src/nat/gnunet-helper-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/nat/gnunet-helper-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  * - 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/select.h>
  54 #include <sys/time.h>
  55 #include <sys/types.h>
  56 #include <unistd.h>
  57 #include <stdio.h>
  58 #include <string.h>
  59 #include <errno.h>
  60 #include <stdlib.h>
  61 #include <stdint.h>
  62 #include <time.h>
  63 #include <netinet/ip.h>
  64 #include <netinet/ip_icmp.h>
  65 #include <netinet/in.h>
  66
  67 /**
  68  * Should we print some debug output?
  69  */
  70 #define VERBOSE 0
  71
  72 /**
  73  * Must match IP given in the client.
  74  */
  75 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  76
  77 /**
  78  * Port for UDP
  79  */
  80 #define NAT_TRAV_PORT 22225
  81
  82 /**
  83  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  84  */
  85 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  86
  87 /**
  88  * IPv4 header.
  89  */
  90 struct ip_header
  91 {
  92
  93   /**
  94    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  95    */
  96   uint8_t vers_ihl;
  97
  98   /**
  99    * Type of service
 100    */
 101   uint8_t tos;
 102
 103   /**
 104    * Total length
 105    */
 106   uint16_t pkt_len;
 107
 108   /**
 109    * Identification
 110    */
 111   uint16_t id;
 112
 113   /**
 114    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 115    */
 116   uint16_t flags_frag_offset;
 117
 118   /**
 119    * Time to live
 120    */
 121   uint8_t ttl;
 122
 123   /**
 124    * Protocol
 125    */
 126   uint8_t proto;
 127
 128   /**
 129    * Header checksum
 130    */
 131   uint16_t checksum;
 132
 133   /**
 134    * Source address
 135    */
 136   uint32_t src_ip;
 137
 138   /**
 139    * Destination address
 140    */
 141   uint32_t dst_ip;
 142 };
 143
 144 /**
 145  * Format of ICMP packet.
 146  */
 147 struct icmp_ttl_exceeded_header
 148 {
 149   uint8_t type;
 150
 151   uint8_t code;
 152
 153   uint16_t checksum;
 154
 155   uint32_t unused;
 156
 157   /* followed by original payload */
 158 };
 159
 160 struct icmp_echo_header
 161 {
 162   uint8_t type;
 163
 164   uint8_t code;
 165
 166   uint16_t checksum;
 167
 168   uint32_t reserved;
 169 };
 170
 171
 172 /**
 173  * Beginning of UDP packet.
 174  */
 175 struct udp_header
 176 {
 177   uint16_t src_port;
 178
 179   uint16_t dst_port;
 180
 181   uint16_t length;
 182
 183   uint16_t crc;
 184 };
 185
 186 /**
 187  * Socket we use to receive "fake" ICMP replies.
 188  */
 189 static int icmpsock;
 190
 191 /**
 192  * Socket we use to send our ICMP requests.
 193  */
 194 static int rawsock;
 195
 196 /**
 197  * Socket we use to send our UDP requests.
 198  */
 199 static int udpsock;
 200
 201 /**
 202  * Target "dummy" address.
 203  */
 204 static struct in_addr dummy;
 205
 206
 207 /**
 208  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 209  *
 210  * @param data what to calculate the CRC over
 211  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 212  * @return the CRC 16.
 213  */
 214 static uint16_t
 215 calc_checksum (const uint16_t * data, 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 = htons (sizeof (packet));
 248   ip_pkt.id = htons (256);
 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], &ip_pkt, sizeof (struct ip_header));
 258   off += sizeof (struct ip_header);
 259
 260   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 261   icmp_echo.code = 0;
 262   icmp_echo.checksum = 0;
 263   icmp_echo.reserved = 0;
 264   icmp_echo.checksum = htons (calc_checksum ((uint16_t *) & icmp_echo,
 265                                              sizeof (struct icmp_echo_header)));
 266   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (struct icmp_echo_header));
 267   off += sizeof (struct icmp_echo_header);
 268
 269   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 270   dst.sin_family = AF_INET;
 271 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 272   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 273 #endif
 274   dst.sin_addr = dummy;
 275   err = sendto (rawsock,
 276                 packet, off, 0, (struct sockaddr *) &dst, sizeof (dst));
 277   if (err < 0)
 278   {
 279 #if VERBOSE
 280     fprintf (stderr, "sendto failed: %s\n", strerror (errno));
 281 #endif
 282   }
 283   else if (sizeof (packet) != err)
 284   {
 285     fprintf (stderr, "Error: partial send of ICMP message\n");
 286   }
 287 }
 288
 289
 290 /**
 291  * Send a UDP message to the dummy IP.
