src/transport/gnunet-nat-server.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.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 (or maybe BSDs, but never W32)
  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 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 two RAW sockets 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/select.h>
  53 #include <sys/time.h>
  54 #include <sys/types.h>
  55 #include <unistd.h>
  56 #include <stdio.h>
  57 #include <string.h>
  58 #include <errno.h>
  59 #include <stdlib.h>
  60 #include <stdint.h>
  61 #include <time.h>
  62 #include <netinet/ip.h>
  63 #include <netinet/ip_icmp.h>
  64 #include <netinet/in.h>
  65
  66 /**
  67  * Should we print some debug output?
  68  */
  69 #define VERBOSE 0
  70
  71 /**
  72  * Must match IP given in the client.
  73  */
  74 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  75
  76 /**
  77  * Port for UDP
  78  */
  79 #define NAT_TRAV_PORT 22225
  80
  81 /**
  82  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  83  */
  84 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  85
  86 /**
  87  * IPv4 header.
  88  */
  89 struct ip_header
  90 {
  91
  92   /**
  93    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  94    */
  95   uint8_t vers_ihl;
  96
  97   /**
  98    * Type of service
  99    */
 100   uint8_t tos;
 101
 102   /**
 103    * Total length
 104    */
 105   uint16_t pkt_len;
 106
 107   /**
 108    * Identification
 109    */
 110   uint16_t id;
 111
 112   /**
 113    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 114    */
 115   uint16_t flags_frag_offset;
 116
 117   /**
 118    * Time to live
 119    */
 120   uint8_t ttl;
 121
 122   /**
 123    * Protocol
 124    */
 125   uint8_t proto;
 126
 127   /**
 128    * Header checksum
 129    */
 130   uint16_t checksum;
 131
 132   /**
 133    * Source address
 134    */
 135   uint32_t src_ip;
 136
 137   /**
 138    * Destination address
 139    */
 140   uint32_t dst_ip;
 141 };
 142
 143 /**
 144  * Format of ICMP packet.
 145  */
 146 struct icmp_ttl_exceeded_header
 147 {
 148   uint8_t type;
 149
 150   uint8_t code;
 151
 152   uint16_t checksum;
 153
 154   uint32_t unused;
 155
 156   /* followed by original payload */
 157 };
 158
 159 struct icmp_echo_header
 160 {
 161   uint8_t type;
 162
 163   uint8_t code;
 164
 165   uint16_t checksum;
 166
 167   uint32_t reserved;
 168 };
 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 int icmpsock;
 189
 190 /**
 191  * Socket we use to send our ICMP requests.
 192  */
 193 static int rawsock;
 194
 195 /**
 196  * Socket we use to send our UDP requests.
 197  */
 198 static int 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  * 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   char packet[sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_echo_header)];
 238   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 239   struct ip_header ip_pkt;
 240   struct sockaddr_in dst;
 241   size_t off;
 242   int err;
 243
 244   off = 0;
 245   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 246   ip_pkt.tos = 0;
 247   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 248   ip_pkt.id = 1;
 249   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 250   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 251   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 252   ip_pkt.checksum = 0;
 253   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 254   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 255   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt,
 256                                         sizeof (struct ip_header)));
 257   memcpy (&packet[off],
 258           &ip_pkt,
 259           sizeof (struct ip_header));
 260   off += sizeof (struct ip_header);
 261
 262   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 263   icmp_echo.code = 0;
 264   icmp_echo.checksum = 0;
 265   icmp_echo.reserved = 0;
 266   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&icmp_echo,
 267                                            sizeof (struct icmp_echo_header)));
 268   memcpy (&packet[off],
 269           &icmp_echo,
 270           sizeof (struct icmp_echo_header));
 271   off += sizeof (struct icmp_echo_header);
 272
 273   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 274   dst.sin_family = AF_INET;
 275 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 276   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 277 #endif
 278   dst.sin_addr = dummy;
 279   err = sendto(rawsock,
 280                packet, off, 0,
 281                (struct sockaddr*)&dst,
 282                sizeof(struct sockaddr_in));
 283   if (err < 0)
 284     {
 285 #if VERBOSE
 286       fprintf(stderr,
 287               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 288 #endif
 289     }
 290   else if (sizeof (packet) != err)
 291     {
 292       fprintf(stderr,
 293               "Error: partial send of ICMP message\n");
 294     }
 295 }
 296
 297
 298 /**
 299  * Send a UDP message to the dummy IP.
 300  *
 301  * @param my_ip source address (our ip address)
 302  */
 303 static void
 304 send_udp ()
 305 {
 306   struct sockaddr_in dst;
 307   ssize_t err;
 308
 309   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 310   dst.sin_family = AF_INET;
 311 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 312   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 313 #endif
 314   dst.sin_addr = dummy;
 315   dst.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 316   err = sendto(udpsock,
 317                NULL, 0, 0,
 318                (struct sockaddr*)&dst,
 319                sizeof(dst));
 320   if (err < 0)
 321     {
 322 #if VERBOSE
 323       fprintf(stderr,
 324               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 325 #endif
 326     }
 327   else if (0 != err)
 328     {
 329       fprintf(stderr,
 330               "Error: partial send of ICMP message\n");
 331     }
 332 }
 333
 334
 335 /**
 336  * We've received an ICMP response.  Process it.
 337  */
 338 static void
 339 process_icmp_response ()
 340 {
 341   char buf[65536];
 342   ssize_t have;
 343   struct in_addr source_ip;
 344   struct ip_header ip_pkt;
 345   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_pkt;
 346   struct icmp_echo_header icmp_echo_pkt;
 347   struct udp_header udp_pkt;
 348   size_t off;
 349   uint32_t port;
 350
 351   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 352   if (-1 == have)
 353     {
 354       fprintf (stderr,
 355                "Error reading raw socket: %s\n",
 356                strerror (errno));
 357       return;
 358     }
 359 #if VERBOSE
 360   fprintf (stderr,
 361            "Received message of %u bytes\n",
 362            (unsigned int) have);
 363 #endif
 364   if (have < sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) + sizeof (struct ip_header) )
 365     {
 366       /* malformed */
 367       return;
 368     }
 369   off = 0;
 370   memcpy (&ip_pkt,
 371           &buf[off],
 372           sizeof (struct ip_header));
 373   off += sizeof (struct ip_header);
 374   memcpy(&source_ip,
 375          &ip_pkt.src_ip,
 376          sizeof (source_ip));
 377   memcpy (&icmp_pkt,
 378           &buf[off],
 379           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 380   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 381   if ( (ICMP_TIME_EXCEEDED != icmp_pkt.type) ||
 382        (0 != icmp_pkt.code) )
 383     {
 384       /* different type than what we want */
 385       return;
 386     }
 387   /* skip 2nd IP header */
 388   off += sizeof (struct ip_header);
 389
 390   switch (ip_pkt.proto)
 391     {
 392     case IPPROTO_ICMP:
 393       if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 394                    sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 395                    sizeof (struct icmp_echo_header)) )
 396         {
 397           /* malformed */
 398           return;
 399         }
 400       /* grab ICMP ECHO content */
 401       memcpy (&icmp_echo_pkt,
 402               &buf[off],
 403               sizeof (struct icmp_echo_header));
 404       port = (uint16_t) htonl (icmp_echo_pkt.reserved);
 405       break;
 406     case IPPROTO_UDP:
 407       if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 408                    sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 409                    sizeof (struct udp_header)) )
 410         {
 411           /* malformed */
 412           return;
 413         }
 414       /* grab UDP content */
 415       memcpy (&udp_pkt,
 416               &buf[off],
 417               sizeof (struct udp_header));
 418       port = ntohs (udp_pkt.crc);
 419       break;
 420     default:
 421       /* different type than what we want */
 422       return;
 423     }
 424
 425   if (port == 0)
 426     fprintf (stdout,
 427              "%s\n",
 428              inet_ntop (AF_INET,
 429                         &source_ip,
 430                         buf,
 431                         sizeof (buf)));
 432   else
 433     fprintf (stdout,
 434              "%s:%d\n",
 435              inet_ntop (AF_INET,
 436                         &source_ip,
 437                         buf,
 438                         sizeof (buf)),
 439              port);
 440   fflush (stdout);
 441 }
 442
 443
 444 /**
 445  * Create an ICMP raw socket for reading.
 446  *
 447  * @return -1 on error
 448  */
 449 static int
 450 make_icmp_socket ()
 451 {
 452   int ret;
 453
 454   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 455   if (-1 == ret)
 456     {
 457       fprintf (stderr,
 458                "Error opening RAW socket: %s\n",
 459                strerror (errno));
 460       return -1;
 461     }
 462   if (ret >= FD_SETSIZE)
 463     {
 464       fprintf (stderr,
 465                "Socket number too large (%d > %u)\n",
 466                ret,
 467                (unsigned int) FD_SETSIZE);
 468       close (ret);
 469       return -1;
 470     }
 471   return ret;
 472 }
 473
 474
 475 /**
 476  * Create an ICMP raw socket for writing.
