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_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  * Format of ICMP packet.
 129  */
 130 struct icmp_packet
 131 {
 132   uint8_t type;
 133
 134   uint8_t code;
 135
 136   uint16_t checksum;
 137
 138   uint32_t reserved;
 139 };
 140
 141 struct icmp_echo_packet
 142 {
 143   uint8_t type;
 144
 145   uint8_t code;
 146
 147   uint16_t checksum;
 148
 149   uint32_t reserved;
 150
 151   uint32_t data;
 152 };
 153
 154 /**
 155  * Beginning of UDP packet.
 156  */
 157 struct udp_packet
 158 {
 159   uint16_t src_port;
 160
 161   uint16_t dst_port;
 162
 163   uint32_t length;
 164 };
 165
 166 /**
 167  * Socket we use to send our fake ICMP replies.
 168  */
 169 static int rawsock;
 170
 171 /**
 172  * Target "dummy" address of the packet we pretend to respond to.
 173  */
 174 static struct in_addr dummy;
 175
 176 /**
 177  * Our "source" port.
 178  */
 179 static uint16_t port;
 180
 181
 182 /**
 183  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 184  *
 185  * @param data what to calculate the CRC over
 186  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 187  * @return the CRC 16.
 188  */
 189 static uint16_t
 190 calc_checksum(const uint16_t *data,
 191               unsigned int bytes)
 192 {
 193   uint32_t sum;
 194   unsigned int i;
 195
 196   sum = 0;
 197   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 198     sum += data[i];
 199   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 200   sum = htons(0xffff - sum);
 201   return sum;
 202 }
 203
 204
 205 /**
 206  * Send an ICMP message to the target.
 207  *
 208  * @param my_ip source address
 209  * @param other target address
 210  */
 211 static void
 212 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip,
 213                const struct in_addr *other)
 214 {
 215   struct ip_packet ip_pkt;
 216   struct icmp_packet icmp_pkt;
 217   struct udp_packet udp_pkt;
 218
 219   struct sockaddr_in dst;
 220   char packet[sizeof(ip_pkt) * 2 + sizeof(icmp_pkt) * 2 + sizeof(uint32_t)];
 221
 222   size_t off;
 223   int err;
 224
 225   /* ip header: send to (known) ip address */
 226   off = 0;
 227   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 228   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 229   ip_pkt.tos = 0;
 230   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (packet));
 231   ip_pkt.id = htons(256);
 232   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 233   ip_pkt.ttl = 128;
 234   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 235   ip_pkt.checksum = 0;
 236   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 237   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 238   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 239   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 240   off += sizeof(ip_pkt);
 241
 242   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 243   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 244   ip_pkt.tos = 0;
 245   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 246
 247   icmp_pkt.type = 11; /* TTL exceeded */
 248   icmp_pkt.code = 0;
 249   icmp_pkt.checksum = 0;
 250   icmp_pkt.reserved = 0;
 251   memcpy(&packet[off], &icmp_pkt, sizeof(icmp_pkt));
 252   off += sizeof(icmp_pkt);
 253
 254   /* build inner IP header */
 255   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 256   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 257   ip_pkt.tos = 0;
 258   ip_pkt.pkt_len = htons(sizeof (ip_pkt) + sizeof(udp_pkt));
 259   ip_pkt.id = htons(0);
 260   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 261   ip_pkt.ttl = 128;
 262   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 263   ip_pkt.checksum = 0;
 264   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 265   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 266   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 267   memcpy(&packet[off], &ip_pkt, sizeof(ip_pkt));
 268   off += sizeof(ip_pkt);
 269
 270   /* build UDP header */
 271   udp_pkt.src_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 272   udp_pkt.dst_port = htons(NAT_TRAV_PORT);
 273
 274   memset(&udp_pkt.length, 0, sizeof(uint32_t));
 275   udp_pkt.length = htons (port);
 276   memcpy(&packet[off], &udp_pkt, sizeof(udp_pkt));
 277   off += sizeof(udp_pkt);
 278
 279   /* set ICMP checksum */
 280   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&packet[sizeof(ip_pkt)],
 281                             sizeof (icmp_pkt) + sizeof(ip_pkt) + sizeof(udp_pkt)));
 282   memcpy (&packet[sizeof(ip_pkt)], &icmp_pkt, sizeof (icmp_pkt));
 283
 284
 285   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 286   dst.sin_family = AF_INET;
 287   dst.sin_addr = *other;
 288   err = sendto(rawsock,
 289                packet,
 290                off, 0,
 291                (struct sockaddr*)&dst,
 292                sizeof(dst));
 293
 294   if (err < 0)
 295     {
 296       fprintf(stderr,
 297               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 298     }
 299   else if (err != off)
 300     {
 301       fprintf(stderr,
 302               "Error: partial send of ICMP message\n");
 303     }
 304 }
 305
 306
 307 /**
 308  * Send an ICMP message to the target.
 309  *
 310  * @param my_ip source address
 311  * @param other target address
 312  */
 313 static void
 314 send_icmp (const struct in_addr *my_ip,
 315            const struct in_addr *other)
 316 {
 317   struct ip_packet ip_pkt;
 318   struct icmp_packet icmp_pkt;
 319   struct icmp_echo_packet icmp_echo;
 320   struct sockaddr_in dst;
 321   char packet[sizeof (struct ip_packet)*2 + sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)];
 322
 323   size_t off;
 324   int err;
 325
 326   /* ip header: send to (known) ip address */
 327   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 328   ip_pkt.tos = 0;
 329   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet); /* huh? */
 330   ip_pkt.id = 1;
 331   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 332   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 333   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 334   ip_pkt.checksum = 0;
 335   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 336   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 337   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 338   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 339   off = sizeof (ip_pkt);
 340
 341   /* icmp reply: time exceeded */
 342   icmp_pkt.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 343   icmp_pkt.code = 0;
 344   icmp_pkt.reserved = 0;
 345   icmp_pkt.checksum = 0;
 346   memcpy (&packet[off],
 347           &icmp_pkt,
 348           sizeof (struct icmp_packet));
 349   off += sizeof (struct icmp_packet);
 350
 351   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 352   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 353   ip_pkt.tos = 0;
 354   ip_pkt.pkt_len = (sizeof (struct ip_packet) + sizeof (struct icmp_echo_packet));
 355   ip_pkt.id = 1;
 356   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 357   ip_pkt.ttl = 1; /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 358   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 359   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 360   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 361   ip_pkt.checksum = 0;
 362   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (struct ip_packet)));
 363   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_packet));
 364   off += sizeof (struct ip_packet);
 365
 366   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 367   icmp_echo.code = 0;
 368   icmp_echo.reserved = 0;
 369   icmp_echo.checksum = 0;
 370   icmp_echo.data = htons(port);
 371   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 372                                            sizeof (struct icmp_echo_packet)));
 373   memcpy (&packet[off],
 374           &icmp_echo,
 375           sizeof(struct icmp_echo_packet));
 376
 377   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 378   off = sizeof (ip_pkt);
 379   icmp_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &packet[off],
 380                                           sizeof (struct icmp_packet) + sizeof(struct ip_packet) + sizeof(struct icmp_echo_packet)));
 381   memcpy (&packet[off],
 382           &icmp_pkt,
 383           sizeof (struct icmp_packet));
 384
 385   /* prepare for transmission */
 386   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 387   dst.sin_family = AF_INET;
 388 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 389   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 390 #endif
 391   dst.sin_addr = *other;
 392   err = sendto(rawsock,
 393                packet,
 394                off, 0,
 395                (struct sockaddr*)&dst,
 396                sizeof(struct sockaddr_in));
 397   if (err < 0)
 398     {
 399       fprintf(stderr,
 400               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 401     }
 402   else if (err != off)
 403     {
 404       fprintf(stderr,
 405               "Error: partial send of ICMP message\n");
 406     }
 407 }
 408
 409
 410 /**
 411  * Create an ICMP raw socket for writing.
 412  *
 413  * @return -1 on error
 414  */
 415 static int
 416 make_raw_socket ()
 417 {
 418   const int one = 1;
 419   int ret;
 420
 421   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 422   if (-1 == ret)
 423     {
 424       fprintf (stderr,
 425                "Error opening RAW socket: %s\n",
 426                strerror (errno));
 427       return -1;
 428     }
 429   if (setsockopt(ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,
 430                  (char *)&one, sizeof(one)) == -1)
 431     {
 432       fprintf(stderr,
 433               "setsockopt failed: %s\n",
 434               strerror (errno));
 435       close (ret);
 436       return -1;
 437     }
 438   if (setsockopt(ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL,
 439                  (char *)&one, sizeof(one)) == -1)
 440     {
 441       fprintf(stderr,
 442               "setsockopt failed: %s\n",
 443               strerror (errno));
 444       close (ret);
 445       return -1;
 446     }
 447   return ret;
 448 }
 449
 450
 451 int
 452 main (int argc, char *const *argv)
 453 {
 454   struct in_addr external;
 455   struct in_addr target;
 456   uid_t uid;
 457   unsigned int p;
 458
 459   if (argc != 4)
 460     {
 461       fprintf (stderr,
 462                "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 463       return 1;
 464     }
 465   if ( (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 466        (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)) )
 467     {
 468       fprintf (stderr,
 469                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 470                strerror (errno));
 471       return 1;
 472     }
 473   if ( (1 != sscanf (argv[3], "%u", &p) ) ||
 474        (p == 0) ||
 475        (p > 0xFFFF) )
 476     {
 477       fprintf (stderr,
 478                "Error parsing port value `%s'\n",
 479                argv[3]);
 480       return 1;
 481     }
 482   port = (uint16_t) p;
 483   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 484     {
 485       fprintf (stderr,
 486                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 487       return 2;
 488     }
 489   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 490     return 2;
 491   uid = getuid ();
 492   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 493     {
 494       fprintf (stderr,
 495                "Failed to setresuid: %s\n",
 496                strerror (errno));
 497       /* not critical, continue anyway */
 498     }
 499   send_icmp (&external,
 500              &target);
 501   send_icmp_udp (&external,
 502                  &target);
 503   close (rawsock);
 504   return 0;
 505 }
 506
 507 /* end of gnunet-nat-client.c */