kernel/bpf/verifier.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
   2  * Copyright (c) 2016 Facebook
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  */
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/types.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/bpf.h>
  17 #include <linux/bpf_verifier.h>
  18 #include <linux/filter.h>
  19 #include <net/netlink.h>
  20 #include <linux/file.h>
  21 #include <linux/vmalloc.h>
  22 #include <linux/stringify.h>
  23
  24 /* bpf_check() is a static code analyzer that walks eBPF program
  25  * instruction by instruction and updates register/stack state.
  26  * All paths of conditional branches are analyzed until 'bpf_exit' insn.
  27  *
  28  * The first pass is depth-first-search to check that the program is a DAG.
  29  * It rejects the following programs:
  30  * - larger than BPF_MAXINSNS insns
  31  * - if loop is present (detected via back-edge)
  32  * - unreachable insns exist (shouldn't be a forest. program = one function)
  33  * - out of bounds or malformed jumps
  34  * The second pass is all possible path descent from the 1st insn.
  35  * Since it's analyzing all pathes through the program, the length of the
  36  * analysis is limited to 64k insn, which may be hit even if total number of
  37  * insn is less then 4K, but there are too many branches that change stack/regs.
  38  * Number of 'branches to be analyzed' is limited to 1k
  39  *
  40  * On entry to each instruction, each register has a type, and the instruction
  41  * changes the types of the registers depending on instruction semantics.
  42  * If instruction is BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_5), then type of R5 is
  43  * copied to R1.
  44  *
  45  * All registers are 64-bit.
  46  * R0 - return register
  47  * R1-R5 argument passing registers
  48  * R6-R9 callee saved registers
  49  * R10 - frame pointer read-only
  50  *
  51  * At the start of BPF program the register R1 contains a pointer to bpf_context
  52  * and has type PTR_TO_CTX.
  53  *
  54  * Verifier tracks arithmetic operations on pointers in case:
  55  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),
  56  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -20),
  57  * 1st insn copies R10 (which has FRAME_PTR) type into R1
  58  * and 2nd arithmetic instruction is pattern matched to recognize
  59  * that it wants to construct a pointer to some element within stack.
  60  * So after 2nd insn, the register R1 has type PTR_TO_STACK
  61  * (and -20 constant is saved for further stack bounds checking).
  62  * Meaning that this reg is a pointer to stack plus known immediate constant.
  63  *
  64  * Most of the time the registers have UNKNOWN_VALUE type, which
  65  * means the register has some value, but it's not a valid pointer.
  66  * (like pointer plus pointer becomes UNKNOWN_VALUE type)
  67  *
  68  * When verifier sees load or store instructions the type of base register
  69  * can be: PTR_TO_MAP_VALUE, PTR_TO_CTX, FRAME_PTR. These are three pointer
  70  * types recognized by check_mem_access() function.
  71  *
  72  * PTR_TO_MAP_VALUE means that this register is pointing to 'map element value'
  73  * and the range of [ptr, ptr + map's value_size) is accessible.
  74  *
  75  * registers used to pass values to function calls are checked against
  76  * function argument constraints.
  77  *
  78  * ARG_PTR_TO_MAP_KEY is one of such argument constraints.
  79  * It means that the register type passed to this function must be
  80  * PTR_TO_STACK and it will be used inside the function as
  81  * 'pointer to map element key'
  82  *
  83  * For example the argument constraints for bpf_map_lookup_elem():
  84  *   .ret_type = RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,
  85  *   .arg1_type = ARG_CONST_MAP_PTR,
  86  *   .arg2_type = ARG_PTR_TO_MAP_KEY,
  87  *
  88  * ret_type says that this function returns 'pointer to map elem value or null'
  89  * function expects 1st argument to be a const pointer to 'struct bpf_map' and
  90  * 2nd argument should be a pointer to stack, which will be used inside
  91  * the helper function as a pointer to map element key.
  92  *
  93  * On the kernel side the helper function looks like:
  94  * u64 bpf_map_lookup_elem(u64 r1, u64 r2, u64 r3, u64 r4, u64 r5)
  95  * {
  96  *    struct bpf_map *map = (struct bpf_map *) (unsigned long) r1;
  97  *    void *key = (void *) (unsigned long) r2;
  98  *    void *value;
  99  *
 100  *    here kernel can access 'key' and 'map' pointers safely, knowing that
 101  *    [key, key + map->key_size) bytes are valid and were initialized on
 102  *    the stack of eBPF program.
 103  * }
 104  *
 105  * Corresponding eBPF program may look like:
 106  *    BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),  // after this insn R2 type is FRAME_PTR
 107  *    BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), // after this insn R2 type is PTR_TO_STACK
 108  *    BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),      // after this insn R1 type is CONST_PTR_TO_MAP
 109  *    BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
 110  * here verifier looks at prototype of map_lookup_elem() and sees:
 111  * .arg1_type == ARG_CONST_MAP_PTR and R1->type == CONST_PTR_TO_MAP, which is ok,
 112  * Now verifier knows that this map has key of R1->map_ptr->key_size bytes
 113  *
 114  * Then .arg2_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY and R2->type == PTR_TO_STACK, ok so far,
 115  * Now verifier checks that [R2, R2 + map's key_size) are within stack limits
 116  * and were initialized prior to this call.
 117  * If it's ok, then verifier allows this BPF_CALL insn and looks at
 118  * .ret_type which is RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, so it sets
 119  * R0->type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL which means bpf_map_lookup_elem() function
 120  * returns ether pointer to map value or NULL.
 121  *
 122  * When type PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL passes through 'if (reg != 0) goto +off'
 123  * insn, the register holding that pointer in the true branch changes state to
 124  * PTR_TO_MAP_VALUE and the same register changes state to CONST_IMM in the false
 125  * branch. See check_cond_jmp_op().
 126  *
 127  * After the call R0 is set to return type of the function and registers R1-R5
 128  * are set to NOT_INIT to indicate that they are no longer readable.
 129  */
 130
 131 /* verifier_state + insn_idx are pushed to stack when branch is encountered */
 132 struct bpf_verifier_stack_elem {
 133         /* verifer state is 'st'
 134          * before processing instruction 'insn_idx'
 135          * and after processing instruction 'prev_insn_idx'
 136          */
 137         struct bpf_verifier_state st;
 138         int insn_idx;
 139         int prev_insn_idx;
 140         struct bpf_verifier_stack_elem *next;
 141 };
 142
 143 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS      98304
 144 #define BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK      1024
 145
 146 #define BPF_MAP_PTR_POISON ((void *)0xeB9F + POISON_POINTER_DELTA)
 147
 148 struct bpf_call_arg_meta {
 149         struct bpf_map *map_ptr;
 150         bool raw_mode;
 151         bool pkt_access;
 152         int regno;
 153         int access_size;
 154 };
 155
 156 /* verbose verifier prints what it's seeing
 157  * bpf_check() is called under lock, so no race to access these global vars
 158  */
 159 static u32 log_level, log_size, log_len;
 160 static char *log_buf;
 161
 162 static DEFINE_MUTEX(bpf_verifier_lock);
 163
 164 /* log_level controls verbosity level of eBPF verifier.
 165  * verbose() is used to dump the verification trace to the log, so the user
 166  * can figure out what's wrong with the program
 167  */
 168 static __printf(1, 2) void verbose(const char *fmt, ...)
 169 {
 170         va_list args;
 171
 172         if (log_level == 0 || log_len >= log_size - 1)
 173                 return;
 174
 175         va_start(args, fmt);
 176         log_len += vscnprintf(log_buf + log_len, log_size - log_len, fmt, args);
 177         va_end(args);
 178 }
 179
 180 /* string representation of 'enum bpf_reg_type' */
 181 static const char * const reg_type_str[] = {
 182         [NOT_INIT]              = "?",
 183         [UNKNOWN_VALUE]         = "inv",
 184         [PTR_TO_CTX]            = "ctx",
 185         [CONST_PTR_TO_MAP]      = "map_ptr",
 186         [PTR_TO_MAP_VALUE]      = "map_value",
 187         [PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL] = "map_value_or_null",
 188         [PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ]  = "map_value_adj",
 189         [FRAME_PTR]             = "fp",
 190         [PTR_TO_STACK]          = "fp",
 191         [CONST_IMM]             = "imm",
 192         [PTR_TO_PACKET]         = "pkt",
 193         [PTR_TO_PACKET_END]     = "pkt_end",
 194 };
 195
 196 #define __BPF_FUNC_STR_FN(x) [BPF_FUNC_ ## x] = __stringify(bpf_ ## x)
 197 static const char * const func_id_str[] = {
 198         __BPF_FUNC_MAPPER(__BPF_FUNC_STR_FN)
 199 };
 200 #undef __BPF_FUNC_STR_FN
 201
 202 static const char *func_id_name(int id)
 203 {
 204         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(func_id_str) != __BPF_FUNC_MAX_ID);
 205
 206         if (id >= 0 && id < __BPF_FUNC_MAX_ID && func_id_str[id])
 207                 return func_id_str[id];
 208         else
 209                 return "unknown";
 210 }
 211
 212 static void print_verifier_state(struct bpf_verifier_state *state)
 213 {
 214         struct bpf_reg_state *reg;
 215         enum bpf_reg_type t;
 216         int i;
 217
 218         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
 219                 reg = &state->regs[i];
 220                 t = reg->type;
 221                 if (t == NOT_INIT)
 222                         continue;
 223                 verbose(" R%d=%s", i, reg_type_str[t]);
 224                 if (t == CONST_IMM || t == PTR_TO_STACK)
 225                         verbose("%lld", reg->imm);
 226                 else if (t == PTR_TO_PACKET)
 227                         verbose("(id=%d,off=%d,r=%d)",
 228                                 reg->id, reg->off, reg->range);
 229                 else if (t == UNKNOWN_VALUE && reg->imm)
 230                         verbose("%lld", reg->imm);
 231                 else if (t == CONST_PTR_TO_MAP || t == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 232                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL ||
 233                          t == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 234                         verbose("(ks=%d,vs=%d,id=%u)",
 235                                 reg->map_ptr->key_size,
 236                                 reg->map_ptr->value_size,
 237                                 reg->id);
 238                 if (reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
 239                         verbose(",min_value=%lld",
 240                                 (long long)reg->min_value);
 241                 if (reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
 242                         verbose(",max_value=%llu",
 243                                 (unsigned long long)reg->max_value);
 244                 if (reg->min_align)
 245                         verbose(",min_align=%u", reg->min_align);
 246                 if (reg->aux_off)
 247                         verbose(",aux_off=%u", reg->aux_off);
 248                 if (reg->aux_off_align)
 249                         verbose(",aux_off_align=%u", reg->aux_off_align);
 250         }
 251         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
 252                 if (state->stack_slot_type[i] == STACK_SPILL)
 253                         verbose(" fp%d=%s", -MAX_BPF_STACK + i,
 254                                 reg_type_str[state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE].type]);
 255         }
 256         verbose("\n");
 257 }
 258
 259 static const char *const bpf_class_string[] = {
 260         [BPF_LD]    = "ld",
 261         [BPF_LDX]   = "ldx",
 262         [BPF_ST]    = "st",
 263         [BPF_STX]   = "stx",
 264         [BPF_ALU]   = "alu",
 265         [BPF_JMP]   = "jmp",
 266         [BPF_RET]   = "BUG",
 267         [BPF_ALU64] = "alu64",
 268 };
 269
 270 static const char *const bpf_alu_string[16] = {
 271         [BPF_ADD >> 4]  = "+=",
 272         [BPF_SUB >> 4]  = "-=",
 273         [BPF_MUL >> 4]  = "*=",
 274         [BPF_DIV >> 4]  = "/=",
 275         [BPF_OR  >> 4]  = "|=",
 276         [BPF_AND >> 4]  = "&=",
 277         [BPF_LSH >> 4]  = "<<=",
 278         [BPF_RSH >> 4]  = ">>=",
 279         [BPF_NEG >> 4]  = "neg",
 280         [BPF_MOD >> 4]  = "%=",
 281         [BPF_XOR >> 4]  = "^=",
 282         [BPF_MOV >> 4]  = "=",
 283         [BPF_ARSH >> 4] = "s>>=",
 284         [BPF_END >> 4]  = "endian",
 285 };
 286
 287 static const char *const bpf_ldst_string[] = {
 288         [BPF_W >> 3]  = "u32",
 289         [BPF_H >> 3]  = "u16",
 290         [BPF_B >> 3]  = "u8",
 291         [BPF_DW >> 3] = "u64",
 292 };
 293
 294 static const char *const bpf_jmp_string[16] = {
 295         [BPF_JA >> 4]   = "jmp",
 296         [BPF_JEQ >> 4]  = "==",
 297         [BPF_JGT >> 4]  = ">",
 298         [BPF_JGE >> 4]  = ">=",
 299         [BPF_JSET >> 4] = "&",
 300         [BPF_JNE >> 4]  = "!=",
 301         [BPF_JSGT >> 4] = "s>",
 302         [BPF_JSGE >> 4] = "s>=",
 303         [BPF_CALL >> 4] = "call",
 304         [BPF_EXIT >> 4] = "exit",
 305 };
 306
 307 static void print_bpf_insn(const struct bpf_verifier_env *env,
 308                            const struct bpf_insn *insn)
 309 {
 310         u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
 311
 312         if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
 313                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
 314                         verbose("(%02x) %sr%d %s %sr%d\n",
 315                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 316                                 insn->dst_reg,
 317                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 318                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 319                                 insn->src_reg);
 320                 else
 321                         verbose("(%02x) %sr%d %s %s%d\n",
 322                                 insn->code, class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 323                                 insn->dst_reg,
 324                                 bpf_alu_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 325                                 class == BPF_ALU ? "(u32) " : "",
 326                                 insn->imm);
 327         } else if (class == BPF_STX) {
 328                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_MEM)
 329                         verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = r%d\n",
 330                                 insn->code,
 331                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 332                                 insn->dst_reg,
 333                                 insn->off, insn->src_reg);
 334                 else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD)
 335                         verbose("(%02x) lock *(%s *)(r%d %+d) += r%d\n",
 336                                 insn->code,
 337                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 338                                 insn->dst_reg, insn->off,
 339                                 insn->src_reg);
 340                 else
 341                         verbose("BUG_%02x\n", insn->code);
 342         } else if (class == BPF_ST) {
 343                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 344                         verbose("BUG_st_%02x\n", insn->code);
 345                         return;
 346                 }
 347                 verbose("(%02x) *(%s *)(r%d %+d) = %d\n",
 348                         insn->code,
 349                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 350                         insn->dst_reg,
 351                         insn->off, insn->imm);
 352         } else if (class == BPF_LDX) {
 353                 if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM) {
 354                         verbose("BUG_ldx_%02x\n", insn->code);
 355                         return;
 356                 }
 357                 verbose("(%02x) r%d = *(%s *)(r%d %+d)\n",
 358                         insn->code, insn->dst_reg,
 359                         bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 360                         insn->src_reg, insn->off);
 361         } else if (class == BPF_LD) {
 362                 if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_ABS) {
 363                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[%d]\n",
 364                                 insn->code,
 365                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 366                                 insn->imm);
 367                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IND) {
 368                         verbose("(%02x) r0 = *(%s *)skb[r%d + %d]\n",
 369                                 insn->code,
 370                                 bpf_ldst_string[BPF_SIZE(insn->code) >> 3],
 371                                 insn->src_reg, insn->imm);
 372                 } else if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_IMM &&
 373                            BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW) {
 374                         /* At this point, we already made sure that the second
 375                          * part of the ldimm64 insn is accessible.
 376                          */
 377                         u64 imm = ((u64)(insn + 1)->imm << 32) | (u32)insn->imm;
 378                         bool map_ptr = insn->src_reg == BPF_PSEUDO_MAP_FD;
 379
 380                         if (map_ptr && !env->allow_ptr_leaks)
 381                                 imm = 0;
 382
 383                         verbose("(%02x) r%d = 0x%llx\n", insn->code,
 384                                 insn->dst_reg, (unsigned long long)imm);
 385                 } else {
 386                         verbose("BUG_ld_%02x\n", insn->code);
 387                         return;
 388                 }
 389         } else if (class == BPF_JMP) {
 390                 u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 391
 392                 if (opcode == BPF_CALL) {
 393                         verbose("(%02x) call %s#%d\n", insn->code,
 394                                 func_id_name(insn->imm), insn->imm);
 395                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_JA)) {
 396                         verbose("(%02x) goto pc%+d\n",
 397                                 insn->code, insn->off);
 398                 } else if (insn->code == (BPF_JMP | BPF_EXIT)) {
 399                         verbose("(%02x) exit\n", insn->code);
 400                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 401                         verbose("(%02x) if r%d %s r%d goto pc%+d\n",
 402                                 insn->code, insn->dst_reg,
 403                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 404                                 insn->src_reg, insn->off);
 405                 } else {
 406                         verbose("(%02x) if r%d %s 0x%x goto pc%+d\n",
 407                                 insn->code, insn->dst_reg,
 408                                 bpf_jmp_string[BPF_OP(insn->code) >> 4],
 409                                 insn->imm, insn->off);
 410                 }
 411         } else {
 412                 verbose("(%02x) %s\n", insn->code, bpf_class_string[class]);
 413         }
 414 }
 415
 416 static int pop_stack(struct bpf_verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
 417 {
 418         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 419         int insn_idx;
 420
 421         if (env->head == NULL)
 422                 return -1;
 423
 424         memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
 425         insn_idx = env->head->insn_idx;
 426         if (prev_insn_idx)
 427                 *prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
 428         elem = env->head->next;
 429         kfree(env->head);
 430         env->head = elem;
 431         env->stack_size--;
 432         return insn_idx;
 433 }
 434
 435 static struct bpf_verifier_state *push_stack(struct bpf_verifier_env *env,
 436                                              int insn_idx, int prev_insn_idx)
 437 {
 438         struct bpf_verifier_stack_elem *elem;
 439
 440         elem = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_stack_elem), GFP_KERNEL);
 441         if (!elem)
 442                 goto err;
 443
 444         memcpy(&elem->st, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
 445         elem->insn_idx = insn_idx;
 446         elem->prev_insn_idx = prev_insn_idx;
 447         elem->next = env->head;
 448         env->head = elem;
 449         env->stack_size++;
 450         if (env->stack_size > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_STACK) {
 451                 verbose("BPF program is too complex\n");
 452                 goto err;
 453         }
 454         return &elem->st;
 455 err:
 456         /* pop all elements and return */
 457         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
 458         return NULL;
 459 }
 460
 461 #define CALLER_SAVED_REGS 6
 462 static const int caller_saved[CALLER_SAVED_REGS] = {
 463         BPF_REG_0, BPF_REG_1, BPF_REG_2, BPF_REG_3, BPF_REG_4, BPF_REG_5
 464 };
 465
 466 static void mark_reg_not_init(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 467 {
 468         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 469
 470         memset(&regs[regno], 0, sizeof(regs[regno]));
 471         regs[regno].type = NOT_INIT;
 472         regs[regno].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 473         regs[regno].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 474 }
 475
 476 static void init_reg_state(struct bpf_reg_state *regs)
 477 {
 478         int i;
 479
 480         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
 481                 mark_reg_not_init(regs, i);
 482
 483         /* frame pointer */
 484         regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
 485
 486         /* 1st arg to a function */
 487         regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
 488 }
 489
 490 static void __mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 491 {
 492         regs[regno].type = UNKNOWN_VALUE;
 493         regs[regno].id = 0;
 494         regs[regno].imm = 0;
 495 }
 496
 497 static void mark_reg_unknown_value(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 498 {
 499         BUG_ON(regno >= MAX_BPF_REG);
 500         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 501 }
 502
 503 static void reset_reg_range_values(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno)
 504 {
 505         regs[regno].min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
 506         regs[regno].max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
 507         regs[regno].value_from_signed = false;
 508         regs[regno].min_align = 0;
 509 }
 510
 511 static void mark_reg_unknown_value_and_range(struct bpf_reg_state *regs,
 512                                              u32 regno)
 513 {
 514         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 515         reset_reg_range_values(regs, regno);
 516 }
 517
 518 enum reg_arg_type {
 519         SRC_OP,         /* register is used as source operand */
 520         DST_OP,         /* register is used as destination operand */
 521         DST_OP_NO_MARK  /* same as above, check only, don't mark */
 522 };
 523
 524 static int check_reg_arg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno,
 525                          enum reg_arg_type t)
 526 {
 527         if (regno >= MAX_BPF_REG) {
 528                 verbose("R%d is invalid\n", regno);
 529                 return -EINVAL;
 530         }
 531
 532         if (t == SRC_OP) {
 533                 /* check whether register used as source operand can be read */
 534                 if (regs[regno].type == NOT_INIT) {
 535                         verbose("R%d !read_ok\n", regno);
 536                         return -EACCES;
 537                 }
 538         } else {
 539                 /* check whether register used as dest operand can be written to */
 540                 if (regno == BPF_REG_FP) {
 541                         verbose("frame pointer is read only\n");
 542                         return -EACCES;
 543                 }
 544                 if (t == DST_OP)
 545                         mark_reg_unknown_value(regs, regno);
 546         }
 547         return 0;
 548 }
 549
 550 static bool is_spillable_regtype(enum bpf_reg_type type)
 551 {
 552         switch (type) {
 553         case PTR_TO_MAP_VALUE:
 554         case PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL:
 555         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
 556         case PTR_TO_STACK:
 557         case PTR_TO_CTX:
 558         case PTR_TO_PACKET:
 559         case PTR_TO_PACKET_END:
 560         case FRAME_PTR:
 561         case CONST_PTR_TO_MAP:
 562                 return true;
 563         default:
 564                 return false;
 565         }
 566 }
 567
 568 /* check_stack_read/write functions track spill/fill of registers,
 569  * stack boundary and alignment are checked in check_mem_access()
 570  */
 571 static int check_stack_write(struct bpf_verifier_state *state, int off,
 572                              int size, int value_regno)
 573 {
 574         int i;
 575         /* caller checked that off % size == 0 and -MAX_BPF_STACK <= off < 0,
 576          * so it's aligned access and [off, off + size) are within stack limits
 577          */
 578
 579         if (value_regno >= 0 &&
 580             is_spillable_regtype(state->regs[value_regno].type)) {
 581
 582                 /* register containing pointer is being spilled into stack */
 583                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 584                         verbose("invalid size of register spill\n");
 585                         return -EACCES;
 586                 }
 587
 588                 /* save register state */
 589                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 590                         state->regs[value_regno];
 591
 592                 for (i = 0; i < BPF_REG_SIZE; i++)
 593                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_SPILL;
 594         } else {
 595                 /* regular write of data into stack */
 596                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE] =
 597                         (struct bpf_reg_state) {};
 598
 599                 for (i = 0; i < size; i++)
 600                         state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] = STACK_MISC;
 601         }
 602         return 0;
 603 }
 604
 605 static int check_stack_read(struct bpf_verifier_state *state, int off, int size,
 606                             int value_regno)
 607 {
 608         u8 *slot_type;
 609         int i;
 610
 611         slot_type = &state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off];
 612
 613         if (slot_type[0] == STACK_SPILL) {
 614                 if (size != BPF_REG_SIZE) {
 615                         verbose("invalid size of register spill\n");
 616                         return -EACCES;
 617                 }
 618                 for (i = 1; i < BPF_REG_SIZE; i++) {
 619                         if (slot_type[i] != STACK_SPILL) {
 620                                 verbose("corrupted spill memory\n");
 621                                 return -EACCES;
 622                         }
 623                 }
 624
 625                 if (value_regno >= 0)
 626                         /* restore register state from stack */
 627                         state->regs[value_regno] =
 628                                 state->spilled_regs[(MAX_BPF_STACK + off) / BPF_REG_SIZE];
 629                 return 0;
 630         } else {
 631                 for (i = 0; i < size; i++) {
 632                         if (slot_type[i] != STACK_MISC) {
 633                                 verbose("invalid read from stack off %d+%d size %d\n",
 634                                         off, i, size);
 635                                 return -EACCES;
 636                         }
 637                 }
 638                 if (value_regno >= 0)
 639                         /* have read misc data from the stack */
 640                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 641                                                          value_regno);
 642                 return 0;
 643         }
 644 }
 645
 646 /* check read/write into map element returned by bpf_map_lookup_elem() */
 647 static int check_map_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 648                             int size)
 649 {
 650         struct bpf_map *map = env->cur_state.regs[regno].map_ptr;
 651
 652         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > map->value_size) {
 653                 verbose("invalid access to map value, value_size=%d off=%d size=%d\n",
 654                         map->value_size, off, size);
 655                 return -EACCES;
 656         }
 657         return 0;
 658 }
 659
 660 /* check read/write into an adjusted map element */
 661 static int check_map_access_adj(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
 662                                 int off, int size)
 663 {
 664         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 665         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 666         int err;
 667
 668         /* We adjusted the register to this map value, so we
 669          * need to change off and size to min_value and max_value
 670          * respectively to make sure our theoretical access will be
 671          * safe.
 672          */
 673         if (log_level)
 674                 print_verifier_state(state);
 675         env->varlen_map_value_access = true;
 676         /* The minimum value is only important with signed
 677          * comparisons where we can't assume the floor of a
 678          * value is 0.  If we are using signed variables for our
 679          * index'es we need to make sure that whatever we use
 680          * will have a set floor within our range.
 681          */
 682         if (reg->min_value < 0) {
 683                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned index or do a if (index >=0) check.\n",
 684                         regno);
 685                 return -EACCES;
 686         }
 687         err = check_map_access(env, regno, reg->min_value + off, size);
 688         if (err) {
 689                 verbose("R%d min value is outside of the array range\n",
 690                         regno);
 691                 return err;
 692         }
 693
 694         /* If we haven't set a max value then we need to bail
 695          * since we can't be sure we won't do bad things.
 696          */
 697         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
 698                 verbose("R%d unbounded memory access, make sure to bounds check any array access into a map\n",
 699                         regno);
 700                 return -EACCES;
 701         }
 702         return check_map_access(env, regno, reg->max_value + off, size);
 703 }
 704
 705 #define MAX_PACKET_OFF 0xffff
 706
 707 static bool may_access_direct_pkt_data(struct bpf_verifier_env *env,
 708                                        const struct bpf_call_arg_meta *meta,
 709                                        enum bpf_access_type t)
 710 {
 711         switch (env->prog->type) {
 712         case BPF_PROG_TYPE_LWT_IN:
 713         case BPF_PROG_TYPE_LWT_OUT:
 714                 /* dst_input() and dst_output() can't write for now */
 715                 if (t == BPF_WRITE)
 716                         return false;
 717                 /* fallthrough */
 718         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
 719         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
 720         case BPF_PROG_TYPE_XDP:
 721         case BPF_PROG_TYPE_LWT_XMIT:
 722                 if (meta)
 723                         return meta->pkt_access;
 724
 725                 env->seen_direct_write = true;
 726                 return true;
 727         default:
 728                 return false;
 729         }
 730 }
 731
 732 static int check_packet_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno, int off,
 733                                int size)
 734 {
 735         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 736         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
 737
 738         off += reg->off;
 739         if (off < 0 || size <= 0 || off + size > reg->range) {
 740                 verbose("invalid access to packet, off=%d size=%d, R%d(id=%d,off=%d,r=%d)\n",
 741                         off, size, regno, reg->id, reg->off, reg->range);
 742                 return -EACCES;
 743         }
 744         return 0;
 745 }
 746
 747 /* check access to 'struct bpf_context' fields */
 748 static int check_ctx_access(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx, int off, int size,
 749                             enum bpf_access_type t, enum bpf_reg_type *reg_type)
 750 {
 751         struct bpf_insn_access_aux info = {
 752                 .reg_type = *reg_type,
 753         };
 754
 755         /* for analyzer ctx accesses are already validated and converted */
 756         if (env->analyzer_ops)
 757                 return 0;
 758
 759         if (env->prog->aux->ops->is_valid_access &&
 760             env->prog->aux->ops->is_valid_access(off, size, t, &info)) {
 761                 /* A non zero info.ctx_field_size indicates that this field is a
 762                  * candidate for later verifier transformation to load the whole
 763                  * field and then apply a mask when accessed with a narrower
 764                  * access than actual ctx access size. A zero info.ctx_field_size
 765                  * will only allow for whole field access and rejects any other
 766                  * type of narrower access.
 767                  */
 768                 env->insn_aux_data[insn_idx].ctx_field_size = info.ctx_field_size;
 769                 *reg_type = info.reg_type;
 770
 771                 /* remember the offset of last byte accessed in ctx */
 772                 if (env->prog->aux->max_ctx_offset < off + size)
 773                         env->prog->aux->max_ctx_offset = off + size;
 774                 return 0;
 775         }
 776
 777         verbose("invalid bpf_context access off=%d size=%d\n", off, size);
 778         return -EACCES;
 779 }
 780
 781 static bool __is_pointer_value(bool allow_ptr_leaks,
 782                                const struct bpf_reg_state *reg)
 783 {
 784         if (allow_ptr_leaks)
 785                 return false;
 786
 787         switch (reg->type) {
 788         case UNKNOWN_VALUE:
 789         case CONST_IMM:
 790                 return false;
 791         default:
 792                 return true;
 793         }
 794 }
 795
 796 static bool is_pointer_value(struct bpf_verifier_env *env, int regno)
 797 {
 798         return __is_pointer_value(env->allow_ptr_leaks, &env->cur_state.regs[regno]);
 799 }
 800
 801 static int check_pkt_ptr_alignment(const struct bpf_reg_state *reg,
 802                                    int off, int size, bool strict)
 803 {
 804         int ip_align;
 805         int reg_off;
 806
 807         /* Byte size accesses are always allowed. */
 808         if (!strict || size == 1)
 809                 return 0;
 810
 811         reg_off = reg->off;
 812         if (reg->id) {
 813                 if (reg->aux_off_align % size) {
 814                         verbose("Packet access is only %u byte aligned, %d byte access not allowed\n",
 815                                 reg->aux_off_align, size);
 816                         return -EACCES;
 817                 }
 818                 reg_off += reg->aux_off;
 819         }
 820
 821         /* For platforms that do not have a Kconfig enabling
 822          * CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS the value of
 823          * NET_IP_ALIGN is universally set to '2'.  And on platforms
 824          * that do set CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS, we get
 825          * to this code only in strict mode where we want to emulate
 826          * the NET_IP_ALIGN==2 checking.  Therefore use an
 827          * unconditional IP align value of '2'.
