Пишем простой сниффер под Windows

В этой статье мы рассмотрим создание простого сниффера под ОС Windows.
Кому интересно, добро пожаловать под кат.

Введение

Цель: написать программу, которая будет захватывать сетевой трафик (Ethernet, WiFi), передающийся по протоколу IP.
Средства: Visual Studio 2005 или выше.
Подход, который здесь описан, не принадлежит лично автору и успешно применяется во многих коммерческих, а также категорически бесплатных программах (привет, GPL).
Сей труд предназначен прежде всего для новичков в сетевом программровании, которые, однако, имеют хотя бы базовые знания в области сокетов вообще, и windows-сокетов в частности. Здесь я часто буду писать общеизвестные вещи, потому что предметная область специфическая, если что-то пропустить — в голове будет каша.

Надеюсь, Вам будет интересно.

Теория (читать не обязательно, но желательно)

В данный момент подавляющее большинство современных информационных сетей базируются на фундаменте стека протоколов TCP/IP. Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol) — собирательное название для сетевых протоколов разных уровней, используемых в сетях. В настоящей статье нас будет интересовать в основном протокол IP — маршрутизируемый сетевой протокол, используемый для негарантированной доставки данных, разделяемых на так называемые пакеты (более верный термин – дейтаграмма) от одного узла сети к другому.
Особый интерес для нас представляют IP-пакеты, предназначенные для передачи информации. Это достаточно высокий уровень сетевой OSI-модели данных, когда можно обстрагироваться от устройства и среды передачи данных, оперируя лишь логическим представлением.
Совершенно логичным является то обстоятельство, что рано или поздно должны были появится инструменты для перехвата, контроля, учета и анализа сетевого трафика. Такие средства обычно называется анализаторами трафика, пакетными анализаторыми или снифферами (от англ. to sniff — нюхать). Это — сетевой анализатор трафика, программа или программно-аппаратное устройство, предназначенное для перехвата и последующего анализа, либо только анализа сетевого трафика, предназначенного для других узлов. [1]

Практика (разговор по существу)

На данный момент создано достаточно много программного обеспечения для прослушивания трафика. Наиболее известный из них: Wireshark. Естественно, пожинать его лавры цель не стоит — нас интересует задача перехвата трафика методом обычного «прослушивания» сетевого интерфейса. Важно понимать, что мы не собираемся заниматься взломом и перехватывать чужой трафик. Нужно всего лишь просматривать и анализировать трафик, который проходит через наш хост.

Для чего это может понадобиться:

1. Смотреть текущий поток трафика через сетевое соеднинение (входящий/исходящий/всего).
2. Перенаправлять трафик для последующего анализа на другой хост.
3. Теоретически, можно попытаться применить его для взлома WiFi-сети (мы ведь не собираемся этим заниматься?).

В отличие от Wireshark, который базируется на библиотеке libpcap/WinPcap, наш анализатор не будет использовать этот драйвер. Чего уж там, у нас вообще не будет драйвера, и свой NDIS(о ужас!) мы писать не собираемся. Про это можно прочитать в этом топике. Он будет просто пассивным наблюдателем, использующим только библиотеку WinSock. Использование драйвера в данном случае избыточно.

Как так? Очень просто.
Ключевым шагом в превращении простого сетевого приложения в сетевой анализатор является переключение сетевого интерфейса в режим прослушивания (promiscuous mode), что и позволит ему получать пакеты, адресованные другим интерфейсам в сети. Этот режим заставляют сетевую плату принимать все кадры, вне зависимости от того, кому они адресованы в сети. [2]

Начиная с Windows 2000 (NT 5.0) создать программу для прослушивания сегмента сети стало очень просто, т.к. ее сетевой драйвер позволяет перевести сокет в режим приёма всех пакетов.

