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   memcpy (&ip_pkt,
 389           &buf[off],
 390           sizeof (struct ip_header));
 391   off += sizeof (struct ip_header);
 392
 393   switch (ip_pkt.proto)
 394     {
 395     case IPPROTO_ICMP:
 396       if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 397                    sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 398                    sizeof (struct icmp_echo_header)) )
 399         {
 400           /* malformed */
 401           return;
 402         }
 403       /* grab ICMP ECHO content */
 404       memcpy (&icmp_echo_pkt,
 405               &buf[off],
 406               sizeof (struct icmp_echo_header));
 407       port = (uint16_t)  ntohl (icmp_echo_pkt.reserved);
 408       break;
 409     case IPPROTO_UDP:
 410       if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 411                    sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 412                    sizeof (struct udp_header)) )
 413         {
 414           /* malformed */
 415           return;
 416         }
 417       /* grab UDP content */
 418       memcpy (&udp_pkt,
 419               &buf[off],
 420               sizeof (struct udp_header));
 421       port = ntohs (udp_pkt.length);
 422       break;
 423     default:
 424       /* different type than what we want */
 425       return;
 426     }
 427
 428   if (port == 0)
 429     fprintf (stdout,
 430              "%s\n",
 431              inet_ntop (AF_INET,
 432                         &source_ip,
 433                         buf,
 434                         sizeof (buf)));
 435   else
 436     fprintf (stdout,
 437              "%s:%d\n",
 438              inet_ntop (AF_INET,
 439                         &source_ip,
 440                         buf,
 441                         sizeof (buf)),
 442              port);
 443   fflush (stdout);
 444 }
 445
 446
 447 /**
 448  * Create an ICMP raw socket for reading.
 449  *
 450  * @return -1 on error
 451  */
 452 static int
 453 make_icmp_socket ()
 454 {
 455   int ret;
 456
 457   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 458   if (-1 == ret)
 459     {
 460       fprintf (stderr,
 461                "Error opening RAW socket: %s\n",
 462                strerror (errno));
 463       return -1;
 464     }
 465   if (ret >= FD_SETSIZE)
 466     {
 467       fprintf (stderr,
 468                "Socket number too large (%d > %u)\n",
 469                ret,
 470                (unsigned int) FD_SETSIZE);
 471       close (ret);
 472       return -1;
 473     }
 474   return ret;
 475 }
 476
 477
 478 /**
 479  * Create an ICMP raw socket for writing.
 480  *
 481  * @return -1 on error
 482  */
 483 static int
 484 make_raw_socket ()
 485 {
 486   const int one = 1;
 487   int ret;
 488
 489   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 490   if (-1 == ret)
 491     {
 492       fprintf (stderr,
 493                "Error opening RAW socket: %s\n",
 494                strerror (errno));
 495       return -1;
 496     }
 497   if (-1 == setsockopt(ret,
 498                        SOL_SOCKET,
 499                        SO_BROADCAST,
 500                        (char *)&one, sizeof(one)))
 501     {
 502       fprintf(stderr,
 503               "setsockopt failed: %s\n",
 504               strerror (errno));
 505       close (ret);
 506       return -1;
 507     }
 508   if (-1 == setsockopt(ret,
 509                        IPPROTO_IP,
 510                        IP_HDRINCL,
 511                        (char *)&one, sizeof(one)))
 512     {
 513       fprintf(stderr,
 514               "setsockopt failed: %s\n",
 515               strerror (errno));
 516       close (ret);
 517       return -1;
 518     }
 519   return ret;
 520 }
 521
 522
 523 /**
 524  * Create a UDP socket for writinging.
 525  *
 526  * @return -1 on error
 527  */
 528 static int
 529 make_udp_socket (const struct in_addr *my_ip)
 530 {
 531   int ret;
 532   struct sockaddr_in addr;
 533
 534   ret = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 535   if (-1 == ret)
 536     {
 537       fprintf (stderr,
 538                "Error opening UDP socket: %s\n",
 539                strerror (errno));
 540       return -1;
 541     }
 542   memset (&addr,
 543           0,
 544           sizeof (addr));
 545   addr.sin_family = AF_INET;
 546 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 547   addr.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 548 #endif
 549   addr.sin_addr = *my_ip;
 550   addr.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 551
 552   if (0 != bind (ret,
 553                  &addr,
 554                  sizeof(addr)))
 555     {
 556       fprintf (stderr,
 557                "Error binding UDP socket to port %u: %s\n",
 558                NAT_TRAV_PORT,
 559                strerror (errno));
 560       /* likely problematic, but not certain, try to continue */
 561     }
 562   return ret;
 563 }
 564
 565
 566 int
 567 main (int argc,
 568       char *const *argv)
 569 {
 570   struct in_addr external;
 571   fd_set rs;
 572   struct timeval tv;
 573   uid_t uid;
 574   unsigned int alt;
 575
 576   if (2 != argc)
 577     {
 578       fprintf (stderr,
 579                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 580       return 1;
 581     }
 582   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 583     {
 584       fprintf (stderr,
 585                "Error parsing IPv4 address: %s\n",
 586                strerror (errno));
 587       return 1;
 588     }
 589   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 590     {
 591       fprintf (stderr,
 592                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 593       return 2;
 594     }
 595   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 596     {
 597       return 3;
 598     }
 599   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket()))
 600     {
 601       close (icmpsock);
 602       return 3;
 603     }
 604   uid = getuid ();
 605   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 606     {
 607       fprintf (stderr,
 608                "Failed to setresuid: %s\n",
 609                strerror (errno));
 610       /* not critical, continue anyway */
 611     }
 612   if (-1 == (udpsock = make_udp_socket(&external)))
 613     {
 614       close (icmpsock);
 615       close (rawsock);
 616       return 3;
 617     }
 618   alt = 0;
 619   while (1)
 620     {
 621       FD_ZERO (&rs);
 622       FD_SET (icmpsock, &rs);
 623       tv.tv_sec = 0;
 624       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 625       if (-1 == select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 626         {
 627           if (errno == EINTR)
 628             continue;
 629           fprintf (stderr,
 630                    "select failed: %s\n",
 631                    strerror (errno));
 632           break;
 633         }
 634       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 635         process_icmp_response ();
 636       if (0 == (++alt % 2))
 637         send_icmp_echo (&external);
 638       else
 639         send_udp ();
 640     }
 641   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 642   close (icmpsock);
 643   close (rawsock);
 644   close (udpsock);
 645   return 4;
 646 }
 647
 648
 649 /* end of gnunet-nat-server.c */