Merge tag 'fs.move_mount.move_mount_set_group.v5.15' of git://git.kernel.org/pub...
[linux-2.6-microblaze.git] / include / linux / bpf_verifier.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
3  */
4 #ifndef _LINUX_BPF_VERIFIER_H
5 #define _LINUX_BPF_VERIFIER_H 1
6
7 #include <linux/bpf.h> /* for enum bpf_reg_type */
8 #include <linux/btf.h> /* for struct btf and btf_id() */
9 #include <linux/filter.h> /* for MAX_BPF_STACK */
10 #include <linux/tnum.h>
11
12 /* Maximum variable offset umax_value permitted when resolving memory accesses.
13  * In practice this is far bigger than any realistic pointer offset; this limit
14  * ensures that umax_value + (int)off + (int)size cannot overflow a u64.
15  */
16 #define BPF_MAX_VAR_OFF (1 << 29)
17 /* Maximum variable size permitted for ARG_CONST_SIZE[_OR_ZERO].  This ensures
18  * that converting umax_value to int cannot overflow.
19  */
20 #define BPF_MAX_VAR_SIZ (1 << 29)
21
22 /* Liveness marks, used for registers and spilled-regs (in stack slots).
23  * Read marks propagate upwards until they find a write mark; they record that
24  * "one of this state's descendants read this reg" (and therefore the reg is
25  * relevant for states_equal() checks).
26  * Write marks collect downwards and do not propagate; they record that "the
27  * straight-line code that reached this state (from its parent) wrote this reg"
28  * (and therefore that reads propagated from this state or its descendants
29  * should not propagate to its parent).
30  * A state with a write mark can receive read marks; it just won't propagate
31  * them to its parent, since the write mark is a property, not of the state,
32  * but of the link between it and its parent.  See mark_reg_read() and
33  * mark_stack_slot_read() in kernel/bpf/verifier.c.
34  */
35 enum bpf_reg_liveness {
36         REG_LIVE_NONE = 0, /* reg hasn't been read or written this branch */
37         REG_LIVE_READ32 = 0x1, /* reg was read, so we're sensitive to initial value */
38         REG_LIVE_READ64 = 0x2, /* likewise, but full 64-bit content matters */
39         REG_LIVE_READ = REG_LIVE_READ32 | REG_LIVE_READ64,
40         REG_LIVE_WRITTEN = 0x4, /* reg was written first, screening off later reads */
41         REG_LIVE_DONE = 0x8, /* liveness won't be updating this register anymore */
42 };
43
44 struct bpf_reg_state {
45         /* Ordering of fields matters.  See states_equal() */
46         enum bpf_reg_type type;
47         /* Fixed part of pointer offset, pointer types only */
48         s32 off;
49         union {
50                 /* valid when type == PTR_TO_PACKET */
51                 int range;
52
53                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
54                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
55                  */
56                 struct bpf_map *map_ptr;
57
58                 /* for PTR_TO_BTF_ID */
59                 struct {
60                         struct btf *btf;
61                         u32 btf_id;
62                 };
63
64                 u32 mem_size; /* for PTR_TO_MEM | PTR_TO_MEM_OR_NULL */
65
66                 /* Max size from any of the above. */
67                 struct {
68                         unsigned long raw1;
69                         unsigned long raw2;
70                 } raw;
71
72                 u32 subprogno; /* for PTR_TO_FUNC */
73         };
74         /* For PTR_TO_PACKET, used to find other pointers with the same variable
75          * offset, so they can share range knowledge.
76          * For PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL this is used to share which map value we
77          * came from, when one is tested for != NULL.
78          * For PTR_TO_MEM_OR_NULL this is used to identify memory allocation
79          * for the purpose of tracking that it's freed.
80          * For PTR_TO_SOCKET this is used to share which pointers retain the
81          * same reference to the socket, to determine proper reference freeing.
82          */
83         u32 id;
84         /* PTR_TO_SOCKET and PTR_TO_TCP_SOCK could be a ptr returned
85          * from a pointer-cast helper, bpf_sk_fullsock() and
86          * bpf_tcp_sock().
