kernel/bpf/verifier.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
   2  *
   3  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   4  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
   5  * License as published by the Free Software Foundation.
   6  *
   7  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   8  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   9  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  10  * General Public License for more details.
  11  */
  12 #include <linux/kernel.h>
  13 #include <linux/types.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/bpf.h>
  16 #include <linux/filter.h>
  17 #include <net/netlink.h>
  18 #include <linux/file.h>
  19 #include <linux/vmalloc.h>
  20
  21 /* bpf_check() is a static code analyzer that walks eBPF program
  22  * instruction by instruction and updates register/stack state.
  23  * All paths of conditional branches are analyzed until 'bpf_exit' insn.
  24  *
  25  * The first pass is depth-first-search to check that the program is a DAG.
  26  * It rejects the following programs:
  27  * - larger than BPF_MAXINSNS insns
  28  * - if loop is present (detected via back-edge)
  29  * - unreachable insns exist (shouldn't be a forest. program = one function)
  30  * - out of bounds or malformed jumps
  31  * The second pass is all possible path descent from the 1st insn.
  32  * Since it's analyzing all pathes through the program, the length of the
  33  * analysis is limited to 32k insn, which may be hit even if total number of
  34  * insn is less then 4K, but there are too many branches that change stack/regs.
  35  * Number of 'branches to be analyzed' is limited to 1k
  36  *
  37  * On entry to each instruction, each register has a type, and the instruction
  38  * changes the types of the registers depending on instruction semantics.
  39  * If instruction is BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_5), then type of R5 is
  40  * copied to R1.
  41  *
  42  * All registers are 64-bit.
  43  * R0 - return register
  44  * R1-R5 argument passing registers
  45  * R6-R9 callee saved registers
  46  * R10 - frame pointer read-only
  47  *
  48  * At the start of BPF program the register R1 contains a pointer to bpf_context
  49  * and has type PTR_TO_CTX.
  50  *
  51  * Verifier tracks arithmetic operations on pointers in case:
  52  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),
  53  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -20),
  54  * 1st insn copies R10 (which has FRAME_PTR) type into R1
  55  * and 2nd arithmetic instruction is pattern matched to recognize
  56  * that it wants to construct a pointer to some element within stack.
  57  * So after 2nd insn, the register R1 has type PTR_TO_STACK
  58  * (and -20 constant is saved for further stack bounds checking).
  59  * Meaning that this reg is a pointer to stack plus known immediate constant.
  60  *
  61  * Most of the time the registers have UNKNOWN_VALUE type, which
  62  * means the register has some value, but it's not a valid pointer.
  63  * (like pointer plus pointer becomes UNKNOWN_VALUE type)
  64  *
  65  * When verifier sees load or store instructions the type of base register
  66  * can be: PTR_TO_MAP_VALUE, PTR_TO_CTX, FRAME_PTR. These are three pointer
  67  * types recognized by check_mem_access() function.
  68  *
  69  * PTR_TO_MAP_VALUE means that this register is pointing to 'map element value'
  70  * and the range of [ptr, ptr + map's value_size) is accessible.
  71  *
  72  * registers used to pass values to function calls are checked against
  73  * function argument constraints.
  74  *
  75  * ARG_PTR_TO_MAP_KEY is one of such argument constraints.
  76  * It means that the register type passed to this function must be
  77  * PTR_TO_STACK and it will be used inside the function as
  78  * 'pointer to map element key'
  79  *
  80  * For example the argument constraints for bpf_map_lookup_elem():
  81  *   .ret_type = RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,
  82  *   .arg1_type = ARG_CONST_MAP_PTR,
  83  *   .arg2_type = ARG_PTR_TO_MAP_KEY,
  84  *
  85  * ret_type says that this function returns 'pointer to map elem value or null'
  86  * function expects 1st argument to be a const pointer to 'struct bpf_map' and
  87  * 2nd argument should be a pointer to stack, which will be used inside
  88  * the helper function as a pointer to map element key.
  89  *
  90  * On the kernel side the helper function looks like:
  91  * u64 bpf_map_lookup_elem(u64 r1, u64 r2, u64 r3, u64 r4, u64 r5)
  92  * {
  93  *    struct bpf_map *map = (struct bpf_map *) (unsigned long) r1;
  94  *    void *key = (void *) (unsigned long) r2;
  95  *    void *value;
  96  *
  97  *    here kernel can access 'key' and 'map' pointers safely, knowing that
  98  *    [key, key + map->key_size) bytes are valid and were initialized on
  99  *    the stack of eBPF program.
 100  * }
 101  *
 102  * Corresponding eBPF program may look like:
 103  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),  // after this insn R2 type is FRAME_PTR
 104  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), // after this insn R2 type is PTR_TO_STACK
 105  *    BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),      // after this insn R1 type is CONST_PTR_TO_MAP
 106  *    BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
 107  * here verifier looks at prototype of map_lookup_elem() and sees:
 108  * .arg1_type == ARG_CONST_MAP_PTR and R1->type == CONST_PTR_TO_MAP, which is ok,
 109  * Now verifier knows that this map has key of R1->map_ptr->key_size bytes
 110  *
 111  * Then .arg2_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY and R2->type == PTR_TO_STACK, ok so far,
 112  * Now verifier checks that [R2, R2 + map's key_size) are within stack limits
 113  * and were initialized prior to this call.
 114  * If it's ok, then verifier allows this BPF_CALL insn and looks at
 115  * .ret_type which is RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, so it sets
 116  * R0->type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL which means bpf_map_lookup_elem() function
 117  * returns ether pointer to map value or NULL.
 118  *
 119  * When type PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL passes through 'if (reg != 0) goto +off'
 120  * insn, the register holding that pointer in the true branch changes state to
 121  * PTR_TO_MAP_VALUE and the same register changes state to CONST_IMM in the false
 122  * branch. See check_cond_jmp_op().
 123  *
 124  * After the call R0 is set to return type of the function and registers R1-R5
 125  * are set to NOT_INIT to indicate that they are no longer readable.
 126  */
 127
 128 /* types of values stored in eBPF registers */
 129 enum bpf_reg_type {
 130         NOT_INIT = 0,            /* nothing was written into register */
 131         UNKNOWN_VALUE,           /* reg doesn't contain a valid pointer */
 132         PTR_TO_CTX,              /* reg points to bpf_context */
 133         CONST_PTR_TO_MAP,        /* reg points to struct bpf_map */
 134         PTR_TO_MAP_VALUE,        /* reg points to map element value */
 135         PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,/* points to map elem value or NULL */
 136         FRAME_PTR,               /* reg == frame_pointer */
 137         PTR_TO_STACK,            /* reg == frame_pointer + imm */
 138         CONST_IMM,               /* constant integer value */
 139 };
 140
 141 struct reg_state {
 142         enum bpf_reg_type type;
 143         union {
 144                 /* valid when type == CONST_IMM | PTR_TO_STACK */
 145                 int imm;
 146
 147                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
 148                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
 149                  */
 150                 struct bpf_map *map_ptr;
 151         };
 152 };
 153
 154 enum bpf_stack_slot_type {
 155         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
 156         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
 157         STACK_MISC        /* BPF program wrote some data into this slot */
 158 };
 159
 160 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
 161
 162 /* state of the program:
 163  * type of all registers and stack info
 164  */
 165 struct verifier_state {
 166         struct reg_state regs[MAX_BPF_REG];
 167         u8 stack_slot_type[MAX_BPF_STACK];
 168         struct reg_state spilled_regs[MAX_BPF_STACK / BPF_REG_SIZE];
 169 };
 170
 171 /* linked list of verifier states used to prune search */
 172 struct verifier_state_list {
 173         struct verifier_state state;
 174         struct verifier_state_list *next;
 175 };
 176
 177 /* verifier_state + insn_idx are pushed to stack when branch is encountered */
 178 struct verifier_stack_elem {
 179         /* verifer state is 'st'
 180          * before processing instruction 'insn_idx'
 181          * and after processing instruction 'prev_insn_idx'
 182          */
 183         struct verifier_state st;
 184         int insn_idx;
 185         int prev_insn_idx;
 186         struct verifier_stack_elem *next;
 187 };
 188
 189 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
 190
 191 /* single container for all structs
 192  * one verifier_env per bpf_check() call
 193  */
 194 struct verifier_env {
 195         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
 196         struct verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
 197         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
 198         struct verifier_state cur_state; /* current verifier state */
 199         struct verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
 200         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
 201         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
 202         bool allow_ptr_leaks;
 203 };
 204
 205 /* verbose verifier prints what it's seeing
 206  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 207  */
 208 static u32 log_level, log_size, log_len;
 209 static char *log_buf;
 210
 211 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 212
 213 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 214  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 215  * can figure out what's wrong with the program
 216  */
 217 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 218 {
 219         va_list args;
 220
 221         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 222                 return;
 223
 224         va_start(args, fmt);
 225         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 226         va_end(args);
 227 }
 228
 229 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 230 static const char * const reg_type_str[] = {
 231         [NOT_INIT]              = "?",
 232         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 233         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 234         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 235         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 236         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 237         [FRAME_PTR]             = "fp",
 238         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 239         [CONST_IMM]             = "imm",
 240 };
 241
 242 static void print_verifier_state(struct verifier_env *env)
 243 {
 244         enum bpf_reg_type t;
 245         int i;
 246
 247         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 248                 t = env->cur_state.regs[i].type;
 249                 if (t == NOT_INIT)
 250                         continue;
 251                 verbose(" R%d=%s", i, reg_type_str[t]);
 252                 if (t == CONST_IMM || t == PTR_TO_STACK)
 253                         verbose("%d", env->cur_state.regs[i].imm);
 254                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 255                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL)
 256                         verbose("(ks=%d,vs=%d)",
 257                                 env->cur_state.regs[i].map_ptr->key_size,
 258                                 env->cur_state.regs[i].map_ptr->value_size);
 259         }
 260         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 261                 if (env->cur_state.stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 262                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 263                                 reg_type_str[env->cur_state.spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 264         }
 265         verbose("\n");
 266 }
 267
 268 static const char *const bpf_class_string[] = {
 269         [BPF_LD]    = "ld",
 270         [BPF_LDX]   = "ldx",
 271         [BPF_ST]    = "st",
 272         [BPF_STX]   = "stx",
 273         [BPF_ALU]   = "alu",
 274         [BPF_JMP]   = "jmp",
 275         [BPF_RET]   = "BUG",
 276         [BPF_ALU64] = "alu64",
 277 };
 278
 279 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 280         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 281         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 282         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 283         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 284         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 285         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 286         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 287         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 288         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 289         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 290         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 291         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 292         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 293         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 294 };
 295
 296 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 297         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 298         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 299         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 300         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 301 };
 302
 303 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 304         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 305         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 306         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 307         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 308         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 309         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 310         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 311         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 312         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 313         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 314 };
 315
 316 static void print_bpf_insn(struct bpf_insn *insn)
 317 {
 318         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 319
 320         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 321                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 322                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 323                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 324                                 insn->dst_reg,
 325                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 326                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 327                                 insn->src_reg);
 328                 else
 329                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 330                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 331                                 insn->dst_reg,
 332                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 333                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 334                                 insn->imm);
 335         } else if (class == BPF_STX) {
 336                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 337                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 338                                 insn->code,
 339                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 340                                 insn->dst_reg,
 341                                 insn->off, insn->src_reg);
 342                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 343                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 344                                 insn->code,
 345                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 346                                 insn->dst_reg, insn->off,
 347                                 insn->src_reg);
 348                 else
 349                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 350         } else if (class == BPF_ST) {
 351                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 352                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 353                         return;
 354                 }
 355                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 356                         insn->code,
 357                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 358                         insn->dst_reg,
 359                         insn->off, insn->imm);
 360         } else if (class == BPF_LDX) {
 361                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 362                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 363                         return;
 364                 }
 365                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 366                         insn->code, insn->dst_reg,
 367                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 368                         insn->src_reg, insn->off);
 369         } else if (class == BPF_LD) {
 370                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 371                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 372                                 insn->code,
 373                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 374                                 insn->imm);
 375                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 376                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 377                                 insn->code,
 378                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 379                                 insn->src_reg, insn->imm);
 380                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM) {
 381                         verbose("(%02x) r%d = 0x%x\n",
 382                                 insn->code, insn->dst_reg, insn->imm);
 383                 } else {
 384                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 385                         return;
 386                 }
 387         } else if (class == BPF_JMP) {
 388                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 389
 390                 if (opcode == BPF_CALL) {
 391                         verbose("(%02x) call %d\n", insn->code, insn->imm);
 392                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 393                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 394                                 insn->code, insn->off);
 395                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 396                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 397                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 398                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 399                                 insn->code, insn->dst_reg,
 400                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 401                                 insn->src_reg, insn->off);
 402                 } else {
 403                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 404                                 insn->code, insn->dst_reg,
 405                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 406                                 insn->imm, insn->off);
 407                 }
 408         } else {
 409                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 410         }
 411 }
 412
 413 static int pop_stack(struct verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 414 {
 415         struct verifier_stack_elem *elem;
 416         int insn_idx;
 417
 418         if (env->head == NULL)
 419                 return -1;
 420
 421         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 422         insn_idx = env->head->insn_idx;
 423         if (prev_insn_idx)
 424                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 425         elem = env->head->next;
 426         kfree(env->head);
 427         env->head = elem;
 428         env->stack_size--;
 429         return insn_idx;
 430 }
 431
 432 static struct verifier_state *push_stack(struct verifier_env *env, int insn_idx,
 433                                          int prev_insn_idx)
 434 {
 435         struct verifier_stack_elem *elem;
 436
 437         elem = kmalloc(sizeof(struct verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 438         if (!elem)
 439                 goto err;
 440
 441         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 442         elem->insn_idx = insn_idx;
 443         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 444         elem->next = env->head;
 445         env->head = elem;
 446         env->stack_size++;
 447         if (env->stack_size > 1024) {
 448                 verbose("BPF program is too complex\n");
 449                 goto err;
 450         }
 451         return &elem->st;
 452 err:
 453         /* pop all elements and return */
 454         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 455         return NULL;
 456 }
 457
 458 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 459 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 460         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 461 };
 462
 463 static void init_reg_state(struct reg_state *regs)
 464 {
 465         int i;
 466
 467         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 468                 regs[i].type = NOT_INIT;
