781         u32 pass_cnt; /* number of times do_check() was called */
782         u32 subprog_cnt;
783         /* number of instructions analyzed by the verifier */
784         u32 prev_insn_processed, insn_processed;
785         /* number of jmps, calls, exits analyzed so far */
786         u32 prev_jmps_processed, jmps_processed;
787         /* total verification time */
788         u64 verification_time;
789         /* maximum number of verifier states kept in 'branching' instructions */
790         u32 max_states_per_insn;
791         /* total number of allocated verifier states */
792         u32 total_states;
793         /* some states are freed during program analysis.
794          * this is peak number of states. this number dominates kernel
795          * memory consumption during verification
796          */
797         u32 peak_states;
798         /* longest register parentage chain walked for liveness marking */
799         u32 longest_mark_read_walk;
800         u32 free_list_size;
801         u32 explored_states_size;
802         bpfptr_t fd_array;
803
804         /* bit mask to keep track of whether a register has been accessed
805          * since the last time the function state was printed
806          */
807         u32 scratched_regs;
808         /* Same as scratched_regs but for stack slots */
809         u64 scratched_stack_slots;
810         u64 prev_log_pos, prev_insn_print_pos;
811         /* buffer used to temporary hold constants as scalar registers */
812         struct bpf_reg_state fake_reg[2];
813         /* buffer used to generate temporary string representations,
814          * e.g., in reg_type_str() to generate reg_type string
815          */
816         char tmp_str_buf[TMP_STR_BUF_LEN];
817         struct bpf_insn insn_buf[INSN_BUF_SIZE];
818         struct bpf_insn epilogue_buf[INSN_BUF_SIZE];
819 };
820
821 static inline struct bpf_func_info_aux *subprog_aux(struct bpf_verifier_env *env, int subprog)
822 {
823         return &env->prog->aux->func_info_aux[subprog];
824 }
825
826 static inline struct bpf_subprog_info *subprog_info(struct bpf_verifier_env *env, int subprog)
827 {
828         return &env->subprog_info[subprog];
829 }
830
831 __printf(2, 0) void bpf_verifier_vlog(struct bpf_verifier_log *log,
832                                       const char *fmt, va_list args);
833 __printf(2, 3) void bpf_verifier_log_write(struct bpf_verifier_env *env,
834                                            const char *fmt, ...);
835 __printf(2, 3) void bpf_log(struct bpf_verifier_log *log,
836                             const char *fmt, ...);
837 int bpf_vlog_init(struct bpf_verifier_log *log, u32 log_level,
838                   char __user *log_buf, u32 log_size);
839 void bpf_vlog_reset(struct bpf_verifier_log *log, u64 new_pos);
840 int bpf_vlog_finalize(struct bpf_verifier_log *log, u32 *log_size_actual);
841
842 __printf(3, 4) void verbose_linfo(struct bpf_verifier_env *env,
843                                   u32 insn_off,
844                                   const char *prefix_fmt, ...);
845
846 #define verifier_bug_if(cond, env, fmt, args...)                                                \
847         ({                                                                                      \
848                 bool __cond = (cond);                                                           \
849                 if (unlikely(__cond)) {                                                         \
850                         BPF_WARN_ONCE(1, "verifier bug: " fmt "(" #cond ")\n", ##args);         \
851                         bpf_log(&env->log, "verifier bug: " fmt "(" #cond ")\n", ##args);       \
852                 }                                                                               \
853                 (__cond);                                                                       \
854         })
855 #define verifier_bug(env, fmt, args...) verifier_bug_if(1, env, fmt, ##args)
856
857 static inline struct bpf_func_state *cur_func(struct bpf_verifier_env *env)
858 {
859         struct bpf_verifier_state *cur = env->cur_state;
860
861         return cur->frame[cur->curframe];
862 }
863
864 static inline struct bpf_reg_state *cur_regs(struct bpf_verifier_env *env)
865 {
866         return cur_func(env)->regs;
867 }
868
869 int bpf_prog_offload_verifier_prep(struct bpf_prog *prog);
870 int bpf_prog_offload_verify_insn(struct bpf_verifier_env *env,
871                                  int insn_idx, int prev_insn_idx);
872 int bpf_prog_offload_finalize(struct bpf_verifier_env *env);
873 void
874 bpf_prog_offload_replace_insn(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
875                               struct bpf_insn *insn);
876 void
877 bpf_prog_offload_remove_insns(struct bpf_verifier_env *env, u32 off, u32 cnt);
878
879 /* this lives here instead of in bpf.h because it needs to dereference tgt_prog */
880 static inline u64 bpf_trampoline_compute_key(const struct bpf_prog *tgt_prog,
881                                              struct btf *btf, u32 btf_id)
882 {
883         if (tgt_prog)
884                 return ((u64)tgt_prog->aux->id << 32) | btf_id;
885         else
886                 return ((u64)btf_obj_id(btf) << 32) | 0x80000000 | btf_id;
887 }
888
889 /* unpack the IDs from the key as constructed above */
890 static inline void bpf_trampoline_unpack_key(u64 key, u32 *obj_id, u32 *btf_id)
891 {
892         if (obj_id)
893                 *obj_id = key >> 32;
894         if (btf_id)
895                 *btf_id = key & 0x7FFFFFFF;
896 }
897
898 int bpf_check_attach_target(struct bpf_verifier_log *log,
899                             const struct bpf_prog *prog,
900                             const struct bpf_prog *tgt_prog,
901                             u32 btf_id,
902                             struct bpf_attach_target_info *tgt_info);
903 void bpf_free_kfunc_btf_tab(struct bpf_kfunc_btf_tab *tab);
904
905 int mark_chain_precision(struct bpf_verifier_env *env, int regno);
906
907 #define BPF_BASE_TYPE_MASK      GENMASK(BPF_BASE_TYPE_BITS - 1, 0)
908
909 /* extract base type from bpf_{arg, return, reg}_type. */
910 static inline u32 base_type(u32 type)
911 {
912         return type & BPF_BASE_TYPE_MASK;
913 }
914
915 /* extract flags from an extended type. See bpf_type_flag in bpf.h. */
916 static inline u32 type_flag(u32 type)
917 {
918         return type & ~BPF_BASE_TYPE_MASK;
919 }
920
921 /* only use after check_attach_btf_id() */
922 static inline enum bpf_prog_type resolve_prog_type(const struct bpf_prog *prog)
923 {
924         return (prog->type == BPF_PROG_TYPE_EXT && prog->aux->saved_dst_prog_type) ?
925                 prog->aux->saved_dst_prog_type : prog->type;
926 }
927
928 static inline bool bpf_prog_check_recur(const struct bpf_prog *prog)
929 {
930         switch (resolve_prog_type(prog)) {
931         case BPF_PROG_TYPE_TRACING:
932                 return prog->expected_attach_type != BPF_TRACE_ITER;
933         case BPF_PROG_TYPE_STRUCT_OPS:
934                 return prog->aux->jits_use_priv_stack;
935         case BPF_PROG_TYPE_LSM:
936                 return false;
937         default:
938                 return true;
939         }
940 }
941
942 #define BPF_REG_TRUSTED_MODIFIERS (MEM_ALLOC | PTR_TRUSTED | NON_OWN_REF)
943
944 static inline bool bpf_type_has_unsafe_modifiers(u32 type)
945 {
946         return type_flag(type) & ~BPF_REG_TRUSTED_MODIFIERS;
947 }
948
949 static inline bool type_is_ptr_alloc_obj(u32 type)
950 {
951         return base_type(type) == PTR_TO_BTF_ID && type_flag(type) & MEM_ALLOC;
952 }
953
954 static inline bool type_is_non_owning_ref(u32 type)
955 {
956         return type_is_ptr_alloc_obj(type) && type_flag(type) & NON_OWN_REF;
957 }
958
959 static inline bool type_is_pkt_pointer(enum bpf_reg_type type)
960 {
961         type = base_type(type);
962         return type == PTR_TO_PACKET ||
963                type == PTR_TO_PACKET_META;
964 }
965
966 static inline bool type_is_sk_pointer(enum bpf_reg_type type)
967 {
968         return type == PTR_TO_SOCKET ||
969                 type == PTR_TO_SOCK_COMMON ||
970                 type == PTR_TO_TCP_SOCK ||
971                 type == PTR_TO_XDP_SOCK;
972 }
973
974 static inline bool type_may_be_null(u32 type)
975 {
976         return type & PTR_MAYBE_NULL;
977 }
978
979 static inline void mark_reg_scratched(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno)
980 {
981         env->scratched_regs |= 1U << regno;
982 }
983
984 static inline void mark_stack_slot_scratched(struct bpf_verifier_env *env, u32 spi)
985 {
986         env->scratched_stack_slots |= 1ULL << spi;
987 }
988
989 static inline bool reg_scratched(const struct bpf_verifier_env *env, u32 regno)
990 {
991         return (env->scratched_regs >> regno) & 1;
992 }
993
994 static inline bool stack_slot_scratched(const struct bpf_verifier_env *env, u64 regno)
995 {
996         return (env->scratched_stack_slots >> regno) & 1;
997 }
998
999 static inline bool verifier_state_scratched(const struct bpf_verifier_env *env)
1000 {
1001         return env->scratched_regs || env->scratched_stack_slots;
1002 }
1003
1004 static inline void mark_verifier_state_clean(struct bpf_verifier_env *env)
1005 {
1006         env->scratched_regs = 0U;
1007         env->scratched_stack_slots = 0ULL;
1008 }
1009
1010 /* Used for printing the entire verifier state. */
1011 static inline void mark_verifier_state_scratched(struct bpf_verifier_env *env)
1012 {
1013         env->scratched_regs = ~0U;
1014         env->scratched_stack_slots = ~0ULL;
1015 }
1016
1017 static inline bool bpf_stack_narrow_access_ok(int off, int fill_size, int spill_size)
1018 {
1019 #ifdef __BIG_ENDIAN
1020         off -= spill_size - fill_size;
1021 #endif
1022
1023         return !(off % BPF_REG_SIZE);
1024 }
1025
1026 const char *reg_type_str(struct bpf_verifier_env *env, enum bpf_reg_type type);
1027 const char *dynptr_type_str(enum bpf_dynptr_type type);
1028 const char *iter_type_str(const struct btf *btf, u32 btf_id);
1029 const char *iter_state_str(enum bpf_iter_state state);
1030
1031 void print_verifier_state(struct bpf_verifier_env *env, const struct bpf_verifier_state *vstate,
1032                           u32 frameno, bool print_all);
1033 void print_insn_state(struct bpf_verifier_env *env, const struct bpf_verifier_state *vstate,
1034                       u32 frameno);
1035
1036 #endif /* _LINUX_BPF_VERIFIER_H */