kernel/bpf/verifier.c

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