 477  *
 478  * @return -1 on error
 479  */
 480 static int
 481 make_raw_socket ()
 482 {
 483   const int one = 1;
 484   int ret;
 485
 486   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 487   if (-1 == ret)
 488     {
 489       fprintf (stderr,
 490                "Error opening RAW socket: %s\n",
 491                strerror (errno));
 492       return -1;
 493     }
 494   if (-1 == setsockopt(ret,
 495                        SOL_SOCKET,
 496                        SO_BROADCAST,
 497                        (char *)&one, sizeof(one)))
 498     {
 499       fprintf(stderr,
 500               "setsockopt failed: %s\n",
 501               strerror (errno));
 502       close (ret);
 503       return -1;
 504     }
 505   if (-1 == setsockopt(ret,
 506                        IPPROTO_IP,
 507                        IP_HDRINCL,
 508                        (char *)&one, sizeof(one)))
 509     {
 510       fprintf(stderr,
 511               "setsockopt failed: %s\n",
 512               strerror (errno));
 513       close (ret);
 514       return -1;
 515     }
 516   return ret;
 517 }
 518
 519
 520 /**
 521  * Create a UDP socket for writinging.
 522  *
 523  * @return -1 on error
 524  */
 525 static int
 526 make_udp_socket (const struct in_addr *my_ip)
 527 {
 528   int ret;
 529   struct sockaddr_in addr;
 530
 531   ret = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 532   if (-1 == ret)
 533     {
 534       fprintf (stderr,
 535                "Error opening UDP socket: %s\n",
 536                strerror (errno));
 537       return -1;
 538     }
 539   memset (&addr,
 540           0,
 541           sizeof (addr));
 542   addr.sin_family = AF_INET;
 543 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 544   addr.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 545 #endif
 546   addr.sin_addr = *my_ip;
 547   addr.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 548
 549   if (0 != bind (ret,
 550                  &addr,
 551                  sizeof(addr)))
 552     {
 553       fprintf (stderr,
 554                "Error binding UDP socket to port %u: %s\n",
 555                NAT_TRAV_PORT,
 556                strerror (errno));
 557       /* likely problematic, but not certain, try to continue */
 558     }
 559   return ret;
 560 }
 561
 562
 563 int
 564 main (int argc,
 565       char *const *argv)
 566 {
 567   struct in_addr external;
 568   fd_set rs;
 569   struct timeval tv;
 570   uid_t uid;
 571   unsigned int alt;
 572
 573   if (2 != argc)
 574     {
 575       fprintf (stderr,
 576                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 577       return 1;
 578     }
 579   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 580     {
 581       fprintf (stderr,
 582                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 583                strerror (errno));
 584       return 1;
 585     }
 586   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 587     {
 588       fprintf (stderr,
 589                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 590       return 2;
 591     }
 592   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 593     {
 594       return 3;
 595     }
 596   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 597     {
 598       close (icmpsock);
 599       return 3;
 600     }
 601   uid = getuid ();
 602   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 603     {
 604       fprintf (stderr,
 605                "Failed to setresuid: %s\n",
 606                strerror (errno));
 607       /* not critical, continue anyway */
 608     }
 609   if (-1 == (udpsock = make_udp_socket(&external)))
 610     {
 611       close (icmpsock);
 612       close (rawsock);
 613       return 3;
 614     }
 615   alt = 0;
 616   while (1)
 617     {
 618       FD_ZERO (&rs);
 619       FD_SET (icmpsock, &rs);
 620       tv.tv_sec = 0;
 621       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 622       if (-1 == select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 623         {
 624           if (errno == EINTR)
 625             continue;
 626           fprintf (stderr,
 627                    "select failed: %s\n",
 628                    strerror (errno));
 629           break;
 630         }
 631       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 632         process_icmp_response ();
 633       if (0 == (++alt % 2))
 634         send_icmp_echo (&external);
 635       else
 636         send_udp ();
 637     }
 638   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 639   close (icmpsock);
 640   close (rawsock);
 641   close (udpsock);
 642   return 4;
 643 }
 644
 645
 646 /* end of gnunet-nat-server.c */