 292  */
 293 static void
 294 send_udp ()
 295 {
 296   struct sockaddr_in dst;
 297   ssize_t err;
 298
 299   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 300   dst.sin_family = AF_INET;
 301 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 302   dst.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 303 #endif
 304   dst.sin_addr = dummy;
 305   dst.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 306   err = sendto (udpsock, NULL, 0, 0, (struct sockaddr *) &dst, sizeof (dst));
 307   if (err < 0)
 308   {
 309 #if VERBOSE
 310     fprintf (stderr, "sendto failed: %s\n", strerror (errno));
 311 #endif
 312   }
 313   else if (0 != err)
 314   {
 315     fprintf (stderr, "Error: partial send of ICMP message\n");
 316   }
 317 }
 318
 319
 320 /**
 321  * We've received an ICMP response.  Process it.
 322  */
 323 static void
 324 process_icmp_response ()
 325 {
 326   char buf[65536];
 327   ssize_t have;
 328   struct in_addr source_ip;
 329   struct ip_header ip_pkt;
 330   struct icmp_ttl_exceeded_header icmp_ttl;
 331   struct icmp_echo_header icmp_echo;
 332   struct udp_header udp_pkt;
 333   size_t off;
 334   uint16_t port;
 335
 336   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 337   if (-1 == have)
 338   {
 339     fprintf (stderr, "Error reading raw socket: %s\n", strerror (errno));
 340     return;
 341   }
 342 #if VERBOSE
 343   fprintf (stderr, "Received message of %u bytes\n", (unsigned int) have);
 344 #endif
 345   if (have <
 346       (ssize_t) (sizeof (struct ip_header) +
 347                  sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 348                  sizeof (struct ip_header)))
 349   {
 350     /* malformed */
 351     return;
 352   }
 353   off = 0;
 354   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (struct ip_header));
 355   off += sizeof (struct ip_header);
 356   memcpy (&source_ip, &ip_pkt.src_ip, sizeof (source_ip));
 357   memcpy (&icmp_ttl, &buf[off], sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header));
 358   off += sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header);
 359   if ((ICMP_TIME_EXCEEDED != icmp_ttl.type) || (0 != icmp_ttl.code))
 360   {
 361     /* different type than what we want */
 362     return;
 363   }
 364   /* skip 2nd IP header */
 365   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (struct ip_header));
 366   off += sizeof (struct ip_header);
 367
 368   switch (ip_pkt.proto)
 369   {
 370   case IPPROTO_ICMP:
 371     if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 372                  sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 373                  sizeof (struct icmp_echo_header)))
 374     {
 375       /* malformed */
 376       return;
 377     }
 378     /* grab ICMP ECHO content */
 379     memcpy (&icmp_echo, &buf[off], sizeof (struct icmp_echo_header));
 380     port = (uint16_t) ntohl (icmp_echo.reserved);
 381     break;
 382   case IPPROTO_UDP:
 383     if (have != (sizeof (struct ip_header) * 2 +
 384                  sizeof (struct icmp_ttl_exceeded_header) +
 385                  sizeof (struct udp_header)))
 386     {
 387       /* malformed */
 388       return;
 389     }
 390     /* grab UDP content */
 391     memcpy (&udp_pkt, &buf[off], sizeof (struct udp_header));
 392     port = ntohs (udp_pkt.length);
 393     break;
 394   default:
 395     /* different type than what we want */
 396     return;
 397   }
 398
 399   if (port == 0)
 400     fprintf (stdout,
 401              "%s\n", inet_ntop (AF_INET, &source_ip, buf, sizeof (buf)));
 402   else
 403     fprintf (stdout,
 404              "%s:%u\n",
 405              inet_ntop (AF_INET,
 406                         &source_ip, buf, sizeof (buf)), (unsigned int) port);
 407   fflush (stdout);
 408 }
 409
 410
 411 /**
 412  * Create an ICMP raw socket for reading.
 413  *
 414  * @return -1 on error
 415  */
 416 static int
 417 make_icmp_socket ()
 418 {
 419   int ret;
 420
 421   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 422   if (-1 == ret)
 423   {
 424     fprintf (stderr, "Error opening RAW socket: %s\n", strerror (errno));
 425     return -1;
 426   }
 427   if (ret >= FD_SETSIZE)
 428   {
 429     fprintf (stderr,
 430              "Socket number too large (%d > %u)\n",
 431              ret, (unsigned int) FD_SETSIZE);
 432     close (ret);
 433     return -1;
 434   }
 435   return ret;
 436 }
 437
 438
 439 /**
 440  * Create an ICMP raw socket for writing.
