src/transport/gnunet-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/transport/gnunet-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  */
  43 #if HAVE_CONFIG_H
  44 /* Just needed for HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN test macro! */
  45 #include "gnunet_config.h"
  46 #else
  47 #define _GNU_SOURCE
  48 #endif
  49 #include <sys/types.h>
  50 #include <sys/socket.h>
  51 #include <arpa/inet.h>
  52 #include <sys/types.h>
  53 #include <unistd.h>
  54 #include <stdio.h>
  55 #include <string.h>
  56 #include <errno.h>
  57 #include <stdlib.h>
  58 #include <stdint.h>
  59 #include <netinet/ip.h>
  60 #include <netinet/ip_icmp.h>
  61 #include <netinet/in.h>
  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  * Format of ICMP packet.
 129  */
 130 struct icmp_ttl_exceeded_header
 131 {
 132   uint8_t type;
 133
 134   uint8_t code;
 135
 136   uint16_t checksum;
 137
 138   uint32_t unused;
 139
 140   /* followed by original payload */
 141 };
 142
 143 struct icmp_echo_header
 144 {
 145   uint8_t type;
 146
 147   uint8_t code;
 148
 149   uint16_t checksum;
 150
 151   uint32_t reserved;
 152 };
 153
 154 /**
 155  * Beginning of UDP packet.
 156  */
 157 struct udp_header
 158 {
 159   uint16_t src_port;
 160
 161   uint16_t dst_port;
 162
 163   uint16_t length;
 164
 165   uint16_t crc;
 166 };
 167
 168 /**
 169  * Socket we use to send our fake ICMP replies.
 170  */
 171 static int rawsock;
 172
 173 /**
 174  * Target "dummy" address of the packet we pretend to respond to.
 175  */
 176 static struct in_addr dummy;
 177
 178 /**
 179  * Our "source" port.
 180  */
 181 static uint16_t port;
 182
 183
 184 /**
 185  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 186  *
 187  * @param data what to calculate the CRC over
 188  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 189  * @return the CRC 16.
 190  */
 191 static uint16_t
 192 calc_checksum (const uint16_t *data,
 193                unsigned int bytes)
 194 {
 195   uint32_t sum;
 196   unsigned int i;
 197
 198   sum = 0;
 199   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 200     sum += data[i];
 201   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 202   sum = htons(0xffff - sum);
 203   return sum;
 204 }
 205
 206
 207 /**
 208  * Send an ICMP message to the target.
 209  *
 210  * @param my_ip source address
 211  * @param other target address
 212  */
 213 static void
 214 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 215                const struct in_addr *other)
 216 {
 217   char packet[sizeof(struct ip_header) * 2 +
 218               sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 219               sizeof(struct udp_header)];
 220   struct ip_header ip_pkt;
 221   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_pkt;
 222   struct udp_header udp_pkt;
 223   struct sockaddr_in dst;
 224   size_t off;
 225   int err;
 226
 227   /* ip header: send to (known) ip address */
 228   off = 0;
 229   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 230   ip_pkt.tos = 0;
 231   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 232   ip_pkt.id = htons(256);
 233   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 234   ip_pkt.ttl = 128;
 235   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 236   ip_pkt.checksum = 0;
 237   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 238   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 239   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 240                                         sizeof (struct ip_header)));
 241   memcpy(&packet[off],
 242          &ip_pkt,
 243          sizeof(struct ip_header));
 244   off += sizeof(struct ip_header);
 245
 246   icmp_pkt.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 247   icmp_pkt.code = 0;
 248   icmp_pkt.checksum = 0;
 249   icmp_pkt.unused = 0;
 250   memcpy(&packet[off],
 251          &icmp_pkt,
 252          sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header));
 253   off += sizeof(struct icmp_ttl_exceeded_header);
 254
 255   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 256   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 257   ip_pkt.tos = 0;
 258   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (struct ip_header) +
 259                          sizeof (struct udp_header));
 260   ip_pkt.id = htons(0);
 261   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 262   ip_pkt.ttl = 128;
 263   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 264   ip_pkt.checksum = 0;
 265   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 266   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 267   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 268                                         sizeof (struct ip_header)));
 269   memcpy(&packet[off],
 270          &ip_pkt,
 271          sizeof(struct ip_header));
 272   off += sizeof(struct ip_header);
 273
 274   /* build UDP header */
 275   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 276   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 277   udp_pkt.length = htons (port);
 278   udp_pkt.crc = 0;
 279   memcpy(&packet[off],
 280          &udp_pkt,
 281          sizeof(struct udp_header));
 282   off += sizeof(struct udp_header);
 283
 284   /* set ICMP checksum */
 285   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[sizeof(struct ip_header)],
 286                                           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 287                                           sizeof (struct ip_header) +
 288                                           sizeof (struct udp_header)));
 289   memcpy (&packet[sizeof(struct ip_header)],
 290           &icmp_pkt,
 291           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 292
 293   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 294   dst.sin_family = AF_INET;
 295 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 296   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 297 #endif
 298   dst.sin_addr = *other;
 299   err = sendto(rawsock,
 300                packet,
 301                sizeof (packet), 0,
 302                (struct sockaddr*)&dst,
 303                sizeof(dst));
 304   if (err < 0)
 305     {
 306       fprintf(stderr,
 307               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 308     }
 309   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 310     {
 311       fprintf(stderr,
 312               "Error: partial send of ICMP message\n");
 313     }
 314 }
 315
 316
 317 /**
 318  * Send an ICMP message to the target.
 319  *
 320  * @param my_ip source address
 321  * @param other target address
 322  */
 323 static void
 324 send_icmp (const struct in_addr *my_ip,
 325            const struct in_addr *other)
 326 {
 327   struct ip_header ip_pkt;
 328   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_ttl;
 329   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 330   struct sockaddr_in dst;
 331   char packet[sizeof (struct ip_header) * 2 +
 332               sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 333               sizeof (struct icmp_echo_header)];
 334   size_t off;
 335   int err;
 336
 337   /* ip header: send to (known) ip address */
 338   off = 0;
 339   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 340   ip_pkt.tos = 0;
 341   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 342   ip_pkt.id = htons (256);
 343   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 344   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 345   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 346   ip_pkt.checksum = 0;
 347   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 348   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 349   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 350                                         sizeof (struct ip_header)));
 351   memcpy (&packet[off],
 352           &ip_pkt,
 353           sizeof (struct ip_header));
 354   off = sizeof (ip_pkt);
 355
 356   /* icmp reply: time exceeded */
 357   icmp_ttl.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 358   icmp_ttl.code = 0;
 359   icmp_ttl.checksum = 0;
 360   icmp_ttl.unused = 0;
 361   memcpy (&packet[off],
 362           &icmp_ttl,
 363           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 364   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 365
 366   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 367   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 368   ip_pkt.tos = 0;
 369   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_echo_header));
 370   ip_pkt.id = htons (256);
 371   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 372   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 373   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 374   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 375   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 376   ip_pkt.checksum = 0;
 377   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 378                                         sizeof (struct ip_header)));
 379   memcpy (&packet[off],
 380           &ip_pkt,
 381           sizeof (struct ip_header));
 382   off += sizeof (struct ip_header);
 383
 384   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 385   icmp_echo.code = 0;
 386   icmp_echo.reserved = htonl (port);
 387   icmp_echo.checksum = 0;
 388   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 389                                            sizeof (struct icmp_echo_header)));
 390   memcpy (&packet[off],
 391           &icmp_echo,
 392           sizeof(struct icmp_echo_header));
 393
 394   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 395   off = sizeof (struct ip_header);
 396   icmp_ttl.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &packet[off],
 397                                           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 398                                           sizeof (struct ip_header) +
 399                                           sizeof (struct icmp_echo_header)));
 400   memcpy (&packet[off],
 401           &icmp_ttl,
 402           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 403
 404   /* prepare for transmission */
 405   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 406   dst.sin_family = AF_INET;
 407 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 408   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 409 #endif
 410   dst.sin_addr = *other;
 411   err = sendto(rawsock,
 412                packet,
 413                sizeof (packet), 0,
 414                (struct sockaddr*)&dst,
 415                sizeof(dst));
 416   if (err < 0)
 417     {
 418       fprintf(stderr,
 419               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 420     }
 421   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 422     {
 423       fprintf(stderr,
 424               "Error: partial send of ICMP message\n");
 425     }
 426 }
 427
 428
 429 /**
 430  * Create an ICMP raw socket for writing.
 431  *
 432  * @return -1 on error
 433  */
 434 static int
 435 make_raw_socket ()
 436 {
 437   const int one = 1;
 438   int ret;
 439
 440   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 441   if (-1 == ret)
 442     {
 443       fprintf (stderr,
 444                "Error opening RAW socket: %s\n",
 445                strerror (errno));
 446       return -1;
 447     }
 448   if (0 != setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,
 449                       (char *)&one, sizeof(one)))
 450     {
 451       fprintf(stderr,
 452               "setsockopt failed: %s\n",
 453               strerror (errno));
 454       close (ret);
 455       return -1;
 456     }
 457   if (0 != setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL,
 458                       (char *)&one, sizeof(one)))
 459     {
 460       fprintf(stderr,
 461               "setsockopt failed: %s\n",
 462               strerror (errno));
 463       close (ret);
 464       return -1;
 465     }
 466   return ret;
 467 }
 468
 469
 470 int
 471 main (int argc, char *const *argv)
 472 {
 473   struct in_addr external;
 474   struct in_addr target;
 475   uid_t uid;
 476   unsigned int p;
 477
 478   if (4 != argc)
 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        (0 == p) ||
 494        (0xFFFF < p) )
 495     {
 496       fprintf (stderr,
 497                "Error parsing port value `%s'\n",
 498                argv[3]);
 499       return 1;
 500     }
 501   port = (uint16_t) p;
 502   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 503     {
 504       fprintf (stderr,
 505                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 506       return 2;
 507     }
 508   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 509     return 2;
 510   uid = getuid ();
 511   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 512     {
 513       fprintf (stderr,
 514                "Failed to setresuid: %s\n",
 515                strerror (errno));
 516       /* not critical, continue anyway */
 517     }
 518   send_icmp (&external,
 519              &target);
 520   send_icmp_udp (&external,
 521                  &target);
 522   close (rawsock);
 523   return 0;
 524 }
 525
 526 /* end of gnunet-nat-client.c */