Включение неразборчивого режима

long flag = 1; SOCKET socket; #define SIO_RCVALL 0x98000001  ioctlsocket(socket, SIO_RCVALL, &RS_Flag); 

Наша программа оперирует IP-пакетами, и использует библиотеку Windows Sockets версии 2.2 и «сырые» сокеты (raw sockets). Для того чтобы получить прямой доступ к IP-пакету, сокет нужно создавать следующим образом:

Создание сырого сокета

s = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IP); 

Здесь вместо константы SOCK_STREAM (протокол TCP) или SOCK_DGRAM (протокол UDP), мы используем значение SOCK_RAW. Вообще говоря, работа с raw sockets интересна не только с точки зрения захвата трафика. Фактически, мы получаем полный контроль за формированием пакета. Вернее, формируем его вручную, что позволяет, например, послать специфический ICMP-пакет…

Идем дальше. Известно, что IP-пакет состоит из заголовка, служебной информации и, собственно, данных. Советую заглянуть сюда, чтобы освежит знания. Опишем в виде структуры IP-заголовок (спасибо отличной статье на RSDN [3]):

Описание структуры IP-пакета

 typedef struct _IPHeader {   unsigned char  ver_len;		// версия и длина заголовка   unsigned char  tos;			// тип сервиса    unsigned short length;		// длина всего пакета    unsigned short id;			// Id    unsigned short flgs_offset;		// флаги и смещение   unsigned char  ttl;			// время жизни    unsigned char  protocol;		// протокол    unsigned short xsum;			// контрольная сумма    unsigned long  src;			// IP-адрес отправителя    unsigned long  dest;			// IP-адрес назначения    unsigned short *params;		// параметры (до 320 бит)   unsigned char  *data;			// данные (до 65535 октетов) }IPHeader;  

Главная функция алгоритма прослушивания будет выглядеть следующим образом:

Функция захвата одного пакета

IPHeader* RS_Sniff() { 	IPHeader *hdr; 	int count = 0; 	count = recv(RS_SSocket, (char*)&RS_Buffer[0], sizeof(RS_Buffer), 0); 	if (count >= sizeof(IPHeader)) 	{ 		hdr = (LPIPHeader)malloc(MAX_PACKET_SIZE); 		memcpy(hdr, RS_Buffer, MAX_PACKET_SIZE); 		RS_UpdateNetStat(count, hdr); 		return hdr; 	} 	else 		return 0; } 

Здесь все просто: получаем порцию данных с помощью стандартной функции socket-функции recv, а затем копируем их в структуру типа IPHeader.
И, наконец, запускаем бесконечный цикл захвата пакетов:

Захватым все пакеты, которые попадут на наш сетевой интерфейс

while (true) { 	IPHeader* hdr = RS_Sniff(); 	// обработка IP-пакета 	if (hdr) 	{  		// печатаем заголовок в консоли 	} } 

Немного оффтопика

Здесь и далее у некоторых важных функций и переменных автор сделал префкис RS_ (от Raw Sockets). Проект делал 3-4 года назад, и была шальная мысль написать полноценную библиотеку для работы с сырыми сокетами. Как это часто бывает, после получения сколь-нибудь значимых(для автора) результатов, энтузиазм угас, и дальше учебного примера дело не полшло.

В принципе, можно пойти дальше, и описать заголовки всех последующих протоколов, находящихся выше. Для этого необходимо анализировать поле protocol в структуре IPHeader. Посмотрите на пример кода (да, там должен быть switch, чёрт возьми!), где происходит раскрашивание заголовка в зависимости от того, какой протокол имеет пакет, инкапсулированный в IP:

/* *  Выделение пакета цветом */ void ColorPacket(const IPHeader *h, const u_long haddr, const u_long whost = 0) { 	if (h->xsum) 		SetConsoleTextColor(0x17); // если пакет не пустой 	else 		SetConsoleTextColor(0x07); // пустой пакет  	if (haddr == h->src)		  	{ 		SetConsoleTextColor(BACKGROUND_BLUE | /*BACKGROUND_INTENSITY |*/  			FOREGROUND_RED | FOREGROUND_INTENSITY); // "родной" пакет на отдачу 	} 	else if (haddr == h->dest)		  	{ 		SetConsoleTextColor(BACKGROUND_BLUE | /*BACKGROUND_INTENSITY |*/  			FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_INTENSITY); // "родной" пакет на прием 	}  	if (h->protocol == PROT_ICMP || h->protocol == PROT_IGMP)		  	{ 		SetConsoleTextColor(0x70); // ICMP-пакет  	} 	else if(h->protocol == PROT_IP || h->protocol == 115) 	{ 		SetConsoleTextColor(0x4F); // IP-in-IP-пакет, L2TP 	} 	else if(h->protocol == 53 || h->protocol == 56) 	{ 		SetConsoleTextColor(0x4C); // TLS, IP with Encryption 	}  	if(whost == h->dest || whost == h->src) 	{ 		SetConsoleTextColor(0x0A); 	} } 

Однако это существенно выходит за рамки этой статьи. Для нашего учебного примера вполне достаточно будет посмотреть ip-адреса хостов, с которых и на которые идет трафик, и посчитать его количество в единицу времени(готовая программа в архиве в конце статьи).

Для того, чтобы отобразить данные IP-заголовка, необходимо реализовать функцию преобразования заголовка (но не данных) дейтаграммы в строку. В качестве примера реализации, можно предложить такой вариант:

Преобразование IP-заголовка в строку

inline char* iph2str(IPHeader *iph) { 	const int BUF_SIZE = 1024; 	char *r = (char*)malloc(BUF_SIZE); 	memset((void*)r, 0, BUF_SIZE);  	sprintf(r, "ver=%d hlen=%d tos=%d len=%d id=%d flags=0x%X offset=%d ttl=%dms prot=%d crc=0x%X src=%s dest=%s", 	            BYTE_H(iph->ver_len),            BYTE_L(iph->ver_len)*4,             iph->tos,             ntohs(iph->length),            ntohs(iph->id),             IP_FLAGS(ntohs(iph->flgs_offset)),             IP_OFFSET(ntohs(iph->flgs_offset)),             iph->ttl, iph->protocol,             ntohs(iph->xsum), nethost2str(iph->src),            nethost2str(iph->dest)         ); 	return r; } 

На основании приведенных выше базовых сведений, получается вот такая небольшая программа (жуткое название ss, сокр. от англ. simple sniffer), реализующая локальное прослушивание IP-трафика. Интерфейс ее приведен ниже на рисунке.

Исходный и бинарный код предоставляю как есть, таким как он был несколько лет назад. Сейчас мне на него страшно смотреть, и все же, он вполне читабельный (конечно же, нельзя быть таким самоуверенным). Для компиляции будет достаточно даже Visual Studio Express 2005.

Что у нас получилось в итоге:

• Сниффер работает в режиме пользователя, однако требует привилегии администратора.
• Пакеты не фильтруются, отображаясь как есть (можно добавить настраиваемые фильтры — предлагаю подробно рассмотреть эту тему в следующей статье, если интересно).
• WiFi-трафик тоже захватывается(все зависит от конкретной модели чипа, у Вас может и не работать, как у меня несколько лет назад), хотя есть AirPcap, которая чудесно это умеет делать, но стоит денег.
• Весь поток дейтаграмм логируется в файл (см. архив, приложенный в конце статьи).
• Программа работает в качестве сервера на порту 2000. Можно подключиться с помощью утилиты telnet к хосту и произвести мониторинг потоков трафика. Количество подключений ограничено двадцатью (код не мой, нашел на просторах сети и применял для экспериментов; удалять не стал — жалко)

Спасибо за внимание, проздравляю хабровчан и хабровчанок и всех-всех-всех с наступающим Рождеством!

Скачать проект