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：

1. 判断端口是否处于扫描范围
2. 初始化套接字，发起连接
3. 调用getservbyport函数，获取端口映射的TCP服务
4. 输出结果
5. 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：

1. 初始化套接字
2. 设置信号量以及全局变量flag（控制扫描状态）
3. 启动接收线程
4. 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);
}

最后附上之前的IP地址扫描代码！