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