Linux 6.9-rc1
[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/btf.h> /* for struct btf and btf_id() */
9 #include <linux/filter.h> /* for MAX_BPF_STACK */
10 #include <linux/tnum.h>
11
12 /* Maximum variable offset umax_value permitted when resolving memory accesses.
13  * In practice this is far bigger than any realistic pointer offset; this limit
14  * ensures that umax_value + (int)off + (int)size cannot overflow a u64.
15  */
16 #define BPF_MAX_VAR_OFF (1 << 29)
17 /* Maximum variable size permitted for ARG_CONST_SIZE[_OR_ZERO].  This ensures
18  * that converting umax_value to int cannot overflow.
19  */
20 #define BPF_MAX_VAR_SIZ (1 << 29)
21 /* size of tmp_str_buf in bpf_verifier.
22  * we need at least 306 bytes to fit full stack mask representation
23  * (in the "-8,-16,...,-512" form)
24  */
25 #define TMP_STR_BUF_LEN 320
26
27 /* Liveness marks, used for registers and spilled-regs (in stack slots).
28  * Read marks propagate upwards until they find a write mark; they record that
29  * "one of this state's descendants read this reg" (and therefore the reg is
30  * relevant for states_equal() checks).
31  * Write marks collect downwards and do not propagate; they record that "the
32  * straight-line code that reached this state (from its parent) wrote this reg"
33  * (and therefore that reads propagated from this state or its descendants
34  * should not propagate to its parent).
35  * A state with a write mark can receive read marks; it just won't propagate
36  * them to its parent, since the write mark is a property, not of the state,
37  * but of the link between it and its parent.  See mark_reg_read() and
38  * mark_stack_slot_read() in kernel/bpf/verifier.c.
39  */
40 enum bpf_reg_liveness {
41         REG_LIVE_NONE = 0, /* reg hasn't been read or written this branch */
42         REG_LIVE_READ32 = 0x1, /* reg was read, so we're sensitive to initial value */
43         REG_LIVE_READ64 = 0x2, /* likewise, but full 64-bit content matters */
44         REG_LIVE_READ = REG_LIVE_READ32 | REG_LIVE_READ64,
45         REG_LIVE_WRITTEN = 0x4, /* reg was written first, screening off later reads */
46         REG_LIVE_DONE = 0x8, /* liveness won't be updating this register anymore */
47 };
48
49 /* For every reg representing a map value or allocated object pointer,
50  * we consider the tuple of (ptr, id) for them to be unique in verifier
51  * context and conside them to not alias each other for the purposes of
52  * tracking lock state.
53  */
54 struct bpf_active_lock {
55         /* This can either be reg->map_ptr or reg->btf. If ptr is NULL,
56          * there's no active lock held, and other fields have no
57          * meaning. If non-NULL, it indicates that a lock is held and
58          * id member has the reg->id of the register which can be >= 0.
59          */
60         void *ptr;
61         /* This will be reg->id */
62         u32 id;
63 };
64
65 #define ITER_PREFIX "bpf_iter_"
66
67 enum bpf_iter_state {
68         BPF_ITER_STATE_INVALID, /* for non-first slot */
69         BPF_ITER_STATE_ACTIVE,
70         BPF_ITER_STATE_DRAINED,
71 };
72
73 struct bpf_reg_state {
74         /* Ordering of fields matters.  See states_equal() */
75         enum bpf_reg_type type;
76         /* Fixed part of pointer offset, pointer types only */
77         s32 off;
78         union {
79                 /* valid when type == PTR_TO_PACKET */
80                 int range;
81
82                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
83                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
84                  */
85                 struct {
86                         struct bpf_map *map_ptr;
87                         /* To distinguish map lookups from outer map
88                          * the map_uid is non-zero for registers
89                          * pointing to inner maps.
90                          */
91                         u32 map_uid;
92                 };
93
94                 /* for PTR_TO_BTF_ID */
95                 struct {
96                         struct btf *btf;
97                         u32 btf_id;
98                 };
99
100                 struct { /* for PTR_TO_MEM | PTR_TO_MEM_OR_NULL */
101                         u32 mem_size;
102                         u32 dynptr_id; /* for dynptr slices */
103                 };
104
105                 /* For dynptr stack slots */
106                 struct {
107                         enum bpf_dynptr_type type;
108                         /* A dynptr is 16 bytes so it takes up 2 stack slots.
109                          * We need to track which slot is the first slot
110                          * to protect against cases where the user may try to
111                          * pass in an address starting at the second slot of the
112                          * dynptr.
113                          */
114                         bool first_slot;
115                 } dynptr;
116
117                 /* For bpf_iter stack slots */
118                 struct {
119                         /* BTF container and BTF type ID describing
120                          * struct bpf_iter_<type> of an iterator state
121                          */
122                         struct btf *btf;
123                         u32 btf_id;
124                         /* packing following two fields to fit iter state into 16 bytes */
125                         enum bpf_iter_state state:2;
126                         int depth:30;
127                 } iter;
128
129                 /* Max size from any of the above. */
130                 struct {
131                         unsigned long raw1;
132                         unsigned long raw2;
133                 } raw;
134
135                 u32 subprogno; /* for PTR_TO_FUNC */
136         };
137         /* For scalar types (SCALAR_VALUE), this represents our knowledge of
138          * the actual value.
139          * For pointer types, this represents the variable part of the offset
140          * from the pointed-to object, and is shared with all bpf_reg_states
141          * with the same id as us.
142          */
143         struct tnum var_off;
144         /* Used to determine if any memory access using this register will
145          * result in a bad access.
146          * These refer to the same value as var_off, not necessarily the actual
147          * contents of the register.
148          */
149         s64 smin_value; /* minimum possible (s64)value */
150         s64 smax_value; /* maximum possible (s64)value */
151         u64 umin_value; /* minimum possible (u64)value */
152         u64 umax_value; /* maximum possible (u64)value */
153         s32 s32_min_value; /* minimum possible (s32)value */
154         s32 s32_max_value; /* maximum possible (s32)value */
155         u32 u32_min_value; /* minimum possible (u32)value */
156         u32 u32_max_value; /* maximum possible (u32)value */
157         /* For PTR_TO_PACKET, used to find other pointers with the same variable
158          * offset, so they can share range knowledge.
159          * For PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL this is used to share which map value we
160          * came from, when one is tested for != NULL.
161          * For PTR_TO_MEM_OR_NULL this is used to identify memory allocation
162          * for the purpose of tracking that it's freed.
163          * For PTR_TO_SOCKET this is used to share which pointers retain the
164          * same reference to the socket, to determine proper reference freeing.
165          * For stack slots that are dynptrs, this is used to track references to
166          * the dynptr to determine proper reference freeing.
167          * Similarly to dynptrs, we use ID to track "belonging" of a reference
168          * to a specific instance of bpf_iter.
169          */
170         u32 id;
171         /* PTR_TO_SOCKET and PTR_TO_TCP_SOCK could be a ptr returned
172          * from a pointer-cast helper, bpf_sk_fullsock() and
173          * bpf_tcp_sock().
174          *
175          * Consider the following where "sk" is a reference counted
176          * pointer returned from "sk = bpf_sk_lookup_tcp();":
177          *
178          * 1: sk = bpf_sk_lookup_tcp();
179          * 2: if (!sk) { return 0; }
180          * 3: fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);
181          * 4: if (!fullsock) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
182          * 5: tp = bpf_tcp_sock(fullsock);
183          * 6: if (!tp) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
184          * 7: bpf_sk_release(sk);
185          * 8: snd_cwnd = tp->snd_cwnd;  // verifier will complain
186          *
187          * After bpf_sk_release(sk) at line 7, both "fullsock" ptr and
188          * "tp" ptr should be invalidated also.  In order to do that,
189          * the reg holding "fullsock" and "sk" need to remember
190          * the original refcounted ptr id (i.e. sk_reg->id) in ref_obj_id
191          * such that the verifier can reset all regs which have
192          * ref_obj_id matching the sk_reg->id.
193          *
194          * sk_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->id at line 1.
195          * sk_reg->id will stay as NULL-marking purpose only.
196          * After NULL-marking is done, sk_reg->id can be reset to 0.
197          *
198          * After "fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);" at line 3,
199          * fullsock_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->ref_obj_id.
200          *
201          * After "tp = bpf_tcp_sock(fullsock);" at line 5,
202          * tp_reg->ref_obj_id is set to fullsock_reg->ref_obj_id
203          * which is the same as sk_reg->ref_obj_id.
204          *
205          * From the verifier perspective, if sk, fullsock and tp
206          * are not NULL, they are the same ptr with different
207          * reg->type.  In particular, bpf_sk_release(tp) is also
208          * allowed and has the same effect as bpf_sk_release(sk).
209          */
210         u32 ref_obj_id;
211         /* parentage chain for liveness checking */
212         struct bpf_reg_state *parent;
213         /* Inside the callee two registers can be both PTR_TO_STACK like
214          * R1=fp-8 and R2=fp-8, but one of them points to this function stack
215          * while another to the caller's stack. To differentiate them 'frameno'
216          * is used which is an index in bpf_verifier_state->frame[] array
217          * pointing to bpf_func_state.
218          */
219         u32 frameno;
220         /* Tracks subreg definition. The stored value is the insn_idx of the
221          * writing insn. This is safe because subreg_def is used before any insn
222          * patching which only happens after main verification finished.