 828          */
 829         ip_align = 2;
 830         if ((ip_align + reg_off + off) % size != 0) {
 831                 verbose("misaligned packet access off %d+%d+%d size %d\n",
 832                         ip_align, reg_off, off, size);
 833                 return -EACCES;
 834         }
 835
 836         return 0;
 837 }
 838
 839 static int check_val_ptr_alignment(const struct bpf_reg_state *reg,
 840                                    int size, bool strict)
 841 {
 842         if (strict && size != 1) {
 843                 verbose("Unknown alignment. Only byte-sized access allowed in value access.\n");
 844                 return -EACCES;
 845         }
 846
 847         return 0;
 848 }
 849
 850 static int check_ptr_alignment(struct bpf_verifier_env *env,
 851                                const struct bpf_reg_state *reg,
 852                                int off, int size)
 853 {
 854         bool strict = env->strict_alignment;
 855
 856         switch (reg->type) {
 857         case PTR_TO_PACKET:
 858                 return check_pkt_ptr_alignment(reg, off, size, strict);
 859         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
 860                 return check_val_ptr_alignment(reg, size, strict);
 861         default:
 862                 if (off % size != 0) {
 863                         verbose("misaligned access off %d size %d\n",
 864                                 off, size);
 865                         return -EACCES;
 866                 }
 867
 868                 return 0;
 869         }
 870 }
 871
 872 /* check whether memory at (regno + off) is accessible for t = (read | write)
 873  * if t==write, value_regno is a register which value is stored into memory
 874  * if t==read, value_regno is a register which will receive the value from memory
 875  * if t==write && value_regno==-1, some unknown value is stored into memory
 876  * if t==read && value_regno==-1, don't care what we read from memory
 877  */
 878 static int check_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx, u32 regno, int off,
 879                             int bpf_size, enum bpf_access_type t,
 880                             int value_regno)
 881 {
 882         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
 883         struct bpf_reg_state *reg = &state->regs[regno];
 884         int size, err = 0;
 885
 886         if (reg->type == PTR_TO_STACK)
 887                 off += reg->imm;
 888
 889         size = bpf_size_to_bytes(bpf_size);
 890         if (size < 0)
 891                 return size;
 892
 893         err = check_ptr_alignment(env, reg, off, size);
 894         if (err)
 895                 return err;
 896
 897         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
 898             reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ) {
 899                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 900                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 901                         verbose("R%d leaks addr into map\n", value_regno);
 902                         return -EACCES;
 903                 }
 904
 905                 if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ)
 906                         err = check_map_access_adj(env, regno, off, size);
 907                 else
 908                         err = check_map_access(env, regno, off, size);
 909                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 910                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 911                                                          value_regno);
 912
 913         } else if (reg->type == PTR_TO_CTX) {
 914                 enum bpf_reg_type reg_type = UNKNOWN_VALUE;
 915
 916                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 917                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 918                         verbose("R%d leaks addr into ctx\n", value_regno);
 919                         return -EACCES;
 920                 }
 921                 err = check_ctx_access(env, insn_idx, off, size, t, &reg_type);
 922                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0) {
 923                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 924                                                          value_regno);
 925                         /* note that reg.[id|off|range] == 0 */
 926                         state->regs[value_regno].type = reg_type;
 927                         state->regs[value_regno].aux_off = 0;
 928                         state->regs[value_regno].aux_off_align = 0;
 929                 }
 930
 931         } else if (reg->type == FRAME_PTR || reg->type == PTR_TO_STACK) {
 932                 if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK) {
 933                         verbose("invalid stack off=%d size=%d\n", off, size);
 934                         return -EACCES;
 935                 }
 936
 937                 if (env->prog->aux->stack_depth < -off)
 938                         env->prog->aux->stack_depth = -off;
 939
 940                 if (t == BPF_WRITE) {
 941                         if (!env->allow_ptr_leaks &&
 942                             state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off] == STACK_SPILL &&
 943                             size != BPF_REG_SIZE) {
 944                                 verbose("attempt to corrupt spilled pointer on stack\n");
 945                                 return -EACCES;
 946                         }
 947                         err = check_stack_write(state, off, size, value_regno);
 948                 } else {
 949                         err = check_stack_read(state, off, size, value_regno);
 950                 }
 951         } else if (state->regs[regno].type == PTR_TO_PACKET) {
 952                 if (t == BPF_WRITE && !may_access_direct_pkt_data(env, NULL, t)) {
 953                         verbose("cannot write into packet\n");
 954                         return -EACCES;
 955                 }
 956                 if (t == BPF_WRITE && value_regno >= 0 &&
 957                     is_pointer_value(env, value_regno)) {
 958                         verbose("R%d leaks addr into packet\n", value_regno);
 959                         return -EACCES;
 960                 }
 961                 err = check_packet_access(env, regno, off, size);
 962                 if (!err && t == BPF_READ && value_regno >= 0)
 963                         mark_reg_unknown_value_and_range(state->regs,
 964                                                          value_regno);
 965         } else {
 966                 verbose("R%d invalid mem access '%s'\n",
 967                         regno, reg_type_str[reg->type]);
 968                 return -EACCES;
 969         }
 970
 971         if (!err && size <= 2 && value_regno >= 0 && env->allow_ptr_leaks &&
 972             state->regs[value_regno].type == UNKNOWN_VALUE) {
 973                 /* 1 or 2 byte load zero-extends, determine the number of
 974                  * zero upper bits. Not doing it fo 4 byte load, since
 975                  * such values cannot be added to ptr_to_packet anyway.
 976                  */
 977                 state->regs[value_regno].imm = 64 - size * 8;
 978         }
 979         return err;
 980 }
 981
 982 static int check_xadd(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx, struct bpf_insn *insn)
 983 {
 984         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
 985         int err;
 986
 987         if ((BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W && BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) ||
 988             insn->imm != 0) {
 989                 verbose("BPF_XADD uses reserved fields\n");
 990                 return -EINVAL;
 991         }
 992
 993         /* check src1 operand */
 994         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 995         if (err)
 996                 return err;
 997
 998         /* check src2 operand */
 999         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1000         if (err)
1001                 return err;
1002
1003         if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
1004                 verbose("R%d leaks addr into mem\n", insn->src_reg);
1005                 return -EACCES;
1006         }
1007
1008         /* check whether atomic_add can read the memory */
1009         err = check_mem_access(env, insn_idx, insn->dst_reg, insn->off,
1010                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ, -1);
1011         if (err)
1012                 return err;
1013
1014         /* check whether atomic_add can write into the same memory */
1015         return check_mem_access(env, insn_idx, insn->dst_reg, insn->off,
1016                                 BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE, -1);
1017 }
1018
1019 /* when register 'regno' is passed into function that will read 'access_size'
1020  * bytes from that pointer, make sure that it's within stack boundary
1021  * and all elements of stack are initialized
1022  */
1023 static int check_stack_boundary(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
1024                                 int access_size, bool zero_size_allowed,
1025                                 struct bpf_call_arg_meta *meta)
1026 {
1027         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1028         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
1029         int off, i;
1030
1031         if (regs[regno].type != PTR_TO_STACK) {
1032                 if (zero_size_allowed && access_size == 0 &&
1033                     regs[regno].type == CONST_IMM &&
1034                     regs[regno].imm  == 0)
1035                         return 0;
1036
1037                 verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
1038                         reg_type_str[regs[regno].type],
1039                         reg_type_str[PTR_TO_STACK]);
1040                 return -EACCES;
1041         }
1042
1043         off = regs[regno].imm;
1044         if (off >= 0 || off < -MAX_BPF_STACK || off + access_size > 0 ||
1045             access_size <= 0) {
1046                 verbose("invalid stack type R%d off=%d access_size=%d\n",
1047                         regno, off, access_size);
1048                 return -EACCES;
1049         }
1050
1051         if (env->prog->aux->stack_depth < -off)
1052                 env->prog->aux->stack_depth = -off;
1053
1054         if (meta && meta->raw_mode) {
1055                 meta->access_size = access_size;
1056                 meta->regno = regno;
1057                 return 0;
1058         }
1059
1060         for (i = 0; i < access_size; i++) {
1061                 if (state->stack_slot_type[MAX_BPF_STACK + off + i] != STACK_MISC) {
1062                         verbose("invalid indirect read from stack off %d+%d size %d\n",
1063                                 off, i, access_size);
1064                         return -EACCES;
1065                 }
1066         }
1067         return 0;
1068 }
1069
1070 static int check_helper_mem_access(struct bpf_verifier_env *env, int regno,
1071                                    int access_size, bool zero_size_allowed,
1072                                    struct bpf_call_arg_meta *meta)
1073 {
1074         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1075
1076         switch (regs[regno].type) {
1077         case PTR_TO_PACKET:
1078                 return check_packet_access(env, regno, 0, access_size);
1079         case PTR_TO_MAP_VALUE:
1080                 return check_map_access(env, regno, 0, access_size);
1081         case PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ:
1082                 return check_map_access_adj(env, regno, 0, access_size);
1083         default: /* const_imm|ptr_to_stack or invalid ptr */
1084                 return check_stack_boundary(env, regno, access_size,
1085                                             zero_size_allowed, meta);
1086         }
1087 }
1088
1089 static int check_func_arg(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
1090                           enum bpf_arg_type arg_type,
1091                           struct bpf_call_arg_meta *meta)
1092 {
1093         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *reg = &regs[regno];
1094         enum bpf_reg_type expected_type, type = reg->type;
1095         int err = 0;
1096
1097         if (arg_type == ARG_DONTCARE)
1098                 return 0;
1099
1100         if (type == NOT_INIT) {
1101                 verbose("R%d !read_ok\n", regno);
1102                 return -EACCES;
1103         }
1104
1105         if (arg_type == ARG_ANYTHING) {
1106                 if (is_pointer_value(env, regno)) {
1107                         verbose("R%d leaks addr into helper function\n", regno);
1108                         return -EACCES;
1109                 }
1110                 return 0;
1111         }
1112
1113         if (type == PTR_TO_PACKET &&
1114             !may_access_direct_pkt_data(env, meta, BPF_READ)) {
1115                 verbose("helper access to the packet is not allowed\n");
1116                 return -EACCES;
1117         }
1118
1119         if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY ||
1120             arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1121                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1122                 if (type != PTR_TO_PACKET && type != expected_type)
1123                         goto err_type;
1124         } else if (arg_type == ARG_CONST_SIZE ||
1125                    arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO) {
1126                 expected_type = CONST_IMM;
1127                 /* One exception. Allow UNKNOWN_VALUE registers when the
1128                  * boundaries are known and don't cause unsafe memory accesses
1129                  */
1130                 if (type != UNKNOWN_VALUE && type != expected_type)
1131                         goto err_type;
1132         } else if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1133                 expected_type = CONST_PTR_TO_MAP;
1134                 if (type != expected_type)
1135                         goto err_type;
1136         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_CTX) {
1137                 expected_type = PTR_TO_CTX;
1138                 if (type != expected_type)
1139                         goto err_type;
1140         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MEM ||
1141                    arg_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM) {
1142                 expected_type = PTR_TO_STACK;
1143                 /* One exception here. In case function allows for NULL to be
1144                  * passed in as argument, it's a CONST_IMM type. Final test
1145                  * happens during stack boundary checking.
1146                  */
1147                 if (type == CONST_IMM && reg->imm == 0)
1148                         /* final test in check_stack_boundary() */;
1149                 else if (type != PTR_TO_PACKET && type != PTR_TO_MAP_VALUE &&
1150                          type != PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ && type != expected_type)
1151                         goto err_type;
1152                 meta->raw_mode = arg_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM;
1153         } else {
1154                 verbose("unsupported arg_type %d\n", arg_type);
1155                 return -EFAULT;
1156         }
1157
1158         if (arg_type == ARG_CONST_MAP_PTR) {
1159                 /* bpf_map_xxx(map_ptr) call: remember that map_ptr */
1160                 meta->map_ptr = reg->map_ptr;
1161         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_KEY) {
1162                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., key) call:
1163                  * check that [key, key + map->key_size) are within
1164                  * stack limits and initialized
1165                  */
1166                 if (!meta->map_ptr) {
1167                         /* in function declaration map_ptr must come before
1168                          * map_key, so that it's verified and known before
1169                          * we have to check map_key here. Otherwise it means
1170                          * that kernel subsystem misconfigured verifier
1171                          */
1172                         verbose("invalid map_ptr to access map->key\n");
1173                         return -EACCES;
1174                 }
1175                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1176                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1177                                                   meta->map_ptr->key_size);
1178                 else
1179                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1180                                                    meta->map_ptr->key_size,
1181                                                    false, NULL);
1182         } else if (arg_type == ARG_PTR_TO_MAP_VALUE) {
1183                 /* bpf_map_xxx(..., map_ptr, ..., value) call:
1184                  * check [value, value + map->value_size) validity
1185                  */
1186                 if (!meta->map_ptr) {
1187                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1188                         verbose("invalid map_ptr to access map->value\n");
1189                         return -EACCES;
1190                 }
1191                 if (type == PTR_TO_PACKET)
1192                         err = check_packet_access(env, regno, 0,
1193                                                   meta->map_ptr->value_size);
1194                 else
1195                         err = check_stack_boundary(env, regno,
1196                                                    meta->map_ptr->value_size,
1197                                                    false, NULL);
1198         } else if (arg_type == ARG_CONST_SIZE ||
1199                    arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO) {
1200                 bool zero_size_allowed = (arg_type == ARG_CONST_SIZE_OR_ZERO);
1201
1202                 /* bpf_xxx(..., buf, len) call will access 'len' bytes
1203                  * from stack pointer 'buf'. Check it
1204                  * note: regno == len, regno - 1 == buf
1205                  */
1206                 if (regno == 0) {
1207                         /* kernel subsystem misconfigured verifier */
1208                         verbose("ARG_CONST_SIZE cannot be first argument\n");
1209                         return -EACCES;
1210                 }
1211
1212                 /* If the register is UNKNOWN_VALUE, the access check happens
1213                  * using its boundaries. Otherwise, just use its imm
1214                  */
1215                 if (type == UNKNOWN_VALUE) {
1216                         /* For unprivileged variable accesses, disable raw
1217                          * mode so that the program is required to
1218                          * initialize all the memory that the helper could
1219                          * just partially fill up.
1220                          */
1221                         meta = NULL;
1222
1223                         if (reg->min_value < 0) {
1224                                 verbose("R%d min value is negative, either use unsigned or 'var &= const'\n",
1225                                         regno);
1226                                 return -EACCES;
1227                         }
1228
1229                         if (reg->min_value == 0) {
1230                                 err = check_helper_mem_access(env, regno - 1, 0,
1231                                                               zero_size_allowed,
1232                                                               meta);
1233                                 if (err)
1234                                         return err;
1235                         }
1236
1237                         if (reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) {
1238                                 verbose("R%d unbounded memory access, use 'var &= const' or 'if (var < const)'\n",
1239                                         regno);
1240                                 return -EACCES;
1241                         }
1242                         err = check_helper_mem_access(env, regno - 1,
1243                                                       reg->max_value,
1244                                                       zero_size_allowed, meta);
1245                         if (err)
1246                                 return err;
1247                 } else {
1248                         /* register is CONST_IMM */
1249                         err = check_helper_mem_access(env, regno - 1, reg->imm,
1250                                                       zero_size_allowed, meta);
1251                 }
1252         }
1253
1254         return err;
1255 err_type:
1256         verbose("R%d type=%s expected=%s\n", regno,
1257                 reg_type_str[type], reg_type_str[expected_type]);
1258         return -EACCES;
1259 }
1260
1261 static int check_map_func_compatibility(struct bpf_map *map, int func_id)
1262 {
1263         if (!map)
1264                 return 0;
1265
1266         /* We need a two way check, first is from map perspective ... */
1267         switch (map->map_type) {
1268         case BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY:
1269                 if (func_id != BPF_FUNC_tail_call)
1270                         goto error;
1271                 break;
1272         case BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY:
1273                 if (func_id != BPF_FUNC_perf_event_read &&
1274                     func_id != BPF_FUNC_perf_event_output)
1275                         goto error;
1276                 break;
1277         case BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE:
1278                 if (func_id != BPF_FUNC_get_stackid)
1279                         goto error;
1280                 break;
1281         case BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY:
1282                 if (func_id != BPF_FUNC_skb_under_cgroup &&
1283                     func_id != BPF_FUNC_current_task_under_cgroup)
1284                         goto error;
1285                 break;
1286         /* devmap returns a pointer to a live net_device ifindex that we cannot
1287          * allow to be modified from bpf side. So do not allow lookup elements
1288          * for now.