 469                 regs[i].imm = 0;
 470                 regs[i].map_ptr = NULL;
 471         }
 472
 473         /* frame pointer */
 474         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 475
 476         /* 1st arg to a function */
 477         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 478 }
 479
 480 static void mark_reg_unknown_value(struct reg_state *regs, u32 regno)
 481 {
 482         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 483         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 484         regs[regno].imm = 0;
 485         regs[regno].map_ptr = NULL;
 486 }
 487
 488 enum reg_arg_type {
 489         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 490         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 491         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 492 };
 493
 494 static int check_reg_arg(struct reg_state *regs, u32 regno,
 495                          enum reg_arg_type t)
 496 {
 497         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 498                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 499                 return -EINVAL;
 500         }
 501
 502         if (t == SRC_OP) {
 503                 /* check whether register used as source operand can be read */
 504                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 505                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 506                         return -EACCES;
 507                 }
 508         } else {
 509                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 510                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 511                         verbose("frame pointer is read only\n");
 512                         return -EACCES;
 513                 }
 514                 if (t == DST_OP)
 515                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 516         }
 517         return 0;
 518 }
 519
 520 static int bpf_size_to_bytes(int bpf_size)
 521 {
 522         if (bpf_size == BPF_W)
 523                 return 4;
 524         else if (bpf_size == BPF_H)
 525                 return 2;
 526         else if (bpf_size == BPF_B)
 527                 return 1;
 528         else if (bpf_size == BPF_DW)
 529                 return 8;
 530         else
 531                 return -EINVAL;
 532 }
 533
 534 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 535 {
 536         switch (type) {
 537         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 538         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 539         case PTR_TO_STACK:
 540         case PTR_TO_CTX:
 541         case FRAME_PTR:
 542         case CONST_PTR_TO_MAP:
 543                 return true;
 544         default:
 545                 return false;
 546         }
 547 }
 548
 549 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 550  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 551  */
 552 static int check_stack_write(struct verifier_state *state, int off, int size,
 553                              int value_regno)
 554 {
 555         int i;
 556         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 557          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 558          */
 559
 560         if (value_regno >= 0 &&
 561             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 562
 563                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 564                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 565                         verbose("invalid size of register spill\n");
 566                         return -EACCES;
 567                 }
 568
 569                 /* save register state */
 570                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 571                         state->regs[value_regno];
 572
 573                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 574                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 575         } else {
 576                 /* regular write of data into stack */
 577                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 578                         (struct reg_state) {};
 579
 580                 for (i = 0; i < size; i++)
 581                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 582         }
 583         return 0;
 584 }
 585
 586 static int check_stack_read(struct verifier_state *state, int off, int size,
 587                             int value_regno)
 588 {
 589         u8 *slot_type;
 590         int i;
 591
 592         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 593
 594         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 595                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 596                         verbose("invalid size of register spill\n");
 597                         return -EACCES;
 598                 }
 599                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 600                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 601                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 602                                 return -EACCES;
 603                         }
 604                 }
 605
 606                 if (value_regno >= 0)
 607                         /* restore register state from stack */
 608                         state->regs[value_regno] =
 609                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 610                 return 0;
 611         } else {
 612                 for (i = 0; i < size; i++) {
 613                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 614                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 615                                         off, i, size);
 616                                 return -EACCES;
 617                         }
 618                 }
 619                 if (value_regno >= 0)
 620                         /* have read misc data from the stack */
 621                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 622                 return 0;
 623         }
 624 }
 625
 626 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 627 static int check_map_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 628                             int size)
 629 {
 630         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 631
 632         if (off < 0 || off + size > map->value_size) {
 633                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 634                         map->value_size, off, size);
 635                 return -EACCES;
 636         }
 637         return 0;
 638 }
 639
 640 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 641 static int check_ctx_access(struct verifier_env *env, int off, int size,
 642                             enum bpf_access_type t)
 643 {
 644         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 645             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t))
 646                 return 0;
 647
 648         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 649         return -EACCES;
 650 }
 651
 652 static bool is_pointer_value(struct verifier_env *env, int regno)
 653 {
 654         if (env->allow_ptr_leaks)
 655                 return false;
 656
 657         switch (env->cur_state.regs[regno].type) {
 658         case UNKNOWN_VALUE:
 659         case CONST_IMM:
 660                 return false;
 661         default:
 662                 return true;
 663         }
 664 }
 665
 666 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 667  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 668  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 669  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 670  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 671  */
 672 static int check_mem_access(struct verifier_env *env, u32 regno, int off,
 673                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 674                             int value_regno)
 675 {
 676         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 677         int size, err = 0;
 678
 679         if (state->regs[regno].type == PTR_TO_STACK)
 680                 off += state->regs[regno].imm;
 681
 682         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 683         if (size < 0)
 684                 return size;
 685
 686         if (off % size != 0) {
 687                 verbose("misaligned access off %d size %d\n", off, size);
 688                 return -EACCES;
 689         }
 690
 691         if (state->regs[regno].type == PTR_TO_MAP_VALUE) {
 692                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 693                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 694                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 695                         return -EACCES;
 696                 }
 697                 err = check_map_access(env, regno, off, size);
 698                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 699                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 700
 701         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_CTX) {
 702                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 703                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 704                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 705                         return -EACCES;
 706                 }
 707                 err = check_ctx_access(env, off, size, t);
 708                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 709                         mark_reg_unknown_value(state->regs, value_regno);
 710
 711         } else if (state->regs[regno].type == FRAME_PTR ||
 712                    state->regs[regno].type == PTR_TO_STACK) {
 713                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 714                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 715                         return -EACCES;
 716                 }
 717                 if (t == BPF_WRITE) {
 718                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 719                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 720                             size != BPF_REG_SIZE) {
 721                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 722                                 return -EACCES;
 723                         }
 724                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 725                 } else {
 726                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 727                 }
 728         } else {
 729                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 730                         regno, reg_type_str[state->regs[regno].type]);
 731                 return -EACCES;
 732         }
 733         return err;
 734 }
 735
 736 static int check_xadd(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
 737 {
 738         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 739         int err;
 740
 741         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 742             insn->imm != 0) {
 743                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 744                 return -EINVAL;
 745         }
 746
 747         /* check src1 operand */
 748         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 749         if (err)
 750                 return err;
 751
 752         /* check src2 operand */
 753         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 754         if (err)
 755                 return err;
 756
 757         /* check whether atomic_add can read the memory */
 758         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 759                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
 760         if (err)
 761                 return err;
 762
 763         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
 764         return check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
 765                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
 766 }
 767
 768 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
 769  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
 770  * and all elements of stack are initialized
 771  */
 772 static int check_stack_boundary(struct verifier_env *env, int regno,
 773                                 int access_size, bool zero_size_allowed)
 774 {
 775         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 776         struct reg_state *regs = state->regs;
 777         int off, i;
 778
 779         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK) {
 780                 if (zero_size_allowed && access_size == 0 &&
 781                     regs[regno].type == CONST_IMM &&
 782                     regs[regno].imm  == 0)
 783                         return 0;
 784
 785                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 786                         reg_type_str[regs[regno].type],
 787                         reg_type_str[PTR_TO_STACK]);
 788                 return -EACCES;
 789         }
 790
 791         off = regs[regno].imm;
 792         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
 793             access_size <= 0) {
 794                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
 795                         regno, off, access_size);
 796                 return -EACCES;
 797         }
 798
 799         for (i = 0; i < access_size; i++) {
 800                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
 801                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
 802                                 off, i, access_size);
 803                         return -EACCES;
 804                 }
 805         }
 806         return 0;
 807 }
 808
 809 static int check_func_arg(struct verifier_env *env, u32 regno,
 810                           enum bpf_arg_type arg_type, struct bpf_map **mapp)
 811 {
 812         struct reg_state *reg = env->cur_state.regs + regno;
 813         enum bpf_reg_type expected_type;
 814         int err = 0;
 815
 816         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
 817                 return 0;
 818
 819         if (reg->type == NOT_INIT) {
 820                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 821                 return -EACCES;
 822         }
 823
 824         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
 825                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
 826                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
 827                         return -EACCES;
 828                 }
 829                 return 0;
 830         }
 831
 832         if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
 833             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
 834                 expected_type = PTR_TO_STACK;
 835         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE ||
 836                    arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO) {
 837                 expected_type = CONST_IMM;
 838         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
 839                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
 840         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
 841                 expected_type = PTR_TO_CTX;
 842         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_STACK) {
 843                 expected_type = PTR_TO_STACK;
 844                 /* One exception here. In case function allows for NULL to be
 845                  * passed in as argument, it's a CONST_IMM type. Final test
 846                  * happens during stack boundary checking.
