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 /**
 175  * Port we are listening on (communicated to the server).
 176  */
 177 static uint16_t port;
 178
 179
 180
 181 /**
 182  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 183  *
 184  * @param af address family
 185  * @param cp the address to print
 186  * @param buf where to write the address result
 187  * @return 1 on success
 188  */
 189 static int
 190 inet_pton (int af,
 191            const char *cp,
 192            struct in_addr *buf)
 193 {
 194   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 195   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 196     {
 197       fprintf(stderr,
 198               "Error %d handling address %s",
 199               WSAGetLastError(),
 200               cp);
 201       return 0;
 202     }
 203   return 1;
 204 }
 205
 206
 207 /**
 208  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 209  *
 210  * @param data what to calculate the CRC over
 211  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 212  * @return the CRC 16.
 213  */
 214 static uint16_t
 215 calc_checksum(const uint16_t *data,
 216               unsigned int bytes)
 217 {
 218   uint32_t sum;
 219   unsigned int i;
 220
 221   sum = 0;
 222   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 223     sum += data[i];
 224   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 225   sum = htons(0xffff - sum);
 226   return sum;
 227 }
 228
 229
 230 /**
 231  * Send an ICMP message to the target.
 232  *
 233  * @param my_ip source address
 234  * @param other target address
 235  */
 236 static void
 237 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 238                const struct in_addr *other)
 239 {
 240   struct ip_packet ip_pkt;
 241   struct icmp_packet icmp_pkt;
 242   struct udp_packet udp_pkt;
 243
 244   struct sockaddr_in dst;
 245   char packet[sizeof(ip_pkt) * 2 + sizeof(icmp_pkt) * 2 + sizeof(uint32_t)];
 246
 247   size_t off;
 248   int err;
 249
 250   /* ip header: send to (known) ip address */
 251   off = 0;
 252   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 253   ip_pkt.tos = 0;
 254   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (packet));
 255   ip_pkt.id = htons(256);
 256   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 257   ip_pkt.ttl = 128;
 258   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 259   ip_pkt.checksum = 0;
 260   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 261   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 262   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 263   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 264   off += sizeof(ip_pkt);
 265
 266   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 267   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 268   ip_pkt.tos = 0;
 269   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 270
 271   icmp_pkt.type = 11; /* TTL exceeded */
 272   icmp_pkt.code = 0;
 273   icmp_pkt.checksum = 0;
 274   icmp_pkt.reserved = 0;
 275   memcpy(&packet[off], &icmp_pkt, sizeof(icmp_pkt));
 276   off += sizeof(icmp_pkt);
 277
 278   /* build inner IP header */
 279   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 280   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 281   ip_pkt.tos = 0;
 282   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (ip_pkt) + sizeof(udp_pkt));
 283   ip_pkt.id = htons(0);
 284   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 285   ip_pkt.ttl = 128;
 286   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 287   ip_pkt.checksum = 0;
 288   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 289   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 290   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 291   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 292   off += sizeof(ip_pkt);
 293
 294   /* build UDP header */
 295   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 296   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 297
 298   memset(&udp_pkt.length, 0, sizeof(uint32_t));
 299   udp_pkt.length = htons (port);
 300   memcpy(&packet[off], &udp_pkt, sizeof(udp_pkt));
 301   off += sizeof(udp_pkt);
 302
 303   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 304   off = sizeof (ip_pkt);
 305   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[off],
 306                                           sizeof (icmp_pkt) + sizeof(ip_pkt) + sizeof(udp_pkt)));
 307   memcpy (&packet[off], &icmp_pkt, sizeof (icmp_pkt));
 308
 309
 310   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 311   dst.sin_family = AF_INET;
 312   dst.sin_addr = *other;
 313   err = sendto(rawsock,
 314                packet,
 315                sizeof (packet), 0,
 316                (struct sockaddr*)&dst,
 317                sizeof(dst));
 318
 319   if (err < 0)
 320     {
 321       fprintf(stderr,
 322               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 323     }
 324   else if (err != sizeof (packet))
 325     {
 326       fprintf(stderr,
 327               "Error: partial send of ICMP message\n");
 328     }
 329 }
 330
 331
 332 /**
 333  * Send an ICMP message to the target.
 334  *
 335  * @param my_ip source address
 336  * @param other target address
 337  */
 338 static void
 339 send_icmp (const struct in_addr *my_ip,
 340            const struct in_addr *other)
 341 {
 342   struct ip_packet ip_pkt;
 343   struct icmp_packet *icmp_pkt;
 344   struct icmp_echo_packet icmp_echo;
 345   struct sockaddr_in dst;
 346   char packet[sizeof (struct ip_packet)*2 + sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)];
 347
 348   size_t off;
 349   int err;
 350
 351   memset(packet, 0, sizeof(packet));
 352   /* ip header: send to (known) ip address */
 353   off = 0;
 354   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 355   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 356   ip_pkt.tos = 0;
 357   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet); /* huh? */
 358   ip_pkt.id = 1;
 359   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 360   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 361   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 362   ip_pkt.checksum = 0;
 363   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 364   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 365   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 366
 367   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 368   off += sizeof (ip_pkt);
 369   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 370   dst.sin_family = AF_INET;
 371   dst.sin_addr = *other;
 372
 373   /* icmp reply: time exceeded */
 374   icmp_pkt = (struct icmp_packet*) &packet[off];
 375   memset(icmp_pkt, 0, sizeof(struct icmp_packet));
 376   icmp_pkt->type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 377   icmp_pkt->code = 0;
 378   icmp_pkt->reserved = 0;
 379   icmp_pkt->checksum = 0;
 380
 381   off += sizeof (struct icmp_packet);
 382
 383   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 384   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 385   ip_pkt.tos = 0;
 386   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 387   ip_pkt.id = 1;
 388   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 389   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 390   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 391   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 392   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 393   ip_pkt.checksum = 0;
 394   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 395   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 396   off += sizeof (struct ip_packet);
 397
 398   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 399   icmp_echo.code = 0;
 400   icmp_echo.reserved = 0;
 401   icmp_echo.checksum = 0;
 402   icmp_echo.data = htons(port);
 403   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 404                                            sizeof (struct icmp_echo_packet)));
 405
 406   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof(struct icmp_echo_packet));
 407   off += sizeof (struct icmp_echo_packet);
 408
 409   icmp_pkt->checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)icmp_pkt,
 410                                              sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct ip_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)));
 411
 412   err = sendto(rawsock,
 413                &packet[0],
 414                off, 0,
 415                (struct sockaddr*)&dst,
 416                sizeof(dst)); /* or sizeof 'struct sockaddr'? */
 417
 418   if (err < 0)
 419     {
 420       fprintf(stderr,
 421               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 422     }
 423   else if (err != off)
 424     {
 425       fprintf(stderr,
 426               "Error: partial send of ICMP message\n");
 427     }
 428 }
 429
 430
 431 /**
 432  * Create an ICMP raw socket.
 433  *
 434  * @return INVALID_SOCKET on error
 435  */
 436 static SOCKET
 437 make_raw_socket ()
 438 {
 439   DWORD bOptVal = TRUE;
 440   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 441   SOCKET ret;
 442
 443   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 444   if (INVALID_SOCKET == ret)
 445     {
 446       fprintf (stderr,
 447                "Error opening RAW socket: %s\n",
 448                strerror (errno));
 449       return INVALID_SOCKET;
 450     }
 451   if (setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 452     {
 453       fprintf(stderr,
 454               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 455               strerror (errno));
 456       closesocket(rawsock);
 457       return INVALID_SOCKET;
 458     }
 459
 460   if (setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 461     {
 462       fprintf(stderr,
 463               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 464               strerror (errno));
 465       closesocket(rawsock);
 466       return INVALID_SOCKET;
 467     }
 468   return ret;
 469 }
 470
 471
 472 int
 473 main (int argc, char *const *argv)
 474 {
 475   struct in_addr external;
 476   struct in_addr target;
 477   WSADATA wsaData;
 478
 479   unsigned int p;
 480
 481   if (argc != 4)
 482     {
 483       fprintf (stderr,
 484                "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 485       return 1;
 486     }
 487   if ( (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 488        (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)) )
 489     {
 490       fprintf (stderr,
 491                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 492                strerror (errno));
 493       return 1;
 494     }
 495   if ( (1 != sscanf (argv[3], "%u", &p) ) ||
 496        (p == 0) ||
 497        (p > 0xFFFF) )
 498     {
 499       fprintf (stderr,
 500                "Error parsing port value `%s'\n",
 501                argv[3]);
 502       return 1;
 503     }
 504   port = (uint16_t) p;
 505
 506   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 507     {
 508       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 509       return 2;
 510     }
 511   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 512     {
 513       fprintf (stderr,
 514                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 515       return 2;
 516     }
 517   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 518     return 3;
 519   send_icmp (&external,
 520              &target);
 521   send_icmp_udp (&external,
 522                  &target);
 523   closesocket (rawsock);
 524   WSACleanup ();
 525   return 0;
 526 }
 527
 528 /* end of gnunet-nat-client-windows.c */