87          *
88          * Consider the following where "sk" is a reference counted
89          * pointer returned from "sk = bpf_sk_lookup_tcp();":
90          *
91          * 1: sk = bpf_sk_lookup_tcp();
92          * 2: if (!sk) { return 0; }
93          * 3: fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);
94          * 4: if (!fullsock) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
95          * 5: tp = bpf_tcp_sock(fullsock);
96          * 6: if (!tp) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
97          * 7: bpf_sk_release(sk);
98          * 8: snd_cwnd = tp->snd_cwnd;  // verifier will complain
99          *
100          * After bpf_sk_release(sk) at line 7, both "fullsock" ptr and
101          * "tp" ptr should be invalidated also.  In order to do that,
102          * the reg holding "fullsock" and "sk" need to remember
103          * the original refcounted ptr id (i.e. sk_reg->id) in ref_obj_id
104          * such that the verifier can reset all regs which have
105          * ref_obj_id matching the sk_reg->id.
106          *
107          * sk_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->id at line 1.
108          * sk_reg->id will stay as NULL-marking purpose only.
109          * After NULL-marking is done, sk_reg->id can be reset to 0.
110          *
111          * After "fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);" at line 3,
112          * fullsock_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->ref_obj_id.
113          *
114          * After "tp = bpf_tcp_sock(fullsock);" at line 5,
115          * tp_reg->ref_obj_id is set to fullsock_reg->ref_obj_id
116          * which is the same as sk_reg->ref_obj_id.
117          *
118          * From the verifier perspective, if sk, fullsock and tp
119          * are not NULL, they are the same ptr with different
120          * reg->type.  In particular, bpf_sk_release(tp) is also
121          * allowed and has the same effect as bpf_sk_release(sk).
122          */
123         u32 ref_obj_id;
124         /* For scalar types (SCALAR_VALUE), this represents our knowledge of
125          * the actual value.
126          * For pointer types, this represents the variable part of the offset
127          * from the pointed-to object, and is shared with all bpf_reg_states
128          * with the same id as us.
129          */
130         struct tnum var_off;
131         /* Used to determine if any memory access using this register will
132          * result in a bad access.
133          * These refer to the same value as var_off, not necessarily the actual
134          * contents of the register.
135          */
136         s64 smin_value; /* minimum possible (s64)value */
137         s64 smax_value; /* maximum possible (s64)value */
138         u64 umin_value; /* minimum possible (u64)value */
139         u64 umax_value; /* maximum possible (u64)value */
140         s32 s32_min_value; /* minimum possible (s32)value */
141         s32 s32_max_value; /* maximum possible (s32)value */
142         u32 u32_min_value; /* minimum possible (u32)value */
143         u32 u32_max_value; /* maximum possible (u32)value */
144         /* parentage chain for liveness checking */
145         struct bpf_reg_state *parent;
146         /* Inside the callee two registers can be both PTR_TO_STACK like
147          * R1=fp-8 and R2=fp-8, but one of them points to this function stack
148          * while another to the caller's stack. To differentiate them 'frameno'
149          * is used which is an index in bpf_verifier_state->frame[] array
150          * pointing to bpf_func_state.
151          */
152         u32 frameno;
153         /* Tracks subreg definition. The stored value is the insn_idx of the
154          * writing insn. This is safe because subreg_def is used before any insn
155          * patching which only happens after main verification finished.
156          */
157         s32 subreg_def;
158         enum bpf_reg_liveness live;
159         /* if (!precise && SCALAR_VALUE) min/max/tnum don't affect safety */
160         bool precise;
161 };
162
163 enum bpf_stack_slot_type {
164         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
165         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
166         STACK_MISC,       /* BPF program wrote some data into this slot */
167         STACK_ZERO,       /* BPF program wrote constant zero */
168 };
169
170 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
171
172 struct bpf_stack_state {
173         struct bpf_reg_state spilled_ptr;
174         u8 slot_type[BPF_REG_SIZE];
175 };
176
177 struct bpf_reference_state {
178         /* Track each reference created with a unique id, even if the same
179          * instruction creates the reference multiple times (eg, via CALL).
180          */
181         int id;
182         /* Instruction where the allocation of this reference occurred. This
183          * is used purely to inform the user of a reference leak.
184          */
185         int insn_idx;
186 };
187
188 /* state of the program:
189  * type of all registers and stack info
190  */
191 struct bpf_func_state {
192         struct bpf_reg_state regs[MAX_BPF_REG];
193         /* index of call instruction that called into this func */
194         int callsite;
195         /* stack frame number of this function state from pov of
196          * enclosing bpf_verifier_state.
