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 <ws2tcpip.h>
  47 #include <winsock2.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_packet
  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_packet
 132 {
 133   uint8_t type;
 134
 135   uint8_t code;
 136
 137   uint16_t checksum;
 138
 139   uint32_t reserved;
 140 };
 141
 142 struct icmp_echo_packet
 143 {
 144   uint8_t type;
 145   uint8_t code;
 146   uint16_t checksum;
 147   uint32_t reserved;
 148   uint32_t data;
 149 };
 150
 151 /**
 152  * Beginning of UDP packet.
 153  */
 154 struct udp_packet
 155 {
 156   uint16_t src_port;
 157
 158   uint16_t dst_port;
 159
 160   uint32_t length;
 161 };
 162
 163
 164 /**
 165  * Socket we use to send our ICMP packets.
 166  */
 167 static SOCKET rawsock;
 168
 169 /**
 170  * Target "dummy" address.
 171  */
 172 static struct in_addr dummy;
 173
 174 static uint16_t port;
 175
 176
 177
 178 /**
 179  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 180  *
 181  * @param af address family
 182  * @param cp the address to print
 183  * @param buf where to write the address result
 184  * @return 1 on success
 185  */
 186 static int
 187 inet_pton (int af,
 188            const char *cp,
 189            struct in_addr *buf)
 190 {
 191   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 192   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 193     {
 194       fprintf(stderr,
 195               "Error %d handling address %s",
 196               WSAGetLastError(),
 197               cp);
 198       return 0;
 199     }
 200   return 1;
 201 }
 202
 203
 204 /**
 205  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 206  *
 207  * @param data what to calculate the CRC over
 208  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 209  * @return the CRC 16.
 210  */
 211 static uint16_t
 212 calc_checksum(const uint16_t *data,
 213               unsigned int bytes)
 214 {
 215   uint32_t sum;
 216   unsigned int i;
 217
 218   sum = 0;
 219   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 220     sum += data[i];
 221   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 222   sum = htons(0xffff - sum);
 223   return sum;
 224 }
 225
 226
 227 /**
 228  * Send an ICMP message to the target.
 229  *
 230  * @param my_ip source address
 231  * @param other target address
 232  */
 233 static void
 234 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 235                const struct in_addr *other)
 236 {
 237   struct ip_packet ip_pkt;
 238   struct icmp_packet icmp_pkt;
 239   struct udp_packet udp_pkt;
 240
 241   struct sockaddr_in dst;
 242   char packet[sizeof(ip_pkt) * 2 + sizeof(icmp_pkt) * 2 + sizeof(uint32_t)];
 243
 244   size_t off;
 245   int err;
 246
 247   /* ip header: send to (known) ip address */
 248   off = 0;
 249   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 250   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 251   ip_pkt.tos = 0;
 252   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (packet));
 253   ip_pkt.id = htons(256);
 254   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 255   ip_pkt.ttl = 128;
 256   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 257   ip_pkt.checksum = 0;
 258   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 259   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 260   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 261   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 262   off += sizeof(ip_pkt);
 263
 264   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 265   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 266   ip_pkt.tos = 0;
 267   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 268
 269   icmp_pkt.type = 11; /* TTL exceeded */
 270   icmp_pkt.code = 0;
 271   icmp_pkt.checksum = 0;
 272   icmp_pkt.reserved = 0;
 273   memcpy(&packet[off], &icmp_pkt, sizeof(icmp_pkt));
 274   off += sizeof(icmp_pkt);
 275
 276   /* build inner IP header */
 277   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 278   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 279   ip_pkt.tos = 0;
 280   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (ip_pkt) + sizeof(udp_pkt));
 281   ip_pkt.id = htons(0);
 282   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 283   ip_pkt.ttl = 128;
 284   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 285   ip_pkt.checksum = 0;
 286   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 287   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 288   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 289   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 290   off += sizeof(ip_pkt);
 291
 292   /* build UDP header */
 293   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 294   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 295
 296   memset(&udp_pkt.length, 0, sizeof(uint32_t));
 297   udp_pkt.length = htons (port);
 298   memcpy(&packet[off], &udp_pkt, sizeof(udp_pkt));
 299   off += sizeof(udp_pkt);
 300
 301   /* set ICMP checksum */
 302   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[sizeof(ip_pkt)],
 303                             sizeof (icmp_pkt) + sizeof(ip_pkt) + sizeof(udp_pkt)));
 304   memcpy (&packet[sizeof(ip_pkt)], &icmp_pkt, sizeof (icmp_pkt));
 305
 306
 307   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 308   dst.sin_family = AF_INET;
 309   dst.sin_addr = *other;
 310   err = sendto(rawsock,
 311                packet,
 312                off, 0,
 313                (struct sockaddr*)&dst,
 314                sizeof(dst));
 315
 316   if (err < 0)
 317     {
 318       fprintf(stderr,
 319               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 320     }
 321   else if (err != off)
 322     {
 323       fprintf(stderr,
 324               "Error: partial send of ICMP message\n");
 325     }
 326 }
 327
 328
 329 /**
 330  * Send an ICMP message to the target.
 331  *
 332  * @param my_ip source address
 333  * @param other target address
 334  */
 335 static void
 336 send_icmp (const struct in_addr *my_ip,
 337            const struct in_addr *other)
 338 {
 339   struct ip_packet ip_pkt;
 340   struct icmp_packet *icmp_pkt;
 341   struct icmp_echo_packet icmp_echo;
 342   struct sockaddr_in dst;
 343   char packet[sizeof (struct ip_packet)*2 + sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)];
 344
 345   size_t off;
 346   int err;
 347
 348   memset(packet, 0, sizeof(packet));
 349   /* ip header: send to (known) ip address */
 350   off = 0;
 351   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 352   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 353   ip_pkt.tos = 0;
 354   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet); /* huh? */
 355   ip_pkt.id = 1;
 356   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 357   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 358   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 359   ip_pkt.checksum = 0;
 360   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 361   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 362   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 363
 364   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 365   off += sizeof (ip_pkt);
 366   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 367   dst.sin_family = AF_INET;
 368   dst.sin_addr = *other;
 369
 370   /* icmp reply: time exceeded */
 371   icmp_pkt = (struct icmp_packet*) &packet[off];
 372   memset(icmp_pkt, 0, sizeof(struct icmp_packet));
 373   icmp_pkt->type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 374   icmp_pkt->code = 0;
 375   icmp_pkt->reserved = 0;
 376   icmp_pkt->checksum = 0;
 377
 378   off += sizeof (struct icmp_packet);
 379
 380   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 381   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 382   ip_pkt.tos = 0;
 383   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 384   ip_pkt.id = 1;
 385   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 386   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 387   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 388   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 389   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 390   ip_pkt.checksum = 0;
 391   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 392   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 393   off += sizeof (struct ip_packet);
 394
 395   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 396   icmp_echo.code = 0;
 397   icmp_echo.reserved = 0;
 398   icmp_echo.checksum = 0;
 399   icmp_echo.data = htons(port);
 400   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 401                                            sizeof (struct icmp_echo_packet)));
 402
 403   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof(struct icmp_echo_packet));
 404   off += sizeof (struct icmp_echo_packet);
 405
 406   icmp_pkt->checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)icmp_pkt,
 407                                              sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct ip_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)));
 408
 409   err = sendto(rawsock,
 410                &packet[0],
 411                off, 0,
 412                (struct sockaddr*)&dst,
 413                sizeof(dst)); /* or sizeof 'struct sockaddr'? */
 414
 415   if (err < 0)
 416     {
 417       fprintf(stderr,
 418               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 419     }
 420   else if (err != off)
 421     {
 422       fprintf(stderr,
 423               "Error: partial send of ICMP message\n");
 424     }
 425 }
 426
 427
 428 /**
 429  * Create an ICMP raw socket.
 430  *
 431  * @return INVALID_SOCKET on error
 432  */
 433 static SOCKET
 434 make_raw_socket ()
 435 {
 436   DWORD bOptVal = TRUE;
 437   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 438   SOCKET ret;
 439
 440   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 441   if (INVALID_SOCKET == ret)
 442     {
 443       fprintf (stderr,
 444                "Error opening RAW socket: %s\n",
 445                strerror (errno));
 446       return INVALID_SOCKET;
 447     }
 448   if (setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 449     {
 450       fprintf(stderr,
 451               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 452               strerror (errno));
 453       closesocket(rawsock);
 454       return INVALID_SOCKET;
 455     }
 456
 457   if (setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 458     {
 459       fprintf(stderr,
 460               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 461               strerror (errno));
 462       closesocket(rawsock);
 463       return INVALID_SOCKET;
 464     }
 465   return ret;
 466 }
 467
 468
 469 int
 470 main (int argc, char *const *argv)
 471 {
 472   struct in_addr external;
 473   struct in_addr target;
 474   WSADATA wsaData;
 475
 476   unsigned int p;
 477
 478   if (argc != 4)
 479     {
 480       fprintf (stderr,
 481                "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 482       return 1;
 483     }
 484   if ( (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 485        (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)) )
 486     {
 487       fprintf (stderr,
 488                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 489                strerror (errno));
 490       return 1;
 491     }
 492   if ( (1 != sscanf (argv[3], "%u", &p) ) ||
 493        (p == 0) ||
 494        (p > 0xFFFF) )
 495     {
 496       fprintf (stderr,
 497                "Error parsing port value `%s'\n",
 498                argv[3]);
 499       return 1;
 500     }
 501   port = (uint16_t) p;
 502
 503   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 504     {
 505       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 506       return 2;
 507     }
 508   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 509     {
 510       fprintf (stderr,
 511                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 512       return 2;
 513     }
 514   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 515     return 3;
 516   send_icmp (&external,
 517              &target);
 518   send_icmp_udp (&external,
 519                  &target);
 520   closesocket (rawsock);
 521   WSACleanup ();
 522   return 0;
 523 }
 524
 525 /* end of gnunet-nat-client-windows.c */