223          */
224         s32 subreg_def;
225         enum bpf_reg_liveness live;
226         /* if (!precise && SCALAR_VALUE) min/max/tnum don't affect safety */
227         bool precise;
228 };
229
230 enum bpf_stack_slot_type {
231         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
232         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
233         STACK_MISC,       /* BPF program wrote some data into this slot */
234         STACK_ZERO,       /* BPF program wrote constant zero */
235         /* A dynptr is stored in this stack slot. The type of dynptr
236          * is stored in bpf_stack_state->spilled_ptr.dynptr.type
237          */
238         STACK_DYNPTR,
239         STACK_ITER,
240 };
241
242 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
243
244 #define BPF_REGMASK_ARGS ((1 << BPF_REG_1) | (1 << BPF_REG_2) | \
245                           (1 << BPF_REG_3) | (1 << BPF_REG_4) | \
246                           (1 << BPF_REG_5))
247
248 #define BPF_DYNPTR_SIZE         sizeof(struct bpf_dynptr_kern)
249 #define BPF_DYNPTR_NR_SLOTS             (BPF_DYNPTR_SIZE / BPF_REG_SIZE)
250
251 struct bpf_stack_state {
252         struct bpf_reg_state spilled_ptr;
253         u8 slot_type[BPF_REG_SIZE];
254 };
255
256 struct bpf_reference_state {
257         /* Track each reference created with a unique id, even if the same
258          * instruction creates the reference multiple times (eg, via CALL).
259          */
260         int id;
261         /* Instruction where the allocation of this reference occurred. This
262          * is used purely to inform the user of a reference leak.
263          */
264         int insn_idx;
265         /* There can be a case like:
266          * main (frame 0)
267          *  cb (frame 1)
268          *   func (frame 3)
269          *    cb (frame 4)
270          * Hence for frame 4, if callback_ref just stored boolean, it would be
271          * impossible to distinguish nested callback refs. Hence store the
272          * frameno and compare that to callback_ref in check_reference_leak when
273          * exiting a callback function.
274          */
275         int callback_ref;
276 };
277
278 struct bpf_retval_range {
279         s32 minval;
280         s32 maxval;
281 };
282
283 /* state of the program:
284  * type of all registers and stack info
285  */
286 struct bpf_func_state {
287         struct bpf_reg_state regs[MAX_BPF_REG];
288         /* index of call instruction that called into this func */
289         int callsite;
290         /* stack frame number of this function state from pov of
291          * enclosing bpf_verifier_state.
292          * 0 = main function, 1 = first callee.
293          */
294         u32 frameno;
295         /* subprog number == index within subprog_info
296          * zero == main subprog
297          */
298         u32 subprogno;
299         /* Every bpf_timer_start will increment async_entry_cnt.
300          * It's used to distinguish:
301          * void foo(void) { for(;;); }
302          * void foo(void) { bpf_timer_set_callback(,foo); }
303          */
304         u32 async_entry_cnt;
305         struct bpf_retval_range callback_ret_range;
306         bool in_callback_fn;
307         bool in_async_callback_fn;
308         bool in_exception_callback_fn;
309         /* For callback calling functions that limit number of possible
310          * callback executions (e.g. bpf_loop) keeps track of current
311          * simulated iteration number.
312          * Value in frame N refers to number of times callback with frame
313          * N+1 was simulated, e.g. for the following call:
314          *
315          *   bpf_loop(..., fn, ...); | suppose current frame is N
316          *                           | fn would be simulated in frame N+1
317          *                           | number of simulations is tracked in frame N
318          */
319         u32 callback_depth;
320
321         /* The following fields should be last. See copy_func_state() */
322         int acquired_refs;
323         struct bpf_reference_state *refs;
324         /* The state of the stack. Each element of the array describes BPF_REG_SIZE
325          * (i.e. 8) bytes worth of stack memory.
326          * stack[0] represents bytes [*(r10-8)..*(r10-1)]
327          * stack[1] represents bytes [*(r10-16)..*(r10-9)]
328          * ...
329          * stack[allocated_stack/8 - 1] represents [*(r10-allocated_stack)..*(r10-allocated_stack+7)]
330          */
331         struct bpf_stack_state *stack;
332         /* Size of the current stack, in bytes. The stack state is tracked below, in
333          * `stack`. allocated_stack is always a multiple of BPF_REG_SIZE.
334          */
335         int allocated_stack;
336 };
337
338 #define MAX_CALL_FRAMES 8
339
340 /* instruction history flags, used in bpf_jmp_history_entry.flags field */
341 enum {
342         /* instruction references stack slot through PTR_TO_STACK register;
343          * we also store stack's frame number in lower 3 bits (MAX_CALL_FRAMES is 8)
344          * and accessed stack slot's index in next 6 bits (MAX_BPF_STACK is 512,
345          * 8 bytes per slot, so slot index (spi) is [0, 63])
346          */
347         INSN_F_FRAMENO_MASK = 0x7, /* 3 bits */
348
349         INSN_F_SPI_MASK = 0x3f, /* 6 bits */
350         INSN_F_SPI_SHIFT = 3, /* shifted 3 bits to the left */
351
352         INSN_F_STACK_ACCESS = BIT(9), /* we need 10 bits total */
353 };
354
355 static_assert(INSN_F_FRAMENO_MASK + 1 >= MAX_CALL_FRAMES);
356 static_assert(INSN_F_SPI_MASK + 1 >= MAX_BPF_STACK / 8);
357
358 struct bpf_jmp_history_entry {
359         u32 idx;
360         /* insn idx can't be bigger than 1 million */
361         u32 prev_idx : 22;
362         /* special flags, e.g., whether insn is doing register stack spill/load */
363         u32 flags : 10;
364 };
365
366 /* Maximum number of register states that can exist at once */
367 #define BPF_ID_MAP_SIZE ((MAX_BPF_REG + MAX_BPF_STACK / BPF_REG_SIZE) * MAX_CALL_FRAMES)
368 struct bpf_verifier_state {
369         /* call stack tracking */
370         struct bpf_func_state *frame[MAX_CALL_FRAMES];
371         struct bpf_verifier_state *parent;
372         /*
373          * 'branches' field is the number of branches left to explore:
374          * 0 - all possible paths from this state reached bpf_exit or
375          * were safely pruned
376          * 1 - at least one path is being explored.
377          * This state hasn't reached bpf_exit
378          * 2 - at least two paths are being explored.
379          * This state is an immediate parent of two children.
380          * One is fallthrough branch with branches==1 and another
381          * state is pushed into stack (to be explored later) also with
382          * branches==1. The parent of this state has branches==1.
383          * The verifier state tree connected via 'parent' pointer looks like:
384          * 1
385          * 1
386          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
387          * 1
388          * 2 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
389          * 1
390          * 1
391          * 1 bpf_exit.
392          *
393          * Once do_check() reaches bpf_exit, it calls update_branch_counts()
394          * and the verifier state tree will look:
395          * 1
396          * 1
397          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
398          * 1
399          * 1 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
400          * 0
401          * 0
402          * 0 bpf_exit.
403          * After pop_stack() the do_check() will resume at second 'if'.
404          *
405          * If is_state_visited() sees a state with branches > 0 it means
406          * there is a loop. If such state is exactly equal to the current state
407          * it's an infinite loop. Note states_equal() checks for states
408          * equivalency, so two states being 'states_equal' does not mean
409          * infinite loop. The exact comparison is provided by
410          * states_maybe_looping() function. It's a stronger pre-check and
411          * much faster than states_equal().
412          *
413          * This algorithm may not find all possible infinite loops or
414          * loop iteration count may be too high.
415          * In such cases BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS limit kicks in.
416          */
417         u32 branches;
418         u32 insn_idx;
419         u32 curframe;
420
421         struct bpf_active_lock active_lock;
422         bool speculative;
423         bool active_rcu_lock;
424         /* If this state was ever pointed-to by other state's loop_entry field
425          * this flag would be set to true. Used to avoid freeing such states
426          * while they are still in use.
427          */
428         bool used_as_loop_entry;
429
430         /* first and last insn idx of this verifier state */
431         u32 first_insn_idx;
432         u32 last_insn_idx;
433         /* If this state is a part of states loop this field points to some
434          * parent of this state such that:
435          * - it is also a member of the same states loop;
436          * - DFS states traversal starting from initial state visits loop_entry
437          *   state before this state.
438          * Used to compute topmost loop entry for state loops.
439          * State loops might appear because of open coded iterators logic.
440          * See get_loop_entry() for more information.
441          */
442         struct bpf_verifier_state *loop_entry;
443         /* jmp history recorded from first to last.
444          * backtracking is using it to go from last to first.
445          * For most states jmp_history_cnt is [0-3].
446          * For loops can go up to ~40.
447          */
448         struct bpf_jmp_history_entry *jmp_history;
449         u32 jmp_history_cnt;
450         u32 dfs_depth;
451         u32 callback_unroll_depth;
452         u32 may_goto_depth;
453 };
454
455 #define bpf_get_spilled_reg(slot, frame, mask)                          \
456         (((slot < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE) &&             \
457           ((1 << frame->stack[slot].slot_type[BPF_REG_SIZE - 1]) & (mask))) \
458          ? &frame->stack[slot].spilled_ptr : NULL)
459
460 /* Iterate over 'frame', setting 'reg' to either NULL or a spilled register. */
461 #define bpf_for_each_spilled_reg(iter, frame, reg, mask)                        \
462         for (iter = 0, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame, mask);            \
463              iter < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE;              \
464              iter++, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame, mask))
465
466 #define bpf_for_each_reg_in_vstate_mask(__vst, __state, __reg, __mask, __expr)   \
467         ({                                                               \
468                 struct bpf_verifier_state *___vstate = __vst;            \
469                 int ___i, ___j;                                          \
470                 for (___i = 0; ___i <= ___vstate->curframe; ___i++) {    \
471                         struct bpf_reg_state *___regs;                   \
472                         __state = ___vstate->frame[___i];                \
473                         ___regs = __state->regs;                         \
474                         for (___j = 0; ___j < MAX_BPF_REG; ___j++) {     \
475                                 __reg = &___regs[___j];                  \
476                                 (void)(__expr);                          \
477                         }                                                \
478                         bpf_for_each_spilled_reg(___j, __state, __reg, __mask) { \
479                                 if (!__reg)                              \
480                                         continue;                        \
481                                 (void)(__expr);                          \
482                         }                                                \
483                 }                                                        \
484         })
485
486 /* Invoke __expr over regsiters in __vst, setting __state and __reg */
487 #define bpf_for_each_reg_in_vstate(__vst, __state, __reg, __expr) \
488         bpf_for_each_reg_in_vstate_mask(__vst, __state, __reg, 1 << STACK_SPILL, __expr)
489
490 /* linked list of verifier states used to prune search */
491 struct bpf_verifier_state_list {
492         struct bpf_verifier_state state;
493         struct bpf_verifier_state_list *next;
494         int miss_cnt, hit_cnt;
495 };
496
497 struct bpf_loop_inline_state {
498         unsigned int initialized:1; /* set to true upon first entry */
499         unsigned int fit_for_inline:1; /* true if callback function is the same
500                                         * at each call and flags are always zero
501                                         */
502         u32 callback_subprogno; /* valid when fit_for_inline is true */
503 };
504
505 /* Possible states for alu_state member. */
506 #define BPF_ALU_SANITIZE_SRC            (1U << 0)
507 #define BPF_ALU_SANITIZE_DST            (1U << 1)
508 #define BPF_ALU_NEG_VALUE               (1U << 2)
509 #define BPF_ALU_NON_POINTER             (1U << 3)
510 #define BPF_ALU_IMMEDIATE               (1U << 4)
511 #define BPF_ALU_SANITIZE                (BPF_ALU_SANITIZE_SRC | \
512                                          BPF_ALU_SANITIZE_DST)
513
514 struct bpf_insn_aux_data {
515         union {
516                 enum bpf_reg_type ptr_type;     /* pointer type for load/store insns */
517                 unsigned long map_ptr_state;    /* pointer/poison value for maps */
518                 s32 call_imm;                   /* saved imm field of call insn */
519                 u32 alu_limit;                  /* limit for add/sub register with pointer */
520                 struct {
521                         u32 map_index;          /* index into used_maps[] */
522                         u32 map_off;            /* offset from value base address */
523                 };
524                 struct {
525                         enum bpf_reg_type reg_type;     /* type of pseudo_btf_id */
526                         union {
527                                 struct {
528                                         struct btf *btf;
529                                         u32 btf_id;     /* btf_id for struct typed var */
530                                 };
531                                 u32 mem_size;   /* mem_size for non-struct typed var */
532                         };
533                 } btf_var;
534                 /* if instruction is a call to bpf_loop this field tracks
535                  * the state of the relevant registers to make decision about inlining
536                  */
537                 struct bpf_loop_inline_state loop_inline_state;
538         };
539         union {
540                 /* remember the size of type passed to bpf_obj_new to rewrite R1 */
541                 u64 obj_new_size;
542                 /* remember the offset of node field within type to rewrite */
543                 u64 insert_off;
544         };
545         struct btf_struct_meta *kptr_struct_meta;
546         u64 map_key_state; /* constant (32 bit) key tracking for maps */
547         int ctx_field_size; /* the ctx field size for load insn, maybe 0 */
548         u32 seen; /* this insn was processed by the verifier at env->pass_cnt */
549         bool sanitize_stack_spill; /* subject to Spectre v4 sanitation */
550         bool zext_dst; /* this insn zero extends dst reg */
551         bool needs_zext; /* alu op needs to clear upper bits */
552         bool storage_get_func_atomic; /* bpf_*_storage_get() with atomic memory alloc */
553         bool is_iter_next; /* bpf_iter_<type>_next() kfunc call */
554         bool call_with_percpu_alloc_ptr; /* {this,per}_cpu_ptr() with prog percpu alloc */
555         u8 alu_state; /* used in combination with alu_limit */
556
557         /* below fields are initialized once */
558         unsigned int orig_idx; /* original instruction index */
559         bool jmp_point;
560         bool prune_point;
561         /* ensure we check state equivalence and save state checkpoint and
562          * this instruction, regardless of any heuristics
563          */
564         bool force_checkpoint;
565         /* true if instruction is a call to a helper function that
566          * accepts callback function as a parameter.
567          */
568         bool calls_callback;
569 };
570
571 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
572 #define MAX_USED_BTFS 64 /* max number of BTFs accessed by one BPF program */
573
574 #define BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE       1024
575
576 struct bpf_verifier_log {
577         /* Logical start and end positions of a "log window" of the verifier log.
578          * start_pos == 0 means we haven't truncated anything.
579          * Once truncation starts to happen, start_pos + len_total == end_pos,
580          * except during log reset situations, in which (end_pos - start_pos)
581          * might get smaller than len_total (see bpf_vlog_reset()).
582          * Generally, (end_pos - start_pos) gives number of useful data in
583          * user log buffer.
584          */
585         u64 start_pos;
586         u64 end_pos;
587         char __user *ubuf;
588         u32 level;
589         u32 len_total;
590         u32 len_max;
591         char kbuf[BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE];
592 };
593
594 #define BPF_LOG_LEVEL1  1
595 #define BPF_LOG_LEVEL2  2
596 #define BPF_LOG_STATS   4
597 #define BPF_LOG_FIXED   8
598 #define BPF_LOG_LEVEL   (BPF_LOG_LEVEL1 | BPF_LOG_LEVEL2)
599 #define BPF_LOG_MASK    (BPF_LOG_LEVEL | BPF_LOG_STATS | BPF_LOG_FIXED)
600 #define BPF_LOG_KERNEL  (BPF_LOG_MASK + 1) /* kernel internal flag */
601 #define BPF_LOG_MIN_ALIGNMENT 8U
602 #define BPF_LOG_ALIGNMENT 40U
603
604 static inline bool bpf_verifier_log_needed(const struct bpf_verifier_log *log)
605 {
606         return log && log->level;
607 }
608
609 #define BPF_MAX_SUBPROGS 256
610
611 struct bpf_subprog_arg_info {
612         enum bpf_arg_type arg_type;
613         union {
614                 u32 mem_size;
615                 u32 btf_id;
616         };
617 };
618
619 struct bpf_subprog_info {
620         /* 'start' has to be the first field otherwise find_subprog() won't work */
621         u32 start; /* insn idx of function entry point */
622         u32 linfo_idx; /* The idx to the main_prog->aux->linfo */
623         u16 stack_depth; /* max. stack depth used by this function */
624         u16 stack_extra;
625         bool has_tail_call: 1;
626         bool tail_call_reachable: 1;
627         bool has_ld_abs: 1;
628         bool is_cb: 1;
629         bool is_async_cb: 1;
630         bool is_exception_cb: 1;
631         bool args_cached: 1;
632
633         u8 arg_cnt;
634         struct bpf_subprog_arg_info args[MAX_BPF_FUNC_REG_ARGS];
635 };
636
637 struct bpf_verifier_env;
638
639 struct backtrack_state {
640         struct bpf_verifier_env *env;
641         u32 frame;
642         u32 reg_masks[MAX_CALL_FRAMES];
643         u64 stack_masks[MAX_CALL_FRAMES];
644 };
645
646 struct bpf_id_pair {
647         u32 old;
648         u32 cur;
649 };
650
651 struct bpf_idmap {
652         u32 tmp_id_gen;
653         struct bpf_id_pair map[BPF_ID_MAP_SIZE];
654 };
655
656 struct bpf_idset {
657         u32 count;
658         u32 ids[BPF_ID_MAP_SIZE];
659 };
660
661 /* single container for all structs
662  * one verifier_env per bpf_check() call
663  */
664 struct bpf_verifier_env {
665         u32 insn_idx;
666         u32 prev_insn_idx;
667         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
668         const struct bpf_verifier_ops *ops;
669         struct module *attach_btf_mod;  /* The owner module of prog->aux->attach_btf */
670         struct bpf_verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
671         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
672         bool strict_alignment;          /* perform strict pointer alignment checks */
673         bool test_state_freq;           /* test verifier with different pruning frequency */
674         bool test_reg_invariants;       /* fail verification on register invariants violations */
675         struct bpf_verifier_state *cur_state; /* current verifier state */
676         struct bpf_verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
677         struct bpf_verifier_state_list *free_list;
678         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
679         struct btf_mod_pair used_btfs[MAX_USED_BTFS]; /* array of BTF's used by BPF program */
680         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
681         u32 used_btf_cnt;               /* number of used BTF objects */
682         u32 id_gen;                     /* used to generate unique reg IDs */
683         u32 hidden_subprog_cnt;         /* number of hidden subprogs */
684         int exception_callback_subprog;
685         bool explore_alu_limits;
686         bool allow_ptr_leaks;
687         /* Allow access to uninitialized stack memory. Writes with fixed offset are
688          * always allowed, so this refers to reads (with fixed or variable offset),
689          * to writes with variable offset and to indirect (helper) accesses.
690          */
691         bool allow_uninit_stack;
692         bool bpf_capable;
693         bool bypass_spec_v1;
694         bool bypass_spec_v4;
695         bool seen_direct_write;
696         bool seen_exception;
697         struct bpf_insn_aux_data *insn_aux_data; /* array of per-insn state */
698         const struct bpf_line_info *prev_linfo;
699         struct bpf_verifier_log log;
700         struct bpf_subprog_info subprog_info[BPF_MAX_SUBPROGS + 2]; /* max + 2 for the fake and exception subprogs */
701         union {
702                 struct bpf_idmap idmap_scratch;
703                 struct bpf_idset idset_scratch;
704         };
705         struct {
706                 int *insn_state;
707                 int *insn_stack;
708                 int cur_stack;
709         } cfg;
710         struct backtrack_state bt;
711         struct bpf_jmp_history_entry *cur_hist_ent;
712         u32 pass_cnt; /* number of times do_check() was called */
713         u32 subprog_cnt;
714         /* number of instructions analyzed by the verifier */
715         u32 prev_insn_processed, insn_processed;
716         /* number of jmps, calls, exits analyzed so far */
717         u32 prev_jmps_processed, jmps_processed;
718         /* total verification time */
719         u64 verification_time;
720         /* maximum number of verifier states kept in 'branching' instructions */
721         u32 max_states_per_insn;
722         /* total number of allocated verifier states */
723         u32 total_states;
724         /* some states are freed during program analysis.
725          * this is peak number of states. this number dominates kernel
726          * memory consumption during verification
727          */
728         u32 peak_states;
729         /* longest register parentage chain walked for liveness marking */
730         u32 longest_mark_read_walk;
731         bpfptr_t fd_array;
732
733         /* bit mask to keep track of whether a register has been accessed
734          * since the last time the function state was printed
735          */
736         u32 scratched_regs;
737         /* Same as scratched_regs but for stack slots */
738         u64 scratched_stack_slots;
739         u64 prev_log_pos, prev_insn_print_pos;
740         /* buffer used to generate temporary string representations,
741          * e.g., in reg_type_str() to generate reg_type string
742          */
743         char tmp_str_buf[TMP_STR_BUF_LEN];
744 };
745
746 static inline struct bpf_func_info_aux *subprog_aux(struct bpf_verifier_env *env, int subprog)
747 {
748         return &env->prog->aux->func_info_aux[subprog];
749 }
750
751 static inline struct bpf_subprog_info *subprog_info(struct bpf_verifier_env *env, int subprog)
752 {
753         return &env->subprog_info[subprog];
754 }
755
756 __printf(2, 0) void bpf_verifier_vlog(struct bpf_verifier_log *log,
757                                       const char *fmt, va_list args);
758 __printf(2, 3) void bpf_verifier_log_write(struct bpf_verifier_env *env,
759                                            const char *fmt, ...);
760 __printf(2, 3) void bpf_log(struct bpf_verifier_log *log,
761                             const char *fmt, ...);
762 int bpf_vlog_init(struct bpf_verifier_log *log, u32 log_level,
763                   char __user *log_buf, u32 log_size);
764 void bpf_vlog_reset(struct bpf_verifier_log *log, u64 new_pos);
765 int bpf_vlog_finalize(struct bpf_verifier_log *log, u32 *log_size_actual);
766
767 __printf(3, 4) void verbose_linfo(struct bpf_verifier_env *env,
768                                   u32 insn_off,
769                                   const char *prefix_fmt, ...);
770
771 static inline struct bpf_func_state *cur_func(struct bpf_verifier_env *env)
772 {
773         struct bpf_verifier_state *cur = env->cur_state;
774
775         return cur->frame[cur->curframe];
776 }
777
778 static inline struct bpf_reg_state *cur_regs(struct bpf_verifier_env *env)
779 {
780         return cur_func(env)->regs;
781 }
782
783 int bpf_prog_offload_verifier_prep(struct bpf_prog *prog);
784 int bpf_prog_offload_verify_insn(struct bpf_verifier_env *env,
785                                  int insn_idx, int prev_insn_idx);
786 int bpf_prog_offload_finalize(struct bpf_verifier_env *env);
787 void
788 bpf_prog_offload_replace_insn(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
789                               struct bpf_insn *insn);
790 void
791 bpf_prog_offload_remove_insns(struct bpf_verifier_env *env, u32 off, u32 cnt);
792
793 /* this lives here instead of in bpf.h because it needs to dereference tgt_prog */
794 static inline u64 bpf_trampoline_compute_key(const struct bpf_prog *tgt_prog,
795                                              struct btf *btf, u32 btf_id)
796 {
797         if (tgt_prog)
798                 return ((u64)tgt_prog->aux->id << 32) | btf_id;
799         else
800                 return ((u64)btf_obj_id(btf) << 32) | 0x80000000 | btf_id;
801 }
802
803 /* unpack the IDs from the key as constructed above */
804 static inline void bpf_trampoline_unpack_key(u64 key, u32 *obj_id, u32 *btf_id)
805 {
806         if (obj_id)
807                 *obj_id = key >> 32;
808         if (btf_id)
809                 *btf_id = key & 0x7FFFFFFF;
810 }
811
812 int bpf_check_attach_target(struct bpf_verifier_log *log,
813                             const struct bpf_prog *prog,
814                             const struct bpf_prog *tgt_prog,
815                             u32 btf_id,
816                             struct bpf_attach_target_info *tgt_info);
817 void bpf_free_kfunc_btf_tab(struct bpf_kfunc_btf_tab *tab);
818
819 int mark_chain_precision(struct bpf_verifier_env *env, int regno);
820
821 #define BPF_BASE_TYPE_MASK      GENMASK(BPF_BASE_TYPE_BITS - 1, 0)
822
823 /* extract base type from bpf_{arg, return, reg}_type. */
824 static inline u32 base_type(u32 type)
825 {
826         return type & BPF_BASE_TYPE_MASK;
827 }
828
829 /* extract flags from an extended type. See bpf_type_flag in bpf.h. */
830 static inline u32 type_flag(u32 type)
831 {
832         return type & ~BPF_BASE_TYPE_MASK;
833 }
834
835 /* only use after check_attach_btf_id() */
836 static inline enum bpf_prog_type resolve_prog_type(const struct bpf_prog *prog)
837 {
838         return prog->type == BPF_PROG_TYPE_EXT ?
