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  * Must match IP given in the client.
  64  */
  65 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  66
  67 /**
  68  * TTL to use for our outgoing messages.
  69  */
  70 #define IPDEFTTL 64
  71
  72 #define ICMP_ECHO 8
  73
  74 #define ICMP_TIME_EXCEEDED      11      /* Time Exceeded */
  75
  76 /**
  77  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  78  */
  79 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  80
  81 /**
  82  * IPv4 header.
  83  */
  84 struct ip_packet
  85 {
  86
  87   /**
  88    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  89    */
  90   uint8_t vers_ihl;
  91
  92   /**
  93    * Type of service
  94    */
  95   uint8_t tos;
  96
  97   /**
  98    * Total length
  99    */
 100   uint16_t pkt_len;
 101
 102   /**
 103    * Identification
 104    */
 105   uint16_t id;
 106
 107   /**
 108    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 109    */
 110   uint16_t flags_frag_offset;
 111
 112   /**
 113    * Time to live
 114    */
 115   uint8_t  ttl;
 116
 117   /**
 118    * Protocol
 119    */
 120   uint8_t  proto;
 121
 122   /**
 123    * Header checksum
 124    */
 125   uint16_t checksum;
 126
 127   /**
 128    * Source address
 129    */
 130   uint32_t  src_ip;
 131
 132   /**
 133    * Destination address
 134    */
 135   uint32_t  dst_ip;
 136 };
 137
 138 /**
 139  * Format of ICMP packet.
 140  */
 141 struct icmp_packet
 142 {
 143   uint8_t type;
 144
 145   uint8_t code;
 146
 147   uint16_t checksum;
 148
 149   uint32_t reserved;
 150 };
 151
 152 /**
 153  * Beginning of UDP packet.
 154  */
 155 struct udp_packet
 156 {
 157   uint16_t src_port;
 158
 159   uint16_t dst_port;
 160
 161   uint32_t length;
 162 };
 163
 164 /**
 165  * Socket we use to receive "fake" ICMP replies.
 166  */
 167 static SOCKET icmpsock;
 168
 169 /**
 170  * Socket we use to send our ICMP requests.
 171  */
 172 static SOCKET rawsock;
 173
 174 /**
 175  * Target "dummy" address.
 176  */
 177 static struct in_addr dummy;
 178
 179
 180 /**
 181  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 182  *
 183  * @param data what to calculate the CRC over
 184  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 185  * @return the CRC 16.
 186  */
 187 static uint16_t
 188 calc_checksum(const uint16_t *data,
 189               unsigned int bytes)
 190 {
 191   uint32_t sum;
 192   unsigned int i;
 193
 194   sum = 0;
 195   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 196     sum += data[i];
 197   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 198   sum = htons(0xffff - sum);
 199   return sum;
 200 }
 201
 202
 203 /**
 204  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 205  *
 206  * @param af address family
 207  * @param cp the address to print
 208  * @param buf where to write the address result
 209  * @return 1 on success
 210  */
 211 static int
 212 inet_pton (int af,
 213            const char *cp,
 214            struct in_addr *buf)
 215 {
 216   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 217   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 218     {
 219       fprintf(stderr,
 220               "Error %d handling address %s",
 221               WSAGetLastError(),
 222               cp);
 223       return 0;
 224     }
 225   return 1;
 226 }
 227
 228
 229 /**
 230  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 231  *
 232  * @param my_ip source address (our ip address)
 233  */
 234 static void
 235 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 236 {
 237   struct icmp_packet icmp_echo;
 238   struct sockaddr_in dst;
 239   size_t off;
 240   int err;
 241   struct ip_packet ip_pkt;
 242   struct icmp_packet icmp_pkt;
 243   char packet[sizeof (ip_pkt) + sizeof (icmp_pkt)];
 244
 245   off = 0;
 246   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 247   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 248   ip_pkt.tos = 0;
 249   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 250   ip_pkt.id = htons (256);
 251   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 252   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 253   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 254   ip_pkt.checksum = 0;
 255   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 256   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 257   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 258   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (ip_pkt));
 259   off += sizeof (ip_pkt);
 260
 261   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 262   icmp_echo.code = 0;
 263   icmp_echo.reserved = 0;
 264   icmp_echo.checksum = 0;
 265   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 266                                            sizeof (struct icmp_packet)));
 267   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (icmp_echo));
 268   off += sizeof (icmp_echo);
 269
 270   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 271   dst.sin_family = AF_INET;
 272   dst.sin_addr = dummy;
 273   err = sendto(rawsock,
 274                packet, off, 0,
 275                (struct sockaddr*)&dst,
 276                sizeof(dst));
 277   if (err < 0)
 278     {
 279 #if VERBOSE
 280       fprintf(stderr,
 281               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 282 #endif
 283     }
 284   else if (err != off)
 285     {
 286       fprintf(stderr,
 287               "Error: partial send of ICMP message\n");
 288     }
 289 }
 290
 291
 292 /**
 293  * We've received an ICMP response.  Process it.
