src/nat/gnunet-helper-nat-client.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/nat/gnunet-helper-nat-client.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.
  25  * @author Christian Grothoff
  26  *
  27  * This program will send ONE ICMP message using RAW sockets
  28  * to the IP address specified as the second argument.  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 RAW socket 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  * - Benjamin Kuperman (22 Aug 2010)
  43  */
  44 #if HAVE_CONFIG_H
  45 /* Just needed for HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN test macro! */
  46 #include "gnunet_config.h"
  47 #else
  48 #define _GNU_SOURCE
  49 #endif
  50 #include <sys/types.h>
  51 #include <sys/socket.h>
  52 #include <arpa/inet.h>
  53 #include <sys/types.h>
  54 #include <unistd.h>
  55 #include <stdio.h>
  56 #include <string.h>
  57 #include <errno.h>
  58 #include <stdlib.h>
  59 #include <stdint.h>
  60 #include <netinet/ip.h>
  61 #include <netinet/ip_icmp.h>
  62 #include <netinet/in.h>
  63
  64 /**
  65  * Must match IP given in the server.
  66  */
  67 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  68
  69 #define NAT_TRAV_PORT 22225
  70
  71 /**
  72  * IPv4 header.
  73  */
  74 struct ip_header
  75 {
  76
  77   /**
  78    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  79    */
  80   uint8_t vers_ihl;
  81
  82   /**
  83    * Type of service
  84    */
  85   uint8_t tos;
  86
  87   /**
  88    * Total length
  89    */
  90   uint16_t pkt_len;
  91
  92   /**
  93    * Identification
  94    */
  95   uint16_t id;
  96
  97   /**
  98    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
  99    */
 100   uint16_t flags_frag_offset;
 101
 102   /**
 103    * Time to live
 104    */
 105   uint8_t ttl;
 106
 107   /**
 108    * Protocol
 109    */
 110   uint8_t proto;
 111
 112   /**
 113    * Header checksum
 114    */
 115   uint16_t checksum;
 116
 117   /**
 118    * Source address
 119    */
 120   uint32_t src_ip;
 121
 122   /**
 123    * Destination address
 124    */
 125   uint32_t dst_ip;
 126 };
 127
 128 /**
 129  * Format of ICMP packet.
 130  */
 131 struct icmp_ttl_exceeded_header
 132 {
 133   uint8_t type;
 134
 135   uint8_t code;
 136
 137   uint16_t checksum;
 138
 139   uint32_t unused;
 140
 141   /* followed by original payload */
 142 };
 143
 144 struct icmp_echo_header
 145 {
 146   uint8_t type;
 147
 148   uint8_t code;
 149
 150   uint16_t checksum;
 151
 152   uint32_t reserved;
 153 };
 154
 155 /**
 156  * Beginning of UDP packet.
 157  */
 158 struct udp_header
 159 {
 160   uint16_t src_port;
 161
 162   uint16_t dst_port;
 163
 164   uint16_t length;
 165
 166   uint16_t crc;
 167 };
 168
 169 /**
 170  * Socket we use to send our fake ICMP replies.
 171  */
 172 static int rawsock;
 173
 174 /**
 175  * Target "dummy" address of the packet we pretend to respond to.
 176  */
 177 static struct in_addr dummy;
 178
 179 /**
 180  * Our "source" port.
 181  */
 182 static uint16_t port;
 183
 184
 185 /**
 186  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 187  *
 188  * @param data what to calculate the CRC over
 189  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 190  * @return the CRC 16.
 191  */
 192 static uint16_t
 193 calc_checksum (const uint16_t * data, unsigned int bytes)
 194 {
 195   uint32_t sum;
 196   unsigned int i;
 197
 198   sum = 0;
 199   for (i = 0; i < bytes / 2; i++)
 200     sum += data[i];
 201   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 202   sum = htons (0xffff - sum);
 203   return sum;
 204 }
 205
 206
 207 /**
 208  * Send an ICMP message to the target.
 209  *
 210  * @param my_ip source address
 211  * @param other target address
 212  */
 213 static void
 214 send_icmp_udp (const struct in_addr *my_ip, const struct in_addr *other)
 215 {
 216   char packet[sizeof (struct ip_header) * 2 +
 217               sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 218               sizeof (struct udp_header)];
 219   struct ip_header ip_pkt;
 220   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_pkt;
 221   struct udp_header udp_pkt;
 222   struct sockaddr_in dst;
 223   size_t off;
 224   int err;
 225
 226   /* ip header: send to (known) ip address */
 227   off = 0;
 228   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 229   ip_pkt.tos = 0;
 230   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 231   ip_pkt.id = htons (256);
 232   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 233   ip_pkt.ttl = 128;
 234   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 235   ip_pkt.checksum = 0;
 236   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 237   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 238   ip_pkt.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & ip_pkt,
 239                                           sizeof (struct ip_header)));
 240   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_header));
 241   off += sizeof (struct ip_header);
 242
 243   icmp_pkt.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 244   icmp_pkt.code = 0;
 245   icmp_pkt.checksum = 0;
 246   icmp_pkt.unused = 0;
 247   memcpy (&packet[off], &icmp_pkt, sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 248   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 249
 250   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 251   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 252   ip_pkt.tos = 0;
 253   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (struct ip_header) +
 254                           sizeof (struct udp_header));
 255   ip_pkt.id = htons (0);
 256   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 257   ip_pkt.ttl = 128;
 258   ip_pkt.proto = IPPROTO_UDP;
 259   ip_pkt.checksum = 0;
 260   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 261   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 262   ip_pkt.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & ip_pkt,
 263                                           sizeof (struct ip_header)));
 264   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_header));
 265   off += sizeof (struct ip_header);
 266
 267   /* build UDP header */
 268   udp_pkt.src_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 269   udp_pkt.dst_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 270   udp_pkt.length = htons (port);
 271   udp_pkt.crc = 0;
 272   memcpy (&packet[off], &udp_pkt, sizeof (struct udp_header));
 273   off += sizeof (struct udp_header);
 274
 275   /* set ICMP checksum */
 276   icmp_pkt.checksum =
 277       htons (calc_checksum
 278              ((uint16_t *) & packet[sizeof (struct ip_header)],
 279               sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 280               sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct udp_header)));
 281   memcpy (&packet[sizeof (struct ip_header)], &icmp_pkt,
 282           sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 283
 284   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 285   dst.sin_family = AF_INET;
 286 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 287   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 288 #endif
 289   dst.sin_addr = *other;
 290   err = sendto (rawsock,
 291                 packet,
 292                 sizeof (packet), 0, (struct sockaddr *) &dst, sizeof (dst));
 293   if (err < 0)
 294   {
 295     fprintf (stderr, "sendto failed: %s\n", strerror (errno));
 296   }
 297   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 298   {
 299     fprintf (stderr, "Error: partial send of ICMP message\n");
 300   }
 301 }
 302
 303
 304 /**
 305  * Send an ICMP message to the target.
 306  *
 307  * @param my_ip source address
 308  * @param other target address
 309  */
 310 static void
 311 send_icmp (const struct in_addr *my_ip, const struct in_addr *other)
 312 {
 313   struct ip_header ip_pkt;
 314   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_ttl;
 315   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 316   struct sockaddr_in dst;
 317   char packet[sizeof (struct ip_header) * 2 +
 318               sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 319               sizeof (struct icmp_echo_header)];
 320   size_t off;
 321   int err;
 322
 323   /* ip header: send to (known) ip address */
 324   off = 0;
 325   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 326   ip_pkt.tos = 0;
 327   ip_pkt.pkt_len = htons (sizeof (packet));
 328   ip_pkt.id = htons (256);
 329   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 330   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 331   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 332   ip_pkt.checksum = 0;
 333   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 334   ip_pkt.dst_ip = other->s_addr;
 335   ip_pkt.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & ip_pkt,
 336                                           sizeof (struct ip_header)));
 337   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_header));