1289          */
1290         case BPF_MAP_TYPE_DEVMAP:
1291                 if (func_id != BPF_FUNC_redirect_map)
1292                         goto error;
1293                 break;
1294         case BPF_MAP_TYPE_ARRAY_OF_MAPS:
1295         case BPF_MAP_TYPE_HASH_OF_MAPS:
1296                 if (func_id != BPF_FUNC_map_lookup_elem)
1297                         goto error;
1298         default:
1299                 break;
1300         }
1301
1302         /* ... and second from the function itself. */
1303         switch (func_id) {
1304         case BPF_FUNC_tail_call:
1305                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
1306                         goto error;
1307                 break;
1308         case BPF_FUNC_perf_event_read:
1309         case BPF_FUNC_perf_event_output:
1310                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY)
1311                         goto error;
1312                 break;
1313         case BPF_FUNC_get_stackid:
1314                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_STACK_TRACE)
1315                         goto error;
1316                 break;
1317         case BPF_FUNC_current_task_under_cgroup:
1318         case BPF_FUNC_skb_under_cgroup:
1319                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY)
1320                         goto error;
1321                 break;
1322         case BPF_FUNC_redirect_map:
1323                 if (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_DEVMAP)
1324                         goto error;
1325                 break;
1326         default:
1327                 break;
1328         }
1329
1330         return 0;
1331 error:
1332         verbose("cannot pass map_type %d into func %s#%d\n",
1333                 map->map_type, func_id_name(func_id), func_id);
1334         return -EINVAL;
1335 }
1336
1337 static int check_raw_mode(const struct bpf_func_proto *fn)
1338 {
1339         int count = 0;
1340
1341         if (fn->arg1_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1342                 count++;
1343         if (fn->arg2_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1344                 count++;
1345         if (fn->arg3_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1346                 count++;
1347         if (fn->arg4_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1348                 count++;
1349         if (fn->arg5_type == ARG_PTR_TO_UNINIT_MEM)
1350                 count++;
1351
1352         return count > 1 ? -EINVAL : 0;
1353 }
1354
1355 static void clear_all_pkt_pointers(struct bpf_verifier_env *env)
1356 {
1357         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1358         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
1359         int i;
1360
1361         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
1362                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET ||
1363                     regs[i].type == PTR_TO_PACKET_END)
1364                         mark_reg_unknown_value(regs, i);
1365
1366         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
1367                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
1368                         continue;
1369                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
1370                 if (reg->type != PTR_TO_PACKET &&
1371                     reg->type != PTR_TO_PACKET_END)
1372                         continue;
1373                 __mark_reg_unknown_value(state->spilled_regs,
1374                                          i / BPF_REG_SIZE);
1375         }
1376 }
1377
1378 static int check_call(struct bpf_verifier_env *env, int func_id, int insn_idx)
1379 {
1380         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
1381         const struct bpf_func_proto *fn = NULL;
1382         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
1383         struct bpf_call_arg_meta meta;
1384         bool changes_data;
1385         int i, err;
1386
1387         /* find function prototype */
1388         if (func_id < 0 || func_id >= __BPF_FUNC_MAX_ID) {
1389                 verbose("invalid func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1390                 return -EINVAL;
1391         }
1392
1393         if (env->prog->aux->ops->get_func_proto)
1394                 fn = env->prog->aux->ops->get_func_proto(func_id);
1395
1396         if (!fn) {
1397                 verbose("unknown func %s#%d\n", func_id_name(func_id), func_id);
1398                 return -EINVAL;
1399         }
1400
1401         /* eBPF programs must be GPL compatible to use GPL-ed functions */
1402         if (!env->prog->gpl_compatible && fn->gpl_only) {
1403                 verbose("cannot call GPL only function from proprietary program\n");
1404                 return -EINVAL;
1405         }
1406
1407         changes_data = bpf_helper_changes_pkt_data(fn->func);
1408
1409         memset(&meta, 0, sizeof(meta));
1410         meta.pkt_access = fn->pkt_access;
1411
1412         /* We only support one arg being in raw mode at the moment, which
1413          * is sufficient for the helper functions we have right now.
1414          */
1415         err = check_raw_mode(fn);
1416         if (err) {
1417                 verbose("kernel subsystem misconfigured func %s#%d\n",
1418                         func_id_name(func_id), func_id);
1419                 return err;
1420         }
1421
1422         /* check args */
1423         err = check_func_arg(env, BPF_REG_1, fn->arg1_type, &meta);
1424         if (err)
1425                 return err;
1426         err = check_func_arg(env, BPF_REG_2, fn->arg2_type, &meta);
1427         if (err)
1428                 return err;
1429         err = check_func_arg(env, BPF_REG_3, fn->arg3_type, &meta);
1430         if (err)
1431                 return err;
1432         err = check_func_arg(env, BPF_REG_4, fn->arg4_type, &meta);
1433         if (err)
1434                 return err;
1435         err = check_func_arg(env, BPF_REG_5, fn->arg5_type, &meta);
1436         if (err)
1437                 return err;
1438
1439         /* Mark slots with STACK_MISC in case of raw mode, stack offset
1440          * is inferred from register state.
1441          */
1442         for (i = 0; i < meta.access_size; i++) {
1443                 err = check_mem_access(env, insn_idx, meta.regno, i, BPF_B, BPF_WRITE, -1);
1444                 if (err)
1445                         return err;
1446         }
1447
1448         /* reset caller saved regs */
1449         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++)
1450                 mark_reg_not_init(regs, caller_saved[i]);
1451
1452         /* update return register */
1453         if (fn->ret_type == RET_INTEGER) {
1454                 regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1455         } else if (fn->ret_type == RET_VOID) {
1456                 regs[BPF_REG_0].type = NOT_INIT;
1457         } else if (fn->ret_type == RET_PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1458                 struct bpf_insn_aux_data *insn_aux;
1459
1460                 regs[BPF_REG_0].type = PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL;
1461                 regs[BPF_REG_0].max_value = regs[BPF_REG_0].min_value = 0;
1462                 /* remember map_ptr, so that check_map_access()
1463                  * can check 'value_size' boundary of memory access
1464                  * to map element returned from bpf_map_lookup_elem()
1465                  */
1466                 if (meta.map_ptr == NULL) {
1467                         verbose("kernel subsystem misconfigured verifier\n");
1468                         return -EINVAL;
1469                 }
1470                 regs[BPF_REG_0].map_ptr = meta.map_ptr;
1471                 regs[BPF_REG_0].id = ++env->id_gen;
1472                 insn_aux = &env->insn_aux_data[insn_idx];
1473                 if (!insn_aux->map_ptr)
1474                         insn_aux->map_ptr = meta.map_ptr;
1475                 else if (insn_aux->map_ptr != meta.map_ptr)
1476                         insn_aux->map_ptr = BPF_MAP_PTR_POISON;
1477         } else {
1478                 verbose("unknown return type %d of func %s#%d\n",
1479                         fn->ret_type, func_id_name(func_id), func_id);
1480                 return -EINVAL;
1481         }
1482
1483         err = check_map_func_compatibility(meta.map_ptr, func_id);
1484         if (err)
1485                 return err;
1486
1487         if (changes_data)
1488                 clear_all_pkt_pointers(env);
1489         return 0;
1490 }
1491
1492 static int check_packet_ptr_add(struct bpf_verifier_env *env,
1493                                 struct bpf_insn *insn)
1494 {
1495         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1496         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1497         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1498         struct bpf_reg_state tmp_reg;
1499         s32 imm;
1500
1501         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1502                 /* pkt_ptr += imm */
1503                 imm = insn->imm;
1504
1505 add_imm:
1506                 if (imm < 0) {
1507                         verbose("addition of negative constant to packet pointer is not allowed\n");
1508                         return -EACCES;
1509                 }
1510                 if (imm >= MAX_PACKET_OFF ||
1511                     imm + dst_reg->off >= MAX_PACKET_OFF) {
1512                         verbose("constant %d is too large to add to packet pointer\n",
1513                                 imm);
1514                         return -EACCES;
1515                 }
1516                 /* a constant was added to pkt_ptr.
1517                  * Remember it while keeping the same 'id'
1518                  */
1519                 dst_reg->off += imm;
1520         } else {
1521                 bool had_id;
1522
1523                 if (src_reg->type == PTR_TO_PACKET) {
1524                         /* R6=pkt(id=0,off=0,r=62) R7=imm22; r7 += r6 */
1525                         tmp_reg = *dst_reg;  /* save r7 state */
1526                         *dst_reg = *src_reg; /* copy pkt_ptr state r6 into r7 */
1527                         src_reg = &tmp_reg;  /* pretend it's src_reg state */
1528                         /* if the checks below reject it, the copy won't matter,
1529                          * since we're rejecting the whole program. If all ok,
1530                          * then imm22 state will be added to r7
1531                          * and r7 will be pkt(id=0,off=22,r=62) while
1532                          * r6 will stay as pkt(id=0,off=0,r=62)
1533                          */
1534                 }
1535
1536                 if (src_reg->type == CONST_IMM) {
1537                         /* pkt_ptr += reg where reg is known constant */
1538                         imm = src_reg->imm;
1539                         goto add_imm;
1540                 }
1541                 /* disallow pkt_ptr += reg
1542                  * if reg is not uknown_value with guaranteed zero upper bits
1543                  * otherwise pkt_ptr may overflow and addition will become
1544                  * subtraction which is not allowed
1545                  */
1546                 if (src_reg->type != UNKNOWN_VALUE) {
1547                         verbose("cannot add '%s' to ptr_to_packet\n",
1548                                 reg_type_str[src_reg->type]);
1549                         return -EACCES;
1550                 }
1551                 if (src_reg->imm < 48) {
1552                         verbose("cannot add integer value with %lld upper zero bits to ptr_to_packet\n",
1553                                 src_reg->imm);
1554                         return -EACCES;
1555                 }
1556
1557                 had_id = (dst_reg->id != 0);
1558
1559                 /* dst_reg stays as pkt_ptr type and since some positive
1560                  * integer value was added to the pointer, increment its 'id'
1561                  */
1562                 dst_reg->id = ++env->id_gen;
1563
1564                 /* something was added to pkt_ptr, set range to zero */
1565                 dst_reg->aux_off += dst_reg->off;
1566                 dst_reg->off = 0;
1567                 dst_reg->range = 0;
1568                 if (had_id)
1569                         dst_reg->aux_off_align = min(dst_reg->aux_off_align,
1570                                                      src_reg->min_align);
1571                 else
1572                         dst_reg->aux_off_align = src_reg->min_align;
1573         }
1574         return 0;
1575 }
1576
1577 static int evaluate_reg_alu(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1578 {
1579         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1580         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1581         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1582         s64 imm_log2;
1583
1584         /* for type == UNKNOWN_VALUE:
1585          * imm > 0 -> number of zero upper bits
1586          * imm == 0 -> don't track which is the same as all bits can be non-zero
1587          */
1588
1589         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1590                 struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1591
1592                 if (src_reg->type == UNKNOWN_VALUE && src_reg->imm > 0 &&
1593                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1594                         /* dreg += sreg
1595                          * where both have zero upper bits. Adding them
1596                          * can only result making one more bit non-zero
1597                          * in the larger value.
1598                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1599                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1600                          */
1601                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, src_reg->imm);
1602                         dst_reg->imm--;
1603                         return 0;
1604                 }
1605                 if (src_reg->type == CONST_IMM && src_reg->imm > 0 &&
1606                     dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1607                         /* dreg += sreg
1608                          * where dreg has zero upper bits and sreg is const.
1609                          * Adding them can only result making one more bit
1610                          * non-zero in the larger value.
1611                          */
1612                         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)src_reg->imm);
1613                         dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1614                         dst_reg->imm--;
1615                         return 0;
1616                 }
1617                 /* all other cases non supported yet, just mark dst_reg */
1618                 dst_reg->imm = 0;
1619                 return 0;
1620         }
1621
1622         /* sign extend 32-bit imm into 64-bit to make sure that
1623          * negative values occupy bit 63. Note ilog2() would have
1624          * been incorrect, since sizeof(insn->imm) == 4
1625          */
1626         imm_log2 = __ilog2_u64((long long)insn->imm);
1627
1628         if (dst_reg->imm && opcode == BPF_LSH) {
1629                 /* reg <<= imm
1630                  * if reg was a result of 2 byte load, then its imm == 48
1631                  * which means that upper 48 bits are zero and shifting this reg
1632                  * left by 4 would mean that upper 44 bits are still zero
1633                  */
1634                 dst_reg->imm -= insn->imm;
1635         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_MUL) {
1636                 /* reg *= imm
1637                  * if multiplying by 14 subtract 4
1638                  * This is conservative calculation of upper zero bits.
1639                  * It's not trying to special case insn->imm == 1 or 0 cases
1640                  */
1641                 dst_reg->imm -= imm_log2 + 1;
1642         } else if (opcode == BPF_AND) {
1643                 /* reg &= imm */
1644                 dst_reg->imm = 63 - imm_log2;
1645         } else if (dst_reg->imm && opcode == BPF_ADD) {
1646                 /* reg += imm */
1647                 dst_reg->imm = min(dst_reg->imm, 63 - imm_log2);
1648                 dst_reg->imm--;
1649         } else if (opcode == BPF_RSH) {
1650                 /* reg >>= imm
1651                  * which means that after right shift, upper bits will be zero
1652                  * note that verifier already checked that
1653                  * 0 <= imm < 64 for shift insn
1654                  */
1655                 dst_reg->imm += insn->imm;
1656                 if (unlikely(dst_reg->imm > 64))
1657                         /* some dumb code did:
1658                          * r2 = *(u32 *)mem;
1659                          * r2 >>= 32;
1660                          * and all bits are zero now */
1661                         dst_reg->imm = 64;
1662         } else {
1663                 /* all other alu ops, means that we don't know what will
1664                  * happen to the value, mark it with unknown number of zero bits
1665                  */
1666                 dst_reg->imm = 0;
1667         }
1668
1669         if (dst_reg->imm < 0) {
1670                 /* all 64 bits of the register can contain non-zero bits
1671                  * and such value cannot be added to ptr_to_packet, since it
1672                  * may overflow, mark it as unknown to avoid further eval
1673                  */
1674                 dst_reg->imm = 0;
1675         }
1676         return 0;
1677 }
1678
1679 static int evaluate_reg_imm_alu_unknown(struct bpf_verifier_env *env,
1680                                         struct bpf_insn *insn)
1681 {
1682         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1683         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1684         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1685         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1686         s64 imm_log2 = __ilog2_u64((long long)dst_reg->imm);
1687
1688         /* BPF_X code with src_reg->type UNKNOWN_VALUE here. */
1689         if (src_reg->imm > 0 && dst_reg->imm) {
1690                 switch (opcode) {
1691                 case BPF_ADD:
1692                         /* dreg += sreg
1693                          * where both have zero upper bits. Adding them
1694                          * can only result making one more bit non-zero
1695                          * in the larger value.
1696                          * Ex. 0xffff (imm=48) + 1 (imm=63) = 0x10000 (imm=47)
1697                          *     0xffff (imm=48) + 0xffff = 0x1fffe (imm=47)
1698                          */
1699                         dst_reg->imm = min(src_reg->imm, 63 - imm_log2);
1700                         dst_reg->imm--;
1701                         break;
1702                 case BPF_AND:
1703                         /* dreg &= sreg
1704                          * AND can not extend zero bits only shrink
1705                          * Ex.  0x00..00ffffff
1706                          *    & 0x0f..ffffffff
1707                          *     ----------------
1708                          *      0x00..00ffffff
1709                          */
1710                         dst_reg->imm = max(src_reg->imm, 63 - imm_log2);
1711                         break;
1712                 case BPF_OR:
1713                         /* dreg |= sreg
1714                          * OR can only extend zero bits
1715                          * Ex.  0x00..00ffffff
1716                          *    | 0x0f..ffffffff
1717                          *     ----------------
1718                          *      0x0f..00ffffff
1719                          */
1720                         dst_reg->imm = min(src_reg->imm, 63 - imm_log2);
1721                         break;
1722                 case BPF_SUB:
1723                 case BPF_MUL:
1724                 case BPF_RSH:
1725                 case BPF_LSH:
1726                         /* These may be flushed out later */
1727                 default:
1728                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1729                 }
1730         } else {
1731                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1732         }
1733
1734         dst_reg->type = UNKNOWN_VALUE;
1735         return 0;
1736 }
1737
1738 static int evaluate_reg_imm_alu(struct bpf_verifier_env *env,
1739                                 struct bpf_insn *insn)
1740 {
1741         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1742         struct bpf_reg_state *dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1743         struct bpf_reg_state *src_reg = &regs[insn->src_reg];
1744         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1745         u64 dst_imm = dst_reg->imm;
1746
1747         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && src_reg->type == UNKNOWN_VALUE)
1748                 return evaluate_reg_imm_alu_unknown(env, insn);
1749
1750         /* dst_reg->type == CONST_IMM here. Simulate execution of insns
1751          * containing ALU ops. Don't care about overflow or negative
1752          * values, just add/sub/... them; registers are in u64.