 847                  */
 848                 if (reg->type == CONST_IMM && reg->imm == 0)
 849                         expected_type = CONST_IMM;
 850         } else {
 851                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
 852                 return -EFAULT;
 853         }
 854
 855         if (reg->type != expected_type) {
 856                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
 857                         reg_type_str[reg->type], reg_type_str[expected_type]);
 858                 return -EACCES;
 859         }
 860
 861         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
 862                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
 863                 *mapp = reg->map_ptr;
 864
 865         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
 866                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
 867                  * check that [key, key + map->key_size) are within
 868                  * stack limits and initialized
 869                  */
 870                 if (!*mapp) {
 871                         /* in function declaration map_ptr must come before
 872                          * map_key, so that it's verified and known before
 873                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
 874                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
 875                          */
 876                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
 877                         return -EACCES;
 878                 }
 879                 err = check_stack_boundary(env, regno, (*mapp)->key_size,
 880                                            false);
 881         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
 882                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
 883                  * check [value, value + map->value_size) validity
 884                  */
 885                 if (!*mapp) {
 886                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
 887                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
 888                         return -EACCES;
 889                 }
 890                 err = check_stack_boundary(env, regno, (*mapp)->value_size,
 891                                            false);
 892         } else if (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE ||
 893                    arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO) {
 894                 bool zero_size_allowed = (arg_type == ARG_CONST_STACK_SIZE_OR_ZERO);
 895
 896                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
 897                  * from stack pointer 'buf'. Check it
 898                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
 899                  */
 900                 if (regno == 0) {
 901                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
 902                         verbose("ARG_CONST_STACK_SIZE cannot be first argument\n");
 903                         return -EACCES;
 904                 }
 905                 err = check_stack_boundary(env, regno - 1, reg->imm,
 906                                            zero_size_allowed);
 907         }
 908
 909         return err;
 910 }
 911
 912 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
 913 {
 914         if (!map)
 915                 return 0;
 916
 917         /* We need a two way check, first is from map perspective ... */
 918         switch (map->map_type) {
 919         case BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY:
 920                 if (func_id != BPF_FUNC_tail_call)
 921                         goto error;
 922                 break;
 923         case BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY:
 924                 if (func_id != BPF_FUNC_perf_event_read &&
 925                     func_id != BPF_FUNC_perf_event_output)
 926                         goto error;
 927                 break;
 928         case BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE:
 929                 if (func_id != BPF_FUNC_get_stackid)
 930                         goto error;
 931                 break;
 932         default:
 933                 break;
 934         }
 935
 936         /* ... and second from the function itself. */
 937         switch (func_id) {
 938         case BPF_FUNC_tail_call:
 939                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
 940                         goto error;
 941                 break;
 942         case BPF_FUNC_perf_event_read:
 943         case BPF_FUNC_perf_event_output:
 944                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY)
 945                         goto error;
 946                 break;
 947         case BPF_FUNC_get_stackid:
 948                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE)
 949                         goto error;
 950                 break;
 951         default:
 952                 break;
 953         }
 954
 955         return 0;
 956 error:
 957         verbose("cannot pass map_type %d into func %d\n",
 958                 map->map_type, func_id);
 959         return -EINVAL;
 960 }
 961
 962 static int check_call(struct verifier_env *env, int func_id)
 963 {
 964         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
 965         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
 966         struct reg_state *regs = state->regs;
 967         struct bpf_map *map = NULL;
 968         struct reg_state *reg;
 969         int i, err;
 970
 971         /* find function prototype */
 972         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
 973                 verbose("invalid func %d\n", func_id);
 974                 return -EINVAL;
 975         }
 976
 977         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
 978                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
 979
 980         if (!fn) {
 981                 verbose("unknown func %d\n", func_id);
 982                 return -EINVAL;
 983         }
 984
 985         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
 986         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
 987                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
 988                 return -EINVAL;
 989         }
 990
 991         /* check args */
 992         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &map);
 993         if (err)
 994                 return err;
 995         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &map);
 996         if (err)
 997                 return err;
 998         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &map);
 999         if (err)
1000                 return err;
1001         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &map);
1002         if (err)
1003                 return err;
1004         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &map);
1005         if (err)
1006                 return err;
1007
1008         /* reset caller saved regs */
1009         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1010                 reg = regs + caller_saved[i];
1011                 reg->type = NOT_INIT;
1012                 reg->imm = 0;
1013         }
1014
1015         /* update return register */
1016         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
1017                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1018         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
1019                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
1020         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1021                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
1022                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
1023                  * can check 'value_size' boundary of memory access
1024                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
1025                  */
1026                 if (map == NULL) {
1027                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
1028                         return -EINVAL;
1029                 }
1030                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = map;
1031         } else {
1032                 verbose("unknown return type %d of func %d\n",
1033                         fn->ret_type, func_id);
1034                 return -EINVAL;
1035         }
1036
1037         err = check_map_func_compatibility(map, func_id);
1038         if (err)
1039                 return err;
1040
1041         return 0;
1042 }
1043
1044 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1045 static int check_alu_op(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1046 {
1047         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1048         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1049         int err;
1050
1051         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1052                 if (opcode == BPF_NEG) {
1053                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1054                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1055                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1056                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1057                                 return -EINVAL;
1058                         }
1059                 } else {
1060                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1061                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1062                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1063                                 return -EINVAL;
1064                         }
1065                 }
1066
1067                 /* check src operand */
1068                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1069                 if (err)
1070                         return err;
1071
1072                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1073                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1074                                 insn->dst_reg);
1075                         return -EACCES;
1076                 }
1077
1078                 /* check dest operand */
1079                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1080                 if (err)
1081                         return err;
1082
1083         } else if (opcode == BPF_MOV) {
1084
1085                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1086                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1087                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1088                                 return -EINVAL;
1089                         }
1090
1091                         /* check src operand */
1092                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1093                         if (err)
1094                                 return err;
1095                 } else {
1096                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1097                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
1098                                 return -EINVAL;
1099                         }
1100                 }
1101
1102                 /* check dest operand */
1103                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1104                 if (err)
1105                         return err;
1106
1107                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1108                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
1109                                 /* case: R1 = R2
1110                                  * copy register state to dest reg
1111                                  */
1112                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
1113                         } else {
1114                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1115                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
1116                                                 insn->src_reg);
1117                                         return -EACCES;
1118                                 }
1119                                 regs[insn->dst_reg].type = UNKNOWN_VALUE;
1120                                 regs[insn->dst_reg].map_ptr = NULL;
1121                         }
1122                 } else {
1123                         /* case: R = imm
1124                          * remember the value we stored into this reg
1125                          */
1126                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1127                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1128                 }
1129
1130         } else if (opcode > BPF_END) {
1131                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
1132                 return -EINVAL;
1133
1134         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
1135
1136                 bool stack_relative = false;
1137
1138                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1139                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
1140                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1141                                 return -EINVAL;
1142                         }
1143                         /* check src1 operand */
1144                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1145                         if (err)
1146                                 return err;
1147                 } else {
1148                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1149                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1150                                 return -EINVAL;
1151                         }
1152                 }
1153
1154                 /* check src2 operand */
1155                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1156                 if (err)
1157                         return err;
1158
1159                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1160                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1161                         verbose("div by zero\n");
1162                         return -EINVAL;
1163                 }
1164
1165                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
1166                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1167                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
1168
1169                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
1170                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
1171                                 return -EINVAL;
1172                         }
1173                 }
1174
1175                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1176                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1177                     regs[insn->dst_reg].type == FRAME_PTR &&
1178                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1179                         stack_relative = true;
1180                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1181                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1182                                 insn->dst_reg);
1183                         return -EACCES;
1184                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1185                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1186                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
1187                                 insn->src_reg);
1188                         return -EACCES;
1189                 }
1190
1191                 /* check dest operand */
1192                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1193                 if (err)
1194                         return err;
1195
1196                 if (stack_relative) {
1197                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_STACK;
1198                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1199                 }
1200         }
1201
1202         return 0;
1203 }
1204
1205 static int check_cond_jmp_op(struct verifier_env *env,
1206                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
1207 {
1208         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1209         struct verifier_state *other_branch;
1210         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1211         int err;
1212
1213         if (opcode > BPF_EXIT) {
1214                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
1215                 return -EINVAL;
1216         }
1217
1218         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1219                 if (insn->imm != 0) {
1220                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1221                         return -EINVAL;
1222                 }
1223
1224                 /* check src1 operand */
1225                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1226                 if (err)
1227                         return err;
1228
1229                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1230                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
1231                                 insn->src_reg);
1232                         return -EACCES;
1233                 }
1234         } else {
1235                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1236                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1237                         return -EINVAL;
1238                 }
1239         }
1240
1241         /* check src2 operand */
1242         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1243         if (err)
1244                 return err;
1245
1246         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
1247         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1248             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1249             regs[insn->dst_reg].type == CONST_IMM &&
1250             regs[insn->dst_reg].imm == insn->imm) {
1251                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1252                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
1253                          * only follow the goto, ignore fall-through
1254                          */
1255                         *insn_idx += insn->off;
1256                         return 0;
1257                 } else {
1258                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
1259                          * only follow fall-through branch, since
1260                          * that's where the program will go
1261                          */
1262                         return 0;
1263                 }
1264         }
1265
1266         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
1267         if (!other_branch)
1268                 return -EFAULT;
1269
1270         /* detect if R == 0 where R is returned value from bpf_map_lookup_elem() */
1271         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1272             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ ||
1273                                opcode == BPF_JNE) &&
1274             regs[insn->dst_reg].type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1275                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1276                         /* next fallthrough insn can access memory via
1277                          * this register
1278                          */
1279                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1280                         /* branch targer cannot access it, since reg == 0 */
1281                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1282                         other_branch->regs[insn->dst_reg].imm = 0;
1283                 } else {
1284                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1285                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1286                         regs[insn->dst_reg].imm = 0;
1287                 }
1288         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
1289                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
1290                 return -EACCES;
1291         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1292                    (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE)) {
1293
1294                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1295                         /* detect if (R == imm) goto
1296                          * and in the target state recognize that R = imm
1297                          */
1298                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1299                         other_branch->regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1300                 } else {
1301                         /* detect if (R != imm) goto
1302                          * and in the fall-through state recognize that R = imm
1303                          */
1304                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1305                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1306                 }
1307         }
1308         if (log_level)
1309                 print_verifier_state(env);
1310         return 0;
1311 }
1312
1313 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
1314 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
1315 {
1316         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
1317
1318         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
1319 }
1320
1321 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
1322 static int check_ld_imm(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1323 {
1324         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1325         int err;
1326
1327         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
1328                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
1329                 return -EINVAL;
1330         }
1331         if (insn->off != 0) {
1332                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
1333                 return -EINVAL;
1334         }
1335
1336         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1337         if (err)
1338                 return err;
1339
1340         if (insn->src_reg == 0)
1341                 /* generic move 64-bit immediate into a register */
1342                 return 0;
1343
1344         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
1345         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
1346
1347         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
1348         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
1349         return 0;
1350 }
1351
1352 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
1353 {
1354         switch (type) {
1355         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
1356         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
1357         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
1358                 return true;
1359         default:
1360                 return false;
1361         }
1362 }
1363
1364 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
1365  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
1366  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
1367  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
1368  *
1369  * Implicit input:
1370  *   ctx == skb == R6 == CTX
1371  *
1372  * Explicit input:
1373  *   SRC == any register
1374  *   IMM == 32-bit immediate
1375  *
1376  * Output:
1377  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
1378  */
1379 static int check_ld_abs(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1380 {
1381         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1382         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1383         struct reg_state *reg;
1384         int i, err;
1385
1386         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
1387                 verbose("BPF_LD_ABS|IND instructions not allowed for this program type\n");
1388                 return -EINVAL;
1389         }
1390
1391         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1392             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
1393             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
1394                 verbose("BPF_LD_ABS uses reserved fields\n");
1395                 return -EINVAL;
1396         }
1397
1398         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
1399         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
1400         if (err)
1401                 return err;
1402
1403         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
1404                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
1405                 return -EINVAL;
1406         }
1407
1408         if (mode == BPF_IND) {
1409                 /* check explicit source operand */
1410                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1411                 if (err)
1412                         return err;
1413         }
1414
1415         /* reset caller saved regs to unreadable */
1416         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1417                 reg = regs + caller_saved[i];
1418                 reg->type = NOT_INIT;
1419                 reg->imm = 0;
1420         }
1421
1422         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
1423          * the value fetched from the packet
1424          */
1425         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1426         return 0;
1427 }
1428
1429 /* non-recursive DFS pseudo code
1430  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
1431  * 2      label v as discovered
1432  * 3      let S be a stack
1433  * 4      S.push(v)
1434  * 5      while S is not empty
1435  * 6            t <- S.pop()
1436  * 7            if t is what we're looking for:
1437  * 8                return t
1438  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
1439  * 10               if edge e is already labelled
1440  * 11                   continue with the next edge
1441  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
1442  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
1443  * 14                   label e as tree-edge
1444  * 15                   label w as discovered
1445  * 16                   S.push(w)
1446  * 17                   continue at 5
1447  * 18               else if vertex w is discovered
1448  * 19                   label e as back-edge
1449  * 20               else
1450  * 21                   // vertex w is explored
1451  * 22                   label e as forward- or cross-edge
1452  * 23           label t as explored
1453  * 24           S.pop()
1454  *
1455  * convention:
1456  * 0x10 - discovered
1457  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
1458  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
1459  * 0x20 - explored
1460  */
1461
1462 enum {
1463         DISCOVERED = 0x10,
1464         EXPLORED = 0x20,
1465         FALLTHROUGH = 1,
1466         BRANCH = 2,
1467 };
1468
1469 #define STATE_LIST_MARK ((struct verifier_state_list *) -1L)
1470
1471 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
1472 static int cur_stack;   /* current stack index */
1473 static int *insn_state;
1474
1475 /* t, w, e - match pseudo-code above:
1476  * t - index of current instruction
1477  * w - next instruction
1478  * e - edge
1479  */
1480 static int push_insn(int t, int w, int e, struct verifier_env *env)
1481 {
1482         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
1483                 return 0;
1484
1485         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
1486                 return 0;
1487
1488         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
1489                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
1490                 return -EINVAL;
1491         }
1492
1493         if (e == BRANCH)
1494                 /* mark branch target for state pruning */
1495                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
1496
1497         if (insn_state[w] == 0) {
1498                 /* tree-edge */
1499                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1500                 insn_state[w] = DISCOVERED;
1501                 if (cur_stack >= env->prog->len)
1502                         return -E2BIG;
1503                 insn_stack[cur_stack++] = w;
1504                 return 1;
1505         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
1506                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
1507                 return -EINVAL;
1508         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
1509                 /* forward- or cross-edge */
1510                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1511         } else {
1512                 verbose("insn state internal bug\n");
1513                 return -EFAULT;
1514         }
1515         return 0;
1516 }
1517
1518 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
1519  * loop == back-edge in directed graph
1520  */
1521 static int check_cfg(struct verifier_env *env)
1522 {
1523         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1524         int insn_cnt = env->prog->len;
1525         int ret = 0;
1526         int i, t;
1527
1528         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1529         if (!insn_state)
1530                 return -ENOMEM;
1531
1532         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1533         if (!insn_stack) {
1534                 kfree(insn_state);
1535                 return -ENOMEM;
1536         }
1537
1538         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
1539         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
1540         cur_stack = 1;
1541
1542 peek_stack:
1543         if (cur_stack == 0)
1544                 goto check_state;
1545         t = insn_stack[cur_stack - 1];
1546
1547         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
1548                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
1549
1550                 if (opcode == BPF_EXIT) {
1551                         goto mark_explored;
1552                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
1553                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1554                         if (ret == 1)
1555                                 goto peek_stack;
1556                         else if (ret < 0)
1557                                 goto err_free;
1558                 } else if (opcode == BPF_JA) {
1559                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
1560                                 ret = -EINVAL;
1561                                 goto err_free;
1562                         }
1563                         /* unconditional jump with single edge */
1564                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
1565                                         FALLTHROUGH, env);
1566                         if (ret == 1)
1567                                 goto peek_stack;
1568                         else if (ret < 0)
1569                                 goto err_free;
1570                         /* tell verifier to check for equivalent states
1571                          * after every call and jump
1572                          */
1573                         if (t + 1 < insn_cnt)
1574                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
1575                 } else {
1576                         /* conditional jump with two edges */
1577                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1578                         if (ret == 1)
1579                                 goto peek_stack;
1580                         else if (ret < 0)
1581                                 goto err_free;
1582
1583                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
1584                         if (ret == 1)
1585                                 goto peek_stack;
1586                         else if (ret < 0)
1587                                 goto err_free;
1588                 }
1589         } else {
1590                 /* all other non-branch instructions with single
1591                  * fall-through edge
1592                  */
1593                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1594                 if (ret == 1)
1595                         goto peek_stack;
1596                 else if (ret < 0)
1597                         goto err_free;
1598         }
1599
1600 mark_explored:
1601         insn_state[t] = EXPLORED;
1602         if (cur_stack-- <= 0) {
1603                 verbose("pop stack internal bug\n");
1604                 ret = -EFAULT;
1605                 goto err_free;
1606         }
1607         goto peek_stack;
1608
1609 check_state:
1610         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
1611                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
1612                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
1613                         ret = -EINVAL;
1614                         goto err_free;
1615                 }
1616         }
1617         ret = 0; /* cfg looks good */
1618
1619 err_free:
1620         kfree(insn_state);
1621         kfree(insn_stack);
1622         return ret;
1623 }
1624
1625 /* compare two verifier states
1626  *
1627  * all states stored in state_list are known to be valid, since
1628  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
1629  *
1630  * this function is called when verifier exploring different branches of
1631  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
1632  * more strict register state and more strict stack state then this execution
1633  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
1634  * concluded that more strict state leads to valid finish.
1635  *
1636  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
1637  * and explored stack state is more conservative than the current one.
1638  * Example:
1639  *       explored                   current
1640  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
1641  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
1642  *
1643  * In other words if current stack state (one being explored) has more
1644  * valid slots than old one that already passed validation, it means
1645  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
1646  *
1647  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
1648  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
1649  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
1650  */
1651 static bool states_equal(struct verifier_state *old, struct verifier_state *cur)
1652 {
1653         int i;
1654
1655         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
1656                 if (memcmp(&old->regs[i], &cur->regs[i],
1657                            sizeof(old->regs[0])) != 0) {
1658                         if (old->regs[i].type == NOT_INIT ||
1659                             (old->regs[i].type == UNKNOWN_VALUE &&
1660                              cur->regs[i].type != NOT_INIT))
1661                                 continue;
1662                         return false;
1663                 }
1664         }
1665
1666         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
1667                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
1668                         continue;
1669                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
1670                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
1671                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
1672                          * this verifier states are not equivalent,
1673                          * return false to continue verification of this path
1674                          */
1675                         return false;
1676                 if (i % BPF_REG_SIZE)
1677                         continue;
1678                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
1679                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
1680                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
1681                         /* when explored and current stack slot types are
1682                          * the same, check that stored pointers types
1683                          * are the same as well.
1684                          * Ex: explored safe path could have stored
1685                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
1686                          * but current path has stored:
1687                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
1688                          * such verifier states are not equivalent.
1689                          * return false to continue verification of this path
1690                          */
1691                         return false;
1692                 else
1693                         continue;
1694         }
1695         return true;
1696 }
1697
1698 static int is_state_visited(struct verifier_env *env, int insn_idx)
1699 {
1700         struct verifier_state_list *new_sl;
1701         struct verifier_state_list *sl;
1702
1703         sl = env->explored_states[insn_idx];
1704         if (!sl)
1705                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
1706                  * be doing state search here
1707                  */
1708                 return 0;
1709
1710         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
1711                 if (states_equal(&sl->state, &env->cur_state))
1712                         /* reached equivalent register/stack state,
1713                          * prune the search
1714                          */
1715                         return 1;
1716                 sl = sl->next;
1717         }
1718
1719         /* there were no equivalent states, remember current one.
1720          * technically the current state is not proven to be safe yet,
1721          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
1722          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
1723          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
1724          */
1725         new_sl = kmalloc(sizeof(struct verifier_state_list), GFP_USER);
1726         if (!new_sl)
1727                 return -ENOMEM;
1728
1729         /* add new state to the head of linked list */
1730         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
1731         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
1732         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
1733         return 0;
1734 }
1735
1736 static int do_check(struct verifier_env *env)
1737 {
1738         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1739         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1740         struct reg_state *regs = state->regs;
1741         int insn_cnt = env->prog->len;
1742         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
1743         int insn_processed = 0;
1744         bool do_print_state = false;
1745
1746         init_reg_state(regs);
1747         insn_idx = 0;
1748         for (;;) {
1749                 struct bpf_insn *insn;
1750                 u8 class;
1751                 int err;
1752
1753                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
1754                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
1755                                 insn_idx, insn_cnt);
1756                         return -EFAULT;
1757                 }
1758
1759                 insn = &insns[insn_idx];
1760                 class = BPF_CLASS(insn->code);
1761
1762                 if (++insn_processed > 32768) {
1763                         verbose("BPF program is too large. Proccessed %d insn\n",
1764                                 insn_processed);
1765                         return -E2BIG;
1766                 }
1767
1768                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
1769                 if (err < 0)
1770                         return err;
1771                 if (err == 1) {
1772                         /* found equivalent state, can prune the search */
1773                         if (log_level) {
1774                                 if (do_print_state)
1775                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
1776                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
1777                                 else
1778                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
1779                         }
1780                         goto process_bpf_exit;
1781                 }
1782
1783                 if (log_level && do_print_state) {
1784                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
1785                         print_verifier_state(env);
1786                         do_print_state = false;
1787                 }
1788
1789                 if (log_level) {
1790                         verbose("%d: ", insn_idx);
1791                         print_bpf_insn(insn);
1792                 }
1793
1794                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
1795                         err = check_alu_op(env, insn);
1796                         if (err)
1797                                 return err;
1798
1799                 } else if (class == BPF_LDX) {
1800                         enum bpf_reg_type src_reg_type;
1801
1802                         /* check for reserved fields is already done */
1803
1804                         /* check src operand */
1805                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1806                         if (err)
1807                                 return err;
1808
1809                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1810                         if (err)
1811                                 return err;
1812
1813                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
1814
1815                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
1816                          * the state of dst_reg will be updated by this func
1817                          */
1818                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
1819                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
1820                                                insn->dst_reg);
1821                         if (err)
1822                                 return err;
1823
1824                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W) {
1825                                 insn_idx++;
1826                                 continue;
1827                         }
1828
1829                         if (insn->imm == 0) {
1830                                 /* saw a valid insn
1831                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
1832                                  * use reserved 'imm' field to mark this insn
1833                                  */
1834                                 insn->imm = src_reg_type;
1835
1836                         } else if (src_reg_type != insn->imm &&
1837                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
1838                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
1839                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
1840                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
1841                                  * with different pointer types:
1842                                  * src_reg == ctx in one branch and
1843                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
1844                                  * Reject it.
1845                                  */
1846                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
1847                                 return -EINVAL;
1848                         }
1849
1850                 } else if (class == BPF_STX) {
1851                         enum bpf_reg_type dst_reg_type;
1852
1853                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
1854                                 err = check_xadd(env, insn);
1855                                 if (err)
1856                                         return err;
1857                                 insn_idx++;
1858                                 continue;
1859                         }
1860
1861                         /* check src1 operand */
1862                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1863                         if (err)
1864                                 return err;
1865                         /* check src2 operand */
1866                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1867                         if (err)
1868                                 return err;
1869
1870                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
1871
1872                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
1873                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
1874                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
1875                                                insn->src_reg);
1876                         if (err)
1877                                 return err;
1878
1879                         if (insn->imm == 0) {
1880                                 insn->imm = dst_reg_type;
1881                         } else if (dst_reg_type != insn->imm &&
1882                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
1883                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
1884                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
1885                                 return -EINVAL;
1886                         }
1887
1888                 } else if (class == BPF_ST) {
1889                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
1890                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1891                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
1892                                 return -EINVAL;
1893                         }
1894                         /* check src operand */
1895                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1896                         if (err)
1897                                 return err;
1898
1899                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
1900                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
1901                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
1902                                                -1);
1903                         if (err)
1904                                 return err;
1905
1906                 } else if (class == BPF_JMP) {
1907                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1908
1909                         if (opcode == BPF_CALL) {
1910                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1911                                     insn->off != 0 ||
1912                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1913                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1914                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
1915                                         return -EINVAL;
1916                                 }
1917
1918                                 err = check_call(env, insn->imm);
1919                                 if (err)
1920                                         return err;
1921
1922                         } else if (opcode == BPF_JA) {
1923                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1924                                     insn->imm != 0 ||
1925                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1926                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1927                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
1928                                         return -EINVAL;
1929                                 }
1930
1931                                 insn_idx += insn->off + 1;
1932                                 continue;
1933
1934                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
1935                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1936                                     insn->imm != 0 ||
1937                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1938                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1939                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
1940                                         return -EINVAL;
1941                                 }
1942
1943                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
1944                                  * to return the value from eBPF program.
1945                                  * Make sure that it's readable at this time
1946                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
1947                                  * something into it earlier
1948                                  */
1949                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
1950                                 if (err)
1951                                         return err;
1952
1953                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
1954                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
1955                                         return -EACCES;
1956                                 }
1957
1958 process_bpf_exit:
1959                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
1960                                 if (insn_idx < 0) {
1961                                         break;
1962                                 } else {
1963                                         do_print_state = true;
1964                                         continue;
1965                                 }
1966                         } else {
1967                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
1968                                 if (err)
1969                                         return err;
1970                         }
1971                 } else if (class == BPF_LD) {
1972                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1973
1974                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
1975                                 err = check_ld_abs(env, insn);
1976                                 if (err)
1977                                         return err;
1978
1979                         } else if (mode == BPF_IMM) {
1980                                 err = check_ld_imm(env, insn);
1981                                 if (err)
1982                                         return err;
1983
1984                                 insn_idx++;
1985                         } else {
1986                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
1987                                 return -EINVAL;
1988                         }
1989                 } else {
1990                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
1991                         return -EINVAL;
1992                 }
1993
1994                 insn_idx++;
1995         }
1996
1997         return 0;
1998 }
1999
2000 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
2001  * replace them with actual map pointers
2002  */
2003 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct verifier_env *env)
2004 {
2005         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2006         int insn_cnt = env->prog->len;
2007         int i, j;
2008
2009         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2010                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
