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

('Ex00x00Txb3xecx00x005x01xe4x13J}xe1x11xc0xa8x01rx00x00vxdfxxa2x00x01srx98Tx00x00x00x008xe3rx00x00x00x00x00x10x11x12x13x14x15x16x17x18x19x1ax1bx1cx1dx1ex1f !"#$%&'()*+,-./01234567', ('74.125.225.17', 0))

('Ex00x00Txb4x1bx00x005x01xe3xe4J}xe1x11xc0xa8x01rx00x00~xd7xxa2x00x02trx98Tx00x00x00x00/xearx00x00x00x00x00x10x11x12x13x14x15x16x17x18x19x1ax1bx1cx1dx1ex1f !"#$%&'()*+,-./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.