1753          */
1754         if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1755                 dst_imm += insn->imm;
1756         } else if (opcode == BPF_ADD && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1757                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1758                 dst_imm += src_reg->imm;
1759         } else if (opcode == BPF_SUB && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1760                 dst_imm -= insn->imm;
1761         } else if (opcode == BPF_SUB && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1762                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1763                 dst_imm -= src_reg->imm;
1764         } else if (opcode == BPF_MUL && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1765                 dst_imm *= insn->imm;
1766         } else if (opcode == BPF_MUL && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1767                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1768                 dst_imm *= src_reg->imm;
1769         } else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1770                 dst_imm |= insn->imm;
1771         } else if (opcode == BPF_OR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1772                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1773                 dst_imm |= src_reg->imm;
1774         } else if (opcode == BPF_AND && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1775                 dst_imm &= insn->imm;
1776         } else if (opcode == BPF_AND && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1777                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1778                 dst_imm &= src_reg->imm;
1779         } else if (opcode == BPF_RSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1780                 dst_imm >>= insn->imm;
1781         } else if (opcode == BPF_RSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1782                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1783                 dst_imm >>= src_reg->imm;
1784         } else if (opcode == BPF_LSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
1785                 dst_imm <<= insn->imm;
1786         } else if (opcode == BPF_LSH && BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1787                    src_reg->type == CONST_IMM) {
1788                 dst_imm <<= src_reg->imm;
1789         } else {
1790                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
1791                 goto out;
1792         }
1793
1794         dst_reg->imm = dst_imm;
1795 out:
1796         return 0;
1797 }
1798
1799 static void check_reg_overflow(struct bpf_reg_state *reg)
1800 {
1801         if (reg->max_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1802                 reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1803         if (reg->min_value < BPF_REGISTER_MIN_RANGE ||
1804             reg->min_value > BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1805                 reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1806 }
1807
1808 static u32 calc_align(u32 imm)
1809 {
1810         if (!imm)
1811                 return 1U << 31;
1812         return imm - ((imm - 1) & imm);
1813 }
1814
1815 static void adjust_reg_min_max_vals(struct bpf_verifier_env *env,
1816                                     struct bpf_insn *insn)
1817 {
1818         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1819         s64 min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1820         u64 max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1821         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1822         u32 dst_align, src_align;
1823
1824         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
1825         src_align = 0;
1826         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1827                 check_reg_overflow(&regs[insn->src_reg]);
1828                 min_val = regs[insn->src_reg].min_value;
1829                 max_val = regs[insn->src_reg].max_value;
1830
1831                 /* If the source register is a random pointer then the
1832                  * min_value/max_value values represent the range of the known
1833                  * accesses into that value, not the actual min/max value of the
1834                  * register itself.  In this case we have to reset the reg range
1835                  * values so we know it is not safe to look at.
1836                  */
1837                 if (regs[insn->src_reg].type != CONST_IMM &&
1838                     regs[insn->src_reg].type != UNKNOWN_VALUE) {
1839                         min_val = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1840                         max_val = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1841                         src_align = 0;
1842                 } else {
1843                         src_align = regs[insn->src_reg].min_align;
1844                 }
1845         } else if (insn->imm < BPF_REGISTER_MAX_RANGE &&
1846                    (s64)insn->imm > BPF_REGISTER_MIN_RANGE) {
1847                 min_val = max_val = insn->imm;
1848                 src_align = calc_align(insn->imm);
1849         }
1850
1851         dst_align = dst_reg->min_align;
1852
1853         /* We don't know anything about what was done to this register, mark it
1854          * as unknown. Also, if both derived bounds came from signed/unsigned
1855          * mixed compares and one side is unbounded, we cannot really do anything
1856          * with them as boundaries cannot be trusted. Thus, arithmetic of two
1857          * regs of such kind will get invalidated bounds on the dst side.
1858          */
1859         if ((min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1860              max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) ||
1861             (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
1862              ((min_val != BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1863                max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) ||
1864               (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1865                max_val != BPF_REGISTER_MAX_RANGE) ||
1866               (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1867                dst_reg->max_value == BPF_REGISTER_MAX_RANGE) ||
1868               (dst_reg->min_value == BPF_REGISTER_MIN_RANGE &&
1869                dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)) &&
1870              regs[insn->dst_reg].value_from_signed !=
1871              regs[insn->src_reg].value_from_signed)) {
1872                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1873                 return;
1874         }
1875
1876         /* If one of our values was at the end of our ranges then we can't just
1877          * do our normal operations to the register, we need to set the values
1878          * to the min/max since they are undefined.
1879          */
1880         if (opcode != BPF_SUB) {
1881                 if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1882                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1883                 if (max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1884                         dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1885         }
1886
1887         switch (opcode) {
1888         case BPF_ADD:
1889                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1890                         dst_reg->min_value += min_val;
1891                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1892                         dst_reg->max_value += max_val;
1893                 dst_reg->min_align = min(src_align, dst_align);
1894                 break;
1895         case BPF_SUB:
1896                 /* If one of our values was at the end of our ranges, then the
1897                  * _opposite_ value in the dst_reg goes to the end of our range.
1898                  */
1899                 if (min_val == BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1900                         dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1901                 if (max_val == BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1902                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1903                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1904                         dst_reg->min_value -= max_val;
1905                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1906                         dst_reg->max_value -= min_val;
1907                 dst_reg->min_align = min(src_align, dst_align);
1908                 break;
1909         case BPF_MUL:
1910                 if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1911                         dst_reg->min_value *= min_val;
1912                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1913                         dst_reg->max_value *= max_val;
1914                 dst_reg->min_align = max(src_align, dst_align);
1915                 break;
1916         case BPF_AND:
1917                 /* Disallow AND'ing of negative numbers, ain't nobody got time
1918                  * for that.  Otherwise the minimum is 0 and the max is the max
1919                  * value we could AND against.
1920                  */
1921                 if (min_val < 0)
1922                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1923                 else
1924                         dst_reg->min_value = 0;
1925                 dst_reg->max_value = max_val;
1926                 dst_reg->min_align = max(src_align, dst_align);
1927                 break;
1928         case BPF_LSH:
1929                 /* Gotta have special overflow logic here, if we're shifting
1930                  * more than MAX_RANGE then just assume we have an invalid
1931                  * range.
1932                  */
1933                 if (min_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE)) {
1934                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1935                         dst_reg->min_align = 1;
1936                 } else {
1937                         if (dst_reg->min_value != BPF_REGISTER_MIN_RANGE)
1938                                 dst_reg->min_value <<= min_val;
1939                         if (!dst_reg->min_align)
1940                                 dst_reg->min_align = 1;
1941                         dst_reg->min_align <<= min_val;
1942                 }
1943                 if (max_val > ilog2(BPF_REGISTER_MAX_RANGE))
1944                         dst_reg->max_value = BPF_REGISTER_MAX_RANGE;
1945                 else if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1946                         dst_reg->max_value <<= max_val;
1947                 break;
1948         case BPF_RSH:
1949                 /* RSH by a negative number is undefined, and the BPF_RSH is an
1950                  * unsigned shift, so make the appropriate casts.
1951                  */
1952                 if (min_val < 0 || dst_reg->min_value < 0) {
1953                         dst_reg->min_value = BPF_REGISTER_MIN_RANGE;
1954                 } else {
1955                         dst_reg->min_value =
1956                                 (u64)(dst_reg->min_value) >> min_val;
1957                 }
1958                 if (min_val < 0) {
1959                         dst_reg->min_align = 1;
1960                 } else {
1961                         dst_reg->min_align >>= (u64) min_val;
1962                         if (!dst_reg->min_align)
1963                                 dst_reg->min_align = 1;
1964                 }
1965                 if (dst_reg->max_value != BPF_REGISTER_MAX_RANGE)
1966                         dst_reg->max_value >>= max_val;
1967                 break;
1968         default:
1969                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
1970                 break;
1971         }
1972
1973         check_reg_overflow(dst_reg);
1974 }
1975
1976 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
1977 static int check_alu_op(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1978 {
1979         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs, *dst_reg;
1980         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1981         int err;
1982
1983         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
1984                 if (opcode == BPF_NEG) {
1985                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
1986                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1987                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
1988                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
1989                                 return -EINVAL;
1990                         }
1991                 } else {
1992                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1993                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
1994                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
1995                                 return -EINVAL;
1996                         }
1997                 }
1998
1999                 /* check src operand */
2000                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2001                 if (err)
2002                         return err;
2003
2004                 if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
2005                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
2006                                 insn->dst_reg);
2007                         return -EACCES;
2008                 }
2009
2010                 /* check dest operand */
2011                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
2012                 if (err)
2013                         return err;
2014
2015         } else if (opcode == BPF_MOV) {
2016
2017                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2018                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
2019                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
2020                                 return -EINVAL;
2021                         }
2022
2023                         /* check src operand */
2024                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2025                         if (err)
2026                                 return err;
2027                 } else {
2028                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
2029                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
2030                                 return -EINVAL;
2031                         }
2032                 }
2033
2034                 /* check dest operand */
2035                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
2036                 if (err)
2037                         return err;
2038
2039                 /* we are setting our register to something new, we need to
2040                  * reset its range values.
2041                  */
2042                 reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
2043
2044                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2045                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
2046                                 /* case: R1 = R2
2047                                  * copy register state to dest reg
2048                                  */
2049                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
2050                         } else {
2051                                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
2052                                         verbose("R%d partial copy of pointer\n",
2053                                                 insn->src_reg);
2054                                         return -EACCES;
2055                                 }
2056                                 mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
2057                         }
2058                 } else {
2059                         /* case: R = imm
2060                          * remember the value we stored into this reg
2061                          */
2062                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
2063                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
2064                         regs[insn->dst_reg].id = 0;
2065                         regs[insn->dst_reg].max_value = insn->imm;
2066                         regs[insn->dst_reg].min_value = insn->imm;
2067                         regs[insn->dst_reg].min_align = calc_align(insn->imm);
2068                         regs[insn->dst_reg].value_from_signed = false;
2069                 }
2070
2071         } else if (opcode > BPF_END) {
2072                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
2073                 return -EINVAL;
2074
2075         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
2076
2077                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2078                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
2079                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
2080                                 return -EINVAL;
2081                         }
2082                         /* check src1 operand */
2083                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2084                         if (err)
2085                                 return err;
2086                 } else {
2087                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
2088                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
2089                                 return -EINVAL;
2090                         }
2091                 }
2092
2093                 /* check src2 operand */
2094                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2095                 if (err)
2096                         return err;
2097
2098                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
2099                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
2100                         verbose("div by zero\n");
2101                         return -EINVAL;
2102                 }
2103
2104                 if ((opcode == BPF_LSH || opcode == BPF_RSH ||
2105                      opcode == BPF_ARSH) && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
2106                         int size = BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 ? 64 : 32;
2107
2108                         if (insn->imm < 0 || insn->imm >= size) {
2109                                 verbose("invalid shift %d\n", insn->imm);
2110                                 return -EINVAL;
2111                         }
2112                 }
2113
2114                 /* check dest operand */
2115                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
2116                 if (err)
2117                         return err;
2118
2119                 dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
2120
2121                 /* first we want to adjust our ranges. */
2122                 adjust_reg_min_max_vals(env, insn);
2123
2124                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
2125                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
2126                     dst_reg->type == FRAME_PTR && BPF_SRC(insn->code) == BPF_K) {
2127                         dst_reg->type = PTR_TO_STACK;
2128                         dst_reg->imm = insn->imm;
2129                         return 0;
2130                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
2131                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
2132                            dst_reg->type == PTR_TO_STACK &&
2133                            ((BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
2134                              regs[insn->src_reg].type == CONST_IMM) ||
2135                             BPF_SRC(insn->code) == BPF_K)) {
2136                         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X)
2137                                 dst_reg->imm += regs[insn->src_reg].imm;
2138                         else
2139                                 dst_reg->imm += insn->imm;
2140                         return 0;
2141                 } else if (opcode == BPF_ADD &&
2142                            BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
2143                            (dst_reg->type == PTR_TO_PACKET ||
2144                             (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
2145                              regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET))) {
2146                         /* ptr_to_packet += K|X */
2147                         return check_packet_ptr_add(env, insn);
2148                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
2149                            dst_reg->type == UNKNOWN_VALUE &&
2150                            env->allow_ptr_leaks) {
2151                         /* unknown += K|X */
2152                         return evaluate_reg_alu(env, insn);
2153                 } else if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
2154                            dst_reg->type == CONST_IMM &&
2155                            env->allow_ptr_leaks) {
2156                         /* reg_imm += K|X */
2157                         return evaluate_reg_imm_alu(env, insn);
2158                 } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
2159                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
2160                                 insn->dst_reg);
2161                         return -EACCES;
2162                 } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X &&
2163                            is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
2164                         verbose("R%d pointer arithmetic prohibited\n",
2165                                 insn->src_reg);
2166                         return -EACCES;
2167                 }
2168
2169                 /* If we did pointer math on a map value then just set it to our
2170                  * PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ type so we can deal with any stores or
2171                  * loads to this register appropriately, otherwise just mark the
2172                  * register as unknown.
2173                  */
2174                 if (env->allow_ptr_leaks &&
2175                     BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 && opcode == BPF_ADD &&
2176                     (dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE ||
2177                      dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ))
2178                         dst_reg->type = PTR_TO_MAP_VALUE_ADJ;
2179                 else
2180                         mark_reg_unknown_value(regs, insn->dst_reg);
2181         }
2182
2183         return 0;
2184 }
2185
2186 static void find_good_pkt_pointers(struct bpf_verifier_state *state,
2187                                    struct bpf_reg_state *dst_reg)
2188 {
2189         struct bpf_reg_state *regs = state->regs, *reg;
2190         int i;
2191
2192         /* LLVM can generate two kind of checks:
2193          *
2194          * Type 1:
2195          *
2196          *   r2 = r3;
2197          *   r2 += 8;
2198          *   if (r2 > pkt_end) goto <handle exception>
2199          *   <access okay>
2200          *
2201          *   Where:
2202          *     r2 == dst_reg, pkt_end == src_reg
2203          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
2204          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
2205          *
2206          * Type 2:
2207          *
2208          *   r2 = r3;
2209          *   r2 += 8;
2210          *   if (pkt_end >= r2) goto <access okay>
2211          *   <handle exception>
2212          *
2213          *   Where:
2214          *     pkt_end == dst_reg, r2 == src_reg
2215          *     r2=pkt(id=n,off=8,r=0)
2216          *     r3=pkt(id=n,off=0,r=0)
2217          *
2218          * Find register r3 and mark its range as r3=pkt(id=n,off=0,r=8)
2219          * so that range of bytes [r3, r3 + 8) is safe to access.
2220          */
2221
2222         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
2223                 if (regs[i].type == PTR_TO_PACKET && regs[i].id == dst_reg->id)
2224                         /* keep the maximum range already checked */
2225                         regs[i].range = max(regs[i].range, dst_reg->off);
2226
2227         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
2228                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
2229                         continue;
2230                 reg = &state->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE];
2231                 if (reg->type == PTR_TO_PACKET && reg->id == dst_reg->id)
2232                         reg->range = max(reg->range, dst_reg->off);
2233         }
2234 }
2235
2236 /* Adjusts the register min/max values in the case that the dst_reg is the
2237  * variable register that we are working on, and src_reg is a constant or we're
2238  * simply doing a BPF_K check.
2239  */
2240 static void reg_set_min_max(struct bpf_reg_state *true_reg,
2241                             struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
2242                             u8 opcode)
2243 {
2244         bool value_from_signed = true;
2245         bool is_range = true;
2246
2247         switch (opcode) {
2248         case BPF_JEQ:
2249                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
2250                  * true then we know for sure.
2251                  */
2252                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
2253                 is_range = false;
2254                 break;
2255         case BPF_JNE:
2256                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
2257                  * we know the value for sure;
2258                  */
2259                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
2260                 is_range = false;
2261                 break;
2262         case BPF_JGT:
2263                 value_from_signed = false;
2264                 /* fallthrough */
2265         case BPF_JSGT:
2266                 if (true_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2267                         reset_reg_range_values(true_reg, 0);
2268                 if (false_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2269                         reset_reg_range_values(false_reg, 0);
2270                 if (opcode == BPF_JGT) {
2271                         /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2272                         false_reg->min_value = 0;
2273                 }
2274                 /* If this is false then we know the maximum val is val,
2275                  * otherwise we know the min val is val+1.
2276                  */
2277                 false_reg->max_value = val;
2278                 false_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2279                 true_reg->min_value = val + 1;
2280                 true_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2281                 break;
2282         case BPF_JGE:
2283                 value_from_signed = false;
2284                 /* fallthrough */
2285         case BPF_JSGE:
2286                 if (true_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2287                         reset_reg_range_values(true_reg, 0);
2288                 if (false_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2289                         reset_reg_range_values(false_reg, 0);
2290                 if (opcode == BPF_JGE) {
2291                         /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2292                         false_reg->min_value = 0;
2293                 }
2294                 /* If this is false then we know the maximum value is val - 1,
2295                  * otherwise we know the mimimum value is val.
