Merge branch 'linux-5.7' of git://github.com/skeggsb/linux into drm-fixes
[linux-2.6-microblaze.git] / include / linux / bpf_verifier.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
3  */
4 #ifndef _LINUX_BPF_VERIFIER_H
5 #define _LINUX_BPF_VERIFIER_H 1
6
7 #include <linux/bpf.h> /* for enum bpf_reg_type */
8 #include <linux/filter.h> /* for MAX_BPF_STACK */
9 #include <linux/tnum.h>
10
11 /* Maximum variable offset umax_value permitted when resolving memory accesses.
12  * In practice this is far bigger than any realistic pointer offset; this limit
13  * ensures that umax_value + (int)off + (int)size cannot overflow a u64.
14  */
15 #define BPF_MAX_VAR_OFF (1 << 29)
16 /* Maximum variable size permitted for ARG_CONST_SIZE[_OR_ZERO].  This ensures
17  * that converting umax_value to int cannot overflow.
18  */
19 #define BPF_MAX_VAR_SIZ (1 << 29)
20
21 /* Liveness marks, used for registers and spilled-regs (in stack slots).
22  * Read marks propagate upwards until they find a write mark; they record that
23  * "one of this state's descendants read this reg" (and therefore the reg is
24  * relevant for states_equal() checks).
25  * Write marks collect downwards and do not propagate; they record that "the
26  * straight-line code that reached this state (from its parent) wrote this reg"
27  * (and therefore that reads propagated from this state or its descendants
28  * should not propagate to its parent).
29  * A state with a write mark can receive read marks; it just won't propagate
30  * them to its parent, since the write mark is a property, not of the state,
31  * but of the link between it and its parent.  See mark_reg_read() and
32  * mark_stack_slot_read() in kernel/bpf/verifier.c.
33  */
34 enum bpf_reg_liveness {
35         REG_LIVE_NONE = 0, /* reg hasn't been read or written this branch */
36         REG_LIVE_READ32 = 0x1, /* reg was read, so we're sensitive to initial value */
37         REG_LIVE_READ64 = 0x2, /* likewise, but full 64-bit content matters */
38         REG_LIVE_READ = REG_LIVE_READ32 | REG_LIVE_READ64,
39         REG_LIVE_WRITTEN = 0x4, /* reg was written first, screening off later reads */
40         REG_LIVE_DONE = 0x8, /* liveness won't be updating this register anymore */
41 };
42
43 struct bpf_reg_state {
44         /* Ordering of fields matters.  See states_equal() */
45         enum bpf_reg_type type;
46         union {
47                 /* valid when type == PTR_TO_PACKET */
48                 u16 range;
49
50                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
51                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
52                  */
53                 struct bpf_map *map_ptr;
54
55                 u32 btf_id; /* for PTR_TO_BTF_ID */
56
57                 /* Max size from any of the above. */
58                 unsigned long raw;
59         };
60         /* Fixed part of pointer offset, pointer types only */
61         s32 off;
62         /* For PTR_TO_PACKET, used to find other pointers with the same variable
63          * offset, so they can share range knowledge.
64          * For PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL this is used to share which map value we
65          * came from, when one is tested for != NULL.
66          * For PTR_TO_SOCKET this is used to share which pointers retain the
67          * same reference to the socket, to determine proper reference freeing.
68          */
69         u32 id;
70         /* PTR_TO_SOCKET and PTR_TO_TCP_SOCK could be a ptr returned
71          * from a pointer-cast helper, bpf_sk_fullsock() and
72          * bpf_tcp_sock().
73          *
74          * Consider the following where "sk" is a reference counted
75          * pointer returned from "sk = bpf_sk_lookup_tcp();":
76          *
77          * 1: sk = bpf_sk_lookup_tcp();
78          * 2: if (!sk) { return 0; }
79          * 3: fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);
80          * 4: if (!fullsock) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
81          * 5: tp = bpf_tcp_sock(fullsock);
82          * 6: if (!tp) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
83          * 7: bpf_sk_release(sk);
84          * 8: snd_cwnd = tp->snd_cwnd;  // verifier will complain
85          *
86          * After bpf_sk_release(sk) at line 7, both "fullsock" ptr and
87          * "tp" ptr should be invalidated also.  In order to do that,
88          * the reg holding "fullsock" and "sk" need to remember
89          * the original refcounted ptr id (i.e. sk_reg->id) in ref_obj_id
90          * such that the verifier can reset all regs which have
91          * ref_obj_id matching the sk_reg->id.
92          *
93          * sk_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->id at line 1.
94          * sk_reg->id will stay as NULL-marking purpose only.
95          * After NULL-marking is done, sk_reg->id can be reset to 0.
96          *
97          * After "fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);" at line 3,
98          * fullsock_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->ref_obj_id.
99          *
100          * After "tp = bpf_tcp_sock(fullsock);" at line 5,
101          * tp_reg->ref_obj_id is set to fullsock_reg->ref_obj_id
102          * which is the same as sk_reg->ref_obj_id.
103          *
104          * From the verifier perspective, if sk, fullsock and tp
105          * are not NULL, they are the same ptr with different
106          * reg->type.  In particular, bpf_sk_release(tp) is also
107          * allowed and has the same effect as bpf_sk_release(sk).
108          */
109         u32 ref_obj_id;
110         /* For scalar types (SCALAR_VALUE), this represents our knowledge of
111          * the actual value.
112          * For pointer types, this represents the variable part of the offset
113          * from the pointed-to object, and is shared with all bpf_reg_states
114          * with the same id as us.
115          */
116         struct tnum var_off;
117         /* Used to determine if any memory access using this register will
118          * result in a bad access.
119          * These refer to the same value as var_off, not necessarily the actual
120          * contents of the register.
121          */
122         s64 smin_value; /* minimum possible (s64)value */
123         s64 smax_value; /* maximum possible (s64)value */
124         u64 umin_value; /* minimum possible (u64)value */
125         u64 umax_value; /* maximum possible (u64)value */
126         s32 s32_min_value; /* minimum possible (s32)value */
127         s32 s32_max_value; /* maximum possible (s32)value */
128         u32 u32_min_value; /* minimum possible (u32)value */
129         u32 u32_max_value; /* maximum possible (u32)value */
130         /* parentage chain for liveness checking */
131         struct bpf_reg_state *parent;
132         /* Inside the callee two registers can be both PTR_TO_STACK like
133          * R1=fp-8 and R2=fp-8, but one of them points to this function stack
134          * while another to the caller's stack. To differentiate them 'frameno'
135          * is used which is an index in bpf_verifier_state->frame[] array
136          * pointing to bpf_func_state.
137          */
138         u32 frameno;
139         /* Tracks subreg definition. The stored value is the insn_idx of the
140          * writing insn. This is safe because subreg_def is used before any insn
141          * patching which only happens after main verification finished.
142          */
143         s32 subreg_def;
144         enum bpf_reg_liveness live;
145         /* if (!precise && SCALAR_VALUE) min/max/tnum don't affect safety */
146         bool precise;
147 };
148
149 enum bpf_stack_slot_type {
150         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
151         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
152         STACK_MISC,       /* BPF program wrote some data into this slot */
153         STACK_ZERO,       /* BPF program wrote constant zero */
154 };
155
156 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
157
158 struct bpf_stack_state {
159         struct bpf_reg_state spilled_ptr;
160         u8 slot_type[BPF_REG_SIZE];
161 };
162
163 struct bpf_reference_state {
164         /* Track each reference created with a unique id, even if the same
165          * instruction creates the reference multiple times (eg, via CALL).
166          */
167         int id;
168         /* Instruction where the allocation of this reference occurred. This
169          * is used purely to inform the user of a reference leak.
170          */
171         int insn_idx;
172 };
173
174 /* state of the program:
175  * type of all registers and stack info
176  */
177 struct bpf_func_state {
178         struct bpf_reg_state regs[MAX_BPF_REG];
179         /* index of call instruction that called into this func */
180         int callsite;
181         /* stack frame number of this function state from pov of
182          * enclosing bpf_verifier_state.
183          * 0 = main function, 1 = first callee.
184          */
185         u32 frameno;
186         /* subprog number == index within subprog_stack_depth
187          * zero == main subprog
188          */
189         u32 subprogno;
190
191         /* The following fields should be last. See copy_func_state() */
192         int acquired_refs;
193         struct bpf_reference_state *refs;
194         int allocated_stack;
195         struct bpf_stack_state *stack;
196 };
197
198 struct bpf_idx_pair {
199         u32 prev_idx;
200         u32 idx;
201 };
202
203 #define MAX_CALL_FRAMES 8
204 struct bpf_verifier_state {
205         /* call stack tracking */
206         struct bpf_func_state *frame[MAX_CALL_FRAMES];
207         struct bpf_verifier_state *parent;
208         /*
209          * 'branches' field is the number of branches left to explore:
210          * 0 - all possible paths from this state reached bpf_exit or
211          * were safely pruned
212          * 1 - at least one path is being explored.
213          * This state hasn't reached bpf_exit
214          * 2 - at least two paths are being explored.
215          * This state is an immediate parent of two children.
216          * One is fallthrough branch with branches==1 and another
217          * state is pushed into stack (to be explored later) also with
218          * branches==1. The parent of this state has branches==1.
219          * The verifier state tree connected via 'parent' pointer looks like:
220          * 1
221          * 1
222          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
223          * 1
224          * 2 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
225          * 1
226          * 1
227          * 1 bpf_exit.
228          *
229          * Once do_check() reaches bpf_exit, it calls update_branch_counts()
230          * and the verifier state tree will look:
231          * 1
232          * 1
233          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
234          * 1
235          * 1 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
236          * 0
237          * 0
238          * 0 bpf_exit.
239          * After pop_stack() the do_check() will resume at second 'if'.
240          *
241          * If is_state_visited() sees a state with branches > 0 it means
242          * there is a loop. If such state is exactly equal to the current state
243          * it's an infinite loop. Note states_equal() checks for states
244          * equvalency, so two states being 'states_equal' does not mean
245          * infinite loop. The exact comparison is provided by
246          * states_maybe_looping() function. It's a stronger pre-check and
247          * much faster than states_equal().
248          *
249          * This algorithm may not find all possible infinite loops or
250          * loop iteration count may be too high.
251          * In such cases BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS limit kicks in.
252          */
253         u32 branches;
254         u32 insn_idx;
255         u32 curframe;
256         u32 active_spin_lock;
257         bool speculative;
258
259         /* first and last insn idx of this verifier state */
260         u32 first_insn_idx;
261         u32 last_insn_idx;
262         /* jmp history recorded from first to last.
263          * backtracking is using it to go from last to first.
264          * For most states jmp_history_cnt is [0-3].
265          * For loops can go up to ~40.
266          */
267         struct bpf_idx_pair *jmp_history;
268         u32 jmp_history_cnt;
269 };
270
271 #define bpf_get_spilled_reg(slot, frame)                                \
272         (((slot < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE) &&             \
273           (frame->stack[slot].slot_type[0] == STACK_SPILL))             \
274          ? &frame->stack[slot].spilled_ptr : NULL)
275
276 /* Iterate over 'frame', setting 'reg' to either NULL or a spilled register. */
277 #define bpf_for_each_spilled_reg(iter, frame, reg)                      \
278         for (iter = 0, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame);          \
279              iter < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE;              \
280              iter++, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame))
281
282 /* linked list of verifier states used to prune search */
283 struct bpf_verifier_state_list {
284         struct bpf_verifier_state state;
285         struct bpf_verifier_state_list *next;
286         int miss_cnt, hit_cnt;
287 };
288
289 /* Possible states for alu_state member. */
290 #define BPF_ALU_SANITIZE_SRC            1U
291 #define BPF_ALU_SANITIZE_DST            2U
292 #define BPF_ALU_NEG_VALUE               (1U << 2)
293 #define BPF_ALU_NON_POINTER             (1U << 3)
294 #define BPF_ALU_SANITIZE                (BPF_ALU_SANITIZE_SRC | \
295                                          BPF_ALU_SANITIZE_DST)
296
297 struct bpf_insn_aux_data {
298         union {
299                 enum bpf_reg_type ptr_type;     /* pointer type for load/store insns */
300                 unsigned long map_ptr_state;    /* pointer/poison value for maps */
301                 s32 call_imm;                   /* saved imm field of call insn */
302                 u32 alu_limit;                  /* limit for add/sub register with pointer */
303                 struct {
304                         u32 map_index;          /* index into used_maps[] */
305                         u32 map_off;            /* offset from value base address */
306                 };
307         };
308         u64 map_key_state; /* constant (32 bit) key tracking for maps */
309         int ctx_field_size; /* the ctx field size for load insn, maybe 0 */
310         int sanitize_stack_off; /* stack slot to be cleared */
311         u32 seen; /* this insn was processed by the verifier at env->pass_cnt */
312         bool zext_dst; /* this insn zero extends dst reg */
313         u8 alu_state; /* used in combination with alu_limit */
314
315         /* below fields are initialized once */
316         unsigned int orig_idx; /* original instruction index */
317         bool prune_point;
318 };
319
320 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
321
322 #define BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE       1024
323
324 struct bpf_verifier_log {
325         u32 level;
326         char kbuf[BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE];
327         char __user *ubuf;
328         u32 len_used;
329         u32 len_total;
330 };
331
332 static inline bool bpf_verifier_log_full(const struct bpf_verifier_log *log)
333 {
334         return log->len_used >= log->len_total - 1;
335 }
336
337 #define BPF_LOG_LEVEL1  1
338 #define BPF_LOG_LEVEL2  2
339 #define BPF_LOG_STATS   4
340 #define BPF_LOG_LEVEL   (BPF_LOG_LEVEL1 | BPF_LOG_LEVEL2)
341 #define BPF_LOG_MASK    (BPF_LOG_LEVEL | BPF_LOG_STATS)
342 #define BPF_LOG_KERNEL  (BPF_LOG_MASK + 1) /* kernel internal flag */
343
344 static inline bool bpf_verifier_log_needed(const struct bpf_verifier_log *log)
345 {
346         return (log->level && log->ubuf && !bpf_verifier_log_full(log)) ||
347                 log->level == BPF_LOG_KERNEL;
348 }
349
350 #define BPF_MAX_SUBPROGS 256
351
352 struct bpf_subprog_info {
353         /* 'start' has to be the first field otherwise find_subprog() won't work */
354         u32 start; /* insn idx of function entry point */
355         u32 linfo_idx; /* The idx to the main_prog->aux->linfo */
356         u16 stack_depth; /* max. stack depth used by this function */
357 };
358
359 /* single container for all structs
360  * one verifier_env per bpf_check() call
361  */
362 struct bpf_verifier_env {
363         u32 insn_idx;
364         u32 prev_insn_idx;
365         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
366         const struct bpf_verifier_ops *ops;
367         struct bpf_verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
368         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
369         bool strict_alignment;          /* perform strict pointer alignment checks */
370         bool test_state_freq;           /* test verifier with different pruning frequency */
371         struct bpf_verifier_state *cur_state; /* current verifier state */
372         struct bpf_verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
373         struct bpf_verifier_state_list *free_list;
374         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
375         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
376         u32 id_gen;                     /* used to generate unique reg IDs */
377         bool allow_ptr_leaks;
378         bool seen_direct_write;
379         struct bpf_insn_aux_data *insn_aux_data; /* array of per-insn state */
380         const struct bpf_line_info *prev_linfo;
381         struct bpf_verifier_log log;
382         struct bpf_subprog_info subprog_info[BPF_MAX_SUBPROGS + 1];
383         struct {
384                 int *insn_state;
385                 int *insn_stack;
386                 int cur_stack;
387         } cfg;
388         u32 pass_cnt; /* number of times do_check() was called */
389         u32 subprog_cnt;
390         /* number of instructions analyzed by the verifier */
391         u32 prev_insn_processed, insn_processed;
392         /* number of jmps, calls, exits analyzed so far */
393         u32 prev_jmps_processed, jmps_processed;
394         /* total verification time */
395         u64 verification_time;
396         /* maximum number of verifier states kept in 'branching' instructions */
397         u32 max_states_per_insn;
398         /* total number of allocated verifier states */
399         u32 total_states;
400         /* some states are freed during program analysis.
401          * this is peak number of states. this number dominates kernel
402          * memory consumption during verification
403          */
404         u32 peak_states;
405         /* longest register parentage chain walked for liveness marking */
406         u32 longest_mark_read_walk;
407 };
408
409 __printf(2, 0) void bpf_verifier_vlog(struct bpf_verifier_log *log,
410                                       const char *fmt, va_list args);
411 __printf(2, 3) void bpf_verifier_log_write(struct bpf_verifier_env *env,
412                                            const char *fmt, ...);
413 __printf(2, 3) void bpf_log(struct bpf_verifier_log *log,
414                             const char *fmt, ...);
415
416 static inline struct bpf_func_state *cur_func(struct bpf_verifier_env *env)
417 {
418         struct bpf_verifier_state *cur = env->cur_state;
419
420         return cur->frame[cur->curframe];
421 }
422
423 static inline struct bpf_reg_state *cur_regs(struct bpf_verifier_env *env)
424 {
425         return cur_func(env)->regs;
426 }
427
428 int bpf_prog_offload_verifier_prep(struct bpf_prog *prog);
429 int bpf_prog_offload_verify_insn(struct bpf_verifier_env *env,
430                                  int insn_idx, int prev_insn_idx);
431 int bpf_prog_offload_finalize(struct bpf_verifier_env *env);
432 void
433 bpf_prog_offload_replace_insn(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
434                               struct bpf_insn *insn);
435 void
436 bpf_prog_offload_remove_insns(struct bpf_verifier_env *env, u32 off, u32 cnt);
437
438 int check_ctx_reg(struct bpf_verifier_env *env,
439                   const struct bpf_reg_state *reg, int regno);
440
441 #endif /* _LINUX_BPF_VERIFIER_H */