839                 prog->aux->dst_prog->type : prog->type;
840 }
841
842 static inline bool bpf_prog_check_recur(const struct bpf_prog *prog)
843 {
844         switch (resolve_prog_type(prog)) {
845         case BPF_PROG_TYPE_TRACING:
846                 return prog->expected_attach_type != BPF_TRACE_ITER;
847         case BPF_PROG_TYPE_STRUCT_OPS:
848         case BPF_PROG_TYPE_LSM:
849                 return false;
850         default:
851                 return true;
852         }
853 }
854
855 #define BPF_REG_TRUSTED_MODIFIERS (MEM_ALLOC | PTR_TRUSTED | NON_OWN_REF)
856
857 static inline bool bpf_type_has_unsafe_modifiers(u32 type)
858 {
859         return type_flag(type) & ~BPF_REG_TRUSTED_MODIFIERS;
860 }
861
862 static inline bool type_is_ptr_alloc_obj(u32 type)
863 {
864         return base_type(type) == PTR_TO_BTF_ID && type_flag(type) & MEM_ALLOC;
865 }
866
867 static inline bool type_is_non_owning_ref(u32 type)
868 {
869         return type_is_ptr_alloc_obj(type) && type_flag(type) & NON_OWN_REF;
870 }
871
872 static inline bool type_is_pkt_pointer(enum bpf_reg_type type)
873 {
874         type = base_type(type);
875         return type == PTR_TO_PACKET ||
876                type == PTR_TO_PACKET_META;
877 }
878
879 static inline bool type_is_sk_pointer(enum bpf_reg_type type)
880 {
881         return type == PTR_TO_SOCKET ||
882                 type == PTR_TO_SOCK_COMMON ||
883                 type == PTR_TO_TCP_SOCK ||
884                 type == PTR_TO_XDP_SOCK;
885 }
886
887 static inline void mark_reg_scratched(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno)
888 {
889         env->scratched_regs |= 1U << regno;
890 }
891
892 static inline void mark_stack_slot_scratched(struct bpf_verifier_env *env, u32 spi)
893 {
894         env->scratched_stack_slots |= 1ULL << spi;
895 }
896
897 static inline bool reg_scratched(const struct bpf_verifier_env *env, u32 regno)
898 {
899         return (env->scratched_regs >> regno) & 1;
900 }
901
902 static inline bool stack_slot_scratched(const struct bpf_verifier_env *env, u64 regno)
903 {
904         return (env->scratched_stack_slots >> regno) & 1;
905 }
906
907 static inline bool verifier_state_scratched(const struct bpf_verifier_env *env)
908 {
909         return env->scratched_regs || env->scratched_stack_slots;
910 }
911
912 static inline void mark_verifier_state_clean(struct bpf_verifier_env *env)
913 {
914         env->scratched_regs = 0U;
915         env->scratched_stack_slots = 0ULL;
916 }
917
918 /* Used for printing the entire verifier state. */
919 static inline void mark_verifier_state_scratched(struct bpf_verifier_env *env)
920 {
921         env->scratched_regs = ~0U;
922         env->scratched_stack_slots = ~0ULL;
923 }
924
925 static inline bool bpf_stack_narrow_access_ok(int off, int fill_size, int spill_size)
926 {
927 #ifdef __BIG_ENDIAN
928         off -= spill_size - fill_size;
929 #endif
930
931         return !(off % BPF_REG_SIZE);
932 }
933
934 const char *reg_type_str(struct bpf_verifier_env *env, enum bpf_reg_type type);
935 const char *dynptr_type_str(enum bpf_dynptr_type type);
936 const char *iter_type_str(const struct btf *btf, u32 btf_id);
937 const char *iter_state_str(enum bpf_iter_state state);
938
939 void print_verifier_state(struct bpf_verifier_env *env,
940                           const struct bpf_func_state *state, bool print_all);
941 void print_insn_state(struct bpf_verifier_env *env, const struct bpf_func_state *state);
942
943 #endif /* _LINUX_BPF_VERIFIER_H */