 441  *
 442  * @return -1 on error
 443  */
 444 static int
 445 make_raw_socket ()
 446 {
 447   const int one = 1;
 448   int ret;
 449
 450   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
 451   if (-1 == ret)
 452   {
 453     fprintf (stderr, "Error opening RAW socket: %s\n", strerror (errno));
 454     return -1;
 455   }
 456   if (-1 == setsockopt (ret,
 457                         SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char *) &one, sizeof (one)))
 458   {
 459     fprintf (stderr, "setsockopt failed: %s\n", strerror (errno));
 460     close (ret);
 461     return -1;
 462   }
 463   if (-1 == setsockopt (ret,
 464                         IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (char *) &one, sizeof (one)))
 465   {
 466     fprintf (stderr, "setsockopt failed: %s\n", strerror (errno));
 467     close (ret);
 468     return -1;
 469   }
 470   return ret;
 471 }
 472
 473
 474 /**
 475  * Create a UDP socket for writinging.
 476  *
 477  * @param my_ip source address (our ip address)
 478  * @return -1 on error
 479  */
 480 static int
 481 make_udp_socket (const struct in_addr *my_ip)
 482 {
 483   int ret;
 484   struct sockaddr_in addr;
 485
 486   ret = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 487   if (-1 == ret)
 488   {
 489     fprintf (stderr, "Error opening UDP socket: %s\n", strerror (errno));
 490     return -1;
 491   }
 492   memset (&addr, 0, sizeof (addr));
 493   addr.sin_family = AF_INET;
 494 #if HAVE_SOCKADDR_IN_SIN_LEN
 495   addr.sin_len = sizeof (struct sockaddr_in);
 496 #endif
 497   addr.sin_addr = *my_ip;
 498   addr.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 499
 500   if (0 != bind (ret, &addr, sizeof (addr)))
 501   {
 502     fprintf (stderr,
 503              "Error binding UDP socket to port %u: %s\n",
 504              NAT_TRAV_PORT, strerror (errno));
 505     /* likely problematic, but not certain, try to continue */
 506   }
 507   return ret;
 508 }
 509
 510
 511 int
 512 main (int argc, char *const *argv)
 513 {
 514   struct in_addr external;
 515   fd_set rs;
 516   struct timeval tv;
 517   uid_t uid;
 518   unsigned int alt;
 519
 520   if (2 != argc)
 521   {
 522     fprintf (stderr,
 523              "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 524     return 1;
 525   }
 526   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 527   {
 528     fprintf (stderr, "Error parsing IPv4 address: %s\n", strerror (errno));
 529     return 1;
 530   }
 531   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 532   {
 533     fprintf (stderr, "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 534     return 2;
 535   }
 536   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket ()))
 537   {
 538     return 3;
 539   }
 540   if (-1 == (rawsock = make_raw_socket ()))
 541   {
 542     close (icmpsock);
 543     return 3;
 544   }
 545   uid = getuid ();
 546   if (0 != setresuid (uid, uid, uid))
 547   {
 548     fprintf (stderr, "Failed to setresuid: %s\n", strerror (errno));
 549     /* not critical, continue anyway */
 550   }
 551   if (-1 == (udpsock = make_udp_socket (&external)))
 552   {
 553     close (icmpsock);
 554     close (rawsock);
 555     return 3;
 556   }
 557   alt = 0;
 558   while (1)
 559   {
 560     FD_ZERO (&rs);
 561     FD_SET (icmpsock, &rs);
 562     tv.tv_sec = 0;
 563     tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 564     if (-1 == select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 565     {
 566       if (errno == EINTR)
 567         continue;
 568       fprintf (stderr, "select failed: %s\n", strerror (errno));
 569       break;
 570     }
 571     if (1 == getppid ())        /* Check the parent process id, if 1 the parent has died, so we should die too */
 572       break;
 573     if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 574       process_icmp_response ();
 575     if (0 == (++alt % 2))
 576       send_icmp_echo (&external);
 577     else
 578       send_udp ();
 579   }
 580   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 581   close (icmpsock);
 582   close (rawsock);
 583   close (udpsock);
 584   return 4;
 585 }
 586
 587
 588 /* end of gnunet-helper-nat-server.c */