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 uint32_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 static void
 228 make_echo (const struct in_addr *src_ip,
 229            struct icmp_echo_packet *echo, uint32_t num)
 230 {
 231   memset(echo, 0, sizeof(struct icmp_echo_packet));
 232   echo->type = ICMP_ECHO;
 233   echo->code = 0;
 234   echo->reserved = 0;
 235   echo->checksum = 0;
 236   echo->data = htons(num);
 237   echo->checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)echo,
 238                                        sizeof (struct icmp_echo_packet)));
 239 }
 240
 241 /**
 242  * Send an ICMP message to the target.
 243  *
 244  * @param my_ip source address
 245  * @param other target address
 246  */
 247 static void
 248 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 249                const struct in_addr *other)
 250 {
 251   struct ip_packet ip_pkt;
 252   struct icmp_packet icmp_pkt;
 253   struct udp_packet udp_pkt;
 254
 255   struct sockaddr_in dst;
 256   char packet[sizeof(ip_pkt) * 2 + sizeof(icmp_pkt) * 2 + sizeof(uint32_t)];
 257
 258   size_t off;
 259   int err;
 260
 261   /* ip header: send to (known) ip address */
 262   off = 0;
 263   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 264   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 265   ip_pkt.tos = 0;
 266   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (packet));
 267   ip_pkt.id = htons(256);
 268   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 269   ip_pkt.ttl = 128;
 270   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 271   ip_pkt.checksum = 0;
 272   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 273   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 274   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 275   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 276   off += sizeof(ip_pkt);
 277
 278   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 279   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 280   ip_pkt.tos = 0;
 281   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 282
 283   icmp_pkt.type = 11; /* TTL exceeded */
 284   icmp_pkt.code = 0;
 285   icmp_pkt.checksum = 0;
 286   icmp_pkt.reserved = 0;
 287   memcpy(&packet[off], &icmp_pkt, sizeof(icmp_pkt));
 288   off += sizeof(icmp_pkt);
 289
 290   /* build inner IP header */
 291   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 292   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 293   ip_pkt.tos = 0;
 294   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (ip_pkt) + sizeof(udp_pkt));
 295   ip_pkt.id = htons(0);
 296   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 297   ip_pkt.ttl = 128;
 298   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 299   ip_pkt.checksum = 0;
 300   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 301   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 302   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 303   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 304   off += sizeof(ip_pkt);
 305
 306   /* build UDP header */
 307   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT); /* FIXME: does this port matter? */
 308   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 309
 310   memset(&udp_pkt.length, 0, sizeof(uint32_t));
 311   udp_pkt.length = htonl(port);
 312   memcpy(&packet[off], &udp_pkt, sizeof(udp_pkt));
 313   off += sizeof(udp_pkt);
 314
 315   /* set ICMP checksum */
 316   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[sizeof(ip_pkt)],
 317                             sizeof (icmp_pkt) + sizeof(ip_pkt) + sizeof(udp_pkt)));
 318   memcpy (&packet[sizeof(ip_pkt)], &icmp_pkt, sizeof (icmp_pkt));
 319
 320
 321   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 322   dst.sin_family = AF_INET;
 323   dst.sin_addr = *other;
 324   err = sendto(rawsock,
 325                packet,
 326                off, 0,
 327                (struct sockaddr*)&dst,
 328                sizeof(dst));
 329
 330   if (err < 0)
 331     {
 332       fprintf(stderr,
 333               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 334     }
 335   else if (err != off)
 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_packet ip_pkt;
 354   struct icmp_packet *icmp_pkt;
 355   struct icmp_echo_packet icmp_echo;
 356   struct sockaddr_in dst;
 357   char packet[sizeof (struct ip_packet)*2 + sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)];
 358
 359   size_t off;
 360   int err;
 361
 362   memset(packet, 0, sizeof(packet));
 363   /* ip header: send to (known) ip address */
 364   off = 0;
 365   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 366   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 367   ip_pkt.tos = 0;
 368   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet); /* huh? */
 369   ip_pkt.id = 1;
 370   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 371   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 372   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 373   ip_pkt.checksum = 0;
 374   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 375   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 376   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 377
 378   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 379   off += sizeof (ip_pkt);
 380   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 381   dst.sin_family = AF_INET;
 382   dst.sin_addr = *other;
 383
 384   /* icmp reply: time exceeded */
 385   icmp_pkt = (struct icmp_packet*) &packet[off];
 386   memset(icmp_pkt, 0, sizeof(struct icmp_packet));
 387   icmp_pkt->type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 388   icmp_pkt->code = 0;
 389   icmp_pkt->reserved = 0;
 390   icmp_pkt->checksum = 0;
 391
 392   off += sizeof (struct icmp_packet);
 393
 394   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 395   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 396   ip_pkt.tos = 0;
 397   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 398   ip_pkt.id = 1;
 399   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 400   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 401   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 402   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 403   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 404   ip_pkt.checksum = 0;
 405   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 406   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 407   off += sizeof (struct ip_packet);
 408
 409   make_echo (other, &icmp_echo, port);
 410   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof(struct icmp_echo_packet));
 411   off += sizeof (struct icmp_echo_packet);
 412
 413   icmp_pkt->checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)icmp_pkt,
 414                                              sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct ip_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)));
 415
 416   err = sendto(rawsock,
 417                &packet[0],
 418                off, 0,
 419                (struct sockaddr*)&dst,
 420                sizeof(dst)); /* or sizeof 'struct sockaddr'? */
 421
 422   if (err < 0)
 423     {
 424       fprintf(stderr,
 425               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 426     }
 427   else if (err != off)
 428     {
 429       fprintf(stderr,
 430               "Error: partial send of ICMP message\n");
 431     }
 432 }
 433
 434
 435 /**
 436  * Create an ICMP raw socket.
 437  *
 438  * @return INVALID_SOCKET on error
 439  */
 440 static SOCKET
 441 make_raw_socket ()
 442 {
 443   DWORD bOptVal = TRUE;
 444   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 445   SOCKET ret;
 446
 447   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 448   if (INVALID_SOCKET == ret)
 449     {
 450       fprintf (stderr,
 451                "Error opening RAW socket: %s\n",
 452                strerror (errno));
 453       return INVALID_SOCKET;
 454     }
 455   if (setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 456     {
 457       fprintf(stderr,
 458               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 459               strerror (errno));
 460       closesocket(rawsock);
 461       return INVALID_SOCKET;
 462     }
 463
 464   if (setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 465     {
 466       fprintf(stderr,
 467               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 468               strerror (errno));
 469       closesocket(rawsock);
 470       return INVALID_SOCKET;
 471     }
 472   return ret;
 473 }
 474
 475
 476 int
 477 main (int argc, char *const *argv)
 478 {
 479   struct in_addr external;
 480   struct in_addr target;
 481   WSADATA wsaData;
 482
 483   unsigned int p;
 484
 485   if (argc != 4)
 486     {
 487       fprintf (stderr,
 488                "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 489       return 1;
 490     }
 491   if ( (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 492        (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)) )
 493     {
 494       fprintf (stderr,
 495                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 496                strerror (errno));
 497       return 1;
 498     }
 499   if ( (1 != sscanf (argv[3], "%u", &p) ) ||
 500        (p == 0) ||
 501        (p > 0xFFFF) )
 502     {
 503       fprintf (stderr,
 504                "Error parsing port value `%s'\n",
 505                argv[3]);
 506       return 1;
 507     }
 508   port = (uint16_t) p;
 509
 510   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 511     {
 512       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 513       return 2;
 514     }
 515   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 516     {
 517       fprintf (stderr,
 518                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 519       return 2;
 520     }
 521   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 522     return 3;
 523   send_icmp (&external,
 524              &target);
 525   send_icmp_udp (&external,
 526                  &target);
 527   closesocket (rawsock);
 528   WSACleanup ();
 529   return 0;
 530 }
 531
 532 /* end of gnunet-nat-client-windows.c */