197          * 0 = main function, 1 = first callee.
198          */
199         u32 frameno;
200         /* subprog number == index within subprog_info
201          * zero == main subprog
202          */
203         u32 subprogno;
204
205         /* The following fields should be last. See copy_func_state() */
206         int acquired_refs;
207         struct bpf_reference_state *refs;
208         int allocated_stack;
209         bool in_callback_fn;
210         struct bpf_stack_state *stack;
211 };
212
213 struct bpf_idx_pair {
214         u32 prev_idx;
215         u32 idx;
216 };
217
218 struct bpf_id_pair {
219         u32 old;
220         u32 cur;
221 };
222
223 /* Maximum number of register states that can exist at once */
224 #define BPF_ID_MAP_SIZE (MAX_BPF_REG + MAX_BPF_STACK / BPF_REG_SIZE)
225 #define MAX_CALL_FRAMES 8
226 struct bpf_verifier_state {
227         /* call stack tracking */
228         struct bpf_func_state *frame[MAX_CALL_FRAMES];
229         struct bpf_verifier_state *parent;
230         /*
231          * 'branches' field is the number of branches left to explore:
232          * 0 - all possible paths from this state reached bpf_exit or
233          * were safely pruned
234          * 1 - at least one path is being explored.
235          * This state hasn't reached bpf_exit
236          * 2 - at least two paths are being explored.
237          * This state is an immediate parent of two children.
238          * One is fallthrough branch with branches==1 and another
239          * state is pushed into stack (to be explored later) also with
240          * branches==1. The parent of this state has branches==1.
241          * The verifier state tree connected via 'parent' pointer looks like:
242          * 1
243          * 1
244          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
245          * 1
246          * 2 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
247          * 1
248          * 1
249          * 1 bpf_exit.
250          *
251          * Once do_check() reaches bpf_exit, it calls update_branch_counts()
252          * and the verifier state tree will look:
253          * 1
254          * 1
255          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
256          * 1
257          * 1 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
258          * 0
259          * 0
260          * 0 bpf_exit.
261          * After pop_stack() the do_check() will resume at second 'if'.
262          *
263          * If is_state_visited() sees a state with branches > 0 it means
264          * there is a loop. If such state is exactly equal to the current state
265          * it's an infinite loop. Note states_equal() checks for states
266          * equvalency, so two states being 'states_equal' does not mean
267          * infinite loop. The exact comparison is provided by
268          * states_maybe_looping() function. It's a stronger pre-check and
269          * much faster than states_equal().
270          *
271          * This algorithm may not find all possible infinite loops or
272          * loop iteration count may be too high.
273          * In such cases BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS limit kicks in.
274          */
275         u32 branches;
276         u32 insn_idx;
277         u32 curframe;
278         u32 active_spin_lock;
279         bool speculative;
280
281         /* first and last insn idx of this verifier state */
282         u32 first_insn_idx;
283         u32 last_insn_idx;
284         /* jmp history recorded from first to last.
285          * backtracking is using it to go from last to first.
286          * For most states jmp_history_cnt is [0-3].
287          * For loops can go up to ~40.
288          */
289         struct bpf_idx_pair *jmp_history;
290         u32 jmp_history_cnt;
291 };
292
293 #define bpf_get_spilled_reg(slot, frame)                                \
294         (((slot < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE) &&             \
295           (frame->stack[slot].slot_type[0] == STACK_SPILL))             \
296          ? &frame->stack[slot].spilled_ptr : NULL)
297
298 /* Iterate over 'frame', setting 'reg' to either NULL or a spilled register. */
299 #define bpf_for_each_spilled_reg(iter, frame, reg)                      \
300         for (iter = 0, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame);          \
301              iter < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE;              \
302              iter++, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame))
303
304 /* linked list of verifier states used to prune search */
305 struct bpf_verifier_state_list {
306         struct bpf_verifier_state state;
307         struct bpf_verifier_state_list *next;
308         int miss_cnt, hit_cnt;
309 };
310
311 /* Possible states for alu_state member. */
312 #define BPF_ALU_SANITIZE_SRC            (1U << 0)
313 #define BPF_ALU_SANITIZE_DST            (1U << 1)
314 #define BPF_ALU_NEG_VALUE               (1U << 2)
315 #define BPF_ALU_NON_POINTER             (1U << 3)
316 #define BPF_ALU_IMMEDIATE               (1U << 4)
317 #define BPF_ALU_SANITIZE                (BPF_ALU_SANITIZE_SRC | \
318                                          BPF_ALU_SANITIZE_DST)
319
320 struct bpf_insn_aux_data {
321         union {
322                 enum bpf_reg_type ptr_type;     /* pointer type for load/store insns */
323                 unsigned long map_ptr_state;    /* pointer/poison value for maps */
324                 s32 call_imm;                   /* saved imm field of call insn */
325                 u32 alu_limit;                  /* limit for add/sub register with pointer */
326                 struct {
327                         u32 map_index;          /* index into used_maps[] */
328                         u32 map_off;            /* offset from value base address */
329                 };
330                 struct {
331                         enum bpf_reg_type reg_type;     /* type of pseudo_btf_id */
332                         union {
333                                 struct {
334                                         struct btf *btf;
335                                         u32 btf_id;     /* btf_id for struct typed var */
336                                 };
337                                 u32 mem_size;   /* mem_size for non-struct typed var */
338                         };
339                 } btf_var;
340         };
341         u64 map_key_state; /* constant (32 bit) key tracking for maps */
342         int ctx_field_size; /* the ctx field size for load insn, maybe 0 */
343         u32 seen; /* this insn was processed by the verifier at env->pass_cnt */
344         bool sanitize_stack_spill; /* subject to Spectre v4 sanitation */
345         bool zext_dst; /* this insn zero extends dst reg */
346         u8 alu_state; /* used in combination with alu_limit */
347
348         /* below fields are initialized once */
349         unsigned int orig_idx; /* original instruction index */
350         bool prune_point;
351 };
352
353 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
354 #define MAX_USED_BTFS 64 /* max number of BTFs accessed by one BPF program */
355
356 #define BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE       1024
357
358 struct bpf_verifier_log {
359         u32 level;
360         char kbuf[BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE];
361         char __user *ubuf;
362         u32 len_used;
363         u32 len_total;
364 };
365
366 static inline bool bpf_verifier_log_full(const struct bpf_verifier_log *log)
367 {
368         return log->len_used >= log->len_total - 1;
369 }
370
371 #define BPF_LOG_LEVEL1  1
372 #define BPF_LOG_LEVEL2  2
373 #define BPF_LOG_STATS   4
374 #define BPF_LOG_LEVEL   (BPF_LOG_LEVEL1 | BPF_LOG_LEVEL2)
375 #define BPF_LOG_MASK    (BPF_LOG_LEVEL | BPF_LOG_STATS)
376 #define BPF_LOG_KERNEL  (BPF_LOG_MASK + 1) /* kernel internal flag */
377
378 static inline bool bpf_verifier_log_needed(const struct bpf_verifier_log *log)
379 {
380         return log &&
381                 ((log->level && log->ubuf && !bpf_verifier_log_full(log)) ||
382                  log->level == BPF_LOG_KERNEL);
383 }
384
385 #define BPF_MAX_SUBPROGS 256
386
387 struct bpf_subprog_info {
388         /* 'start' has to be the first field otherwise find_subprog() won't work */
389         u32 start; /* insn idx of function entry point */
390         u32 linfo_idx; /* The idx to the main_prog->aux->linfo */
391         u16 stack_depth; /* max. stack depth used by this function */
392         bool has_tail_call;
393         bool tail_call_reachable;
394         bool has_ld_abs;
395 };
396
397 /* single container for all structs
398  * one verifier_env per bpf_check() call
399  */
400 struct bpf_verifier_env {
401         u32 insn_idx;
402         u32 prev_insn_idx;
403         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
404         const struct bpf_verifier_ops *ops;
405         struct bpf_verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
406         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
407         bool strict_alignment;          /* perform strict pointer alignment checks */
408         bool test_state_freq;           /* test verifier with different pruning frequency */
409         struct bpf_verifier_state *cur_state; /* current verifier state */
410         struct bpf_verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
411         struct bpf_verifier_state_list *free_list;
412         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
413         struct btf_mod_pair used_btfs[MAX_USED_BTFS]; /* array of BTF's used by BPF program */
414         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
415         u32 used_btf_cnt;               /* number of used BTF objects */
416         u32 id_gen;                     /* used to generate unique reg IDs */
417         bool explore_alu_limits;
418         bool allow_ptr_leaks;
419         bool allow_uninit_stack;
420         bool allow_ptr_to_map_access;
421         bool bpf_capable;
422         bool bypass_spec_v1;
423         bool bypass_spec_v4;
424         bool seen_direct_write;
425         struct bpf_insn_aux_data *insn_aux_data; /* array of per-insn state */
426         const struct bpf_line_info *prev_linfo;
427         struct bpf_verifier_log log;
428         struct bpf_subprog_info subprog_info[BPF_MAX_SUBPROGS + 1];
429         struct bpf_id_pair idmap_scratch[BPF_ID_MAP_SIZE];
430         struct {
431                 int *insn_state;
432                 int *insn_stack;
433                 int cur_stack;
434         } cfg;
435         u32 pass_cnt; /* number of times do_check() was called */
436         u32 subprog_cnt;
437         /* number of instructions analyzed by the verifier */
438         u32 prev_insn_processed, insn_processed;
439         /* number of jmps, calls, exits analyzed so far */
440         u32 prev_jmps_processed, jmps_processed;
441         /* total verification time */
442         u64 verification_time;
443         /* maximum number of verifier states kept in 'branching' instructions */
444         u32 max_states_per_insn;
445         /* total number of allocated verifier states */
446         u32 total_states;
447         /* some states are freed during program analysis.
448          * this is peak number of states. this number dominates kernel
449          * memory consumption during verification
450          */
451         u32 peak_states;
452         /* longest register parentage chain walked for liveness marking */
453         u32 longest_mark_read_walk;
454         bpfptr_t fd_array;
455 };
456
457 __printf(2, 0) void bpf_verifier_vlog(struct bpf_verifier_log *log,
458                                       const char *fmt, va_list args);
459 __printf(2, 3) void bpf_verifier_log_write(struct bpf_verifier_env *env,
460                                            const char *fmt, ...);
461 __printf(2, 3) void bpf_log(struct bpf_verifier_log *log,
462                             const char *fmt, ...);
463
464 static inline struct bpf_func_state *cur_func(struct bpf_verifier_env *env)
465 {
466         struct bpf_verifier_state *cur = env->cur_state;
467
468         return cur->frame[cur->curframe];
469 }
470
471 static inline struct bpf_reg_state *cur_regs(struct bpf_verifier_env *env)
472 {
473         return cur_func(env)->regs;
474 }
475
476 int bpf_prog_offload_verifier_prep(struct bpf_prog *prog);
477 int bpf_prog_offload_verify_insn(struct bpf_verifier_env *env,
478                                  int insn_idx, int prev_insn_idx);
479 int bpf_prog_offload_finalize(struct bpf_verifier_env *env);
480 void
481 bpf_prog_offload_replace_insn(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
482                               struct bpf_insn *insn);
483 void
484 bpf_prog_offload_remove_insns(struct bpf_verifier_env *env, u32 off, u32 cnt);
485
486 int check_ctx_reg(struct bpf_verifier_env *env,
487                   const struct bpf_reg_state *reg, int regno);
488 int check_mem_reg(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_reg_state *reg,
489                    u32 regno, u32 mem_size);
490
491 /* this lives here instead of in bpf.h because it needs to dereference tgt_prog */
492 static inline u64 bpf_trampoline_compute_key(const struct bpf_prog *tgt_prog,
493                                              struct btf *btf, u32 btf_id)
494 {
495         if (tgt_prog)
496                 return ((u64)tgt_prog->aux->id << 32) | btf_id;
497         else
498                 return ((u64)btf_obj_id(btf) << 32) | 0x80000000 | btf_id;
499 }
500
501 /* unpack the IDs from the key as constructed above */
502 static inline void bpf_trampoline_unpack_key(u64 key, u32 *obj_id, u32 *btf_id)
503 {
504         if (obj_id)
505                 *obj_id = key >> 32;
506         if (btf_id)
507                 *btf_id = key & 0x7FFFFFFF;
508 }
509
510 int bpf_check_attach_target(struct bpf_verifier_log *log,
511                             const struct bpf_prog *prog,
512                             const struct bpf_prog *tgt_prog,
513                             u32 btf_id,
514                             struct bpf_attach_target_info *tgt_info);
515
516 #endif /* _LINUX_BPF_VERIFIER_H */