kernel/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         return 0;
 911 }
 912
 913 /* check validity of 32-bit and 64-bit arithmetic operations */
 914 static int check_alu_op(struct reg_state *regs, struct bpf_insn *insn)
 915 {
 916         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
 917         int err;
 918
 919         if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
 920                 if (opcode == BPF_NEG) {
 921                         if (BPF_SRC(insn->code) != 0 ||
 922                             insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
 923                             insn->off != 0 || insn->imm != 0) {
 924                                 verbose("BPF_NEG uses reserved fields\n");
 925                                 return -EINVAL;
 926                         }
 927                 } else {
 928                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
 929                             (insn->imm != 16 && insn->imm != 32 && insn->imm != 64)) {
 930                                 verbose("BPF_END uses reserved fields\n");
 931                                 return -EINVAL;
 932                         }
 933                 }
 934
 935                 /* check src operand */
 936                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
 937                 if (err)
 938                         return err;
 939
 940                 /* check dest operand */
 941                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
 942                 if (err)
 943                         return err;
 944
 945         } else if (opcode == BPF_MOV) {
 946
 947                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 948                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
 949                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
 950                                 return -EINVAL;
 951                         }
 952
 953                         /* check src operand */
 954                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
 955                         if (err)
 956                                 return err;
 957                 } else {
 958                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
 959                                 verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
 960                                 return -EINVAL;
 961                         }
 962                 }
 963
 964                 /* check dest operand */
 965                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
 966                 if (err)
 967                         return err;
 968
 969                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 970                         if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
 971                                 /* case: R1 = R2
 972                                  * copy register state to dest reg
 973                                  */
 974                                 regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
 975                         } else {
 976                                 regs[insn->dst_reg].type = UNKNOWN_VALUE;
 977                                 regs[insn->dst_reg].map_ptr = NULL;
 978                         }
 979                 } else {
 980                         /* case: R = imm
 981                          * remember the value we stored into this reg
 982                          */
 983                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
 984                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
 985                 }
 986
 987         } else if (opcode > BPF_END) {
 988                 verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
 989                 return -EINVAL;
 990
 991         } else {        /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
 992
 993                 bool stack_relative = false;
 994
 995                 if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
 996                         if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
 997                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
 998                                 return -EINVAL;
 999                         }
1000                         /* check src1 operand */
1001                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1002                         if (err)
1003                                 return err;
1004                 } else {
1005                         if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
1006                                 verbose("BPF_ALU uses reserved fields\n");
1007                                 return -EINVAL;
1008                         }
1009                 }
1010
1011                 /* check src2 operand */
1012                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1013                 if (err)
1014                         return err;
1015
1016                 if ((opcode == BPF_MOD || opcode == BPF_DIV) &&
1017                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K && insn->imm == 0) {
1018                         verbose("div by zero\n");
1019                         return -EINVAL;
1020                 }
1021
1022                 /* pattern match 'bpf_add Rx, imm' instruction */
1023                 if (opcode == BPF_ADD && BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64 &&
1024                     regs[insn->dst_reg].type == FRAME_PTR &&
1025                     BPF_SRC(insn->code) == BPF_K)
1026                         stack_relative = true;
1027
1028                 /* check dest operand */
1029                 err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1030                 if (err)
1031                         return err;
1032
1033                 if (stack_relative) {
1034                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_STACK;
1035                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1036                 }
1037         }
1038
1039         return 0;
1040 }
1041
1042 static int check_cond_jmp_op(struct verifier_env *env,
1043                              struct bpf_insn *insn, int *insn_idx)
1044 {
1045         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1046         struct verifier_state *other_branch;
1047         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1048         int err;
1049
1050         if (opcode > BPF_EXIT) {
1051                 verbose("invalid BPF_JMP opcode %x\n", opcode);
1052                 return -EINVAL;
1053         }
1054
1055         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
1056                 if (insn->imm != 0) {
1057                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1058                         return -EINVAL;
1059                 }
1060
1061                 /* check src1 operand */
1062                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1063                 if (err)
1064                         return err;
1065         } else {
1066                 if (insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1067                         verbose("BPF_JMP uses reserved fields\n");
1068                         return -EINVAL;
1069                 }
1070         }
1071
1072         /* check src2 operand */
1073         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1074         if (err)
1075                 return err;
1076
1077         /* detect if R == 0 where R was initialized to zero earlier */
1078         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1079             (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE) &&
1080             regs[insn->dst_reg].type == CONST_IMM &&
1081             regs[insn->dst_reg].imm == insn->imm) {
1082                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1083                         /* if (imm == imm) goto pc+off;
1084                          * only follow the goto, ignore fall-through
1085                          */
1086                         *insn_idx += insn->off;
1087                         return 0;
1088                 } else {
1089                         /* if (imm != imm) goto pc+off;
1090                          * only follow fall-through branch, since
1091                          * that's where the program will go
1092                          */
1093                         return 0;
1094                 }
1095         }
1096
1097         other_branch = push_stack(env, *insn_idx + insn->off + 1, *insn_idx);
1098         if (!other_branch)
1099                 return -EFAULT;
1100
1101         /* detect if R == 0 where R is returned value from bpf_map_lookup_elem() */
1102         if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1103             insn->imm == 0 && (opcode == BPF_JEQ ||
1104                                opcode == BPF_JNE) &&
1105             regs[insn->dst_reg].type == PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL) {
1106                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1107                         /* next fallthrough insn can access memory via
1108                          * this register
1109                          */
1110                         regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1111                         /* branch targer cannot access it, since reg == 0 */
1112                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1113                         other_branch->regs[insn->dst_reg].imm = 0;
1114                 } else {
1115                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = PTR_TO_MAP_VALUE;
1116                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1117                         regs[insn->dst_reg].imm = 0;
1118                 }
1119         } else if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_K &&
1120                    (opcode == BPF_JEQ || opcode == BPF_JNE)) {
1121
1122                 if (opcode == BPF_JEQ) {
1123                         /* detect if (R == imm) goto
1124                          * and in the target state recognize that R = imm
1125                          */
1126                         other_branch->regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1127                         other_branch->regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1128                 } else {
1129                         /* detect if (R != imm) goto
1130                          * and in the fall-through state recognize that R = imm
1131                          */
1132                         regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
1133                         regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
1134                 }
1135         }
1136         if (log_level)
1137                 print_verifier_state(env);
1138         return 0;
1139 }
1140
1141 /* return the map pointer stored inside BPF_LD_IMM64 instruction */
1142 static struct bpf_map *ld_imm64_to_map_ptr(struct bpf_insn *insn)
1143 {
1144         u64 imm64 = ((u64) (u32) insn[0].imm) | ((u64) (u32) insn[1].imm) << 32;
1145
1146         return (struct bpf_map *) (unsigned long) imm64;
1147 }
1148
1149 /* verify BPF_LD_IMM64 instruction */
1150 static int check_ld_imm(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1151 {
1152         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1153         int err;
1154
1155         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_DW) {
1156                 verbose("invalid BPF_LD_IMM insn\n");
1157                 return -EINVAL;
1158         }
1159         if (insn->off != 0) {
1160                 verbose("BPF_LD_IMM64 uses reserved fields\n");
1161                 return -EINVAL;
1162         }
1163
1164         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
1165         if (err)
1166                 return err;
1167
1168         if (insn->src_reg == 0)
1169                 /* generic move 64-bit immediate into a register */
1170                 return 0;
1171
1172         /* replace_map_fd_with_map_ptr() should have caught bad ld_imm64 */
1173         BUG_ON(insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD);
1174
1175         regs[insn->dst_reg].type = CONST_PTR_TO_MAP;
1176         regs[insn->dst_reg].map_ptr = ld_imm64_to_map_ptr(insn);
1177         return 0;
1178 }
1179
1180 static bool may_access_skb(enum bpf_prog_type type)
1181 {
1182         switch (type) {
1183         case BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER:
1184         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS:
1185         case BPF_PROG_TYPE_SCHED_ACT:
1186                 return true;
1187         default:
1188                 return false;
1189         }
1190 }
1191
1192 /* verify safety of LD_ABS|LD_IND instructions:
1193  * - they can only appear in the programs where ctx == skb
1194  * - since they are wrappers of function calls, they scratch R1-R5 registers,
1195  *   preserve R6-R9, and store return value into R0
1196  *
1197  * Implicit input:
1198  *   ctx == skb == R6 == CTX
1199  *
1200  * Explicit input:
1201  *   SRC == any register
1202  *   IMM == 32-bit immediate
1203  *
1204  * Output:
1205  *   R0 - 8/16/32-bit skb data converted to cpu endianness
1206  */
1207 static int check_ld_abs(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
1208 {
1209         struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
1210         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1211         struct reg_state *reg;
1212         int i, err;
1213
1214         if (!may_access_skb(env->prog->type)) {
1215                 verbose("BPF_LD_ABS|IND instructions not allowed for this program type\n");
1216                 return -EINVAL;
1217         }
1218
1219         if (insn->dst_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0 ||
1220             (mode == BPF_ABS && insn->src_reg != BPF_REG_0)) {
1221                 verbose("BPF_LD_ABS uses reserved fields\n");
1222                 return -EINVAL;
1223         }
1224
1225         /* check whether implicit source operand (register R6) is readable */
1226         err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_6, SRC_OP);
1227         if (err)
1228                 return err;
1229
1230         if (regs[BPF_REG_6].type != PTR_TO_CTX) {
1231                 verbose("at the time of BPF_LD_ABS|IND R6 != pointer to skb\n");
1232                 return -EINVAL;
1233         }
1234
1235         if (mode == BPF_IND) {
1236                 /* check explicit source operand */
1237                 err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1238                 if (err)
1239                         return err;
1240         }
1241
1242         /* reset caller saved regs to unreadable */
1243         for (i = 0; i < CALLER_SAVED_REGS; i++) {
1244                 reg = regs + caller_saved[i];
1245                 reg->type = NOT_INIT;
1246                 reg->imm = 0;
1247         }
1248
1249         /* mark destination R0 register as readable, since it contains
1250          * the value fetched from the packet
1251          */
1252         regs[BPF_REG_0].type = UNKNOWN_VALUE;
1253         return 0;
1254 }
1255
1256 /* non-recursive DFS pseudo code
1257  * 1  procedure DFS-iterative(G,v):
1258  * 2      label v as discovered
1259  * 3      let S be a stack
1260  * 4      S.push(v)
1261  * 5      while S is not empty
1262  * 6            t <- S.pop()
1263  * 7            if t is what we're looking for:
1264  * 8                return t
1265  * 9            for all edges e in G.adjacentEdges(t) do
1266  * 10               if edge e is already labelled
1267  * 11                   continue with the next edge
1268  * 12               w <- G.adjacentVertex(t,e)
1269  * 13               if vertex w is not discovered and not explored
1270  * 14                   label e as tree-edge
1271  * 15                   label w as discovered
1272  * 16                   S.push(w)
1273  * 17                   continue at 5
1274  * 18               else if vertex w is discovered
1275  * 19                   label e as back-edge
1276  * 20               else
1277  * 21                   // vertex w is explored
1278  * 22                   label e as forward- or cross-edge
1279  * 23           label t as explored
1280  * 24           S.pop()
1281  *
1282  * convention:
1283  * 0x10 - discovered
1284  * 0x11 - discovered and fall-through edge labelled
1285  * 0x12 - discovered and fall-through and branch edges labelled
1286  * 0x20 - explored
1287  */
1288
1289 enum {
1290         DISCOVERED = 0x10,
1291         EXPLORED = 0x20,
1292         FALLTHROUGH = 1,
1293         BRANCH = 2,
1294 };
1295
1296 #define STATE_LIST_MARK ((struct verifier_state_list *) -1L)
1297
1298 static int *insn_stack; /* stack of insns to process */
1299 static int cur_stack;   /* current stack index */
1300 static int *insn_state;
1301
1302 /* t, w, e - match pseudo-code above:
1303  * t - index of current instruction
1304  * w - next instruction
1305  * e - edge
1306  */
1307 static int push_insn(int t, int w, int e, struct verifier_env *env)
1308 {
1309         if (e == FALLTHROUGH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | FALLTHROUGH))
1310                 return 0;
1311
1312         if (e == BRANCH && insn_state[t] >= (DISCOVERED | BRANCH))
1313                 return 0;
1314
1315         if (w < 0 || w >= env->prog->len) {
1316                 verbose("jump out of range from insn %d to %d\n", t, w);
1317                 return -EINVAL;
1318         }
1319
1320         if (e == BRANCH)
1321                 /* mark branch target for state pruning */
1322                 env->explored_states[w] = STATE_LIST_MARK;
1323
1324         if (insn_state[w] == 0) {
1325                 /* tree-edge */
1326                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1327                 insn_state[w] = DISCOVERED;
1328                 if (cur_stack >= env->prog->len)
1329                         return -E2BIG;
1330                 insn_stack[cur_stack++] = w;
1331                 return 1;
1332         } else if ((insn_state[w] & 0xF0) == DISCOVERED) {
1333                 verbose("back-edge from insn %d to %d\n", t, w);
1334                 return -EINVAL;
1335         } else if (insn_state[w] == EXPLORED) {
1336                 /* forward- or cross-edge */
1337                 insn_state[t] = DISCOVERED | e;
1338         } else {
1339                 verbose("insn state internal bug\n");
1340                 return -EFAULT;
1341         }
1342         return 0;
1343 }
1344
1345 /* non-recursive depth-first-search to detect loops in BPF program
1346  * loop == back-edge in directed graph
1347  */
1348 static int check_cfg(struct verifier_env *env)
1349 {
1350         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1351         int insn_cnt = env->prog->len;
1352         int ret = 0;
1353         int i, t;
1354
1355         insn_state = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1356         if (!insn_state)
1357                 return -ENOMEM;
1358
1359         insn_stack = kcalloc(insn_cnt, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1360         if (!insn_stack) {
1361                 kfree(insn_state);
1362                 return -ENOMEM;
1363         }
1364
1365         insn_state[0] = DISCOVERED; /* mark 1st insn as discovered */
1366         insn_stack[0] = 0; /* 0 is the first instruction */
1367         cur_stack = 1;
1368
1369 peek_stack:
1370         if (cur_stack == 0)
1371                 goto check_state;
1372         t = insn_stack[cur_stack - 1];
1373
1374         if (BPF_CLASS(insns[t].code) == BPF_JMP) {
1375                 u8 opcode = BPF_OP(insns[t].code);
1376
1377                 if (opcode == BPF_EXIT) {
1378                         goto mark_explored;
1379                 } else if (opcode == BPF_CALL) {
1380                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1381                         if (ret == 1)
1382                                 goto peek_stack;
1383                         else if (ret < 0)
1384                                 goto err_free;
1385                 } else if (opcode == BPF_JA) {
1386                         if (BPF_SRC(insns[t].code) != BPF_K) {
1387                                 ret = -EINVAL;
1388                                 goto err_free;
1389                         }
1390                         /* unconditional jump with single edge */
1391                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1,
1392                                         FALLTHROUGH, env);
1393                         if (ret == 1)
1394                                 goto peek_stack;
1395                         else if (ret < 0)
1396                                 goto err_free;
1397                         /* tell verifier to check for equivalent states
1398                          * after every call and jump
1399                          */
1400                         if (t + 1 < insn_cnt)
1401                                 env->explored_states[t + 1] = STATE_LIST_MARK;
1402                 } else {
1403                         /* conditional jump with two edges */
1404                         ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1405                         if (ret == 1)
1406                                 goto peek_stack;
1407                         else if (ret < 0)
1408                                 goto err_free;
1409
1410                         ret = push_insn(t, t + insns[t].off + 1, BRANCH, env);
1411                         if (ret == 1)
1412                                 goto peek_stack;
1413                         else if (ret < 0)
1414                                 goto err_free;
1415                 }
1416         } else {
1417                 /* all other non-branch instructions with single
1418                  * fall-through edge
1419                  */
1420                 ret = push_insn(t, t + 1, FALLTHROUGH, env);
1421                 if (ret == 1)
1422                         goto peek_stack;
1423                 else if (ret < 0)
1424                         goto err_free;
1425         }
1426
1427 mark_explored:
1428         insn_state[t] = EXPLORED;
1429         if (cur_stack-- <= 0) {
1430                 verbose("pop stack internal bug\n");
1431                 ret = -EFAULT;
1432                 goto err_free;
1433         }
1434         goto peek_stack;
1435
1436 check_state:
1437         for (i = 0; i < insn_cnt; i++) {
1438                 if (insn_state[i] != EXPLORED) {
1439                         verbose("unreachable insn %d\n", i);
1440                         ret = -EINVAL;
1441                         goto err_free;
1442                 }
1443         }
1444         ret = 0; /* cfg looks good */
1445
1446 err_free:
1447         kfree(insn_state);
1448         kfree(insn_stack);
1449         return ret;
1450 }
1451
1452 /* compare two verifier states
1453  *
1454  * all states stored in state_list are known to be valid, since
1455  * verifier reached 'bpf_exit' instruction through them
1456  *
1457  * this function is called when verifier exploring different branches of
1458  * execution popped from the state stack. If it sees an old state that has
1459  * more strict register state and more strict stack state then this execution
1460  * branch doesn't need to be explored further, since verifier already
1461  * concluded that more strict state leads to valid finish.
1462  *
1463  * Therefore two states are equivalent if register state is more conservative
1464  * and explored stack state is more conservative than the current one.
1465  * Example:
1466  *       explored                   current
1467  * (slot1=INV slot2=MISC) == (slot1=MISC slot2=MISC)
1468  * (slot1=MISC slot2=MISC) != (slot1=INV slot2=MISC)
1469  *
1470  * In other words if current stack state (one being explored) has more
1471  * valid slots than old one that already passed validation, it means
1472  * the verifier can stop exploring and conclude that current state is valid too
1473  *
1474  * Similarly with registers. If explored state has register type as invalid
1475  * whereas register type in current state is meaningful, it means that
1476  * the current state will reach 'bpf_exit' instruction safely
1477  */
1478 static bool states_equal(struct verifier_state *old, struct verifier_state *cur)
1479 {
1480         int i;
1481
1482         for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
1483                 if (memcmp(&old->regs[i], &cur->regs[i],
1484                            sizeof(old->regs[0])) != 0) {
1485                         if (old->regs[i].type == NOT_INIT ||
1486                             (old->regs[i].type == UNKNOWN_VALUE &&
1487                              cur->regs[i].type != NOT_INIT))
1488                                 continue;
1489                         return false;
1490                 }
1491         }
1492
1493         for (i = 0; i < MAX_BPF_STACK; i++) {
1494                 if (old->stack_slot_type[i] == STACK_INVALID)
1495                         continue;
1496                 if (old->stack_slot_type[i] != cur->stack_slot_type[i])
1497                         /* Ex: old explored (safe) state has STACK_SPILL in
1498                          * this stack slot, but current has has STACK_MISC ->
1499                          * this verifier states are not equivalent,
1500                          * return false to continue verification of this path
1501                          */
1502                         return false;
1503                 if (i % BPF_REG_SIZE)
1504                         continue;
1505                 if (memcmp(&old->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
1506                            &cur->spilled_regs[i / BPF_REG_SIZE],
1507                            sizeof(old->spilled_regs[0])))
1508                         /* when explored and current stack slot types are
1509                          * the same, check that stored pointers types
1510                          * are the same as well.
1511                          * Ex: explored safe path could have stored
1512                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -8}
1513                          * but current path has stored:
1514                          * (struct reg_state) {.type = PTR_TO_STACK, .imm = -16}
1515                          * such verifier states are not equivalent.
1516                          * return false to continue verification of this path
1517                          */
1518                         return false;
1519                 else
1520                         continue;
1521         }
1522         return true;
1523 }
1524
1525 static int is_state_visited(struct verifier_env *env, int insn_idx)
1526 {
1527         struct verifier_state_list *new_sl;
1528         struct verifier_state_list *sl;
1529
1530         sl = env->explored_states[insn_idx];
1531         if (!sl)
1532                 /* this 'insn_idx' instruction wasn't marked, so we will not
1533                  * be doing state search here
1534                  */
1535                 return 0;
1536
1537         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
1538                 if (states_equal(&sl->state, &env->cur_state))
1539                         /* reached equivalent register/stack state,
1540                          * prune the search
1541                          */
1542                         return 1;
1543                 sl = sl->next;
1544         }
1545
1546         /* there were no equivalent states, remember current one.
1547          * technically the current state is not proven to be safe yet,
1548          * but it will either reach bpf_exit (which means it's safe) or
1549          * it will be rejected. Since there are no loops, we won't be
1550          * seeing this 'insn_idx' instruction again on the way to bpf_exit
1551          */
1552         new_sl = kmalloc(sizeof(struct verifier_state_list), GFP_USER);
1553         if (!new_sl)
1554                 return -ENOMEM;
1555
1556         /* add new state to the head of linked list */
1557         memcpy(&new_sl->state, &env->cur_state, sizeof(env->cur_state));
1558         new_sl->next = env->explored_states[insn_idx];
1559         env->explored_states[insn_idx] = new_sl;
1560         return 0;
1561 }
1562
1563 static int do_check(struct verifier_env *env)
1564 {
1565         struct verifier_state *state = &env->cur_state;
1566         struct bpf_insn *insns = env->prog->insnsi;
1567         struct reg_state *regs = state->regs;
1568         int insn_cnt = env->prog->len;
1569         int insn_idx, prev_insn_idx = 0;
1570         int insn_processed = 0;
1571         bool do_print_state = false;
1572
1573         init_reg_state(regs);
1574         insn_idx = 0;
1575         for (;;) {
1576                 struct bpf_insn *insn;
1577                 u8 class;
1578                 int err;
1579
1580                 if (insn_idx >= insn_cnt) {
1581                         verbose("invalid insn idx %d insn_cnt %d\n",
1582                                 insn_idx, insn_cnt);
1583                         return -EFAULT;
1584                 }
1585
1586                 insn = &insns[insn_idx];
1587                 class = BPF_CLASS(insn->code);
1588
1589                 if (++insn_processed > 32768) {
1590                         verbose("BPF program is too large. Proccessed %d insn\n",
1591                                 insn_processed);
1592                         return -E2BIG;
1593                 }
1594
1595                 err = is_state_visited(env, insn_idx);
1596                 if (err < 0)
1597                         return err;
1598                 if (err == 1) {
1599                         /* found equivalent state, can prune the search */
1600                         if (log_level) {
1601                                 if (do_print_state)
1602                                         verbose("\nfrom %d to %d: safe\n",
1603                                                 prev_insn_idx, insn_idx);
1604                                 else
1605                                         verbose("%d: safe\n", insn_idx);
1606                         }
1607                         goto process_bpf_exit;
1608                 }
1609
1610                 if (log_level && do_print_state) {
1611                         verbose("\nfrom %d to %d:", prev_insn_idx, insn_idx);
1612                         print_verifier_state(env);
1613                         do_print_state = false;
1614                 }
1615
1616                 if (log_level) {
1617                         verbose("%d: ", insn_idx);
1618                         print_bpf_insn(insn);
1619                 }
1620
1621                 if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
1622                         err = check_alu_op(regs, insn);
1623                         if (err)
1624                                 return err;
1625
1626                 } else if (class == BPF_LDX) {
1627                         enum bpf_reg_type src_reg_type;
1628
1629                         /* check for reserved fields is already done */
1630
1631                         /* check src operand */
1632                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1633                         if (err)
1634                                 return err;
1635
1636                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
1637                         if (err)
1638                                 return err;
1639
1640                         src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
1641
1642                         /* check that memory (src_reg + off) is readable,
1643                          * the state of dst_reg will be updated by this func
1644                          */
1645                         err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
1646                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
1647                                                insn->dst_reg);
1648                         if (err)
1649                                 return err;
1650
1651                         if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W) {
1652                                 insn_idx++;
1653                                 continue;
1654                         }
1655
1656                         if (insn->imm == 0) {
1657                                 /* saw a valid insn
1658                                  * dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
1659                                  * use reserved 'imm' field to mark this insn
1660                                  */
1661                                 insn->imm = src_reg_type;
1662
1663                         } else if (src_reg_type != insn->imm &&
1664                                    (src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
1665                                     insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
1666                                 /* ABuser program is trying to use the same insn
1667                                  * dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
1668                                  * with different pointer types:
1669                                  * src_reg == ctx in one branch and
1670                                  * src_reg == stack|map in some other branch.
1671                                  * Reject it.
1672                                  */
1673                                 verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
1674                                 return -EINVAL;
1675                         }
1676
1677                 } else if (class == BPF_STX) {
1678                         if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
1679                                 err = check_xadd(env, insn);
1680                                 if (err)
1681                                         return err;
1682                                 insn_idx++;
1683                                 continue;
1684                         }
1685
1686                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
1687                             insn->imm != 0) {
1688                                 verbose("BPF_STX uses reserved fields\n");
1689                                 return -EINVAL;
1690                         }
1691                         /* check src1 operand */
1692                         err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
1693                         if (err)
1694                                 return err;
1695                         /* check src2 operand */
1696                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1697                         if (err)
1698                                 return err;
1699
1700                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
1701                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
1702                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
1703                                                insn->src_reg);
1704                         if (err)
1705                                 return err;
1706
1707                 } else if (class == BPF_ST) {
1708                         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
1709                             insn->src_reg != BPF_REG_0) {
1710                                 verbose("BPF_ST uses reserved fields\n");
1711                                 return -EINVAL;
1712                         }
1713                         /* check src operand */
1714                         err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
1715                         if (err)
1716                                 return err;
1717
1718                         /* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
1719                         err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
1720                                                BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
1721                                                -1);
1722                         if (err)
1723                                 return err;
1724
1725                 } else if (class == BPF_JMP) {
1726                         u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
1727
1728                         if (opcode == BPF_CALL) {
1729                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1730                                     insn->off != 0 ||
1731                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1732                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1733                                         verbose("BPF_CALL uses reserved fields\n");
1734                                         return -EINVAL;
1735                                 }
1736
1737                                 err = check_call(env, insn->imm);
1738                                 if (err)
1739                                         return err;
1740
1741                         } else if (opcode == BPF_JA) {
1742                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1743                                     insn->imm != 0 ||
1744                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1745                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1746                                         verbose("BPF_JA uses reserved fields\n");
1747                                         return -EINVAL;
1748                                 }
1749
1750                                 insn_idx += insn->off + 1;
1751                                 continue;
1752
1753                         } else if (opcode == BPF_EXIT) {
1754                                 if (BPF_SRC(insn->code) != BPF_K ||
1755                                     insn->imm != 0 ||
1756                                     insn->src_reg != BPF_REG_0 ||
1757                                     insn->dst_reg != BPF_REG_0) {
1758                                         verbose("BPF_EXIT uses reserved fields\n");
1759                                         return -EINVAL;
1760                                 }
1761
1762                                 /* eBPF calling convetion is such that R0 is used
1763                                  * to return the value from eBPF program.
1764                                  * Make sure that it's readable at this time
1765                                  * of bpf_exit, which means that program wrote
1766                                  * something into it earlier
1767                                  */
1768                                 err = check_reg_arg(regs, BPF_REG_0, SRC_OP);
1769                                 if (err)
1770                                         return err;
1771
1772 process_bpf_exit:
1773                                 insn_idx = pop_stack(env, &prev_insn_idx);
1774                                 if (insn_idx < 0) {
1775                                         break;
1776                                 } else {
1777                                         do_print_state = true;
1778                                         continue;
1779                                 }
1780                         } else {
1781                                 err = check_cond_jmp_op(env, insn, &insn_idx);
1782                                 if (err)
1783                                         return err;
1784                         }
1785                 } else if (class == BPF_LD) {
1786                         u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1787
1788                         if (mode == BPF_ABS || mode == BPF_IND) {
1789                                 err = check_ld_abs(env, insn);
1790                                 if (err)
1791                                         return err;
1792
1793                         } else if (mode == BPF_IMM) {
1794                                 err = check_ld_imm(env, insn);
1795                                 if (err)
1796                                         return err;
1797
1798                                 insn_idx++;
1799                         } else {
1800                                 verbose("invalid BPF_LD mode\n");
1801                                 return -EINVAL;
1802                         }
1803                 } else {
1804                         verbose("unknown insn class %d\n", class);
1805                         return -EINVAL;
1806                 }
1807
1808                 insn_idx++;
1809         }
1810
1811         return 0;
1812 }
1813
1814 /* look for pseudo eBPF instructions that access map FDs and
1815  * replace them with actual map pointers
1816  */
1817 static int replace_map_fd_with_map_ptr(struct verifier_env *env)
1818 {
1819         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
1820         int insn_cnt = env->prog->len;
1821         int i, j;
1822
1823         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
1824                 if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_LDX &&
1825                     (BPF_MODE(insn->code) != BPF_MEM ||
1826                      insn->imm != 0)) {
1827                         verbose("BPF_LDX uses reserved fields\n");
1828                         return -EINVAL;
1829                 }
1830
1831                 if (insn[0].code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
1832                         struct bpf_map *map;
1833                         struct fd f;
1834
1835                         if (i == insn_cnt - 1 || insn[1].code != 0 ||
1836                             insn[1].dst_reg != 0 || insn[1].src_reg != 0 ||
1837                             insn[1].off != 0) {
1838                                 verbose("invalid bpf_ld_imm64 insn\n");
1839                                 return -EINVAL;
1840                         }
1841
1842                         if (insn->src_reg == 0)
1843                                 /* valid generic load 64-bit imm */
1844                                 goto next_insn;
1845
1846                         if (insn->src_reg != BPF_PSEUDO_MAP_FD) {
1847                                 verbose("unrecognized bpf_ld_imm64 insn\n");
1848                                 return -EINVAL;
1849                         }
1850
1851                         f = fdget(insn->imm);
1852
1853                         map = bpf_map_get(f);
1854                         if (IS_ERR(map)) {
1855                                 verbose("fd %d is not pointing to valid bpf_map\n",
1856                                         insn->imm);
1857                                 fdput(f);
1858                                 return PTR_ERR(map);
1859                         }
1860
1861                         /* store map pointer inside BPF_LD_IMM64 instruction */
1862                         insn[0].imm = (u32) (unsigned long) map;
1863                         insn[1].imm = ((u64) (unsigned long) map) >> 32;
1864
1865                         /* check whether we recorded this map already */
1866                         for (j = 0; j < env->used_map_cnt; j++)
1867                                 if (env->used_maps[j] == map) {
1868                                         fdput(f);
1869                                         goto next_insn;
1870                                 }
1871
1872                         if (env->used_map_cnt >= MAX_USED_MAPS) {
1873                                 fdput(f);
1874                                 return -E2BIG;
1875                         }
1876
1877                         /* remember this map */
1878                         env->used_maps[env->used_map_cnt++] = map;
1879
1880                         /* hold the map. If the program is rejected by verifier,
1881                          * the map will be released by release_maps() or it
1882                          * will be used by the valid program until it's unloaded
1883                          * and all maps are released in free_bpf_prog_info()
1884                          */
1885                         atomic_inc(&map->refcnt);
1886
1887                         fdput(f);
1888 next_insn:
1889                         insn++;
1890                         i++;
1891                 }
1892         }
1893
1894         /* now all pseudo BPF_LD_IMM64 instructions load valid
1895          * 'struct bpf_map *' into a register instead of user map_fd.
1896          * These pointers will be used later by verifier to validate map access.
1897          */
1898         return 0;
1899 }
1900
1901 /* drop refcnt of maps used by the rejected program */
1902 static void release_maps(struct verifier_env *env)
1903 {
1904         int i;
1905
1906         for (i = 0; i < env->used_map_cnt; i++)
1907                 bpf_map_put(env->used_maps[i]);
1908 }
1909
1910 /* convert pseudo BPF_LD_IMM64 into generic BPF_LD_IMM64 */
1911 static void convert_pseudo_ld_imm64(struct verifier_env *env)
1912 {
1913         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
1914         int insn_cnt = env->prog->len;
1915         int i;
1916
1917         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++)
1918                 if (insn->code == (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW))
1919                         insn->src_reg = 0;
1920 }
1921
1922 static void adjust_branches(struct bpf_prog *prog, int pos, int delta)
1923 {
1924         struct bpf_insn *insn = prog->insnsi;
1925         int insn_cnt = prog->len;
1926         int i;
1927
1928         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
1929                 if (BPF_CLASS(insn->code) != BPF_JMP ||
1930                     BPF_OP(insn->code) == BPF_CALL ||
1931                     BPF_OP(insn->code) == BPF_EXIT)
1932                         continue;
1933
1934                 /* adjust offset of jmps if necessary */
1935                 if (i < pos && i + insn->off + 1 > pos)
1936                         insn->off += delta;
1937                 else if (i > pos && i + insn->off + 1 < pos)
1938                         insn->off -= delta;
1939         }
1940 }
1941
1942 /* convert load instructions that access fields of 'struct __sk_buff'
1943  * into sequence of instructions that access fields of 'struct sk_buff'
1944  */
1945 static int convert_ctx_accesses(struct verifier_env *env)
1946 {
1947         struct bpf_insn *insn = env->prog->insnsi;
1948         int insn_cnt = env->prog->len;
1949         struct bpf_insn insn_buf[16];
1950         struct bpf_prog *new_prog;
1951         u32 cnt;
1952         int i;
1953
1954         if (!env->prog->aux->ops->convert_ctx_access)
1955                 return 0;
1956
1957         for (i = 0; i < insn_cnt; i++, insn++) {
1958                 if (insn->code != (BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W))
1959                         continue;
1960
1961                 if (insn->imm != PTR_TO_CTX) {
1962                         /* clear internal mark */
1963                         insn->imm = 0;
1964                         continue;
1965                 }
1966
1967                 cnt = env->prog->aux->ops->
1968                         convert_ctx_access(insn->dst_reg, insn->src_reg,
1969                                            insn->off, insn_buf);
1970                 if (cnt == 0 || cnt >= ARRAY_SIZE(insn_buf)) {
1971                         verbose("bpf verifier is misconfigured\n");
1972                         return -EINVAL;
1973                 }
1974
1975                 if (cnt == 1) {
1976                         memcpy(insn, insn_buf, sizeof(*insn));
1977                         continue;
1978                 }
1979
1980                 /* several new insns need to be inserted. Make room for them */
1981                 insn_cnt += cnt - 1;
1982                 new_prog = bpf_prog_realloc(env->prog,
1983                                             bpf_prog_size(insn_cnt),
1984                                             GFP_USER);
1985                 if (!new_prog)
1986                         return -ENOMEM;
1987
1988                 new_prog->len = insn_cnt;
1989
1990                 memmove(new_prog->insnsi + i + cnt, new_prog->insns + i + 1,
1991                         sizeof(*insn) * (insn_cnt - i - cnt));
1992
1993                 /* copy substitute insns in place of load instruction */
1994                 memcpy(new_prog->insnsi + i, insn_buf, sizeof(*insn) * cnt);
1995
1996                 /* adjust branches in the whole program */
1997                 adjust_branches(new_prog, i, cnt - 1);
1998
1999                 /* keep walking new program and skip insns we just inserted */
2000                 env->prog = new_prog;
2001                 insn = new_prog->insnsi + i + cnt - 1;
2002                 i += cnt - 1;
2003         }
2004
2005         return 0;
2006 }
2007
2008 static void free_states(struct verifier_env *env)
2009 {
2010         struct verifier_state_list *sl, *sln;
2011         int i;
2012
2013         if (!env->explored_states)
2014                 return;
2015
2016         for (i = 0; i < env->prog->len; i++) {
2017                 sl = env->explored_states[i];
2018
2019                 if (sl)
2020                         while (sl != STATE_LIST_MARK) {
2021                                 sln = sl->next;
2022                                 kfree(sl);
2023                                 sl = sln;
2024                         }
2025         }
2026
2027         kfree(env->explored_states);
2028 }
2029
2030 int bpf_check(struct bpf_prog **prog, union bpf_attr *attr)
2031 {
2032         char __user *log_ubuf = NULL;
2033         struct verifier_env *env;
2034         int ret = -EINVAL;
2035
2036         if ((*prog)->len <= 0 || (*prog)->len > BPF_MAXINSNS)
2037                 return -E2BIG;
2038
2039         /* 'struct verifier_env' can be global, but since it's not small,
2040          * allocate/free it every time bpf_check() is called
2041          */
2042         env = kzalloc(sizeof(struct verifier_env), GFP_KERNEL);
2043         if (!env)
2044                 return -ENOMEM;
2045
2046         env->prog = *prog;
2047
2048         /* grab the mutex to protect few globals used by verifier */
2049         mutex_lock(&bpf_verifier_lock);
2050
2051         if (attr->log_level || attr->log_buf || attr->log_size) {
2052                 /* user requested verbose verifier output
2053                  * and supplied buffer to store the verification trace
2054                  */
2055                 log_level = attr->log_level;
2056                 log_ubuf = (char __user *) (unsigned long) attr->log_buf;
2057                 log_size = attr->log_size;
2058                 log_len = 0;
2059
2060                 ret = -EINVAL;
2061                 /* log_* values have to be sane */
2062                 if (log_size < 128 || log_size > UINT_MAX >> 8 ||
2063                     log_level == 0 || log_ubuf == NULL)
2064                         goto free_env;
2065
2066                 ret = -ENOMEM;
2067                 log_buf = vmalloc(log_size);
2068                 if (!log_buf)
2069                         goto free_env;
2070         } else {
2071                 log_level = 0;
2072         }
2073
2074         ret = replace_map_fd_with_map_ptr(env);
2075         if (ret < 0)
2076                 goto skip_full_check;
2077
2078         env->explored_states = kcalloc(env->prog->len,
2079                                        sizeof(struct verifier_state_list *),
2080                                        GFP_USER);
2081         ret = -ENOMEM;
2082         if (!env->explored_states)
2083                 goto skip_full_check;
2084
2085         ret = check_cfg(env);
2086         if (ret < 0)
2087                 goto skip_full_check;
2088
2089         ret = do_check(env);
2090
2091 skip_full_check:
2092         while (pop_stack(env, NULL) >= 0);
2093         free_states(env);
2094
2095         if (ret == 0)
2096                 /* program is valid, convert *(u32*)(ctx + off) accesses */
2097                 ret = convert_ctx_accesses(env);
2098
2099         if (log_level && log_len >= log_size - 1) {
2100                 BUG_ON(log_len >= log_size);
2101                 /* verifier log exceeded user supplied buffer */
2102                 ret = -ENOSPC;
2103                 /* fall through to return what was recorded */
2104         }
2105
2106         /* copy verifier log back to user space including trailing zero */
2107         if (log_level && copy_to_user(log_ubuf, log_buf, log_len + 1) != 0) {
2108                 ret = -EFAULT;
2109                 goto free_log_buf;
2110         }
2111
2112         if (ret == 0 && env->used_map_cnt) {
2113                 /* if program passed verifier, update used_maps in bpf_prog_info */
2114                 env->prog->aux->used_maps = kmalloc_array(env->used_map_cnt,
2115                                                           sizeof(env->used_maps[0]),
2116                                                           GFP_KERNEL);
2117
2118                 if (!env->prog->aux->used_maps) {
2119                         ret = -ENOMEM;
2120                         goto free_log_buf;
2121                 }
2122
2123                 memcpy(env->prog->aux->used_maps, env->used_maps,
2124                        sizeof(env->used_maps[0]) * env->used_map_cnt);
2125                 env->prog->aux->used_map_cnt = env->used_map_cnt;
2126
2127                 /* program is valid. Convert pseudo bpf_ld_imm64 into generic
2128                  * bpf_ld_imm64 instructions
2129                  */
2130                 convert_pseudo_ld_imm64(env);
2131         }
2132
2133 free_log_buf:
2134         if (log_level)
2135                 vfree(log_buf);
2136 free_env:
2137         if (!env->prog->aux->used_maps)
2138                 /* if we didn't copy map pointers into bpf_prog_info, release
2139                  * them now. Otherwise free_bpf_prog_info() will release them.
2140                  */
2141                 release_maps(env);
2142         *prog = env->prog;
2143         kfree(env);
2144         mutex_unlock(&bpf_verifier_lock);
2145         return ret;
2146 }