使用 Python 的 Socket 模块构建一个 UDP 扫描工具
译文：oschina
英文：bt3gl
当涉及到对一些目标网络的侦察时，出发点无疑是首先发现宿主主机。这个任务还可能包含嗅探和解析网络中数据包的能力。
几周前，我曾经谈到了如何使用Wireshark来进行数据包嗅探，但如果你没有wireshark，你如何去监控网络流量呢？
这一次，Python提供了几种解决方案，今天我将一步步演示如何建立一个UDP主机发现工具。首先，我们要看我们如何处理原始套接字来编写一个简单的嗅探器，它能够查看和解析网络数据包。然后，我们将在子网内多线程运行该进程，结果将在我们的扫描仪上。
原始套接字酷之所在是它能够访问底层网络的信息。比如，我们可以用它来检查IP和ICMP报头，这是在OSI模型的第三层（网络层）。
使用UDP数据报最酷的事情是：当发送信息穿越子网时，不同于TCP，它不太多的开销（还记得TCP握手吧）。我们需要做的就是等待ICMP回应，对方主机是否可用或关闭（不可访问）。记住，ICMP协议本质上是一个特殊的控制协议，它指示错误报告和控制机器数据传输的的行为。
编写网络包嗅探器
我们从一个小功能开始：用 Python 的 socket 库来编写一个简单的网络包嗅探器。
在这个嗅探器中，我们创建一个原始 socket 并将它绑定到一个外部网卡。这个网卡要启用混淆模式（promiscuous mode），也就是说获经过这个网卡的所有数据包都会被捕获，包括那些目标地址不是它的数据包。
使用 Windows 时要注意一点：我们需要发送一个 IOCTL 包才能将网卡设置为混淆模式。另外，虽然 linux 需要使用 ICMP，Windows 却可以以一种独立于协议的方式来嗅探收到的数据包。
import socket import os # host to listen HOST = '192.168.1.114' def sniffing(host, win, socket_prot): while 1: sniffer = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket_prot) sniffer.bind((host, 0)) # include the IP headers in the captured packets sniffer.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1) if win == 1: sniffer.ioctl(socket.SIO_RCVALL, socket_RCVALL_ON) # read in a single packet print sniffer.recvfrom(65565) def main(host): if os.name == 'nt': sniffing(host, 1, socket.IPPROTO_IP) else: sniffing(host, 0, socket.IPPROTO_ICMP) if __name__ == '__main__': main(HOST)
在终端中运行如下命令进行测试:
$ sudo python sniffer.py
在另一个终端中 ping 或 traceroute 某些地址，如 www.google.com 会得到如下结果：
$ sudo python raw_socket.py ('E\x00\x00T\xb3\xec\x00\x005\x01\xe4\x13J}\xe1\x11\xc0\xa8\x01r\x00\x00v\xdfx\xa2\x00\x01sr\x98T\x00\x00\x00\x008\xe3\r\x00\x00\x00\x00\x00\x10\x11\x12\x13\x14\x15\x16\x17\x18\x19\x1a\x1b\x1c\x1d\x1e\x1f !"#$%&\'()*+,-./01234567', ('74.125.225.17', 0)) ('E\x00\x00T\xb4\x1b\x00\x005\x01\xe3\xe4J}\xe1\x11\xc0\xa8\x01r\x00\x00~\xd7x\xa2\x00\x02tr\x98T\x00\x00\x00\x00/\xea\r\x00\x00\x00\x00\x00\x10\x11\x12\x13\x14\x15\x16\x17\x18\x19\x1a\x1b\x1c\x1d\x1e\x1f !"#$%&\'()*+,-./01234567', ('74.125.225.17', 0))
很明显需要对这些头信息进行解码。
IP ICMP层解码
IP 头
典型的 IP 头有如下结构，每个字段都对应一个变量 (这个头最初是用 C 编写的):
ICMP头
同样，ICMP 由于内容的不同其消息类型也不同，但每个消息都包括三个一致的元素：type，code (告知接收主机这个 ICMP 消息的解码类型）和 checksum。
对于我们的扫描器，如果得到的 type 和 code 值是3，这意味着 Destination Unreachable(目标不可达)和 Port Unreachable (端口不可达) ICMP 消息错误
为描述 ICMP 消息头，我们用 python 的 ctypes 库来创建一个类
import ctypes class ICMP(ctypes.Structure): _fields_ = [ ('type', ctypes.c_ubyte), ('code', ctypes.c_ubyte), ('checksum', ctypes.c_ushort), ('unused', ctypes.c_ushort), ('next_hop_mtu',ctypes.c_ushort) ] def __new__(self, socket_buffer): return self.from_buffer_copy(socket_buffer) def __init__(self, socket_buffer): pass
编写消息头解码器
现在可以着手编写 IP/ICMP 消息头解码器了。下面的脚本创建了一个 sniffer socket（正如前面做的那样)，然后在一个循环中持续读取数据包并进行解码。
注意代码中将 IP 头的前20个字节读取到了缓存，然后再打印消息头的变量。ICMP 头数据如下：
import socket import os import struct import ctypes from ICMPHeader import ICMP # host to listen on HOST = '192.168.1.114' def main(): socket_protocol = socket.IPPROTO_ICMP sniffer = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket_protocol) sniffer.bind(( HOST, 0 )) sniffer.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1) while 1: raw_buffer = sniffer.recvfrom(65565)[0] ip_header = raw_buffer[0:20] iph = struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s' , ip_header) # Create our IP structure version_ihl = iph[0] version = version_ihl >> 4 ihl = version_ihl & 0xF iph_length = ihl * 4 ttl = iph[5] protocol = iph[6] s_addr = socket.inet_ntoa(iph[8]); d_addr = socket.inet_ntoa(iph[9]); print 'IP -> Version:' + str(version) + ', Header Length:' + str(ihl) + \ ', TTL:' + str(ttl) + ', Protocol:' + str(protocol) + ', Source:'\ + str(s_addr) + ', Destination:' + str(d_addr) # Create our ICMP structure buf = raw_buffer[iph_length:iph_length + ctypes.sizeof(ICMP)] icmp_header = ICMP(buf) print "ICMP -> Type:%d, Code:%d" %(icmp_header.type, icmp_header.code) + '\n' if __name__ == '__main__': main()
测试解码器
在一个终端中运行该脚本，然后在另一个终端运行一个 ping 命令会得到如下结果（注意 ICMP type 值为 0）：
$ ping www.google.com PING www.google.com (74.125.226.16) 56(84) bytes of data. 64 bytes from lga15s42-in-f16.1e100.net (74.125.226.16): icmp_seq=1 ttl=56 time=15.7 ms 64 bytes from lga15s42-in-f16.1e100.net (74.125.226.16): icmp_seq=2 ttl=56 time=15.0 ms(...) $ sudo python ip_header_decode.py IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:56, Protocol:1, Source:74.125.226.16, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:0, Code:0 IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:56, Protocol:1, Source:74.125.226.16, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:0, Code:0(...)
另外，如果我们运行 traceroute：
$ traceroute www.google.com traceroute to www.google.com (74.125.226.50), 30 hops max, 60 byte packets 1 * * * 2 * * * 3 67.59.255.137 (67.59.255.137) 17.183 ms 67.59.255.129 (67.59.255.129) 70.563 ms 67.59.255.137 (67.59.255.137) 21.480 ms 4 451be075.cst.lightpath.net (65.19.99.117) 14.639 ms rtr102.wan.hcvlny.cv.net (65.19.99.205) 24.086 ms 451be075.cst.lightpath.net (65.19.107.117) 24.025 ms 5 64.15.3.246 (64.15.3.246) 24.005 ms 64.15.0.218 (64.15.0.218) 23.961 ms 451be0c2.cst.lightpath.net (65.19.120.194) 23.935 ms 6 72.14.215.203 (72.14.215.203) 23.872 ms 46.943 ms * 7 216.239.50.141 (216.239.50.141) 48.906 ms 46.138 ms 46.122 ms 8 209.85.245.179 (209.85.245.179) 46.108 ms 46.095 ms 46.074 ms 9 lga15s43-in-f18.1e100.net (74.125.226.50) 45.997 ms 19.507 ms 16.607 ms
会得到这种输出 (注意 ICMP 的响应类型):
sudo python ip_header_decode.py IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:252, Protocol:1, Source:65.19.99.117, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:11, Code:0(...)IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:250, Protocol:1, Source:72.14.215.203, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:11, Code:0 IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:56, Protocol:1, Source:74.125.226.50, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:3, Code:3 IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:249, Protocol:1, Source:216.239.50.141, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:11, Code:0(...)IP -> Version:4, Header Length:5, TTL:56, Protocol:1, Source:74.125.226.50, Destination:192.168.1.114 ICMP -> Type:3, Code:3
编写扫描器
安装 netaddr
在编写完整的扫描器前首先要安装 netaddr，它是一个用于表示和处理网络地址的 python 库。
Netaddr 提供了操作 IPv4，IPv6 和子网 Mac 等地址的能力。它非常有用，因为我们会用到子网掩码，如192.168.1.0/24
$ sudo pip install netaddr
我们可以使用如下的代码段来测试这个库 (成功会打印“OK”)：
import netaddr ip = '192.168.1.114' if ip in netaddr.IPNetwork('192.168.1.0/24'): print('OK!')
深入扫描器
我们会将上面所提到的组织在一起来完成我们的扫描器，然后添加一个循环来向目标子网内的所有地址发送 UDP 数据报。
import threading import time import socket import os import struct from netaddr import IPNetwork, IPAddress from ICMPHeader import ICMP import ctypes # host to listen on HOST = '192.168.1.114' # subnet to target (iterates through all IP address in this subnet) SUBNET = '192.168.1.0/24' # string signature MESSAGE = 'hellooooo' # sprays out the udp datagram def udp_sender(SUBNET, MESSAGE): time.sleep(5) sender = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) for ip in IPNetwork(SUBNET): try: sender.sendto(MESSAGE, ("%s" % ip, 65212)) except: pass def main(): t = threading.Thread(target=udp_sender, args=(SUBNET, MESSAGE)) t.start() socket_protocol = socket.IPPROTO_ICMP sniffer = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket_protocol) sniffer.bind(( HOST, 0 )) sniffer.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1) # continually read in packets and parse their information while 1: raw_buffer = sniffer.recvfrom(65565)[0] ip_header = raw_buffer[0:20] iph = struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s' , ip_header) # Create our IP structure version_ihl = iph[0] ihl = version_ihl & 0xF iph_length = ihl * 4 src_addr = socket.inet_ntoa(iph[8]); # Create our ICMP structure buf = raw_buffer[iph_length:iph_length + ctypes.sizeof(ICMP)] icmp_header = ICMP(buf) # check for the type 3 and code and within our target subnet if icmp_header.code == 3 and icmp_header.type == 3: if IPAddress(src_addr) in IPNetwork(SUBNET): if raw_buffer[len(raw_buffer) - len(MESSAGE):] == MESSAGE: print("Host up: %s" % src_addr) if __name__ == '__main__': main()
运行后得到的结果如下:
$ sudo python scanner.py Host up: 192.168.1.114(...)
非常棒！
另外，可以将扫描得到的结果与路由器 DHCP 表中的 IP 地址作对比，它们应该是相同的。
参考:
-
Tutorial to learn netaddr.
-
Black Hat Python.
-
My Gray hat repo.