 294  */
 295 static void
 296 process_icmp_response ()
 297 {
 298   char buf[65536];
 299   ssize_t have;
 300   struct in_addr sip;
 301   struct ip_packet ip_pkt;
 302   struct icmp_packet icmp_pkt;
 303   struct udp_packet udp_pkt;
 304   size_t off;
 305   int have_port;
 306   uint32_t port;
 307
 308   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 309   if (have == -1)
 310     {
 311       fprintf (stderr,
 312                "Error reading raw socket: %s\n",
 313                strerror (errno));
 314       return;
 315     }
 316   have_port = 0;
 317 #if VERBOSE
 318   fprintf (stderr,
 319            "Received message of %u bytes\n",
 320            (unsigned int) have);
 321 #endif
 322   if (have == sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2 + sizeof(uint32_t))
 323     {
 324       have_port = 1;
 325     }
 326   else if (have != sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2)
 327     {
 328 #if VERBOSE
 329       fprintf (stderr,
 330                "Received ICMP message of unexpected size: %u bytes\n",
 331                (unsigned int) have);
 332 #endif
 333       return;
 334     }
 335   off = 0;
 336   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 337   off += sizeof (ip_pkt);
 338   memcpy (&icmp_pkt, &buf[off], sizeof (icmp_pkt));
 339   off += sizeof (icmp_pkt);
 340   if ( ((ip_pkt.proto != IPPROTO_ICMP) && (ip_pkt.proto != IPPROTO_UDP)) ||
 341        (icmp_pkt.type != ICMP_TIME_EXCEEDED) ||
 342        (icmp_pkt.code != 0) )
 343     {
 344       /* maybe we got an actual reply back... */
 345       return;
 346     }
 347   memcpy(&sip,
 348          &ip_pkt.src_ip,
 349          sizeof (sip));
 350   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 351   off += sizeof (ip_pkt);
 352
 353   if (have_port)
 354     {
 355       memcpy(&port,
 356              &buf[sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2],
 357              sizeof(uint32_t));
 358       port = ntohs(port);
 359       DWORD ssize = sizeof(buf);
 360       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 361                          sizeof(sip),
 362                          NULL,
 363                          buf,
 364                          &ssize);
 365       fprintf (stdout,
 366                "%s:%d\n",
 367                buf,
 368                port);
 369     }
 370   else if (ip_pkt.proto == IPPROTO_UDP)
 371     {
 372       memcpy(&udp_pkt,
 373              &buf[off],
 374              sizeof(udp_pkt));
 375       DWORD ssize = sizeof(buf);
 376       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 377                          sizeof(sip),
 378                          NULL,
 379                          buf,
 380                          &ssize);
 381       fprintf (stdout,
 382                "%s:%d\n",
 383                buf,
 384                ntohs((uint16_t)udp_pkt.length));
 385     }
 386   else
 387     {
 388       DWORD ssize = sizeof(buf);
 389       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 390                          sizeof(sip),
 391                          NULL,
 392                          buf,
 393                          &ssize);
 394       fprintf (stdout,
 395                "%s\n",
 396                buf);
 397     }
 398   fflush (stdout);
 399 }
 400
 401
 402 /**
 403  * Create an ICMP raw socket for reading.
 404  *
 405  * @return INVALID_SOCKET on error
 406  */
 407 static SOCKET
 408 make_icmp_socket ()
 409 {
 410   SOCKET ret;
 411
 412   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 413   if (INVALID_SOCKET == ret)
 414     {
 415       fprintf (stderr,
 416                "Error opening RAW socket: %s\n",
 417                strerror (errno));
 418       return INVALID_SOCKET;
 419     }
 420   return ret;
 421 }
 422
 423
 424 /**
 425  * Create an ICMP raw socket for writing.
 426  *
 427  * @return INVALID_SOCKET on error
 428  */
 429 static SOCKET
 430 make_raw_socket ()
 431 {
 432   DWORD bOptVal = TRUE;
 433   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 434
 435   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 436   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 437     {
 438       fprintf (stderr,
 439                "Error opening RAW socket: %s\n",
 440                strerror (errno));
 441       return INVALID_SOCKET;
 442     }
 443
 444   if (setsockopt(rawsock,
 445                  SOL_SOCKET,
 446                  SO_BROADCAST,
 447                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 448     {
 449       fprintf(stderr,
 450               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 451               strerror (errno));
 452       closesocket(rawsock);
 453       return INVALID_SOCKET;
 454     }
 455   if (setsockopt(rawsock,
 456                  IPPROTO_IP,
 457                  IP_HDRINCL,
 458                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 459     {
 460       fprintf(stderr,
 461               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 462               strerror (errno));
 463       closesocket(rawsock);
 464       return INVALID_SOCKET;
 465     }
 466   return rawsock;
 467 }
 468
 469
 470 int
 471 main (int argc,
 472       char *const *argv)
 473 {
 474   struct in_addr external;
 475   fd_set rs;
 476   struct timeval tv;
 477   WSADATA wsaData;
 478
 479   if (argc != 2)
 480     {
 481       fprintf (stderr,
 482                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 483       return 1;
 484     }
 485   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 486     {
 487       fprintf (stderr,
 488                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 489                argv[1], strerror (errno));
 490       return 1;
 491     }
 492   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 493     {
 494       fprintf (stderr,
 495                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 496       return 2;
 497     }
 498   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 499     {
 500       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 501       return 2;
 502     }
 503   if (INVALID_SOCKET == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 504     {
 505       return 3;
 506     }
 507   if (INVALID_SOCKET == (make_raw_socket()))
 508     {
 509       closesocket (icmpsock);
 510       return 3;
 511     }
 512   while (1)
 513     {
 514       FD_ZERO (&rs);
 515       FD_SET (icmpsock, &rs);
 516       tv.tv_sec = 0;
 517       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 518       if (-1 == select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 519         {
 520           if (errno == EINTR)
 521             continue;
 522           fprintf (stderr,
 523                    "select failed: %s\n",
 524                    strerror (errno));
 525           break;
 526         }
 527       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 528         process_icmp_response ();
 529       send_icmp_echo (&external);
 530     }
 531   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 532   closesocket(icmpsock);
 533   closesocket(rawsock);
 534   WSACleanup ();
 535   return 4;
 536 }
 537
 538
 539 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */