src/transport/gnunet-nat-client-windows.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/transport/gnunet-nat-client-windows.c
  23  * @brief Tool to help bypass NATs using ICMP method; must run as
  24  *        root (SUID will do) or administrator on W32
  25  *        This code will work under GNU/Linux or W32.
  26  * @author Nathan Evans
  27  *
  28  * This program will send ONE ICMP message using RAW sockets
  29  * to the IP address specified as the second argument.  Since
  30  * it uses RAW sockets, it must be installed SUID or run as 'root'.
  31  * In order to keep the security risk of the resulting SUID binary
  32  * minimal, the program ONLY opens the RAW socket with root
  33  * privileges, then drops them and only then starts to process
  34  * command line arguments.  The code also does not link against
  35  * any shared libraries (except libc) and is strictly minimal
  36  * (except for checking for errors).  The following list of people
  37  * have reviewed this code and considered it safe since the last
  38  * modification (if you reviewed it, please have your name added
  39  * to the list):
  40  *
  41  * - Christian Grothoff
  42  * - Nathan Evans
  43  */
  44 #define _GNU_SOURCE
  45
  46 #include <winsock2.h>
  47 #include <ws2tcpip.h>
  48 #include <sys/time.h>
  49 #include <sys/types.h>
  50 #include <unistd.h>
  51 #include <stdio.h>
  52 #include <string.h>
  53 #include <errno.h>
  54 #include <stdlib.h>
  55 #include <stdint.h>
  56 #include <time.h>
  57
  58
  59 #define ICMP_ECHO 8
  60 #define IPDEFTTL 64
  61 #define ICMP_TIME_EXCEEDED 11
  62
  63 /**
  64  * Must match IP given in the server.
  65  */
  66 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  67
  68 #define NAT_TRAV_PORT 22225
  69
  70 /**
  71  * IPv4 header.
  72  */
  73 struct ip_header
  74 {
  75
  76   /**
  77    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  78    */
  79   uint8_t vers_ihl;
  80
  81   /**
  82    * Type of service
  83    */
  84   uint8_t tos;
  85
  86   /**
  87    * Total length
  88    */
  89   uint16_t pkt_len;
  90
  91   /**
  92    * Identification
  93    */
  94   uint16_t id;
  95
  96   /**
  97    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
  98    */
  99   uint16_t flags_frag_offset;
 100
 101   /**
 102    * Time to live
 103    */
 104   uint8_t ttl;
 105
 106   /**
 107    * Protocol
 108    */
 109   uint8_t proto;
 110
 111   /**
 112    * Header checksum
 113    */
 114   uint16_t checksum;
 115
 116   /**
 117    * Source address
 118    */
 119   uint32_t src_ip;
 120
 121   /**
 122    * Destination address
 123    */
 124   uint32_t dst_ip;
 125 };
 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 /**
 171  * Socket we use to send our ICMP packets.
 172  */
 173 static SOCKET rawsock;
 174
 175 /**
 176  * Target "dummy" address.
 177  */
 178 static struct in_addr dummy;
 179
 180 /**
 181  * Port we are listening on (communicated to the server).
 182  */
 183 static uint16_t port;
 184
 185
 186
 187 /**
 188  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 189  *
 190  * @param af address family
 191  * @param cp the address to print
 192  * @param buf where to write the address result
 193  * @return 1 on success
 194  */
 195 static int
 196 inet_pton (int af,
 197            const char *cp,
 198            struct in_addr *buf)
 199 {
 200   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 201   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 202     {
 203       fprintf(stderr,
 204               "Error %d handling address %s",
 205               WSAGetLastError(),
 206               cp);
 207       return 0;
 208     }
 209   return 1;
 210 }
 211
 212
 213 /**
 214  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 215  *
 216  * @param data what to calculate the CRC over
 217  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 218  * @return the CRC 16.
 219  */
 220 static uint16_t
 221 calc_checksum(const uint16_t *data,
 222               unsigned int bytes)
 223 {
 224   uint32_t sum;
 225   unsigned int i;
 226
 227   sum = 0;
 228   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 229     sum += data[i];
 230   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 231   sum = htons(0xffff - sum);
 232   return sum;
 233 }
 234
 235
 236 /**
 237  * Send an ICMP message to the target.
 238  *
 239  * @param my_ip source address
 240  * @param other target address
 241  */
 242 static void
 243 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 244                const struct in_addr *other)
 245 {
 246   char packet[sizeof(struct ip_header) * 2 +
 247               sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 248               sizeof(struct udp_header)];
 249   struct ip_header ip_pkt;
 250   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_pkt;
 251   struct udp_header udp_pkt;
 252   struct sockaddr_in dst;
 253   size_t off;
 254   int err;
 255
 256   /* ip header: send to (known) ip address */
 257   off = 0;
 258   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 259   ip_pkt.tos = 0;
 260   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (packet));
 261   ip_pkt.id = htons(256);
 262   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 263   ip_pkt.ttl = 128;
 264   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 265   ip_pkt.checksum = 0;
 266   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 267   ip_pkt.dst_ip = other->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   icmp_pkt.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 276   icmp_pkt.code = 0;
 277   icmp_pkt.checksum = 0;
 278   icmp_pkt.unused = 0;
 279   memcpy(&packet[off],
 280          &icmp_pkt,
 281          sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header));
 282   off += sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header);
 283
 284   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 285   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 286   ip_pkt.tos = 0;
 287   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (struct ip_header) +
 288                          sizeof (struct udp_header));
 289   ip_pkt.id = htons(0);
 290   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 291   ip_pkt.ttl = 128;
 292   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 293   ip_pkt.checksum = 0;
 294   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 295   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 296   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 297                                         sizeof (struct ip_header)));
 298   memcpy(&packet[off],
 299          &ip_pkt,
 300          sizeof(struct ip_header));
 301   off += sizeof(struct ip_header);
 302
 303   /* build UDP header */
 304   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 305   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 306   udp_pkt.length = htons (port);
 307   udp_pkt.crc = 0;
 308   memcpy(&packet[off],
 309          &udp_pkt,
 310          sizeof(struct udp_header));
 311   off += sizeof(struct udp_header);
 312
 313   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 314   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[off],
 315                                           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 316                                           sizeof (struct ip_header) +
 317                                           sizeof (struct udp_header)));
 318   memcpy (&packet[sizeof (struct ip_header)],
 319           &icmp_pkt,
 320           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 321
 322   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 323   dst.sin_family = AF_INET;
 324   dst.sin_addr = *other;
 325   err = sendto(rawsock,
 326                packet,
 327                sizeof (packet), 0,
 328                (struct sockaddr*)&dst,
 329                sizeof(dst));
 330   if (err < 0)
 331     {
 332       fprintf(stderr,
 333               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 334     }
 335   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 336     {
 337       fprintf(stderr,
 338               "Error: partial send of ICMP message\n");
 339     }
 340 }
 341
 342
 343 /**
 344  * Send an ICMP message to the target.
 345  *
 346  * @param my_ip source address
 347  * @param other target address
 348  */
 349 static void
 350 send_icmp (const struct in_addr *my_ip,
 351            const struct in_addr *other)
 352 {
 353   struct ip_header ip_pkt;
 354   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_ttl;
 355   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 356   struct sockaddr_in dst;
 357   char packet[sizeof (struct ip_header) * 2 +
 358               sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 359               sizeof(struct icmp_echo_header)];
 360   size_t off;
 361   int err;
 362
 363   /* ip header: send to (known) ip address */
 364   off = 0;
 365   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 366   ip_pkt.tos = 0;
 367   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 368   ip_pkt.id = htons(256);
 369   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 370   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 371   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 372   ip_pkt.checksum = 0;
 373   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 374   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 375   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 376                                         sizeof (struct ip_header)));
 377   memcpy (&packet[off],
 378           &ip_pkt,
 379           sizeof (struct ip_header));
 380   off += sizeof (ip_pkt);
 381
 382   /* icmp reply: time exceeded */
 383   icmp_ttl.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 384   icmp_ttl.code = 0;
 385   icmp_ttl.checksum = 0;
 386   icmp_ttl.unused = 0;
 387   memcpy (&packet[off],
 388           &icmp_ttl,
 389           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 390   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 391
 392   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 393   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 394   ip_pkt.tos = 0;
 395   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_echo_header));
 396   ip_pkt.id = htons (256);
 397   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 398   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 399   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 400   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 401   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 402   ip_pkt.checksum = 0;
 403   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 404                                         sizeof (struct ip_header)));
 405   memcpy (&packet[off],
 406           &ip_pkt,
 407           sizeof (struct ip_header));
 408   off += sizeof (struct ip_header);
 409
 410   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 411   icmp_echo.code = 0;
 412   icmp_echo.reserved = htonl(port);
 413   icmp_echo.checksum = 0;
 414   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 415                                            sizeof (struct icmp_echo_header)));
 416   memcpy (&packet[off],
 417           &icmp_echo,
 418           sizeof(struct icmp_echo_header));
 419
 420   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 421   off = sizeof (struct ip_header);
 422   icmp_ttl.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &packet[off],
 423                                           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 424                                           sizeof (struct ip_header) +
 425                                           sizeof (struct icmp_echo_header)));
 426   memcpy (&packet[off],
 427           &icmp_ttl,
 428           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 429
 430   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 431   dst.sin_family = AF_INET;
 432   dst.sin_addr = *other;
 433
 434   err = sendto(rawsock,
 435                packet,
 436                sizeof (packet), 0,
 437                (struct sockaddr*)&dst,
 438                sizeof(dst));
 439
 440   if (err < 0)
 441     {
 442       fprintf(stderr,
 443               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 444     }
 445   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 446     {
 447       fprintf(stderr,
 448               "Error: partial send of ICMP message\n");
 449     }
 450 }
 451
 452
 453 /**
 454  * Create an ICMP raw socket.
 455  *
 456  * @return INVALID_SOCKET on error
 457  */
 458 static SOCKET
 459 make_raw_socket ()
 460 {
 461   DWORD bOptVal = TRUE;
 462   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 463   SOCKET ret;
 464
 465   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 466   if (INVALID_SOCKET == ret)
 467     {
 468       fprintf (stderr,
 469                "Error opening RAW socket: %s\n",
 470                strerror (errno));
 471       return INVALID_SOCKET;
 472     }
 473   if (0 != setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&bOptVal, bOptLen))
 474     {
 475       fprintf(stderr,
 476               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 477               strerror (errno));
 478       closesocket(rawsock);
 479       return INVALID_SOCKET;
 480     }
 481
 482   if (0 != setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*)&bOptVal, bOptLen))
 483     {
 484       fprintf(stderr,
 485               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 486               strerror (errno));
 487       closesocket(rawsock);
 488       return INVALID_SOCKET;
 489     }
 490   return ret;
 491 }
 492
 493
 494 int
 495 main (int argc, char *const *argv)
 496 {
 497   struct in_addr external;
 498   struct in_addr target;
 499   WSADATA wsaData;
 500
 501   unsigned int p;
 502
 503   if (argc != 4)
 504     {
 505       fprintf (stderr,
 506                "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 507       return 1;
 508     }
 509   if ( (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 510        (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)) )
 511     {
 512       fprintf (stderr,
 513                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 514                strerror (errno));
 515       return 1;
 516     }
 517   if ( (1 != sscanf (argv[3], "%u", &p) ) ||
 518        (0 == p) ||
 519        (0xFFFF < p) )
 520     {
 521       fprintf (stderr,
 522                "Error parsing port value `%s'\n",
 523                argv[3]);
 524       return 1;
 525     }
 526   port = (uint16_t) p;
 527
 528   if (0 != WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData))
 529     {
 530       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 531       return 2;
 532     }
 533   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 534     {
 535       fprintf (stderr,
 536                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 537       return 2;
 538     }
 539   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 540     return 3;
 541   send_icmp (&external,
 542              &target);
 543   send_icmp_udp (&external,
 544                  &target);
 545   closesocket (rawsock);
 546   WSACleanup ();
 547   return 0;
 548 }
 549
 550 /* end of gnunet-nat-client-windows.c */