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  */
  42 #define _GNU_SOURCE
  43
  44
  45 #include <winsock2.h>
  46 #include <ws2tcpip.h>
  47 #include <sys/time.h>
  48 #include <sys/types.h>
  49 #include <unistd.h>
  50 #include <stdio.h>
  51 #include <string.h>
  52 #include <errno.h>
  53 #include <stdlib.h>
  54 #include <stdint.h>
  55 #include <time.h>
  56
  57 /**
  58  * Should we print some debug output?
  59  */
  60 #define VERBOSE 0
  61
  62
  63 typedef unsigned int uid_t;
  64 typedef SOCKET Socket;
  65 typedef unsigned short ushort;
  66 #define IPDEFTTL 64
  67 #define ICMP_ECHO 8
  68 #define ICMP_TIME_EXCEEDED      11      /* Time Exceeded
  69
  70 /**
  71  * Must match IP given in the client.
  72  */
  73 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  74
  75 /**
  76  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  77  */
  78 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  79
  80 /**
  81  * IPv4 header.
  82  */
  83 struct ip_packet
  84 {
  85
  86   /**
  87    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  88    */
  89   u_char vers_ihl;
  90
  91   /**
  92    * Type of service
  93    */
  94   u_char tos;
  95
  96   /**
  97    * Total length
  98    */
  99   u_short pkt_len;
 100
 101   /**
 102    * Identification
 103    */
 104   u_short id;
 105
 106   /**
 107    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 108    */
 109   u_short flags_frag_offset;
 110
 111   /**
 112    * Time to live
 113    */
 114   u_char  ttl;
 115
 116   /**
 117    * Protocol
 118    */
 119   u_char  proto;
 120
 121   /**
 122    * Header checksum
 123    */
 124   u_short checksum;
 125
 126   /**
 127    * Source address
 128    */
 129   u_long  src_ip;
 130
 131   /**
 132    * Destination address
 133    */
 134   u_long  dst_ip;
 135 };
 136
 137 /**
 138  * Format of ICMP packet.
 139  */
 140 struct icmp_packet
 141 {
 142   uint8_t type;
 143   uint8_t code;
 144   uint16_t checksum;
 145   uint32_t reserved;
 146 };
 147
 148 /**
 149  * Beginning of UDP packet.
 150  */
 151 struct udp_packet
 152 {
 153   uint16_t src_port;
 154
 155   uint16_t dst_port;
 156
 157   uint32_t length;
 158 };
 159
 160 static Socket icmpsock;
 161
 162 static Socket rawsock;
 163
 164 static struct in_addr dummy;
 165
 166 /**
 167  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 168  */
 169 static uint16_t
 170 calc_checksum(const uint16_t *data,
 171               unsigned int bytes)
 172 {
 173   uint32_t sum;
 174   unsigned int i;
 175
 176   sum = 0;
 177   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 178     sum += data[i];
 179   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 180   sum = htons(0xffff - sum);
 181   return sum;
 182 }
 183
 184 /**
 185  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 186  *
 187  * @param af address family
 188  * @param cp the address to print
 189  * @param buf where to write the address result
 190  */
 191 static int
 192 inet_pton (int af,
 193            const char *cp,
 194            struct in_addr *buf)
 195 {
 196   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 197   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 198     {
 199       fprintf(stderr,
 200               "Error %d handling address %s",
 201               WSAGetLastError(),
 202               cp);
 203       return 0;
 204     }
 205   return 1;
 206 }
 207
 208
 209 /**
 210  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 211  *
 212  * @param my_ip source address (our ip address)
 213  */
 214 static void
 215 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 216 {
 217   struct icmp_packet icmp_echo;
 218   struct sockaddr_in dst;
 219   size_t off;
 220   int err;
 221   struct ip_packet ip_pkt;
 222   struct icmp_packet icmp_pkt;
 223   char packet[sizeof (ip_pkt) + sizeof (icmp_pkt)];
 224
 225   off = 0;
 226   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 227   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 228   ip_pkt.tos = 0;
 229   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 230   ip_pkt.id = htons (256);
 231   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 232   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 233   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 234   ip_pkt.checksum = 0;
 235   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 236   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 237   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 238   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (ip_pkt));
 239   off += sizeof (ip_pkt);
 240
 241   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 242   icmp_echo.code = 0;
 243   icmp_echo.reserved = 0;
 244   icmp_echo.checksum = 0;
 245   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 246                                            sizeof (struct icmp_packet)));
 247   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (icmp_echo));
 248   off += sizeof (icmp_echo);
 249
 250   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 251   dst.sin_family = AF_INET;
 252   dst.sin_addr = dummy;
 253   err = sendto(rawsock,
 254                packet, off, 0,
 255                (struct sockaddr*)&dst,
 256                sizeof(dst));
 257   if (err < 0)
 258     {
 259 #if VERBOSE
 260       fprintf(stderr,
 261               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 262 #endif
 263     }
 264   else if (err != off)
 265     {
 266       fprintf(stderr,
 267               "Error: partial send of ICMP message\n");
 268     }
 269 }
 270
 271
 272 static void
 273 process_icmp_response ()
 274 {
 275   char buf[65536];
 276   ssize_t have;
 277   struct in_addr sip;
 278   struct ip_packet ip_pkt;
 279   struct icmp_packet icmp_pkt;
 280   struct udp_packet udp_pkt;
 281   size_t off;
 282   int have_port;
 283   int have_udp;
 284   uint32_t port;
 285
 286   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 287   if (have == -1)
 288     {
 289       fprintf (stderr,
 290                "Error reading raw socket: %s\n",
 291                strerror (errno));
 292       return;
 293     }
 294   have_port = 0;
 295 #if VERBOSE
 296   fprintf (stderr,
 297            "Received message of %u bytes\n",
 298            (unsigned int) have);