 338   off = sizeof (ip_pkt);
 339
 340   /* icmp reply: time exceeded */
 341   icmp_ttl.type = ICMP_TIME_EXCEEDED;
 342   icmp_ttl.code = 0;
 343   icmp_ttl.checksum = 0;
 344   icmp_ttl.unused = 0;
 345   memcpy (&packet[off], &icmp_ttl, sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 346   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 347
 348   /* ip header of the presumably 'lost' udp packet */
 349   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 350   ip_pkt.tos = 0;
 351   ip_pkt.pkt_len =
 352       htons (sizeof (struct ip_header) + sizeof (struct icmp_echo_header));
 353   ip_pkt.id = htons (256);
 354   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 355   ip_pkt.ttl = 1;               /* real TTL would be 1 on a time exceeded packet */
 356   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 357   ip_pkt.src_ip = other->s_addr;
 358   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 359   ip_pkt.checksum = 0;
 360   ip_pkt.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & ip_pkt,
 361                                           sizeof (struct ip_header)));
 362   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (struct ip_header));
 363   off += sizeof (struct ip_header);
 364
 365   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 366   icmp_echo.code = 0;
 367   icmp_echo.reserved = htonl (port);
 368   icmp_echo.checksum = 0;
 369   icmp_echo.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & icmp_echo,
 370                                              sizeof (struct icmp_echo_header)));
 371   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (struct icmp_echo_header));
 372
 373   /* no go back to calculate ICMP packet checksum */
 374   off = sizeof (struct ip_header);
 375   icmp_ttl.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & packet[off],
 376                                             sizeof (struct
 377                                                     icmp_ttl_exceeded_header) +
 378                                             sizeof (struct ip_header) +
 379                                             sizeof (struct icmp_echo_header)));
 380   memcpy (&packet[off], &icmp_ttl, sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 381
 382   /* prepare for transmission */
 383   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 384   dst.sin_family = AF_INET;
 385 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 386   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 387 #endif
 388   dst.sin_addr = *other;
 389   err = sendto (rawsock,
 390                 packet,
 391                 sizeof (packet), 0, (struct sockaddr *) &dst, sizeof (dst));
 392   if (err < 0)
 393   {
 394     fprintf (stderr, "sendto failed: %s\n", strerror (errno));
 395   }
 396   else if (sizeof (packet) != (size_t) err)
 397   {
 398     fprintf (stderr, "Error: partial send of ICMP message\n");
 399   }
 400 }
 401
 402
 403 /**
 404  * Create an ICMP raw socket for writing.
 405  *
 406  * @return -1 on error
 407  */
 408 static int
 409 make_raw_socket ()
 410 {
 411   const int one = 1;
 412   int ret;
 413
 414   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 415   if (-1 == ret)
 416   {
 417     fprintf (stderr, "Error opening RAW socket: %s\n", strerror (errno));
 418     return -1;
 419   }
 420   if (0 != setsockopt (ret, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,
 421                        (char *) &one, sizeof (one)))
 422   {
 423     fprintf (stderr, "setsockopt failed: %s\n", strerror (errno));
 424     close (ret);
 425     return -1;
 426   }
 427   if (0 != setsockopt (ret, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL,
 428                        (char *) &one, sizeof (one)))
 429   {
 430     fprintf (stderr, "setsockopt failed: %s\n", strerror (errno));
 431     close (ret);
 432     return -1;
 433   }
 434   return ret;
 435 }
 436
 437
 438 int
 439 main (int argc, char *const *argv)
 440 {
 441   struct in_addr external;
 442   struct in_addr target;
 443   uid_t uid;
 444   unsigned int p;
 445
 446   if (4 != argc)
 447   {
 448     fprintf (stderr,
 449              "This program must be started with our IP, the targets external IP, and our port as arguments.\n");
 450     return 1;
 451   }
 452   if ((1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external)) ||
 453       (1 != inet_pton (AF_INET, argv[2], &target)))
 454   {
 455     fprintf (stderr, "Error parsing IPv4 address: %s\n", strerror (errno));
 456     return 1;
 457   }
 458   if ((1 != sscanf (argv[3], "%u", &p)) || (0 == p) || (0xFFFF < p))
 459   {
 460     fprintf (stderr, "Error parsing port value `%s'\n", argv[3]);
 461     return 1;
 462   }
 463   port = (uint16_t) p;
 464   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 465   {
 466     fprintf (stderr, "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 467     return 2;
 468   }
 469   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket ()))
 470     return 2;
 471   uid = getuid ();
 472   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 473   {
 474     fprintf (stderr, "Failed to setresuid: %s\n", strerror (errno));
 475     /* not critical, continue anyway */
 476   }
 477   send_icmp (&external, &target);
 478   send_icmp_udp (&external, &target);
 479   close (rawsock);
 480   return 0;
 481 }
 482
 483 /* end of gnunet-helper-nat-client.c */