2296                  */
2297                 false_reg->max_value = val - 1;
2298                 false_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2299                 true_reg->min_value = val;
2300                 true_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2301                 break;
2302         default:
2303                 break;
2304         }
2305
2306         check_reg_overflow(false_reg);
2307         check_reg_overflow(true_reg);
2308         if (is_range) {
2309                 if (__is_pointer_value(false, false_reg))
2310                         reset_reg_range_values(false_reg, 0);
2311                 if (__is_pointer_value(false, true_reg))
2312                         reset_reg_range_values(true_reg, 0);
2313         }
2314 }
2315
2316 /* Same as above, but for the case that dst_reg is a CONST_IMM reg and src_reg
2317  * is the variable reg.
2318  */
2319 static void reg_set_min_max_inv(struct bpf_reg_state *true_reg,
2320                                 struct bpf_reg_state *false_reg, u64 val,
2321                                 u8 opcode)
2322 {
2323         bool value_from_signed = true;
2324         bool is_range = true;
2325
2326         switch (opcode) {
2327         case BPF_JEQ:
2328                 /* If this is false then we know nothing Jon Snow, but if it is
2329                  * true then we know for sure.
2330                  */
2331                 true_reg->max_value = true_reg->min_value = val;
2332                 is_range = false;
2333                 break;
2334         case BPF_JNE:
2335                 /* If this is true we know nothing Jon Snow, but if it is false
2336                  * we know the value for sure;
2337                  */
2338                 false_reg->max_value = false_reg->min_value = val;
2339                 is_range = false;
2340                 break;
2341         case BPF_JGT:
2342                 value_from_signed = false;
2343                 /* fallthrough */
2344         case BPF_JSGT:
2345                 if (true_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2346                         reset_reg_range_values(true_reg, 0);
2347                 if (false_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2348                         reset_reg_range_values(false_reg, 0);
2349                 if (opcode == BPF_JGT) {
2350                         /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2351                         true_reg->min_value = 0;
2352                 }
2353                 /*
2354                  * If this is false, then the val is <= the register, if it is
2355                  * true the register <= to the val.
2356                  */
2357                 false_reg->min_value = val;
2358                 false_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2359                 true_reg->max_value = val - 1;
2360                 true_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2361                 break;
2362         case BPF_JGE:
2363                 value_from_signed = false;
2364                 /* fallthrough */
2365         case BPF_JSGE:
2366                 if (true_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2367                         reset_reg_range_values(true_reg, 0);
2368                 if (false_reg->value_from_signed != value_from_signed)
2369                         reset_reg_range_values(false_reg, 0);
2370                 if (opcode == BPF_JGE) {
2371                         /* Unsigned comparison, the minimum value is 0. */
2372                         true_reg->min_value = 0;
2373                 }
2374                 /* If this is false then constant < register, if it is true then
2375                  * the register < constant.
2376                  */
2377                 false_reg->min_value = val + 1;
2378                 false_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2379                 true_reg->max_value = val;
2380                 true_reg->value_from_signed = value_from_signed;
2381                 break;
2382         default:
2383                 break;
2384         }
2385
2386         check_reg_overflow(false_reg);
2387         check_reg_overflow(true_reg);
2388         if (is_range) {
2389                 if (__is_pointer_value(false, false_reg))
2390                         reset_reg_range_values(false_reg, 0);
2391                 if (__is_pointer_value(false, true_reg))
2392                         reset_reg_range_values(true_reg, 0);
2393         }
2394 }
2395
2396 static void mark_map_reg(struct bpf_reg_state *regs, u32 regno, u32 id,
2397                          enum bpf_reg_type type)
2398 {
2399         struct bpf_reg_state *reg = &regs[regno];
2400
2401         if (reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL && reg->id == id) {
2402                 if (type == UNKNOWN_VALUE) {
2403                         __mark_reg_unknown_value(regs, regno);
2404                 } else if (reg->map_ptr->inner_map_meta) {
2405                         reg->type = CONST_PTR_TO_MAP;
2406                         reg->map_ptr = reg->map_ptr->inner_map_meta;
2407                 } else {
2408                         reg->type = type;
2409                 }
2410                 /* We don't need id from this point onwards anymore, thus we
2411                  * should better reset it, so that state pruning has chances
2412                  * to take effect.
2413                  */
2414                 reg->id = 0;
2415         }
2416 }
2417
2418 /* The logic is similar to find_good_pkt_pointers(), both could eventually
2419  * be folded together at some point.
2420  */
2421 static void mark_map_regs(struct bpf_verifier_state *state, u32 regno,
2422                           enum bpf_reg_type type)
2423 {
2424         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
2425         u32 id = regs[regno].id;
2426         int i;
2427
2428         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++)
2429                 mark_map_reg(regs, i, id, type);
2430
2431         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i += BPF_REG_SIZE) {
2432                 if (state->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
2433                         continue;
2434                 mark_map_reg(state->spilled_regs, i / BPF_REG_SIZE, id, type);
2435         }
2436 }
2437
2438 static int check_cond_jmp_op(struct bpf_verifier_env *env,
2439                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
2440 {
2441         struct bpf_verifier_state *other_branch, *this_branch = &env->cur_state;
2442         struct bpf_reg_state *regs = this_branch->regs, *dst_reg;
2443         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
2444         int err;
2445
2446         if (opcode > BPF_EXIT) {
2447                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
2448                 return -EINVAL;
2449         }
2450
2451         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2452                 if (insn->imm != 0) {
2453                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2454                         return -EINVAL;
2455                 }
2456
2457                 /* check src1 operand */
2458                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2459                 if (err)
2460                         return err;
2461
2462                 if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
2463                         verbose("R%d pointer comparison prohibited\n",
2464                                 insn->src_reg);
2465                         return -EACCES;
2466                 }
2467         } else {
2468                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
2469                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
2470                         return -EINVAL;
2471                 }
2472         }
2473
2474         /* check src2 operand */
2475         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
2476         if (err)
2477                 return err;
2478
2479         dst_reg = &regs[insn->dst_reg];
2480
2481         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
2482         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2483             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2484             dst_reg->type == CONST_IMM && dst_reg->imm == insn->imm) {
2485                 if (opcode == BPF_JEQ) {
2486                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
2487                          * only follow the goto, ignore fall-through
2488                          */
2489                         *insn_idx += insn->off;
2490                         return 0;
2491                 } else {
2492                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
2493                          * only follow fall-through branch, since
2494                          * that's where the program will go
2495                          */
2496                         return 0;
2497                 }
2498         }
2499
2500         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
2501         if (!other_branch)
2502                 return -EFAULT;
2503
2504         /* detect if we are comparing against a constant value so we can adjust
2505          * our min/max values for our dst register.
2506          */
2507         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
2508                 if (regs[insn->src_reg].type == CONST_IMM)
2509                         reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2510                                         dst_reg, regs[insn->src_reg].imm,
2511                                         opcode);
2512                 else if (dst_reg->type == CONST_IMM)
2513                         reg_set_min_max_inv(&other_branch->regs[insn->src_reg],
2514                                             &regs[insn->src_reg], dst_reg->imm,
2515                                             opcode);
2516         } else {
2517                 reg_set_min_max(&other_branch->regs[insn->dst_reg],
2518                                         dst_reg, insn->imm, opcode);
2519         }
2520
2521         /* detect if R == 0 where R is returned from bpf_map_lookup_elem() */
2522         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
2523             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
2524             dst_reg->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
2525                 /* Mark all identical map registers in each branch as either
2526                  * safe or unknown depending R == 0 or R != 0 conditional.
2527                  */
2528                 mark_map_regs(this_branch, insn->dst_reg,
2529                               opcode == BPF_JEQ ? PTR_TO_MAP_VALUE : UNKNOWN_VALUE);
2530                 mark_map_regs(other_branch, insn->dst_reg,
2531                               opcode == BPF_JEQ ? UNKNOWN_VALUE : PTR_TO_MAP_VALUE);
2532         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGT &&
2533                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET &&
2534                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET_END) {
2535                 find_good_pkt_pointers(this_branch, dst_reg);
2536         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X && opcode == BPF_JGE &&
2537                    dst_reg->type == PTR_TO_PACKET_END &&
2538                    regs[insn->src_reg].type == PTR_TO_PACKET) {
2539                 find_good_pkt_pointers(other_branch, &regs[insn->src_reg]);
2540         } else if (is_pointer_value(env, insn->dst_reg)) {
2541                 verbose("R%d pointer comparison prohibited\n", insn->dst_reg);
2542                 return -EACCES;
2543         }
2544         if (log_level)
2545                 print_verifier_state(this_branch);
2546         return 0;
2547 }
2548
2549 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
2550 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
2551 {
2552         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
2553
2554         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
2555 }
2556
2557 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
2558 static int check_ld_imm(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2559 {
2560         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2561         int err;
2562
2563         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
2564                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
2565                 return -EINVAL;
2566         }
2567         if (insn->off != 0) {
2568                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
2569                 return -EINVAL;
2570         }
2571
2572         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
2573         if (err)
2574                 return err;
2575
2576         if (insn->src_reg == 0) {
2577                 u64 imm = ((u64)(insn + 1)->imm << 32) | (u32)insn->imm;
2578
2579                 regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
2580                 regs[insn->dst_reg].imm = imm;
2581                 regs[insn->dst_reg].id = 0;
2582                 return 0;
2583         }
2584
2585         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
2586         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
2587
2588         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
2589         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
2590         return 0;
2591 }
2592
2593 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
2594 {
2595         switch (type) {
2596         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
2597         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
2598         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
2599                 return true;
2600         default:
2601                 return false;
2602         }
2603 }
2604
2605 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
2606  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
2607  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
2608  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
2609  *
2610  * Implicit input:
2611  *   ctx == skb == R6 == CTX
2612  *
2613  * Explicit input:
2614  *   SRC == any register
2615  *   IMM == 32-bit immediate
2616  *
2617  * Output:
2618  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
2619  */
2620 static int check_ld_abs(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
2621 {
2622         struct bpf_reg_state *regs = env->cur_state.regs;
2623         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
2624         int i, err;
2625
2626         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
2627                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] instructions not allowed for this program type\n");
2628                 return -EINVAL;
2629         }
2630
2631         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
2632             BPF_SIZE(insn->code) == BPF_DW ||
2633             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
2634                 verbose("BPF_LD_[ABS|IND] uses reserved fields\n");
2635                 return -EINVAL;
2636         }
2637
2638         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
2639         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
2640         if (err)
2641                 return err;
2642
2643         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
2644                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
2645                 return -EINVAL;
2646         }
2647
2648         if (mode == BPF_IND) {
2649                 /* check explicit source operand */
2650                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
2651                 if (err)
2652                         return err;
2653         }
2654
2655         /* reset caller saved regs to unreadable */
2656         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++)
2657                 mark_reg_not_init(regs, caller_saved[i]);
2658
2659         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
2660          * the value fetched from the packet
2661          */
2662         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
2663         return 0;
2664 }
2665
2666 /* non-recursive DFS pseudo code
2667  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
2668  * 2      label v as discovered
2669  * 3      let S be a stack
2670  * 4      S.push(v)
2671  * 5      while S is not empty
2672  * 6            t <- S.pop()
2673  * 7            if t is what we're looking for:
2674  * 8                return t
2675  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
2676  * 10               if edge e is already labelled
2677  * 11                   continue with the next edge
2678  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
2679  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
2680  * 14                   label e as tree-edge
2681  * 15                   label w as discovered
2682  * 16                   S.push(w)
2683  * 17                   continue at 5
2684  * 18               else if vertex w is discovered
2685  * 19                   label e as back-edge
2686  * 20               else
2687  * 21                   // vertex w is explored
2688  * 22                   label e as forward- or cross-edge
2689  * 23           label t as explored
2690  * 24           S.pop()
2691  *
2692  * convention:
2693  * 0x10 - discovered
2694  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
2695  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
2696  * 0x20 - explored
2697  */
2698
2699 enum {
2700         DISCOVERED = 0x10,
2701         EXPLORED = 0x20,
2702         FALLTHROUGH = 1,
2703         BRANCH = 2,
2704 };
2705
2706 #define STATE_LIST_MARK ((struct bpf_verifier_state_list *) -1L)
2707
2708 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
2709 static int cur_stack;   /* current stack index */
2710 static int *insn_state;
2711
2712 /* t, w, e - match pseudo-code above:
2713  * t - index of current instruction
2714  * w - next instruction
2715  * e - edge
2716  */
2717 static int push_insn(int t, int w, int e, struct bpf_verifier_env *env)
2718 {
2719         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
2720                 return 0;
2721
2722         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
2723                 return 0;
2724
2725         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
2726                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
2727                 return -EINVAL;
2728         }
2729
2730         if (e == BRANCH)
2731                 /* mark branch target for state pruning */
2732                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
2733
2734         if (insn_state[w] == 0) {
2735                 /* tree-edge */
2736                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2737                 insn_state[w] = DISCOVERED;
2738                 if (cur_stack >= env->prog->len)
2739                         return -E2BIG;
2740                 insn_stack[cur_stack++] = w;
2741                 return 1;
2742         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
2743                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
2744                 return -EINVAL;
2745         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
2746                 /* forward- or cross-edge */
2747                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
2748         } else {
2749                 verbose("insn state internal bug\n");
2750                 return -EFAULT;
2751         }
2752         return 0;
2753 }
2754
2755 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
2756  * loop == back-edge in directed graph
2757  */
2758 static int check_cfg(struct bpf_verifier_env *env)
2759 {
2760         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
2761         int insn_cnt = env->prog->len;
2762         int ret = 0;
2763         int i, t;
2764
2765         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2766         if (!insn_state)
2767                 return -ENOMEM;
2768
2769         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
2770         if (!insn_stack) {
2771                 kfree(insn_state);
2772                 return -ENOMEM;
2773         }
2774
2775         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
2776         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
2777         cur_stack = 1;
2778
2779 peek_stack:
2780         if (cur_stack == 0)
2781                 goto check_state;
2782         t = insn_stack[cur_stack - 1];
2783
2784         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
2785                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
2786
2787                 if (opcode == BPF_EXIT) {
2788                         goto mark_explored;
2789                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
2790                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2791                         if (ret == 1)
2792                                 goto peek_stack;
2793                         else if (ret < 0)
2794                                 goto err_free;
2795                         if (t + 1 < insn_cnt)
2796                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2797                 } else if (opcode == BPF_JA) {
2798                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
2799                                 ret = -EINVAL;
2800                                 goto err_free;
2801                         }
2802                         /* unconditional jump with single edge */
2803                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
2804                                         FALLTHROUGH, env);
2805                         if (ret == 1)
2806                                 goto peek_stack;
2807                         else if (ret < 0)
2808                                 goto err_free;
2809                         /* tell verifier to check for equivalent states
2810                          * after every call and jump
2811                          */
2812                         if (t + 1 < insn_cnt)
2813                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
2814                 } else {
2815                         /* conditional jump with two edges */
2816                         env->explored_states[t] = STATE_LIST_MARK;
2817                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2818                         if (ret == 1)
2819                                 goto peek_stack;
2820                         else if (ret < 0)
2821                                 goto err_free;
2822
2823                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
2824                         if (ret == 1)
2825                                 goto peek_stack;
2826                         else if (ret < 0)
2827                                 goto err_free;
2828                 }
2829         } else {
2830                 /* all other non-branch instructions with single
2831                  * fall-through edge
2832                  */
2833                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
2834                 if (ret == 1)
2835                         goto peek_stack;
2836                 else if (ret < 0)
2837                         goto err_free;
2838         }
2839
2840 mark_explored:
2841         insn_state[t] = EXPLORED;
2842         if (cur_stack-- <= 0) {
2843                 verbose("pop stack internal bug\n");
2844                 ret = -EFAULT;
2845                 goto err_free;
2846         }
2847         goto peek_stack;
2848
2849 check_state:
2850         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
2851                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
2852                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
2853                         ret = -EINVAL;
2854                         goto err_free;
2855                 }
2856         }
2857         ret = 0; /* cfg looks good */
2858
2859 err_free:
2860         kfree(insn_state);
2861         kfree(insn_stack);
2862         return ret;
2863 }
2864
2865 /* the following conditions reduce the number of explored insns
2866  * from ~140k to ~80k for ultra large programs that use a lot of ptr_to_packet
2867  */
2868 static bool compare_ptrs_to_packet(struct bpf_verifier_env *env,
2869                                    struct bpf_reg_state *old,
2870                                    struct bpf_reg_state *cur)
2871 {
2872         if (old->id != cur->id)
2873                 return false;
2874
2875         /* old ptr_to_packet is more conservative, since it allows smaller
2876          * range. Ex:
2877          * old(off=0,r=10) is equal to cur(off=0,r=20), because
2878          * old(off=0,r=10) means that with range=10 the verifier proceeded
2879          * further and found no issues with the program. Now we're in the same
2880          * spot with cur(off=0,r=20), so we're safe too, since anything further
2881          * will only be looking at most 10 bytes after this pointer.
2882          */
2883         if (old->off == cur->off && old->range < cur->range)
2884                 return true;
2885
2886         /* old(off=20,r=10) is equal to cur(off=22,re=22 or 5 or 0)
2887          * since both cannot be used for packet access and safe(old)
2888          * pointer has smaller off that could be used for further
2889          * 'if (ptr > data_end)' check
2890          * Ex:
2891          * old(off=20,r=10) and cur(off=22,r=22) and cur(off=22,r=0) mean
2892          * that we cannot access the packet.
2893          * The safe range is:
2894          * [ptr, ptr + range - off)
2895          * so whenever off >=range, it means no safe bytes from this pointer.
2896          * When comparing old->off <= cur->off, it means that older code
2897          * went with smaller offset and that offset was later
2898          * used to figure out the safe range after 'if (ptr > data_end)' check
2899          * Say, 'old' state was explored like:
2900          * ... R3(off=0, r=0)
2901          * R4 = R3 + 20
2902          * ... now R4(off=20,r=0)  <-- here
2903          * if (R4 > data_end)
2904          * ... R4(off=20,r=20), R3(off=0,r=20) and R3 can be used to access.
2905          * ... the code further went all the way to bpf_exit.
2906          * Now the 'cur' state at the mark 'here' has R4(off=30,r=0).
2907          * old_R4(off=20,r=0) equal to cur_R4(off=30,r=0), since if the verifier
2908          * goes further, such cur_R4 will give larger safe packet range after
2909          * 'if (R4 > data_end)' and all further insn were already good with r=20,
2910          * so they will be good with r=30 and we can prune the search.
2911          */
2912         if (!env->strict_alignment && old->off <= cur->off &&
2913             old->off >= old->range && cur->off >= cur->range)
2914                 return true;
2915
2916         return false;
2917 }
2918
2919 /* compare two verifier states
2920  *
2921  * all states stored in state_list are known to be valid, since
2922  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
2923  *
2924  * this function is called when verifier exploring different branches of
2925  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
2926  * more strict register state and more strict stack state then this execution
2927  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
2928  * concluded that more strict state leads to valid finish.
2929  *
2930  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
2931  * and explored stack state is more conservative than the current one.
2932  * Example:
2933  *       explored                   current
2934  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
2935  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
2936  *
2937  * In other words if current stack state (one being explored) has more
2938  * valid slots than old one that already passed validation, it means
2939  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
2940  *
2941  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
2942  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
2943  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
2944  */
2945 static bool states_equal(struct bpf_verifier_env *env,
2946                          struct bpf_verifier_state *old,
2947                          struct bpf_verifier_state *cur)
2948 {
2949         bool varlen_map_access = env->varlen_map_value_access;
2950         struct bpf_reg_state *rold, *rcur;
2951         int i;
2952
2953         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
2954                 rold = &old->regs[i];
2955                 rcur = &cur->regs[i];
2956
2957                 if (memcmp(rold, rcur, sizeof(*rold)) == 0)
2958                         continue;
2959
2960                 /* If the ranges were not the same, but everything else was and
2961                  * we didn't do a variable access into a map then we are a-ok.
2962                  */
2963                 if (!varlen_map_access &&
2964                     memcmp(rold, rcur, offsetofend(struct bpf_reg_state, id)) == 0)
2965                         continue;
2966
2967                 /* If we didn't map access then again we don't care about the
2968                  * mismatched range values and it's ok if our old type was
2969                  * UNKNOWN and we didn't go to a NOT_INIT'ed reg.
2970                  */
2971                 if (rold->type == NOT_INIT ||
2972                     (!varlen_map_access && rold->type == UNKNOWN_VALUE &&
2973                      rcur->type != NOT_INIT))
2974                         continue;
2975
2976                 /* Don't care about the reg->id in this case. */
2977                 if (rold->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL &&
2978                     rcur->type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL &&
2979                     rold->map_ptr == rcur->map_ptr)
2980                         continue;
2981
2982                 if (rold->type == PTR_TO_PACKET && rcur->type == PTR_TO_PACKET &&
2983                     compare_ptrs_to_packet(env, rold, rcur))
2984                         continue;
2985
2986                 return false;
2987         }
2988
2989         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
2990                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
2991                         continue;
2992                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
2993                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
2994                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
2995                          * this verifier states are not equivalent,
2996                          * return false to continue verification of this path
2997                          */
2998                         return false;
2999                 if (i % BPF_REG_SIZE)
3000                         continue;
3001                 if (old->stack_slot_type[i] != STACK_SPILL)
3002                         continue;
3003                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
3004                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
3005                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
3006                         /* when explored and current stack slot types are
3007                          * the same, check that stored pointers types
3008                          * are the same as well.
3009                          * Ex: explored safe path could have stored
3010                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
3011                          * but current path has stored:
3012                          * (bpf_reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
3013                          * such verifier states are not equivalent.
3014                          * return false to continue verification of this path
3015                          */
3016                         return false;
3017                 else
3018                         continue;
3019         }
3020         return true;
3021 }
3022
3023 static int is_state_visited(struct bpf_verifier_env *env, int insn_idx)
3024 {
3025         struct bpf_verifier_state_list *new_sl;
3026         struct bpf_verifier_state_list *sl;
3027
3028         sl = env->explored_states[insn_idx];
3029         if (!sl)
3030                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
3031                  * be doing state search here
3032                  */
3033                 return 0;
3034
3035         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
3036                 if (states_equal(env, &sl->state, &env->cur_state))
3037                         /* reached equivalent register/stack state,
3038                          * prune the search
3039                          */
3040                         return 1;
3041                 sl = sl->next;
3042         }
3043
3044         /* there were no equivalent states, remember current one.
3045          * technically the current state is not proven to be safe yet,
3046          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
3047          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
3048          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
3049          */
3050         new_sl = kmalloc(sizeof(struct bpf_verifier_state_list), GFP_USER);
3051         if (!new_sl)
3052                 return -ENOMEM;
3053
3054         /* add new state to the head of linked list */
3055         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
3056         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
3057         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
3058         return 0;
3059 }
3060
3061 static int ext_analyzer_insn_hook(struct bpf_verifier_env *env,
3062                                   int insn_idx, int prev_insn_idx)
3063 {
3064         if (!env->analyzer_ops || !env->analyzer_ops->insn_hook)
3065                 return 0;
3066
3067         return env->analyzer_ops->insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
3068 }
3069
3070 static int do_check(struct bpf_verifier_env *env)
3071 {
3072         struct bpf_verifier_state *state = &env->cur_state;
3073         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
3074         struct bpf_reg_state *regs = state->regs;
3075         int insn_cnt = env->prog->len;
3076         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
3077         int insn_processed = 0;
3078         bool do_print_state = false;
3079
3080         init_reg_state(regs);
3081         insn_idx = 0;
3082         env->varlen_map_value_access = false;
3083         for (;;) {
3084                 struct bpf_insn *insn;
3085                 u8 class;
3086                 int err;
3087
3088                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
3089                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
3090                                 insn_idx, insn_cnt);
3091                         return -EFAULT;
3092                 }
3093
3094                 insn = &insns[insn_idx];
3095                 class = BPF_CLASS(insn->code);
3096
3097                 if (++insn_processed > BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS) {
3098                         verbose("BPF program is too large. Processed %d insn\n",
3099                                 insn_processed);
3100                         return -E2BIG;
3101                 }
3102
3103                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
3104                 if (err < 0)
3105                         return err;
3106                 if (err == 1) {
3107                         /* found equivalent state, can prune the search */
3108                         if (log_level) {
3109                                 if (do_print_state)
3110                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
3111                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
3112                                 else
3113                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
3114                         }
3115                         goto process_bpf_exit;
3116                 }
3117
3118                 if (need_resched())
3119                         cond_resched();
3120
3121                 if (log_level > 1 || (log_level && do_print_state)) {
3122                         if (log_level > 1)
3123                                 verbose("%d:", insn_idx);
3124                         else
3125                                 verbose("\nfrom %d to %d:",
3126                                         prev_insn_idx, insn_idx);
3127                         print_verifier_state(&env->cur_state);
3128                         do_print_state = false;
3129                 }
3130
3131                 if (log_level) {
3132                         verbose("%d: ", insn_idx);
3133                         print_bpf_insn(env, insn);
3134                 }
3135
3136                 err = ext_analyzer_insn_hook(env, insn_idx, prev_insn_idx);
3137                 if (err)
3138                         return err;
3139
3140                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
3141                         err = check_alu_op(env, insn);
3142                         if (err)
3143                                 return err;
3144
3145                 } else if (class == BPF_LDX) {
3146                         enum bpf_reg_type *prev_src_type, src_reg_type;
3147
3148                         /* check for reserved fields is already done */
3149
3150                         /* check src operand */
3151                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
3152                         if (err)
3153                                 return err;
3154
3155                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
3156                         if (err)
3157                                 return err;
3158
3159                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
3160
3161                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
3162                          * the state of dst_reg will be updated by this func
3163                          */
3164                         err = check_mem_access(env, insn_idx, insn->src_reg, insn->off,
3165                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
3166                                                insn->dst_reg);
3167                         if (err)
3168                                 return err;
3169
3170                         prev_src_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
3171
3172                         if (*prev_src_type == NOT_INIT) {
3173                                 /* saw a valid insn
3174                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
3175                                  * save type to validate intersecting paths
3176                                  */
3177                                 *prev_src_type = src_reg_type;
3178
3179                         } else if (src_reg_type != *prev_src_type &&
3180                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
3181                                     *prev_src_type == PTR_TO_CTX)) {
3182                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
3183                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
3184                                  * with different pointer types:
3185                                  * src_reg == ctx in one branch and
3186                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
3187                                  * Reject it.
3188                                  */
3189                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
3190                                 return -EINVAL;
3191                         }
3192
3193                 } else if (class == BPF_STX) {
3194                         enum bpf_reg_type *prev_dst_type, dst_reg_type;
3195
3196                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
3197                                 err = check_xadd(env, insn_idx, insn);
3198                                 if (err)
3199                                         return err;
3200                                 insn_idx++;
3201                                 continue;
3202                         }
3203
3204                         /* check src1 operand */
3205                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
3206                         if (err)
3207                                 return err;
3208                         /* check src2 operand */
3209                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
3210                         if (err)
3211                                 return err;
3212
3213                         dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
3214
3215                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
3216                         err = check_mem_access(env, insn_idx, insn->dst_reg, insn->off,
3217                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
3218                                                insn->src_reg);
3219                         if (err)
3220                                 return err;
3221
3222                         prev_dst_type = &env->insn_aux_data[insn_idx].ptr_type;
3223
3224                         if (*prev_dst_type == NOT_INIT) {
3225                                 *prev_dst_type = dst_reg_type;
3226                         } else if (dst_reg_type != *prev_dst_type &&
3227                                    (dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
3228                                     *prev_dst_type == PTR_TO_CTX)) {
3229                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
3230                                 return -EINVAL;
3231                         }
3232
3233                 } else if (class == BPF_ST) {
3234                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
3235                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
3236                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
3237                                 return -EINVAL;
3238                         }
3239                         /* check src operand */
3240                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
3241                         if (err)
3242                                 return err;
3243
3244                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
3245                         err = check_mem_access(env, insn_idx, insn->dst_reg, insn->off,
3246                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
3247                                                -1);
3248                         if (err)
3249                                 return err;
3250
3251                 } else if (class == BPF_JMP) {
3252                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
3253
3254                         if (opcode == BPF_CALL) {
3255                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
3256                                     insn->off != 0 ||
3257                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
3258                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
3259                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
3260                                         return -EINVAL;
3261                                 }
3262
3263                                 err = check_call(env, insn->imm, insn_idx);
3264                                 if (err)
3265                                         return err;
3266
3267                         } else if (opcode == BPF_JA) {
3268                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
3269                                     insn->imm != 0 ||
3270                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
3271                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
3272                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
3273                                         return -EINVAL;
3274                                 }
3275
3276                                 insn_idx += insn->off + 1;
3277                                 continue;
3278
3279                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
3280                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
3281                                     insn->imm != 0 ||
3282                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
3283                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
3284                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
3285                                         return -EINVAL;
3286                                 }
3287
3288                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
3289                                  * to return the value from eBPF program.
3290                                  * Make sure that it's readable at this time
3291                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
3292                                  * something into it earlier
3293                                  */
3294                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
3295                                 if (err)
3296                                         return err;
3297
3298                                 if (is_pointer_value(env, BPF_REG_0)) {
3299                                         verbose("R0 leaks addr as return value\n");
3300                                         return -EACCES;
3301                                 }
3302
3303 process_bpf_exit:
3304                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
3305                                 if (insn_idx < 0) {
3306                                         break;
3307                                 } else {
3308                                         do_print_state = true;
3309                                         continue;
3310                                 }
3311                         } else {
3312                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
3313                                 if (err)
3314                                         return err;
3315                         }
3316                 } else if (class == BPF_LD) {
3317                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
3318
3319                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
3320                                 err = check_ld_abs(env, insn);
3321                                 if (err)
3322                                         return err;
3323
3324                         } else if (mode == BPF_IMM) {
3325                                 err = check_ld_imm(env, insn);
3326                                 if (err)
3327                                         return err;
3328
3329                                 insn_idx++;
3330                         } else {
3331                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
3332                                 return -EINVAL;
3333                         }
3334                         reset_reg_range_values(regs, insn->dst_reg);
3335                 } else {
3336                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
3337                         return -EINVAL;
3338                 }
3339
3340                 insn_idx++;
3341         }
3342
3343         verbose("processed %d insns, stack depth %d\n",
3344                 insn_processed, env->prog->aux->stack_depth);
3345         return 0;
3346 }
3347
3348 static int check_map_prealloc(struct bpf_map *map)
3349 {
3350         return (map->map_type != BPF_MAP_TYPE_HASH &&
3351                 map->map_type != BPF_MAP_TYPE_PERCPU_HASH &&
3352                 map->map_type != BPF_MAP_TYPE_HASH_OF_MAPS) ||
3353                 !(map->map_flags & BPF_F_NO_PREALLOC);
3354 }
3355
3356 static int check_map_prog_compatibility(struct bpf_map *map,
3357                                         struct bpf_prog *prog)
3358
3359 {
3360         /* Make sure that BPF_PROG_TYPE_PERF_EVENT programs only use
3361          * preallocated hash maps, since doing memory allocation
3362          * in overflow_handler can crash depending on where nmi got
3363          * triggered.
3364          */
3365         if (prog->type == BPF_PROG_TYPE_PERF_EVENT) {
3366                 if (!check_map_prealloc(map)) {
3367                         verbose("perf_event programs can only use preallocated hash map\n");
3368                         return -EINVAL;
3369                 }
3370                 if (map->inner_map_meta &&
3371                     !check_map_prealloc(map->inner_map_meta)) {
3372                         verbose("perf_event programs can only use preallocated inner hash map\n");
3373                         return -EINVAL;
3374                 }
3375         }
3376         return 0;
3377 }
3378
3379 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
3380  * replace them with actual map pointers
3381  */
3382 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct bpf_verifier_env *env)
3383 {
3384         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3385         int insn_cnt = env->prog->len;
3386         int i, j, err;
3387
3388         err = bpf_prog_calc_tag(env->prog);
3389         if (err)
3390                 return err;
3391
3392         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3393                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
3394                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM || insn->imm != 0)) {
3395                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
3396                         return -EINVAL;
3397                 }
3398
3399                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_STX &&
3400                     ((BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM &&
3401                       BPF_MODE(insn->code) != BPF_XADD) || insn->imm != 0)) {
3402                         verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
3403                         return -EINVAL;
3404                 }
3405
3406                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
3407                         struct bpf_map *map;
3408                         struct fd f;
3409
3410                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
3411                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
3412                             insn[1].off != 0) {
3413                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
3414                                 return -EINVAL;
3415                         }
3416
3417                         if (insn->src_reg == 0)
3418                                 /* valid generic load 64-bit imm */
3419                                 goto next_insn;
3420
3421                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
3422                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
3423                                 return -EINVAL;
3424                         }
3425
3426                         f = fdget(insn->imm);
3427                         map = __bpf_map_get(f);
3428                         if (IS_ERR(map)) {
3429                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
3430                                         insn->imm);
3431                                 return PTR_ERR(map);
3432                         }
3433
3434                         err = check_map_prog_compatibility(map, env->prog);
3435                         if (err) {
3436                                 fdput(f);
3437                                 return err;
3438                         }
3439
3440                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
3441                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
3442                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
3443
3444                         /* check whether we recorded this map already */
3445                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
3446                                 if (env->used_maps[j] == map) {
3447                                         fdput(f);
3448                                         goto next_insn;
3449                                 }
3450
3451                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
3452                                 fdput(f);
3453                                 return -E2BIG;
3454                         }
3455
3456                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
3457                          * the map will be released by release_maps() or it
3458                          * will be used by the valid program until it's unloaded
3459                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
3460                          */
3461                         map = bpf_map_inc(map, false);
3462                         if (IS_ERR(map)) {
3463                                 fdput(f);
3464                                 return PTR_ERR(map);
3465                         }
3466                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
3467
3468                         fdput(f);
3469 next_insn:
3470                         insn++;
3471                         i++;
3472                 }
3473         }
3474
3475         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
3476          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
3477          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
3478          */
3479         return 0;
3480 }
3481
3482 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
3483 static void release_maps(struct bpf_verifier_env *env)
3484 {
3485         int i;
3486
3487         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
3488                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
3489 }
3490
3491 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
3492 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct bpf_verifier_env *env)
3493 {
3494         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
3495         int insn_cnt = env->prog->len;
3496         int i;
3497
3498         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
3499                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
3500                         insn->src_reg = 0;
3501 }
3502
3503 /* single env->prog->insni[off] instruction was replaced with the range
3504  * insni[off, off + cnt).  Adjust corresponding insn_aux_data by copying
3505  * [0, off) and [off, end) to new locations, so the patched range stays zero
3506  */
3507 static int adjust_insn_aux_data(struct bpf_verifier_env *env, u32 prog_len,
3508                                 u32 off, u32 cnt)
3509 {
3510         struct bpf_insn_aux_data *new_data, *old_data = env->insn_aux_data;
3511
3512         if (cnt == 1)
3513                 return 0;
3514         new_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) * prog_len);
3515         if (!new_data)
3516                 return -ENOMEM;
3517         memcpy(new_data, old_data, sizeof(struct bpf_insn_aux_data) * off);
3518         memcpy(new_data + off + cnt - 1, old_data + off,
3519                sizeof(struct bpf_insn_aux_data) * (prog_len - off - cnt + 1));
3520         env->insn_aux_data = new_data;
3521         vfree(old_data);
3522         return 0;
3523 }
3524
3525 static struct bpf_prog *bpf_patch_insn_data(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
3526                                             const struct bpf_insn *patch, u32 len)
3527 {
3528         struct bpf_prog *new_prog;
3529
3530         new_prog = bpf_patch_insn_single(env->prog, off, patch, len);
3531         if (!new_prog)
3532                 return NULL;
3533         if (adjust_insn_aux_data(env, new_prog->len, off, len))
3534                 return NULL;
3535         return new_prog;
3536 }
3537
3538 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
3539  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
3540  */
3541 static int convert_ctx_accesses(struct bpf_verifier_env *env)
3542 {
3543         const struct bpf_verifier_ops *ops = env->prog->aux->ops;
3544         int i, cnt, size, ctx_field_size, delta = 0;
3545         const int insn_cnt = env->prog->len;
3546         struct bpf_insn insn_buf[16], *insn;
3547         struct bpf_prog *new_prog;
3548         enum bpf_access_type type;
3549         bool is_narrower_load;
3550         u32 target_size;
3551
3552         if (ops->gen_prologue) {
3553                 cnt = ops->gen_prologue(insn_buf, env->seen_direct_write,
3554                                         env->prog);
3555                 if (cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3556                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3557                         return -EINVAL;
3558                 } else if (cnt) {
3559                         new_prog = bpf_patch_insn_data(env, 0, insn_buf, cnt);
3560                         if (!new_prog)
3561                                 return -ENOMEM;
3562
3563                         env->prog = new_prog;
3564                         delta += cnt - 1;
3565                 }
3566         }
3567
3568         if (!ops->convert_ctx_access)
3569                 return 0;
3570
3571         insn = env->prog->insnsi + delta;
3572
3573         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3574                 if (insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B) ||
3575                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H) ||
3576                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3577                     insn->code == (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW))
3578                         type = BPF_READ;
3579                 else if (insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B) ||
3580                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H) ||
3581                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W) ||
3582                          insn->code == (BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW))
3583                         type = BPF_WRITE;
3584                 else
3585                         continue;
3586
3587                 if (env->insn_aux_data[i + delta].ptr_type != PTR_TO_CTX)
3588                         continue;
3589
3590                 ctx_field_size = env->insn_aux_data[i + delta].ctx_field_size;
3591                 size = BPF_LDST_BYTES(insn);
3592
3593                 /* If the read access is a narrower load of the field,
3594                  * convert to a 4/8-byte load, to minimum program type specific
3595                  * convert_ctx_access changes. If conversion is successful,
3596                  * we will apply proper mask to the result.
3597                  */
3598                 is_narrower_load = size < ctx_field_size;
3599                 if (is_narrower_load) {
3600                         u32 off = insn->off;
3601                         u8 size_code;
3602
3603                         if (type == BPF_WRITE) {
3604                                 verbose("bpf verifier narrow ctx access misconfigured\n");
3605                                 return -EINVAL;
3606                         }
3607
3608                         size_code = BPF_H;
3609                         if (ctx_field_size == 4)
3610                                 size_code = BPF_W;
3611                         else if (ctx_field_size == 8)
3612                                 size_code = BPF_DW;
3613
3614                         insn->off = off & ~(ctx_field_size - 1);
3615                         insn->code = BPF_LDX | BPF_MEM | size_code;
3616                 }
3617
3618                 target_size = 0;
3619                 cnt = ops->convert_ctx_access(type, insn, insn_buf, env->prog,
3620                                               &target_size);
3621                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf) ||
3622                     (ctx_field_size && !target_size)) {
3623                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3624                         return -EINVAL;
3625                 }
3626
3627                 if (is_narrower_load && size < target_size) {
3628                         if (ctx_field_size <= 4)
3629                                 insn_buf[cnt++] = BPF_ALU32_IMM(BPF_AND, insn->dst_reg,
3630                                                                 (1 << size * 8) - 1);
3631                         else
3632                                 insn_buf[cnt++] = BPF_ALU64_IMM(BPF_AND, insn->dst_reg,
3633                                                                 (1 << size * 8) - 1);
3634                 }
3635
3636                 new_prog = bpf_patch_insn_data(env, i + delta, insn_buf, cnt);
3637                 if (!new_prog)
3638                         return -ENOMEM;
3639
3640                 delta += cnt - 1;
3641
3642                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
3643                 env->prog = new_prog;
3644                 insn      = new_prog->insnsi + i + delta;
3645         }
3646
3647         return 0;
3648 }
3649
3650 /* fixup insn->imm field of bpf_call instructions
3651  * and inline eligible helpers as explicit sequence of BPF instructions
3652  *
3653  * this function is called after eBPF program passed verification
3654  */
3655 static int fixup_bpf_calls(struct bpf_verifier_env *env)
3656 {
3657         struct bpf_prog *prog = env->prog;
3658         struct bpf_insn *insn = prog->insnsi;
3659         const struct bpf_func_proto *fn;
3660         const int insn_cnt = prog->len;
3661         struct bpf_insn insn_buf[16];
3662         struct bpf_prog *new_prog;
3663         struct bpf_map *map_ptr;
3664         int i, cnt, delta = 0;
3665
3666         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
3667                 if (insn->code != (BPF_JMP | BPF_CALL))
3668                         continue;
3669
3670                 if (insn->imm == BPF_FUNC_get_route_realm)
3671                         prog->dst_needed = 1;
3672                 if (insn->imm == BPF_FUNC_get_prandom_u32)
3673                         bpf_user_rnd_init_once();
3674                 if (insn->imm == BPF_FUNC_tail_call) {
3675                         /* If we tail call into other programs, we
3676                          * cannot make any assumptions since they can
3677                          * be replaced dynamically during runtime in
3678                          * the program array.
3679                          */
3680                         prog->cb_access = 1;
3681                         env->prog->aux->stack_depth = MAX_BPF_STACK;
3682
3683                         /* mark bpf_tail_call as different opcode to avoid
3684                          * conditional branch in the interpeter for every normal
3685                          * call and to prevent accidental JITing by JIT compiler
3686                          * that doesn't support bpf_tail_call yet
3687                          */
3688                         insn->imm = 0;
3689                         insn->code = BPF_JMP | BPF_TAIL_CALL;
3690                         continue;
3691                 }
3692
3693                 if (ebpf_jit_enabled() && insn->imm == BPF_FUNC_map_lookup_elem) {
3694                         map_ptr = env->insn_aux_data[i + delta].map_ptr;
3695                         if (map_ptr == BPF_MAP_PTR_POISON ||
3696                             !map_ptr->ops->map_gen_lookup)
3697                                 goto patch_call_imm;
3698
3699                         cnt = map_ptr->ops->map_gen_lookup(map_ptr, insn_buf);
3700                         if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
3701                                 verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
3702                                 return -EINVAL;
3703                         }
3704
3705                         new_prog = bpf_patch_insn_data(env, i + delta, insn_buf,
3706                                                        cnt);
3707                         if (!new_prog)
3708                                 return -ENOMEM;
3709
3710                         delta += cnt - 1;
3711
3712                         /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
3713                         env->prog = prog = new_prog;
3714                         insn      = new_prog->insnsi + i + delta;
3715                         continue;
3716                 }
3717
3718 patch_call_imm:
3719                 fn = prog->aux->ops->get_func_proto(insn->imm);
3720                 /* all functions that have prototype and verifier allowed
3721                  * programs to call them, must be real in-kernel functions
3722                  */
3723                 if (!fn->func) {
3724                         verbose("kernel subsystem misconfigured func %s#%d\n",
3725                                 func_id_name(insn->imm), insn->imm);
3726                         return -EFAULT;
3727                 }
3728                 insn->imm = fn->func - __bpf_call_base;
3729         }
3730
3731         return 0;
3732 }
3733
3734 static void free_states(struct bpf_verifier_env *env)
3735 {
3736         struct bpf_verifier_state_list *sl, *sln;
3737         int i;
3738
3739         if (!env->explored_states)
3740                 return;
3741
3742         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
3743                 sl = env->explored_states[i];
3744
3745                 if (sl)
3746                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
3747                                 sln = sl->next;
3748                                 kfree(sl);
3749                                 sl = sln;
3750                         }
3751         }
3752
3753         kfree(env->explored_states);
3754 }
3755
3756 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
3757 {
3758         char __user *log_ubuf = NULL;
3759         struct bpf_verifier_env *env;
3760         int ret = -EINVAL;
3761
3762         /* 'struct bpf_verifier_env' can be global, but since it's not small,
3763          * allocate/free it every time bpf_check() is called
3764          */
3765         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3766         if (!env)
3767                 return -ENOMEM;
3768
3769         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3770                                      (*prog)->len);
3771         ret = -ENOMEM;
3772         if (!env->insn_aux_data)
3773                 goto err_free_env;
3774         env->prog = *prog;
3775
3776         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3777         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3778
3779         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
3780                 /* user requested verbose verifier output
3781                  * and supplied buffer to store the verification trace
3782                  */
3783                 log_level = attr->log_level;
3784                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
3785                 log_size = attr->log_size;
3786                 log_len = 0;
3787
3788                 ret = -EINVAL;
3789                 /* log_* values have to be sane */
3790                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
3791                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
3792                         goto err_unlock;
3793
3794                 ret = -ENOMEM;
3795                 log_buf = vmalloc(log_size);
3796                 if (!log_buf)
3797                         goto err_unlock;
3798         } else {
3799                 log_level = 0;
3800         }
3801
3802         env->strict_alignment = !!(attr->prog_flags & BPF_F_STRICT_ALIGNMENT);
3803         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS))
3804                 env->strict_alignment = true;
3805
3806         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
3807         if (ret < 0)
3808                 goto skip_full_check;
3809
3810         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3811                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3812                                        GFP_USER);
3813         ret = -ENOMEM;
3814         if (!env->explored_states)
3815                 goto skip_full_check;
3816
3817         ret = check_cfg(env);
3818         if (ret < 0)
3819                 goto skip_full_check;
3820
3821         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3822
3823         ret = do_check(env);
3824
3825 skip_full_check:
3826         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3827         free_states(env);
3828
3829         if (ret == 0)
3830                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
3831                 ret = convert_ctx_accesses(env);
3832
3833         if (ret == 0)
3834                 ret = fixup_bpf_calls(env);
3835
3836         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
3837                 BUG_ON(log_len >= log_size);
3838                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
3839                 ret = -ENOSPC;
3840                 /* fall through to return what was recorded */
3841         }
3842
3843         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
3844         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
3845                 ret = -EFAULT;
3846                 goto free_log_buf;
3847         }
3848
3849         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
3850                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
3851                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
3852                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
3853                                                           GFP_KERNEL);
3854
3855                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
3856                         ret = -ENOMEM;
3857                         goto free_log_buf;
3858                 }
3859
3860                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
3861                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
3862                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
3863
3864                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
3865                  * bpf_ld_imm64 instructions
3866                  */
3867                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
3868         }
3869
3870 free_log_buf:
3871         if (log_level)
3872                 vfree(log_buf);
3873         if (!env->prog->aux->used_maps)
3874                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
3875                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
3876                  */
3877                 release_maps(env);
3878         *prog = env->prog;
3879 err_unlock:
3880         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3881         vfree(env->insn_aux_data);
3882 err_free_env:
3883         kfree(env);
3884         return ret;
3885 }
3886
3887 int bpf_analyzer(struct bpf_prog *prog, const struct bpf_ext_analyzer_ops *ops,
3888                  void *priv)
3889 {
3890         struct bpf_verifier_env *env;
3891         int ret;
3892
3893         env = kzalloc(sizeof(struct bpf_verifier_env), GFP_KERNEL);
3894         if (!env)
3895                 return -ENOMEM;
3896
3897         env->insn_aux_data = vzalloc(sizeof(struct bpf_insn_aux_data) *
3898                                      prog->len);
3899         ret = -ENOMEM;
3900         if (!env->insn_aux_data)
3901                 goto err_free_env;
3902         env->prog = prog;
3903         env->analyzer_ops = ops;
3904         env->analyzer_priv = priv;
3905
3906         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
3907         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
3908
3909         log_level = 0;
3910
3911         env->strict_alignment = false;
3912         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS))
3913                 env->strict_alignment = true;
3914
3915         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
3916                                        sizeof(struct bpf_verifier_state_list *),
3917                                        GFP_KERNEL);
3918         ret = -ENOMEM;
3919         if (!env->explored_states)
3920                 goto skip_full_check;
3921
3922         ret = check_cfg(env);
3923         if (ret < 0)
3924                 goto skip_full_check;
3925
3926         env->allow_ptr_leaks = capable(CAP_SYS_ADMIN);
3927
3928         ret = do_check(env);
3929
3930 skip_full_check:
3931         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
3932         free_states(env);
3933
3934         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
3935         vfree(env->insn_aux_data);
3936 err_free_env:
3937         kfree(env);
3938         return ret;
3939 }
3940 EXPORT_SYMBOL_GPL(bpf_analyzer);