 299 #endif
 300   if (have == sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2 + sizeof(uint32_t))
 301     {
 302       have_port = 1;
 303     }
 304   else if (have != sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2)
 305     {
 306 #if VERBOSE
 307       fprintf (stderr,
 308                "Received ICMP message of unexpected size: %u bytes\n",
 309                (unsigned int) have);
 310 #endif
 311       return;
 312     }
 313   off = 0;
 314   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 315   off += sizeof (ip_pkt);
 316   memcpy (&icmp_pkt, &buf[off], sizeof (icmp_pkt));
 317   off += sizeof (icmp_pkt);
 318   if ( ((ip_pkt.proto != IPPROTO_ICMP) && (ip_pkt.proto != IPPROTO_UDP)) ||
 319        (icmp_pkt.type != ICMP_TIME_EXCEEDED) ||
 320        (icmp_pkt.code != 0) )
 321     {
 322       /* maybe we got an actual reply back... */
 323       return;
 324     }
 325   memcpy(&sip,
 326          &ip_pkt.src_ip,
 327          sizeof (sip));
 328   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 329   off += sizeof (ip_pkt);
 330   have_udp = (ip_pkt.proto == IPPROTO_UDP);
 331
 332   if (have_port)
 333     {
 334       memcpy(&port,
 335              &buf[sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2],
 336              sizeof(uint32_t));
 337       port = ntohs(port);
 338       DWORD ssize = sizeof(buf);
 339       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 340                          sizeof(sip),
 341                          NULL,
 342                          buf,
 343                          &ssize);
 344       fprintf (stdout,
 345                "%s:%d\n",
 346                buf,
 347                port);
 348     }
 349   else if (have_udp)
 350     {
 351       memcpy(&udp_pkt,
 352              &buf[off],
 353              sizeof(udp_pkt));
 354       DWORD ssize = sizeof(buf);
 355       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 356                          sizeof(sip),
 357                          NULL,
 358                          buf,
 359                          &ssize);
 360       fprintf (stdout,
 361                "%s:%d\n",
 362                buf,
 363                ntohs((int)udp_pkt.length));
 364     }
 365   else
 366     {
 367       DWORD ssize = sizeof(buf);
 368       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 369                          sizeof(sip),
 370                          NULL,
 371                          buf,
 372                          &ssize);
 373       fprintf (stdout,
 374                "%s\n",
 375                buf);
 376     }
 377   fflush (stdout);
 378 }
 379
 380
 381 static Socket
 382 make_icmp_socket ()
 383 {
 384   Socket ret;
 385
 386   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 387   if (INVALID_SOCKET == ret)
 388     {
 389       fprintf (stderr,
 390                "Error opening RAW socket: %s\n",
 391                strerror (errno));
 392       return -1;
 393     }
 394   return ret;
 395 }
 396
 397
 398 static Socket
 399 make_raw_socket ()
 400 {
 401   DWORD bOptVal = TRUE;
 402   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 403
 404   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 405   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 406     {
 407       fprintf (stderr,
 408                "Error opening RAW socket: %s\n",
 409                strerror (errno));
 410       return INVALID_SOCKET;
 411     }
 412
 413   if (setsockopt(rawsock,
 414                  SOL_SOCKET,
 415                  SO_BROADCAST,
 416                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 417     {
 418       fprintf(stderr,
 419               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 420               strerror (errno));
 421       closesocket(rawsock);
 422       return INVALID_SOCKET;
 423     }
 424   if (setsockopt(rawsock,
 425                  IPPROTO_IP,
 426                  IP_HDRINCL,
 427                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 428     {
 429       fprintf(stderr,
 430               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 431               strerror (errno));
 432       closesocket(rawsock);
 433       return INVALID_SOCKET;
 434     }
 435   return rawsock;
 436 }
 437
 438
 439 int
 440 main (int argc,
 441       char *const *argv)
 442 {
 443   struct in_addr external;
 444   fd_set rs;
 445   struct timeval tv;
 446   WSADATA wsaData;
 447
 448   if (argc != 2)
 449     {
 450       fprintf (stderr,
 451                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 452       return 1;
 453     }
 454   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 455     {
 456       fprintf (stderr,
 457                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 458                argv[1], strerror (errno));
 459       return 1;
 460     }
 461   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 462     {
 463       fprintf (stderr,
 464                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 465       return 2;
 466     }
 467   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 468     {
 469       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 470       return 2;
 471     }
 472   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 473     {
 474       return 3;
 475     }
 476   if (-1 == (make_raw_socket()))
 477     {
 478       closesocket (icmpsock);
 479       return 3;
 480     }
 481   while (1)
 482     {
 483       FD_ZERO (&rs);
 484       FD_SET (icmpsock, &rs);
 485       tv.tv_sec = 0;
 486       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 487       if (0 != select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 488         {
 489           if (errno == EINTR)
 490             continue;
 491           fprintf (stderr,
 492                    "select failed: %s\n",
 493                    strerror (errno));
 494           break;
 495         }
 496       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 497         process_icmp_response ();
 498       send_icmp_echo (&external);
 499     }
 500   closesocket(icmpsock);
 501   closesocket(rawsock);
 502   WSACleanup ();
 503   return 4; /* select failed! */
 504 }
 505
 506
 507 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */