网络扫描程序的详细分析与实现

1.网络扫描简介

　　网络扫描是一种自动化程序，用于检测远程或本地主机的弱点和漏洞。漏洞扫描是入侵防范最基本的工作，攻击者正式利用各种漏洞入侵系统。借助自动化的扫描工作，在攻击者之前发现漏洞问题，并给予相应的修正程序。

　　一名攻击者入侵系统，一般分为四个步骤：系统发现，漏洞探测，漏洞利用和痕迹清除。

　　本文的重点就是在于系统发现与漏洞探测方面。

2.端口扫描技术

　　端口扫描能够用来查找目标主机已开放的端口，包括TCP和UDP端口。当前针对TCP端口的扫描技术有三种，分别为：全连接扫描，SYN扫描和FIN扫描。针对UDP端口的扫描技术一般是采用ICMP报文中端口不可达的信息来识别UDP端口是否开放。

全连接扫描

　　作为最基本的TCP扫描方式，它利用connect()函数，向每一个目标主机的端口发起连接，若端口处于侦听状态，则函数返回成功；否则可以判断出该端口没有开放。

　　全连接扫描有两个好处，首先它不许要得到系统权限，任何用户都可以使用，另外一个是，可以采用多线程并发扫描，扫描的速度也不慢。

SYN扫描

　　SYN扫描通常认为是“半开放”的扫描，这是因为扫描程序不必打开一个完全的TCP连接。扫描程序构造并发送一个SYN数据包，执行TCP三次握手的第一步，若返回一个SYN|ACK数据包，则表示端口处于侦听状态，否则返回一个RST数据包，表示端口没有开放。这种方式需要root权限，并且它不会在主机上留下记录。

FIN扫描

　　FIN扫描与SYN扫描类似，也是构造数据包，通过识别回应来判断端口状态。发送FIN数据包后，如果返回一个RST数据包，则表示端口没有开放，处于关闭状态，否则，开放端口会忽略这种报文。这种方式难以被发现，但是这种方式可能不准确。

UDP的ICMP端口不可达扫描

　　UDP扫描的方法并不常见。虽然UDP协议相对比较简单，无论UDP端口是否开放，对于接受到的探测包，他本身默认是不会发送回应信息的。不过UDP扫描有一种方法，就是利用主机ICMP报文的回应信息来识别，当一个关闭的UDP端口发送一个数据包时，会返回一个ICMP_PORT_UNREACH的错误。但由于UDP不可靠，ICMP报文也是不可靠，因此存在数据包中途丢失的可能。

3.具体实现

　　首先介绍全连接扫描模块的设计。



　　具体流程：

判断端口是否处于扫描范围
初始化套接字，发起连接
调用getservbyport函数，获取端口映射的TCP服务
输出结果
退出程序

实现代码：

//全连接扫描
void scan(char *ip,int minport,int maxport)
{
if(maxport<minport){
printf("error:can't scan int this condition\n");
return;
}
printf("test ip:%s,port:%d,port:%d\n",ip,minport,maxport);

int i=0;
printf("Now start scanning.....\n");
for(i=minport;i<maxport;++i){
struct sockaddr_in clientaddr;

clientaddr.sin_family=AF_INET;
clientaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
clientaddr.sin_port=htons(i);

int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock<0){
perror("error:create socket\n");
return;
}

int error=connect(sock,(struct sockaddr*)&clientaddr,sizeof(clientaddr));
if(error<0){
printf("Port:%5d | Tatus:closed\n",i);
fflush(stdout);//清空缓存
}
else{
struct servent* sptr;
if((sptr=getservbyport(htons(i),"tcp"))!=NULL)
printf("Port:%5d | Server:%s | Status:open\n",i,sptr->s_name);
else
printf("Port:%5d | Status:open\n",i);
}
close(sock);
}
}

可以对上述代码进行改进，可以加入多线程的的方式来解决扫描速度较慢的问题。

　　在这里需要定义一个结构体，来为线程传递必要的参数。

typedef struct threadpara{
char ip[20];
int minport;
int maxport;
}tp;

这样的话，我们就可以定义一个线程函数用于连接不同的端口。

void *conntthread(void *threadp)
{
struct threadpara *pThreadpara=(struct threadpara*)threadp;

int i;
printf("minport:%d maxport:%d thread....\n",pThreadpara->minport,pThreadpara->maxport);

for(i=pThreadpara->minport;i<pThreadpara->maxport;++i){
struct sockaddr_in clientaddr;

clientaddr.sin_family=AF_INET;
clientaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(pThreadpara->ip);
clientaddr.sin_port=htons(i);

int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock<0){
perror("error:create socket\n");
return 0;
}

int error=connect(sock,(struct sockaddr*)&clientaddr,sizeof(clientaddr));
if(error<0){
printf("Port:%5d | Tatus:closed\n",i);
fflush(stdout);//清空缓存
}
else{
struct servent* sptr;
if((sptr=getservbyport(htons(i),"tcp"))!=NULL)
printf("Port:%5d | Server:%s | Status:open\n",i,sptr->s_name);
else
printf("Port:%5d | Status:open\n",i);
}
close(sock);
}
pthread_exit(NULL);
}

接下来，就是在主扫描程序中添加启动线程的模块，主要代码如下：

int count=(maxport-minport)/thread_num;

printf("count:%d num:%d ip:%s,port:%d,port:%d\n",count,thread_num,ip,minport,maxport);
printf("Now start scanning....\n");

int i;
for(i=0;i<count;++i){
struct threadpara threadpara;
strcpy(threadpara.ip,ip);
threadpara.minport=minport+count*i;
if(i==thread_num-1)
threadpara.maxport=maxport;
else
threadpara.maxport=threadpara.minport+count;

printf("i:%d maxport:%d,minport:%d\n",i,threadpara.maxport,threadpara.minport);

int temp;
pthread_t threadid;
temp=pthread_create(&threadid,NULL,conntthread,(void*)&threadpara);
if(temp<0)
printf("create thread error...\n");
pthread_join(threadid,NULL);
}

接下来，再介绍一个SYN半连接扫描的例子。

　　扫描模块的设计流程图如下：



　　具体流程：

初始化套接字
设置信号量以及全局变量flag（控制扫描状态）
启动接收线程
构造SYN数据包，开始扫描

　　首先，构造并发送syn包模块的代码如下：

int sendSyn(int sendSocket,u_long sourceIP,struct sockaddr_in *dest)
{
unsigned char netPacket[sizeof(struct tcphdr)];
struct tcphdr* tcp;
u_char * pPseudoHead;
u_char pseudoHead[12+sizeof(struct tcphdr)];
u_short tcpHeadLen;

memset(netPacket,0,sizeof(struct tcphdr));
//构造syn数据包
tcpHeadLen=htons(sizeof(struct tcphdr));
tcp=(struct tcphdr*)netPacket;
tcp->source=htons(10240);
tcp->dest=dest->sin_port;
tcp->seq=htonl(12345);
tcp->ack_seq=0;
tcp->doff=5;
tcp->syn=1;
tcp->window=htons(10052);
tcp->check=0;
tcp->urg_ptr=0;
pPseudoHead=pseudoHead;

memset(pPseudoHead,0,12+sizeof(struct tcphdr));
memcpy(pPseudoHead,&sourceIP,4);

pPseudoHead+=4;

memcpy(pPseudoHead,&(dest->sin_addr),4);
pPseudoHead+=5;

memset(pPseudoHead,6,1);
pPseudoHead++;

memcpy(pPseudoHead,&tcpHeadLen,2);
pPseudoHead+=2;

memcpy(pPseudoHead,tcp,sizeof(struct tcphdr));
tcp->check=checksum((u_short*)pPseudoHead,sizeof(struct tcphdr)+12);

int temp=sendto(sendSocket,netPacket,sizeof(struct tcphdr),0,(struct sockaddr*)dest,sizeof(struct sockaddr_in));
return temp;
}

TCP校验和代码：

unsigned short checksum(unsigned short *addr,int len)//TCP校验和
{
int nleft=len;
int sum=0;
unsigned short *w=addr;
unsigned short answer=0;

while(nleft>1){
sum+=*w++;
nleft-=2;
}

if(nleft==1){
*(unsigned char*)(&answer)=*(unsigned char*)w;
sum+=answer;
}

sum=(sum>16)+(sum&0xffff);
sum+=(sum>>16);
answer=~sum;
return(answer);
}

接收返回数据包的代码如下：

void* recv_packet(void* arg)
{
struct sockaddr_in *in1;
char *srcaddr;
int size;
u_char readbuff[1600];
struct sockaddr from;
int from_len;
struct tcphdr* tcp;
struct servent* sptr;
tcp=(struct tcphdr*)(readbuff+20);
int fd=*((int*)arg);

while(1){
if(flag==1)
return 0;

size=recvfrom(fd,(char*)readbuff,1600,0,&from,(socklen_t *)&from_len);
if(size<40)
continue;
printf("data is ok...ack:seq:%u,destport:%u\n",ntohl(tcp->ack_seq),ntohs(tcp->dest));
if((ntohl(tcp->ack_seq)!=123456)||(ntohs(tcp->dest)!=10240))
continue;
if(tcp->rst&&tcp->ack){
printf("port:%5d | Status: closed\n",htons(tcp->source));
continue;
}
if(tcp->ack&&tcp->syn){
in1=(struct sockaddr_in*)&from;
srcaddr=inet_ntoa(in1->sin_addr);
printf("SERVER:%s\r",srcaddr);
}
if((sptr=getservbyport(tcp->source,"tcp"))!=NULL){
printf("Port:%d Server:%s | Status: open\n",htons(tcp->source),sptr->s_name);
}
else
printf("Port:%5d | Status:open\n",htons(tcp->source));
fflush(stdout);
continue;
}
}

扫描程序的主要程序：

void synscan(char* ip,int minport,int maxport)
{
pthread_t tid;
struct ifreq if_data;
int fd;
u_long addr_p;

struct sockaddr_in clientaddr;
fd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_TCP);//SOCK_RAW原始套接子（数据包式）
if(fd<0){
perror("error:create raw socket\n");
return;
}

signal(SIGALRM,Alarm);

strcpy(if_data.ifr_name,"eth0");
if(ioctl(fd,SIOCGIFADDR,&if_data)<0){
perror("error:ioctl\n");
return;
}
memcpy((void*)&addr_p,(void*)&if_data.ifr_addr.sa_data+2,4);

bzero(&clientaddr,sizeof(clientaddr));
clientaddr.sin_family=AF_INET;
clientaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);

printf("Now start scannning...\n");
int err;
err = pthread_create(&tid,NULL,recv_packet,(void*)&fd);
if(err<0)
perror("error:create thread\n");
int i=minport;
for(;i<maxport;++i){
clientaddr.sin_port=htons(i);
if(sendSyn(fd,addr_p,&clientaddr)<0){
perror("error:send syn\n");
}
alarm(3);
}
pthread_join(tid,NULL);
}