src/transport/gnunet-nat-server-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-server-windows.c
  23  * @brief Windows tool to help bypass NATs using ICMP method
  24  *        This code will work under W32 only
  25  * @author Christian Grothoff
  26  *
  27  * This program will send ONE ICMP message every 500 ms RAW sockets
  28  * to a DUMMY IP address and also listens for ICMP replies.  Since
  29  * it uses RAW sockets, it must be run as an administrative user.
  30  * In order to keep the security risk of the resulting binary
  31  * minimal, the program ONLY opens the two RAW sockets with administrative
  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  * - Nathan Evans
  41  * - Christian Grothoff
  42  */
  43 #define _GNU_SOURCE
  44
  45
  46 #include <winsock2.h>
  47 #include <ws2tcpip.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  * Should we print some debug output?
  60  */
  61 #define VERBOSE 0
  62
  63 /**
  64  * Must match IP given in the client.
  65  */
  66 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  67
  68 /**
  69  * Default Port
  70  */
  71 #define NAT_TRAV_PORT 22225
  72
  73 /**
  74  * TTL to use for our outgoing messages.
  75  */
  76 #define IPDEFTTL 64
  77
  78 #define ICMP_ECHO 8
  79
  80 #define ICMP_TIME_EXCEEDED 11
  81
  82 /**
  83  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  84  */
  85 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  86
  87 /**
  88  * IPv4 header.
  89  */
  90 struct ip_header
  91 {
  92
  93   /**
  94    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  95    */
  96   uint8_t vers_ihl;
  97
  98   /**
  99    * Type of service
 100    */
 101   uint8_t tos;
 102
 103   /**
 104    * Total length
 105    */
 106   uint16_t pkt_len;
 107
 108   /**
 109    * Identification
 110    */
 111   uint16_t id;
 112
 113   /**
 114    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 115    */
 116   uint16_t flags_frag_offset;
 117
 118   /**
 119    * Time to live
 120    */
 121   uint8_t  ttl;
 122
 123   /**
 124    * Protocol
 125    */
 126   uint8_t  proto;
 127
 128   /**
 129    * Header checksum
 130    */
 131   uint16_t checksum;
 132
 133   /**
 134    * Source address
 135    */
 136   uint32_t  src_ip;
 137
 138   /**
 139    * Destination address
 140    */
 141   uint32_t  dst_ip;
 142 };
 143
 144 /**
 145  * Format of ICMP packet.
 146  */
 147 struct icmp_ttl_exceeded_header
 148 {
 149   uint8_t type;
 150
 151   uint8_t code;
 152
 153   uint16_t checksum;
 154
 155   uint32_t unused;
 156
 157   /* followed by original payload */
 158 };
 159
 160 struct icmp_echo_header
 161 {
 162   uint8_t type;
 163
 164   uint8_t code;
 165
 166   uint16_t checksum;
 167
 168   uint32_t reserved;
 169 };
 170
 171 /**
 172  * Beginning of UDP packet.
 173  */
 174 struct udp_header
 175 {
 176   uint16_t src_port;
 177
 178   uint16_t dst_port;
 179
 180   uint16_t length;
 181
 182   uint16_t crc;
 183 };
 184
 185 /**
 186  * Socket we use to receive "fake" ICMP replies.
 187  */
 188 static SOCKET icmpsock;
 189
 190 /**
 191  * Socket we use to send our ICMP requests.
 192  */
 193 static SOCKET rawsock;
 194
 195 /**
 196  * Socket we use to send our UDP requests.
 197  */
 198 static SOCKET udpsock;
 199
 200 /**
 201  * Target "dummy" address.
 202  */
 203 static struct in_addr dummy;
 204
 205
 206 /**
 207  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 208  *
 209  * @param data what to calculate the CRC over
 210  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 211  * @return the CRC 16.
 212  */
 213 static uint16_t
 214 calc_checksum(const uint16_t *data,
 215               unsigned int bytes)
 216 {
 217   uint32_t sum;
 218   unsigned int i;
 219
 220   sum = 0;
 221   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 222     sum += data[i];
 223   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 224   sum = htons(0xffff - sum);
 225   return sum;
 226 }
 227
 228
 229 /**
 230  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 231  *
 232  * @param af address family
 233  * @param cp the address to print
 234  * @param buf where to write the address result
 235  * @return 1 on success
 236  */
 237 static int
 238 inet_pton (int af,
 239            const char *cp,
 240            struct in_addr *buf)
 241 {
 242   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 243   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 244     {
 245       fprintf(stderr,
 246               "Error %d handling address %s",
 247               WSAGetLastError(),
 248               cp);
 249       return 0;
 250     }
 251   return 1;
 252 }
 253
 254
 255 /**
 256  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 257  *
 258  * @param my_ip source address (our ip address)
 259  */
 260 static void
 261 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 262 {
 263   char packet[sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_echo_header)];
 264   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 265   struct ip_header ip_pkt;
 266   struct sockaddr_in dst;
 267   size_t off;
 268   int err;
 269
 270   off = 0;
 271   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 272   ip_pkt.tos = 0;
 273   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 274   ip_pkt.id = htons (256);
 275   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 276   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 277   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 278   ip_pkt.checksum = 0;
 279   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 280   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 281   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 282                                         sizeof (struct ip_header)));
 283   memcpy (&packet[off],
 284           &ip_pkt,
 285           sizeof (struct ip_header));
 286   off += sizeof (struct ip_header);
 287
 288   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 289   icmp_echo.code = 0;
 290   icmp_echo.reserved = 0;
 291   icmp_echo.checksum = 0;
 292   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 293                                            sizeof (struct icmp_echo_header)));
 294   memcpy (&packet[off],
 295           &icmp_echo,
 296           sizeof (struct icmp_echo_header));
 297   off += sizeof (struct icmp_echo_header);
 298
 299   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 300   dst.sin_family = AF_INET;
 301   dst.sin_addr = dummy;
 302   err = sendto(rawsock,
 303                packet, off, 0,
 304                (struct sockaddr*)&dst,
 305                sizeof(dst));
 306   if (err < 0)
 307     {
 308 #if VERBOSE
 309       fprintf(stderr,
 310               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 311 #endif
 312     }
 313   else if (err != off)
 314     {
 315       fprintf(stderr,
 316               "Error: partial send of ICMP message\n");
 317     }
 318 }
 319
 320
 321 /**
 322  * Send a UDP message to the dummy IP.
 323  */
 324 static void
 325 send_udp ()
 326 {
 327   struct sockaddr_in dst;
 328   ssize_t err;
 329
 330   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 331   dst.sin_family = AF_INET;
 332   dst.sin_addr = dummy;
 333   dst.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 334   err = sendto(udpsock,
 335                NULL, 0, 0,
 336                (struct sockaddr*)&dst,
 337                sizeof(dst));
 338   if (err < 0)
 339     {
 340 #if VERBOSE
 341       fprintf(stderr,
 342               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 343 #endif
 344     }
 345   else if (0 != err)
 346     {
 347       fprintf(stderr,
 348               "Error: partial send of ICMP message\n");
 349     }
 350 }
 351
 352
 353 /**
 354  * We've received an ICMP response.  Process it.
 355  */
 356 static void
 357 process_icmp_response ()
 358 {
 359   char buf[65536];
 360   ssize_t have;
 361   struct in_addr source_ip;
 362   struct ip_header ip_pkt;
 363   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_ttl;
 364   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 365   struct udp_header udp_pkt;
 366   size_t off;
 367   uint16_t port;
 368   DWORD ssize;
 369
 370   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 371   if (have == -1)
 372     {
 373       fprintf (stderr,
 374                "Error reading raw socket: %s\n",
 375                strerror (errno));
 376       return;
 377     }
 378 #if VERBOSE
 379   fprintf (stderr,
 380            "Received message of %u bytes\n",
 381            (unsigned int) have);
 382 #endif
 383   if (have < (ssize_t) (sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) + sizeof (struct ip_header)))
 384     {
 385       /* malformed */
 386       return;
 387     }
 388   off = 0;
 389   memcpy (&ip_pkt,
 390           &buf[off],
 391           sizeof (struct ip_header));
 392   off += sizeof (struct ip_header);
 393   memcpy(&source_ip,
 394          &ip_pkt.src_ip,
 395          sizeof (source_ip));
 396   memcpy (&icmp_ttl,
 397           &buf[off],
 398           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 399   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 400   if ( (ICMP_TIME_EXCEEDED != icmp_ttl.type) ||
 401        (0 != icmp_ttl.code) )
 402     {
 403       /* different type than what we want */
 404       return;
 405     }
 406   /* skip 2nd IP header */
 407   memcpy (&ip_pkt,
 408           &buf[off],
 409           sizeof (struct ip_header));
 410   off += sizeof (struct ip_header);
 411
 412   switch (ip_pkt.proto)
 413     {
 414     case IPPROTO_ICMP:
 415       if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 416                    sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 417                    sizeof (struct icmp_echo_header)) )
 418         {
 419           /* malformed */
 420           return;
 421         }
 422       /* grab ICMP ECHO content */
 423       memcpy (&icmp_echo,
 424               &buf[off],
 425               sizeof (struct icmp_echo_header));
 426       port = (uint16_t)  ntohl (icmp_echo.reserved);
 427       break;
 428     case IPPROTO_UDP:
 429       if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 430                    sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 431                    sizeof (struct udp_header)) )
 432         {
 433           /* malformed */
 434           return;
 435         }
 436       /* grab UDP content */
 437       memcpy (&udp_pkt,
 438               &buf[off],
 439               sizeof (struct udp_header));
 440       port = ntohs (udp_pkt.length);
 441       break;
 442     default:
 443       /* different type than what we want */
 444       return;
 445     }
 446
 447   ssize = sizeof(buf);
 448   WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&source_ip,
 449                      sizeof(source_ip),
 450                      NULL,
 451                      buf,
 452                      &ssize);
 453   if (port == 0)
 454     fprintf (stdout,
 455              "%s\n",
 456              buf);
 457   else
 458     fprintf (stdout,
 459              "%s:%u\n",
 460              buf,
 461              (unsigned int) port);
 462   fflush (stdout);
 463 }
 464
 465
 466 /**
 467  * Create an ICMP raw socket for reading.
 468  *
 469  * @return INVALID_SOCKET on error
 470  */
 471 static SOCKET
 472 make_icmp_socket ()
 473 {
 474   SOCKET ret;
 475
 476   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 477   if (INVALID_SOCKET == ret)
 478     {
 479       fprintf (stderr,
 480                "Error opening RAW socket: %s\n",
 481                strerror (errno));
 482       return INVALID_SOCKET;
 483     }
 484   return ret;
 485 }
 486
 487
 488 /**
 489  * Create an ICMP raw socket for writing.
 490  *
 491  * @return INVALID_SOCKET on error
 492  */
 493 static SOCKET
 494 make_raw_socket ()
 495 {
 496   DWORD bOptVal = TRUE;
 497   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 498
 499   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 500   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 501     {
 502       fprintf (stderr,
 503                "Error opening RAW socket: %s\n",
 504                strerror (errno));
 505       return INVALID_SOCKET;
 506     }
 507
 508   if (0 != setsockopt(rawsock,
 509                       SOL_SOCKET,
 510                       SO_BROADCAST,
 511                       (char*)&bOptVal, bOptLen))
 512     {
 513       fprintf(stderr,
 514               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 515               strerror (errno));
 516       closesocket(rawsock);
 517       return INVALID_SOCKET;
 518     }
 519   if (0 != setsockopt(rawsock,
 520                       IPPROTO_IP,
 521                       IP_HDRINCL,
 522                       (char*)&bOptVal, bOptLen))
 523     {
 524       fprintf(stderr,
 525               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 526               strerror (errno));
 527       closesocket(rawsock);
 528       return INVALID_SOCKET;
 529     }
 530   return rawsock;
 531 }
 532
 533
 534 /**
 535  * Create a UDP socket for writing.
 536  *
 537  * @param my_ip source address (our ip address)
 538  * @return INVALID_SOCKET on error
 539  */
 540 static SOCKET
 541 make_udp_socket (const struct in_addr *my_ip)
 542 {
 543   SOCKET ret;
 544   struct sockaddr_in addr;
 545
 546   ret = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 547   if (INVALID_SOCKET == ret)
 548     {
 549       fprintf (stderr,
 550                "Error opening UDP socket: %s\n",
 551                strerror (errno));
 552       return INVALID_SOCKET;
 553     }
 554   memset (&addr, 0, sizeof (addr));
 555   addr.sin_family = AF_INET;
 556   addr.sin_addr = *my_ip;
 557   addr.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 558   if (0 != bind (ret,
 559                  (struct sockaddr *)&addr,
 560                  sizeof(addr)))
 561     {
 562       fprintf (stderr,
 563                "Error binding UDP socket to port %u: %s\n",
 564                NAT_TRAV_PORT,
 565                strerror (errno));
 566       /* likely problematic, but not certain, try to continue */
 567     }
 568   return ret;
 569 }
 570
 571
 572 int
 573 main (int argc,
 574       char *const *argv)
 575 {
 576   struct in_addr external;
 577   fd_set rs;
 578   struct timeval tv;
 579   WSADATA wsaData;
 580   unsigned int alt;
 581
 582   alt = 0;
 583   if (2 != argc)
 584     {
 585       fprintf (stderr,
 586                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 587       return 1;
 588     }
 589   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 590     {
 591       fprintf (stderr,
 592                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 593                argv[1], strerror (errno));
 594       return 1;
 595     }
 596   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 597     {
 598       fprintf (stderr,
 599                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 600       return 2;
 601     }
 602   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 603     {
 604       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 605       return 2;
 606     }
 607   if (INVALID_SOCKET == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 608     {
 609       return 3;
 610     }
 611   if (INVALID_SOCKET == (make_raw_socket()))
 612     {
 613       closesocket (icmpsock);
 614       return 3;
 615     }
 616   if (INVALID_SOCKET == (udpsock = make_udp_socket(&external)))
 617     {
 618       closesocket (icmpsock);
 619       closesocket (rawsock);
 620       return 3;
 621     }
 622   while (1)
 623     {
 624       FD_ZERO (&rs);
 625       FD_SET (icmpsock, &rs);
 626       tv.tv_sec = 0;
 627       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 628       if (-1 == select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 629         {
 630           if (errno == EINTR)
 631             continue;
 632           fprintf (stderr,
 633                    "select failed: %s\n",
 634                    strerror (errno));
 635           break;
 636         }
 637       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 638         process_icmp_response ();
 639       if (0 == (++alt % 2))
 640         send_icmp_echo (&external);
 641       else
 642         send_udp ();
 643     }
 644   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 645   closesocket(icmpsock);
 646   closesocket(rawsock);
 647   closesocket(udpsock);
 648   WSACleanup ();
 649   return 4;
 650 }
 651
 652
 653 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */