kernel/bpf/verifier.c

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