2011                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
2012                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
2013                         return -EINVAL;
2014                 }
2015
2016                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
2017                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
2018                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
2019                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
2020                         return -EINVAL;
2021                 }
2022
2023                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
2024                         struct bpf_map *map;
2025                         struct fd f;
2026
2027                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
2028                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
2029                             insn[1].off != 0) {
2030                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
2031                                 return -EINVAL;
2032                         }
2033
2034                         if (insn->src_reg == 0)
2035                                 /* valid generic load 64-bit imm */
2036                                 goto next_insn;
2037
2038                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
2039                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
2040                                 return -EINVAL;
2041                         }
2042
2043                         f = fdget(insn->imm);
2044                         map = __bpf_map_get(f);
2045                         if (IS_ERR(map)) {
2046                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
2047                                         insn->imm);
2048                                 return PTR_ERR(map);
2049                         }
2050
2051                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2052                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
2053                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
2054
2055                         /* check whether we recorded this map already */
2056                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
2057                                 if (env->used_maps[j] == map) {
2058                                         fdput(f);
2059                                         goto next_insn;
2060                                 }
2061
2062                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
2063                                 fdput(f);
2064                                 return -E2BIG;
2065                         }
2066
2067                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
2068                          * the map will be released by release_maps() or it
2069                          * will be used by the valid program until it's unloaded
2070                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
2071                          */
2072                         map = bpf_map_inc(map, false);
2073                         if (IS_ERR(map)) {
2074                                 fdput(f);
2075                                 return PTR_ERR(map);
2076                         }
2077                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
2078
2079                         fdput(f);
2080 next_insn:
2081                         insn++;
2082                         i++;
2083                 }
2084         }
2085
2086         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
2087          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
2088          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
2089          */
2090         return 0;
2091 }
2092
2093 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
2094 static void release_maps(struct verifier_env *env)
2095 {
2096         int i;
2097
2098         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
2099                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
2100 }
2101
2102 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
2103 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct verifier_env *env)
2104 {
2105         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2106         int insn_cnt = env->prog->len;
2107         int i;
2108
2109         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
2110                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
2111                         insn->src_reg = 0;
2112 }
2113
2114 static void adjust_branches(struct bpf_prog *prog, int pos, int delta)
2115 {
2116         struct bpf_insn *insn = prog->insnsi;
2117         int insn_cnt = prog->len;
2118         int i;
2119
2120         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2121                 if (BPF_CLASS(insn->code) != BPF_JMP ||
2122                     BPF_OP(insn->code) == BPF_CALL ||
2123                     BPF_OP(insn->code) == BPF_EXIT)
2124                         continue;
2125
2126                 /* adjust offset of jmps if necessary */
2127                 if (i < pos && i + insn->off + 1 > pos)
2128                         insn->off += delta;
2129                 else if (i > pos + delta && i + insn->off + 1 <= pos + delta)
2130                         insn->off -= delta;
2131         }
2132 }
2133
2134 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
2135  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
2136  */
2137 static int convert_ctx_accesses(struct verifier_env *env)
2138 {
2139         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
2140         int insn_cnt = env->prog->len;
2141         struct bpf_insn insn_buf[16];
2142         struct bpf_prog *new_prog;
2143         u32 cnt;
2144         int i;
2145         enum bpf_access_type type;
2146
2147         if (!env->prog->aux->ops->convert_ctx_access)
2148                 return 0;
2149
2150         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
2151                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W))
2152                         type = BPF_READ;
2153                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W))
2154                         type = BPF_WRITE;
2155                 else
2156                         continue;
2157
2158                 if (insn->imm != PTR_TO_CTX) {
2159                         /* clear internal mark */
2160                         insn->imm = 0;
2161                         continue;
2162                 }
2163
2164                 cnt = env->prog->aux->ops->
2165                         convert_ctx_access(type, insn->dst_reg, insn->src_reg,
2166                                            insn->off, insn_buf, env->prog);
2167                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
2168                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
2169                         return -EINVAL;
2170                 }
2171
2172                 if (cnt == 1) {
2173                         memcpy(insn, insn_buf, sizeof(*insn));
2174                         continue;
2175                 }
2176
2177                 /* several new insns need to be inserted. Make room for them */
2178                 insn_cnt += cnt - 1;
2179                 new_prog = bpf_prog_realloc(env->prog,
2180                                             bpf_prog_size(insn_cnt),
2181                                             GFP_USER);
2182                 if (!new_prog)
2183                         return -ENOMEM;
2184
2185                 new_prog->len = insn_cnt;
2186
2187                 memmove(new_prog->insnsi + i + cnt, new_prog->insns + i + 1,
2188                         sizeof(*insn) * (insn_cnt - i - cnt));
2189
2190                 /* copy substitute insns in place of load instruction */
2191                 memcpy(new_prog->insnsi + i, insn_buf, sizeof(*insn) * cnt);
2192
2193                 /* adjust branches in the whole program */
2194                 adjust_branches(new_prog, i, cnt - 1);
2195
2196                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
2197                 env->prog = new_prog;
2198                 insn = new_prog->insnsi + i + cnt - 1;
2199                 i += cnt - 1;
2200         }
2201
2202         return 0;
2203 }
2204
2205 static void free_states(struct verifier_env *env)
2206 {
2207         struct verifier_state_list *sl, *sln;
2208         int i;
2209
2210         if (!env->explored_states)
2211                 return;
2212
2213         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
2214                 sl = env->explored_states[i];
2215
2216                 if (sl)
2217                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2218                                 sln = sl->next;
2219                                 kfree(sl);
2220                                 sl = sln;
2221                         }
2222         }
2223
2224         kfree(env->explored_states);
2225 }
2226
2227 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
2228 {
2229         char __user *log_ubuf = NULL;
2230         struct verifier_env *env;
2231         int ret = -EINVAL;
2232
2233         if ((*prog)->len <= 0 || (*prog)->len > BPF_MAXINSNS)
2234                 return -E2BIG;
2235
2236         /* 'struct verifier_env' can be global, but since it's not small,
2237          * allocate/free it every time bpf_check() is called
2238          */
2239         env = kzalloc(sizeof(struct verifier_env), GFP_KERNEL);
2240         if (!env)
2241                 return -ENOMEM;
2242
2243         env->prog = *prog;
2244
2245         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
2246         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
2247
2248         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
2249                 /* user requested verbose verifier output
2250                  * and supplied buffer to store the verification trace
2251                  */
2252                 log_level = attr->log_level;
2253                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
2254                 log_size = attr->log_size;
2255                 log_len = 0;
2256
2257                 ret = -EINVAL;
2258                 /* log_* values have to be sane */
2259                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
2260                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
2261                         goto free_env;
2262
2263                 ret = -ENOMEM;
2264                 log_buf = vmalloc(log_size);
2265                 if (!log_buf)
2266                         goto free_env;
2267         } else {
2268                 log_level = 0;
2269         }
2270
2271         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
2272         if (ret < 0)
2273                 goto skip_full_check;
2274
2275         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
2276                                        sizeof(struct verifier_state_list *),
2277                                        GFP_USER);
2278         ret = -ENOMEM;
2279         if (!env->explored_states)
2280                 goto skip_full_check;
2281
2282         ret = check_cfg(env);
2283         if (ret < 0)
2284                 goto skip_full_check;
2285
2286         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
2287
2288         ret = do_check(env);
2289
2290 skip_full_check:
2291         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
2292         free_states(env);
2293
2294         if (ret == 0)
2295                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
2296                 ret = convert_ctx_accesses(env);
2297
2298         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
2299                 BUG_ON(log_len >= log_size);
2300                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
2301                 ret = -ENOSPC;
2302                 /* fall through to return what was recorded */
2303         }
2304
2305         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
2306         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
2307                 ret = -EFAULT;
2308                 goto free_log_buf;
2309         }
2310
2311         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
2312                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
2313                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
2314                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
2315                                                           GFP_KERNEL);
2316
2317                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
2318                         ret = -ENOMEM;
2319                         goto free_log_buf;
2320                 }
2321
2322                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
2323                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
2324                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
2325
2326                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
2327                  * bpf_ld_imm64 instructions
2328                  */
2329                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
2330         }
2331
2332 free_log_buf:
2333         if (log_level)
2334                 vfree(log_buf);
2335 free_env:
2336         if (!env->prog->aux->used_maps)
2337                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
2338                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
2339                  */
2340                 release_maps(env);
2341         *prog = env->prog;
2342         kfree(env);
2343         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
2344         return ret;
2345 }