src/nat/gnunet-helper-nat-client.c

   1 /*
   2      This file is part of GNUnet.
   3      (C) 2010 Christian Grothoff (and other contributing authors)
   4
   5      GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
   6      it under the terms of the GNU General Public License as published
   7      by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
   8      option) any later version.
   9
  10      GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
  11      WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13      General Public License for more details.
  14
  15      You should have received a copy of the GNU General Public License
  16      along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
  17      Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  18      Boston, MA 02111-1307, USA.
  19 */
  20
  21 /**
  22  * @file src/nat/gnunet-helper-nat-client.c
  23  * @brief Tool to help bypass NATs using ICMP method; must run as root (SUID will do)
  24  *        This code will work under GNU/Linux only.
  25  * @author Christian Grothoff
  26  *
  27  * This program will send ONE ICMP message using RAW sockets
  28  * to the IP address specified as the second argument.  Since
  29  * it uses RAW sockets, it must be installed SUID or run as 'root'.
  30  * In order to keep the security risk of the resulting SUID binary
  31  * minimal, the program ONLY opens the RAW socket with root
  32  * privileges, then drops them and only then starts to process
  33  * command line arguments.  The code also does not link against
  34  * any shared libraries (except libc) and is strictly minimal
  35  * (except for checking for errors).  The following list of people
  36  * have reviewed this code and considered it safe since the last
  37  * modification (if you reviewed it, please have your name added
  38  * to the list):
  39  *
  40  * - Christian Grothoff
  41  * - Nathan Evans
  42  * - Benjamin Kuperman (22 Aug 2010)
  43  */
  44 #if HAVE_CONFIG_H
  45 /* Just needed for HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN test macro! */
  46 #include "gnunet_config.h"
  47 #else
  48 #define _GNU_SOURCE
  49 #endif
  50 #include <sys/types.h>
  51 #include <sys/socket.h>
  52 #include <arpa/inet.h>
  53 #include <sys/types.h>
  54 #include <unistd.h>
  55 #include <stdio.h>
  56 #include <string.h>
  57 #include <errno.h>
  58 #include <stdlib.h>
  59 #include <stdint.h>
  60 #include <netinet/ip.h>
  61 #include <netinet/ip_icmp.h>
  62 #include <netinet/in.h>
  63
  64 /**
  65  * Must match IP given in the server.
  66  */
  67 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  68
  69 #define NAT_TRAV_PORT 22225
  70
  71 /**
  72  * IPv4 header.
  73  */
  74 struct ip_header
  75 {
  76
  77   /**
  78    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  79    */
  80   uint8_t vers_ihl;
  81
  82   /**
  83    * Type of service
  84    */
  85   uint8_t tos;
  86
  87   /**
  88    * Total length
  89    */
  90   uint16_t pkt_len;
  91
  92   /**
  93    * Identification
  94    */
  95   uint16_t id;
  96
  97   /**
  98    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
  99    */
 100   uint16_t flags_frag_offset;
 101
 102   /**
 103    * Time to live
 104    */
 105   uint8_t ttl;
 106
 107   /**
 108    * Protocol
 109    */
 110   uint8_t proto;
 111
 112   /**
 113    * Header checksum
 114    */
 115   uint16_t checksum;
 116
 117   /**
 118    * Source address
 119    */
 120   uint32_t src_ip;
 121
 122   /**
 123    * Destination address
 124    */
 125   uint32_t dst_ip;
 126 };
 127
 128 /**
 129  * Format of ICMP packet.
 130  */
 131 struct icmp_ttl_exceeded_header
 132 {
 133   uint8_t type;
 134
 135   uint8_t code;
 136
 137   uint16_t checksum;
 138
 139   uint32_t unused;
 140
 141   /* followed by original payload */
 142 };
 143
 144 struct icmp_echo_header
 145 {
 146   uint8_t type;
 147
 148   uint8_t code;
 149
 150   uint16_t checksum;
 151
 152   uint32_t reserved;
 153 };
 154
 155 /**
 156  * Beginning of UDP packet.
 157  */
 158 struct udp_header
 159 {
 160   uint16_t src_port;
 161
 162   uint16_t dst_port;
 163
 164   uint16_t length;
 165
 166   uint16_t crc;
 167 };
 168
 169 /**
 170  * Socket we use to send our fake ICMP replies.
 171  */
 172 static int rawsock;
 173
 174 /**
 175  * Target "dummy" address of the packet we pretend to respond to.
 176  */
 177 static struct in_addr dummy;
 178
 179 /**
 180  * Our "source" port.
 181  */
 182 static uint16_t port;
 183
 184
 185 /**
 186  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 187  *
 188  * @param data what to calculate the CRC over
 189  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 190  * @return the CRC 16.
 191  */
 192 static uint16_t
 193 calc_checksum (const uint16_t *data,
 194                unsigned int bytes)
 195 {
 196   uint32_t sum;
 197   unsigned int i;
 198
 199   sum = 0;
 200   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 201     sum += data[i];
 202   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 203   sum = htons(0xffff - sum);
 204   return sum;
 205 }
 206
 207
 208 /**
 209  * Send an ICMP message to the target.
 210  *
 211  * @param my_ip source address
 212  * @param other target address
 213  */
 214 static void
 215 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 216                const struct in_addr *other)
 217 {
 218   char packet[sizeof(struct ip_header) * 2 +
 219               sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 220               sizeof(struct udp_header)];
 221   struct ip_header ip_pkt;
 222   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_pkt;
 223   struct udp_header udp_pkt;
 224   struct sockaddr_in dst;
 225   size_t off;
 226   int err;
 227
 228   /* ip header: send to (known) ip address */
 229   off = 0;
 230   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 231   ip_pkt.tos = 0;
 232   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 233   ip_pkt.id = htons(256);
 234   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 235   ip_pkt.ttl = 128;
 236   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 237   ip_pkt.checksum = 0;
 238   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 239   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 240   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 241                                         sizeof (struct ip_header)));
 242   memcpy(&packet[off],
 243          &ip_pkt,
 244          sizeof(struct ip_header));
 245   off += sizeof(struct ip_header);
 246
 247   icmp_pkt.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 248   icmp_pkt.code = 0;
 249   icmp_pkt.checksum = 0;
 250   icmp_pkt.unused = 0;
 251   memcpy(&packet[off],
 252          &icmp_pkt,
 253          sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header));
 254   off += sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header);
 255
 256   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 257   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 258   ip_pkt.tos = 0;
 259   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (struct ip_header) +
 260                          sizeof (struct udp_header));
 261   ip_pkt.id = htons(0);
 262   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 263   ip_pkt.ttl = 128;
 264   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 265   ip_pkt.checksum = 0;
 266   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 267   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 268   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 269                                         sizeof (struct ip_header)));
 270   memcpy(&packet[off],
 271          &ip_pkt,
 272          sizeof(struct ip_header));
 273   off += sizeof(struct ip_header);
 274
 275   /* build UDP header */
 276   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 277   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 278   udp_pkt.length = htons (port);
 279   udp_pkt.crc = 0;
 280   memcpy(&packet[off],
 281          &udp_pkt,
 282          sizeof(struct udp_header));
 283   off += sizeof(struct udp_header);
 284
 285   /* set ICMP checksum */
 286   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[sizeof(struct ip_header)],
 287                                           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 288                                           sizeof (struct ip_header) +
 289                                           sizeof (struct udp_header)));
 290   memcpy (&packet[sizeof(struct ip_header)],
 291           &icmp_pkt,
 292           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 293
 294   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 295   dst.sin_family = AF_INET;
 296 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 297   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 298 #endif
 299   dst.sin_addr = *other;
 300   err = sendto(rawsock,
 301                packet,
 302                sizeof (packet), 0,
 303                (struct sockaddr*)&dst,
 304                sizeof(dst));
 305   if (err < 0)
 306     {
 307       fprintf(stderr,
 308               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 309     }
 310   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 311     {
 312       fprintf(stderr,
 313               "Error: partial send of ICMP message\n");
 314     }
 315 }
 316
 317
 318 /**
 319  * Send an ICMP message to the target.
 320  *
 321  * @param my_ip source address
 322  * @param other target address
 323  */
 324 static void
 325 send_icmp (const struct in_addr *my_ip,
 326            const struct in_addr *other)
 327 {
 328   struct ip_header ip_pkt;
 329   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_ttl;
 330   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 331   struct sockaddr_in dst;
 332   char packet[sizeof (struct ip_header) * 2 +
 333               sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 334               sizeof (struct icmp_echo_header)];
 335   size_t off;
 336   int err;
 337
 338   /* ip header: send to (known) ip address */
 339   off = 0;
 340   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 341   ip_pkt.tos = 0;
 342   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 343   ip_pkt.id = htons (256);
 344   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 345   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 346   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 347   ip_pkt.checksum = 0;
 348   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 349   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 350   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 351                                         sizeof (struct ip_header)));
 352   memcpy (&packet[off],
 353           &ip_pkt,
 354           sizeof (struct ip_header));
 355   off = sizeof (ip_pkt);
 356
 357   /* icmp reply: time exceeded */
 358   icmp_ttl.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 359   icmp_ttl.code = 0;
 360   icmp_ttl.checksum = 0;
 361   icmp_ttl.unused = 0;
 362   memcpy (&packet[off],
 363           &icmp_ttl,
 364           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 365   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 366
 367   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 368   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 369   ip_pkt.tos = 0;
 370   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_echo_header));
 371   ip_pkt.id = htons (256);
 372   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 373   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 374   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 375   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 376   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 377   ip_pkt.checksum = 0;
 378   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 379                                         sizeof (struct ip_header)));
 380   memcpy (&packet[off],
 381           &ip_pkt,
 382           sizeof (struct ip_header));
 383   off += sizeof (struct ip_header);
 384
 385   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 386   icmp_echo.code = 0;
 387   icmp_echo.reserved = htonl (port);
 388   icmp_echo.checksum = 0;
 389   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 390                                            sizeof (struct icmp_echo_header)));
 391   memcpy (&packet[off],
 392           &icmp_echo,
 393           sizeof(struct icmp_echo_header));
 394
 395   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 396   off = sizeof (struct ip_header);
 397   icmp_ttl.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &packet[off],
 398                                           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 399                                           sizeof (struct ip_header) +
 400                                           sizeof (struct icmp_echo_header)));
 401   memcpy (&packet[off],
 402           &icmp_ttl,
 403           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 404
 405   /* prepare for transmission */
 406   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 407   dst.sin_family = AF_INET;
 408 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 409   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 410 #endif
 411   dst.sin_addr = *other;
 412   err = sendto(rawsock,
 413                packet,
 414                sizeof (packet), 0,
 415                (struct sockaddr*)&dst,
 416                sizeof(dst));
 417   if (err < 0)
 418     {
 419       fprintf(stderr,
 420               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 421     }
 422   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 423     {
 424       fprintf(stderr,
 425               "Error: partial send of ICMP message\n");
 426     }
 427 }
 428
 429
 430 /**
 431  * Create an ICMP raw socket for writing.
 432  *
 433  * @return -1 on error
 434  */
 435 static int
 436 make_raw_socket ()
 437 {
 438   const int one = 1;
 439   int ret;
 440
 441   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 442   if (-1 == ret)
 443     {
 444       fprintf (stderr,
 445                "Error opening RAW socket: %s\n",
 446                strerror (errno));
 447       return -1;
 448     }
 449   if (0 != setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,
 450                       (char *)&one, sizeof(one)))
 451     {
 452       fprintf(stderr,
 453               "setsockopt failed: %s\n",
 454               strerror (errno));
 455       close (ret);
 456       return -1;
 457     }
 458   if (0 != setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL,
 459                       (char *)&one, sizeof(one)))
 460     {
 461       fprintf(stderr,
 462               "setsockopt failed: %s\n",
 463               strerror (errno));
 464       close (ret);
 465       return -1;
 466     }
 467   return ret;
 468 }
 469
 470
 471 int
 472 main (int argc, char *const *argv)
 473 {
 474   struct in_addr external;
 475   struct in_addr target;
 476   uid_t uid;
 477   unsigned int p;
 478
 479   if (4 != argc)
 480     {
 481       fprintf (stderr,
 482                "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 483       return 1;
 484     }
 485   if ( (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 486        (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)) )
 487     {
 488       fprintf (stderr,
 489                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 490                strerror (errno));
 491       return 1;
 492     }
 493   if ( (1 != sscanf (argv[3], "%u", &p) ) ||
 494        (0 == p) ||
 495        (0xFFFF < p) )
 496     {
 497       fprintf (stderr,
 498                "Error parsing port value `%s'\n",
 499                argv[3]);
 500       return 1;
 501     }
 502   port = (uint16_t) p;
 503   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 504     {
 505       fprintf (stderr,
 506                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 507       return 2;
 508     }
 509   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 510     return 2;
 511   uid = getuid ();
 512   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 513     {
 514       fprintf (stderr,
 515                "Failed to setresuid: %s\n",
 516                strerror (errno));
 517       /* not critical, continue anyway */
 518     }
 519   send_icmp (&external,
 520              &target);
 521   send_icmp_udp (&external,
 522                  &target);
 523   close (rawsock);
 524   return 0;
 525 }
 526
 527 /* end of gnunet-helper-nat-client.c */