底层网络开发库之libnids
2006-12-08 10:56
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一、简介
libnids的英文意思是 Network Intrusion Detect System library，即网络入侵监测系统函数库。它是在前面介绍的两种C函数接口库libnet和libpcap的基础上开发的，封装了开发NIDS所需的许多通用型函数。linids提供的接口函数监视流经本地的所有网络通信，检查数据包等。除此之外，还具有重组TCP数据段、处理IP分片包和监测TCP端口扫描的功能。利用libnids接口函数库，NIDS开发者不需要再编写底层的网络处理代码，只需专注于NIDS本身功能的实现即可。
libnids支持Linux、Solaris和*BSD系统平台，目前最新版本为1.13。
二、IP分片数据包
为了使libnids能接收所有的IP数据包(包括分片包、畸形包等)，程序员需要定义如下的回调函数：
void ip_frag_func(struct ip * a_packet)
在调用nids_init()函数初始化后，使用nids的函数进行注册：
nids_register_ip_frag(ip_frag_func);
这样回调函数ip_frag_func会在适当的时候由libnids调用，参数a_packet指针将指向接收到的数据报。
类似地，如果仅接收目标主机会接受的数据包(如非碎片包、重组包或头部校验正确的数据包等)，需要定义如下回调函数：
void ip_func(struct ip * a_packet)
然后注册：
nids_register_ip(ip_func);
三、TCP数据流重组
要接收TCP流在交换的数据，必须定义如下回调函数：
void tcp_callback(struct tcp_stream * ns, void ** param)
tcp_stream结构提供了一个TCP连接的所有信息。例如，它包含了客户端与服务器端的half_stream结构。下文会对该结构的字段进行解释。
tcp_stream结构有一个名为nids_state的字段。此字段的数值将决定tcp_callback的操作。
(a) ns->nids_state==NIDS_JUST_EST时，ns表示一个刚刚建立的连接。
tcp_callback可以据此决定是否对该连接的后续数据进行检查。如需要检查，tcp_callback回调函数将通知libnids它希望接收哪些数据(如到客户端的数据、到服务器端的数据、到客户端的紧急数据或到服务器端的紧急数据等)，然后返回。
(b) ns->nids_state==NIDS_DATA时，表示ns连接接收到新的数据。
half_stream结构中的缓冲区用于存放这些数据。
(c) nids_state字段为其它数值(NIDS_CLOSE、NIDS_RESET、NIDS_TIMEOUT)时，表示该连接已经关闭了。tcp_callback函数应释放相关资源。
四、一个简单的实例
下面的源代码是一个非常简单的程序，它将libnids捕获的所有TCP连接交换的数据输出显示到标准输出设备上。
-----------------------BEGINING OF CODE--------------------------------
#include "nids.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
extern char * inet_ntoa(unsigned long);
// tuple4结构包含了TCP连接两端的IP地址和端口，以下函数将它们转换为字符串
// 格式，如10.0.0.1,1024, 10.0.0.2,23
char *
adres (struct tuple4 addr)
{
static char buf[256];
strcpy (buf, inet_ntoa (addr.saddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i,", addr.source);
strcat (buf, inet_ntoa (addr.daddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i", addr.dest);
return buf;
}
void
tcp_callback (struct tcp_stream *a_tcp, void ** this_time_not_needed)
{
char buf[1024];
strcpy (buf, adres (a_tcp->addr)); // we put conn params into buf
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
// a_tcp所定义的连接已经建立。此处可视程序需要添加额外
// 的判断处理。如if (a_tcp->addr.dest != 23) return;表
// 示不处理目标端口为23的数据包。
// 本例需要处理(显示)所有数据包，故：
a_tcp->client.collect++; // 需要处理客户端接收的数据
a_tcp->server.collect++; // 和服务器端接收的数据
a_tcp->server.collect_urg++; // 需要处理服务器端接收的紧急数据
#ifdef WE_WANT_URGENT_DATA_RECEIVED_BY_A_CLIENT
a_tcp->client.collect_urg++; // 需要处理客户端接收的紧急数据
// (打开编译选项才有效)
#endif
fprintf (stderr, "%s established/n", buf);
return;
}
if (a_tcp->nids_state == NIDS_CLOSE)
{
// TCP连接正常关闭
fprintf (stderr, "%s closing/n", buf);
return;
}
if (a_tcp->nids_state == NIDS_RESET)
{
// TCP连接因RST数据包而关闭
fprintf (stderr, "%s reset/n", buf);
return;
}
if (a_tcp->nids_state == NIDS_DATA)
{
// 接收到新数据，下面判断决定是否显示
struct half_stream *hlf;
if (a_tcp->server.count_new_urg)
{
// 服务器端接收的紧急数据
strcat(buf,"(urgent->)");
buf[strlen(buf)+1]=0;
buf[strlen(buf)]=a_tcp->server.urgdata;
write(1,buf,strlen(buf));
return;
}
#ifdef WE_WANT_URGENT_DATA_RECEIVED_BY_A_CLIENT
if (a_tcp->client.count_new_urg)
{
// 客户端接收的紧急数据
strcat(buf,"(urgent->)");
buf[strlen(buf)+1]=0;
buf[strlen(buf)]=a_tcp->server.urgdata;
write(1,buf,strlen(buf));
return;
}
#endif
if (a_tcp->client.count_new)
{
// 客户端接收的数据
hlf = &a_tcp->client; // 准备显示客户端接收的数据
strcat (buf, "(<-)"); // 指示数据流方向
}
else
{
hlf = &a_tcp->server; // 准备显示服务器端接收的数据
strcat (buf, "(->)"); // 指示数据流方向
}
fprintf(stderr,"%s",buf); // 首先输出显示连接双方的IP地址、端口
// 和数据流方向
write(2,hlf->data,hlf->count_new); // 输出显示接收到的新数据
}
return ;
}
int
main ()
{
// 此处可自定义libnids的全局变量，如：
// nids_params.n_hosts=256;
if (!nids_init () )
{
fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
exit(1);
}
nids_register_tcp (tcp_callback);
nids_run ();
// NOT REACHED
return 0;
}
---------------------------END OF CODE------------------------------------
五、libnids的数据结构及接口函数
libnids库的所有数据结构及接口函数都在"nids.h"头文件中声明。
struct tuple4 // TCP连接参数
{
unsigned short source,dest; // 客户端和服务器端的端口号
unsigned long saddr,daddr; // 客户端和服务器端的IP地址
};
struct half_stream // TCP连接一端的数据结构
{
char state; // 套接字状态(如TCP_ESTABLISHED)
char collect; // 如果大于0，则保存其数据到缓冲区中，否则忽略
char collect_urg; // 如果大于0，则保存紧急数据，否则忽略
char * data; // 正常数据的缓冲区
unsigned char urgdata; // 紧急数据缓冲区
int count; // 自从连接建立以来保存到"data"缓冲区的数据字节
// 数总和
int offset; // 保存到"data"缓冲区的首字节数据偏移量
int count_new; // 最近一次接收到的数据字节数；如果为0，则无数
// 到达
char count_new_urg; // 如果非0，表示有新的紧急数据到达
... // libnids库使用的辅助字段
};
struct tcp_stream
{
struct tuple4 addr; // TCP连接参数(saddr, daddr, sport, dport)
char nids_state; // TCP连接的逻辑状态
struct half_stream client,server; // 描述客户端与服务器端的数据结构
... // libnids库使用的辅助字段
};
在上面的实例程序中，回调函数tcp_callback输出显示hlf->data缓冲区中的数据到标准输出设备上。这些数据在tcp_callback函数返回后，由libnids自动释放这些数据所占用的内存空间。同时，hlf->offset字段将增加被丢弃数据的字节数，而新接收到的数据则存放到"data"缓冲区的起始处。
如果在其它应用中不进行如上例的操作(例如，数据处理过程至少需要N个字节的输入数据，而libnids只接收到的数据字节数count_new<N)，则需要在tcp_callback函数返回前调用如下函数：
void nids_discard(struct tcp_stream * a_tcp, int num_bytes)
此时，当回调函数tcp_callback返回后linids将"data"缓冲区的前num_bytes字节数据，同时计算调整offset字段的数值，并将剩余数据移动到缓冲区的起始处。
如果始终不调用nids_discard()函数(如上面实例)，hlf->data缓冲区中将包含hlf-> count_new字节数据。通常情况下，在hlf->data缓冲区中的数据字节数等于hlf->count - hlf->offset。
有了nids_discard()函数，程序员就不必拷贝接收到的数据到另外的缓冲区中， hlf->data缓冲区将总是尽可能保存足够的数据。然后，有时会有保留数据包特定数据的需要。例如，我们希望能监测到针对wu-ftpd服务器"CWD"溢出攻击，就需要跟踪检查 ftp客户端发送的"CWD"命令。此时就需要tcp_callback回调函数具有第二个参数了。此参
数是某TCP连接私有数据的指针。处理过程如下：
void
tcp_callback_2 (struct tcp_stream * a_tcp, struct conn_param **ptr)
{
if (a_tcp->nids_state==NIDS_JUST_EST)
{
struct conn_param * a_conn;
if the connection is uninteresting, return;
a_conn=malloc of some data structure
init of a_conn
*ptr=a_conn // this value will be passed to tcp_callback_2 in future
// calls
increase some of "collect" fields
return;
}
if (a_tcp->nids_state==NIDS_DATA)
{
struct conn_param *current_conn_param=*ptr;
using current_conn_param and the newly received data from the net
we search for attack signatures, possibly modyfying
current_conn_param
return ;
}
...
}
nids_register_tcp和nids_register_ip*函数可被任意次调用。在同一个TCP连接中使用两种不同的回调函数是允许的。
libnids库定义了一个全局变量结构nids_params，其声明如下：
struct nids_prm
{
int n_tcp_streams; // 存放tcp_stream结构的hash表大小。
// 缺省值：1024
int n_hosts; // 存放IP分片信息的hash表大小
// 缺省值：256
char * device; // libnids监听的接口设备名
// 缺省值 == NULL，即由pcap_lookupdev函数确定
int sk_buff_size; // (Linux内核)sk_buff结构大小
// 缺省值：168
int dev_addon; // sk_buff为网络接口保留的字节数
// 如果dev_addon==-1，则由nids_init函数确定
// 缺省值：-1
void (*syslog)(); // 日志函数指针
int syslog_level; // 如果nids_params.syslog==nids_syslog，则此字段值
// 将确定日志等级loglevel
// 缺省值：LOG_ALERT
int scan_num_hosts;// 存放端口扫描信息的hash表大小。
// 如果为0，则关闭端口扫描监测功能。
// 缺省值：256
int scan_num_ports;// 来自同一IP地址所扫描的TCP端口数上限
// 缺省值：10
int scan_delay; // 在两次端口扫描中的间隔时间上限(毫秒)
// 缺省值：3000
void (*no_mem)(); // 内存不足时被调用，此时应终止当前进程
int (*ip_filter)(struct ip*); // 当接收到一个IP数据包时调用。如返回值
// 非零，则处理该数据包，否则忽略。
// 缺省为(nids_ip_filter)且总返回1
char *pcap_filter; // 传递给pcap过滤器的字符串。
// 缺省值：NULL
} nids_params;
nids_params的syslog字段缺省时指向nids_syslog函数，声明如下：
void nids_syslog (int type, int errnum, struct ip *iph, void *data);
nids_params.syslog函数用于记录异常情况，如端口扫描企图，无效TCP头标志 等。该字段应指向自定义的日志处理函数。nids_syslog()仅作为一个例子。nids_syslog()函数向系统守护服务syslogd发送日 志消息。
使用nids_run有一个缺陷：应用程序将完全由数据包驱动(运行)。有时需要在没有数据包到达时也能处理一些任务，则作为nids_run()函数的替代，程序员可使用如下函数：
int nids_next()
此函数将调用pcap_next()函数(而不是pcap_loop()函数)。(详细资料请参阅《网络安全工具开发函数库介绍之二 ——libpcap》。) nids_next()函数成功时返回1，出错时返回0，且nids_errbuf缓冲区存放相应错误消息。
典型地，当使用nids_next()函数时，应用程序调用I/O复用函数select()阻塞，监听套接字fd在“读”描述字集合fd_set中设置。该套接字可通过如下函数获得：
int nids_getfd()
成功时返回一个文件描述字，出错时返回-1，且nids_errbuf缓冲区存放相应错误消息。
---[[ libnids应用实例 ]]----------------------------------
1、nids_next()函数的应用
============================ cut here ============================
/*
This is an example how one can use nids_getfd() and nids_next() functions.
You can replace printall.c's function main with this file.
*/
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int
main ()
{
// here we can alter libnids params, for instance:
// nids_params.n_hosts=256;
int fd;
int time = 0;
fd_set rset;
struct timeval tv;
if (!nids_init ())
{
fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
exit(1);
}
nids_register_tcp (tcp_callback);
fd = nids_getfd ();
for (;;)
{
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO (&rset);
FD_SET (fd, &rset);
// add any other fd we need to take care of
if (select (fd + 1, &rset, 0, 0, &tv))
{
if (FD_ISSET(fd,&rset) // need to test it if there are other
// fd in rset
if (!nids_next ()) break;
}
else
fprintf (stderr, "%i ", time++);
}
return 0;
}
============================ cut here ============================
2、Simple sniffer
============================ cut here ============================
/*
Copyright (c) 1999 Rafal Wojtczuk <nergal@avet.com.pl>. All rights
reserved.
See the file COPYING for license details.
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include "nids.h"
#define LOG_MAX 100
#define SZLACZEK "/n--------------------------------------------------/n"
#define int_ntoa(x) inet_ntoa(*((struct in_addr *)&x))
char *
adres (struct tuple4 addr)
{
static char buf[256];
strcpy (buf, int_ntoa (addr.saddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i,", addr.source);
strcat (buf, int_ntoa (addr.daddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i : ", addr.dest);
return buf;
}
int logfd;
void
do_log (char *adres_txt, char *data, int ile)
{
write (logfd, adres_txt, strlen (adres_txt));
write (logfd, data, ile);
write (logfd, SZLACZEK, strlen (SZLACZEK));
}
void
sniff_callback (struct tcp_stream *a_tcp, void **this_time_not_needed)
{
int dest;
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
dest = a_tcp->addr.dest;
if (dest == 21 || dest == 23 || dest == 110 || dest == 143 || dest ==
513)
a_tcp->server.collect++;
return;
}
if (a_tcp->nids_state != NIDS_DATA)
{
// seems the stream is closing, log as much as possible
do_log (adres (a_tcp->addr), a_tcp->server.data,
a_tcp->server.count - a_tcp->server.offset);
return;
}
if (a_tcp->server.count - a_tcp->server.offset < LOG_MAX)
{
// we haven't got enough data yet; keep all of it
nids_discard (a_tcp, 0);
return;
}
// enough data
do_log (adres (a_tcp->addr), a_tcp->server.data, LOG_MAX);
// Now procedure sniff_callback doesn't want to see this stream anymore.
// So, we decrease all the "collect" fields we have previously increased.
// If there were other callbacks following a_tcp stream, they would still
// receive data
a_tcp->server.collect--;
}
int
main ()
{
logfd = open ("./logfile", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
if (logfd < 0)
{
perror ("opening ./logfile:");
exit (1);
}
if (!nids_init ())
{
fprintf (stderr, "%s/n", nids_errbuf);
exit (1);
}
nids_register_tcp (sniff_callback);
nids_run ();
return 0;
}
============================ cut here ============================
3、Wu-FTPd overflow attack detector
============================ cut here ============================
/*
Copyright (c) 1999 Rafal Wojtczuk <nergal@avet.com.pl>. All rights reserved.
See the file COPYING for license details.
*/
/*
This code attempts to detect attack against imapd (AUTHENTICATE hole) and
wuftpd (creation of deep directory). This code is to ilustrate use of libnids;
in order to improve readability, some simplifications were made, which enables
an attacker to bypass this code (note, the below routines should be improved,
not libnids)
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <syslog.h>
#include "nids.h"
#define int_ntoa(x) inet_ntoa(*((struct in_addr *)&x))
char *
adres (struct tuple4 addr)
{
static char buf[256];
strcpy (buf, int_ntoa (addr.saddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i,", addr.source);
strcat (buf, int_ntoa (addr.daddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i", addr.dest);
return buf;
}
/*
if we find a pattern AUTHENTICATE {an_int} in data stream sent to an imap
server, where an_int >1024, it means an buffer overflow attempt. We kill the
connection.
*/
#define PATTERN "AUTHENTICATE {"
#define PATLEN strlen(PATTERN)
void
detect_imap (struct tcp_stream *a_tcp)
{
char numbuf[30];
int i, j, datalen, numberlen;
struct half_stream *hlf;
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
if (a_tcp->addr.dest == 143)
{
a_tcp->server.collect++;
return;
}
else
return;
}
if (a_tcp->nids_state != NIDS_DATA)
return;
hlf = &a_tcp->server;
datalen = hlf->count - hlf->offset;
if (datalen < PATLEN)
{
// we have too small amount of data to work on. Keep all data in buffer.
nids_discard (a_tcp, 0);
return;
}
for (i = 0; i <= datalen - PATLEN; i++)
if (!memcmp (PATTERN, hlf->data + i, PATLEN)) //searching for a pattern
break;
if (i > datalen - PATLEN)
{
// retain PATLEN bytes in buffer
nids_discard (a_tcp, datalen - PATLEN);
return;
}
for (j = i + PATLEN; j < datalen; j++) // searching for a closing '}'
if (*(hlf->data + j) == '}')
break;
if (j > datalen)
{
if (datalen > 20)
{
//number too long, perhaps we should log it, too
}
return;
}
numberlen = j - i - PATLEN;
memcpy (numbuf, hlf->data + i + PATLEN, numberlen); //numbuf contains
// AUTH argument
numbuf[numberlen] = 0;
if (atoi (numbuf) > 1024)
{
// notify admin
syslog(nids_params.syslog_level,
"Imapd exploit attempt, connection %s/n",adres(a_tcp->addr));
// kill the connection
nids_killtcp (a_tcp);
}
nids_discard (a_tcp, datalen - PATLEN);
return;
}
// auxiliary structure, needed to keep current dir of ftpd daemon
struct supp
{
char *currdir;
int last_newline;
};
// the below function adds "elem" string to "path" string, taking care of
// ".." and multiple '/'. If the resulting path is longer than 768,
// return value is 1, otherwise 0
int
add_to_path (char *path, char *elem, int len)
{
int plen;
char * ptr;
if (len > 768)
return 1;
if (len == 2 && elem[0] == '.' && elem[1] == '.')
{
ptr = rindex (path, '/');
if (ptr != path)
*ptr = 0;
}
else if (len > 0)
{
plen = strlen (path);
if (plen + len + 1 > 768)
return 1;
if (plen==1)
{
strncpy(path+1,elem,len);
path[1+len]=0;
}
else
{
path[plen] = '/';
strncpy (path + plen + 1, elem, len);
path[plen + 1 + len] = 0;
}
}
return 0;
}
void
do_detect_ftp (struct tcp_stream *a_tcp, struct supp **param_ptr)
{
struct supp *p = *param_ptr;
int index = p->last_newline + 1;
char *buf = a_tcp->server.data;
int offset = a_tcp->server.offset;
int n_bytes = a_tcp->server.count - offset;
int path_index, pi2, index2, remcaret;
for (;;)
{
index2 = index;
while (index2 - offset < n_bytes && buf[index2 - offset] != '/n')
index2++;
if (index2 - offset >= n_bytes)
break;
if (!strncasecmp (buf + index - offset, "cwd ", 4))
{
path_index = index + 4;
if (buf[path_index - offset] == '/')
{
strcpy (p->currdir, "/");
path_index++;
}
for (;;)
{
pi2 = path_index;
while (buf[pi2 - offset] != '/n' && buf[pi2 - offset] != '/')
pi2++;
if (buf[pi2-offset]=='/n' && buf[pi2-offset-1]=='/r')
remcaret=1;
else remcaret=0;
if (add_to_path (p->currdir, buf + path_index-offset, pi2 -
path_index-remcaret))
{
// notify admin
syslog(nids_params.syslog_level,
"Ftpd exploit attempt, connection %s/n",adres(a_tcp->addr));
nids_killtcp (a_tcp);
return;
}
if (buf[pi2 - offset] == '/n')
break;
path_index = pi2 + 1;
}
}
index = index2 + 1;
}
p->last_newline = index - 1;
nids_discard (a_tcp, index - offset);
}
void
detect_ftpd (struct tcp_stream *a_tcp, struct supp **param)
{
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
if (a_tcp->addr.dest == 21)
{
struct supp *one_for_conn;
a_tcp->server.collect++;
one_for_conn = (struct supp *) malloc (sizeof (struct supp));
one_for_conn->currdir = malloc (1024);
strcpy (one_for_conn->currdir, "/");
one_for_conn->last_newline = 0;
*param=one_for_conn;
}
return;
}
if (a_tcp->nids_state != NIDS_DATA)
{
free ((*param)->currdir);
free (*param);
return;
}
do_detect_ftp (a_tcp, param);
}
int
main ()
{
if (!nids_init ())
{
fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
exit(1);
}
nids_register_tcp (detect_imap);
nids_register_tcp (detect_ftpd);
nids_run ();
return 0;
}
libnids的英文意思是 Network Intrusion Detect System library，即网络入侵监测系统函数库。它是在前面介绍的两种C函数接口库libnet和libpcap的基础上开发的，封装了开发NIDS所需的许多通用型函数。linids提供的接口函数监视流经本地的所有网络通信，检查数据包等。除此之外，还具有重组TCP数据段、处理IP分片包和监测TCP端口扫描的功能。利用libnids接口函数库，NIDS开发者不需要再编写底层的网络处理代码，只需专注于NIDS本身功能的实现即可。
libnids支持Linux、Solaris和*BSD系统平台，目前最新版本为1.13。
二、IP分片数据包
为了使libnids能接收所有的IP数据包(包括分片包、畸形包等)，程序员需要定义如下的回调函数：
void ip_frag_func(struct ip * a_packet)
在调用nids_init()函数初始化后，使用nids的函数进行注册：
nids_register_ip_frag(ip_frag_func);
这样回调函数ip_frag_func会在适当的时候由libnids调用，参数a_packet指针将指向接收到的数据报。
类似地，如果仅接收目标主机会接受的数据包(如非碎片包、重组包或头部校验正确的数据包等)，需要定义如下回调函数：
void ip_func(struct ip * a_packet)
然后注册：
nids_register_ip(ip_func);
三、TCP数据流重组
要接收TCP流在交换的数据，必须定义如下回调函数：
void tcp_callback(struct tcp_stream * ns, void ** param)
tcp_stream结构提供了一个TCP连接的所有信息。例如，它包含了客户端与服务器端的half_stream结构。下文会对该结构的字段进行解释。
tcp_stream结构有一个名为nids_state的字段。此字段的数值将决定tcp_callback的操作。
(a) ns->nids_state==NIDS_JUST_EST时，ns表示一个刚刚建立的连接。
tcp_callback可以据此决定是否对该连接的后续数据进行检查。如需要检查，tcp_callback回调函数将通知libnids它希望接收哪些数据(如到客户端的数据、到服务器端的数据、到客户端的紧急数据或到服务器端的紧急数据等)，然后返回。
(b) ns->nids_state==NIDS_DATA时，表示ns连接接收到新的数据。
half_stream结构中的缓冲区用于存放这些数据。
(c) nids_state字段为其它数值(NIDS_CLOSE、NIDS_RESET、NIDS_TIMEOUT)时，表示该连接已经关闭了。tcp_callback函数应释放相关资源。
四、一个简单的实例
下面的源代码是一个非常简单的程序，它将libnids捕获的所有TCP连接交换的数据输出显示到标准输出设备上。
-----------------------BEGINING OF CODE--------------------------------
#include "nids.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
extern char * inet_ntoa(unsigned long);
// tuple4结构包含了TCP连接两端的IP地址和端口，以下函数将它们转换为字符串
// 格式，如10.0.0.1,1024, 10.0.0.2,23
char *
adres (struct tuple4 addr)
{
static char buf[256];
strcpy (buf, inet_ntoa (addr.saddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i,", addr.source);
strcat (buf, inet_ntoa (addr.daddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i", addr.dest);
return buf;
}
void
tcp_callback (struct tcp_stream *a_tcp, void ** this_time_not_needed)
{
char buf[1024];
strcpy (buf, adres (a_tcp->addr)); // we put conn params into buf
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
// a_tcp所定义的连接已经建立。此处可视程序需要添加额外
// 的判断处理。如if (a_tcp->addr.dest != 23) return;表
// 示不处理目标端口为23的数据包。
// 本例需要处理(显示)所有数据包，故：
a_tcp->client.collect++; // 需要处理客户端接收的数据
a_tcp->server.collect++; // 和服务器端接收的数据
a_tcp->server.collect_urg++; // 需要处理服务器端接收的紧急数据
#ifdef WE_WANT_URGENT_DATA_RECEIVED_BY_A_CLIENT
a_tcp->client.collect_urg++; // 需要处理客户端接收的紧急数据
// (打开编译选项才有效)
#endif
fprintf (stderr, "%s established/n", buf);
return;
}
if (a_tcp->nids_state == NIDS_CLOSE)
{
// TCP连接正常关闭
fprintf (stderr, "%s closing/n", buf);
return;
}
if (a_tcp->nids_state == NIDS_RESET)
{
// TCP连接因RST数据包而关闭
fprintf (stderr, "%s reset/n", buf);
return;
}
if (a_tcp->nids_state == NIDS_DATA)
{
// 接收到新数据，下面判断决定是否显示
struct half_stream *hlf;
if (a_tcp->server.count_new_urg)
{
// 服务器端接收的紧急数据
strcat(buf,"(urgent->)");
buf[strlen(buf)+1]=0;
buf[strlen(buf)]=a_tcp->server.urgdata;
write(1,buf,strlen(buf));
return;
}
#ifdef WE_WANT_URGENT_DATA_RECEIVED_BY_A_CLIENT
if (a_tcp->client.count_new_urg)
{
// 客户端接收的紧急数据
strcat(buf,"(urgent->)");
buf[strlen(buf)+1]=0;
buf[strlen(buf)]=a_tcp->server.urgdata;
write(1,buf,strlen(buf));
return;
}
#endif
if (a_tcp->client.count_new)
{
// 客户端接收的数据
hlf = &a_tcp->client; // 准备显示客户端接收的数据
strcat (buf, "(<-)"); // 指示数据流方向
}
else
{
hlf = &a_tcp->server; // 准备显示服务器端接收的数据
strcat (buf, "(->)"); // 指示数据流方向
}
fprintf(stderr,"%s",buf); // 首先输出显示连接双方的IP地址、端口
// 和数据流方向
write(2,hlf->data,hlf->count_new); // 输出显示接收到的新数据
}
return ;
}
int
main ()
{
// 此处可自定义libnids的全局变量，如：
// nids_params.n_hosts=256;
if (!nids_init () )
{
fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
exit(1);
}
nids_register_tcp (tcp_callback);
nids_run ();
// NOT REACHED
return 0;
}
---------------------------END OF CODE------------------------------------
五、libnids的数据结构及接口函数
libnids库的所有数据结构及接口函数都在"nids.h"头文件中声明。
struct tuple4 // TCP连接参数
{
unsigned short source,dest; // 客户端和服务器端的端口号
unsigned long saddr,daddr; // 客户端和服务器端的IP地址
};
struct half_stream // TCP连接一端的数据结构
{
char state; // 套接字状态(如TCP_ESTABLISHED)
char collect; // 如果大于0，则保存其数据到缓冲区中，否则忽略
char collect_urg; // 如果大于0，则保存紧急数据，否则忽略
char * data; // 正常数据的缓冲区
unsigned char urgdata; // 紧急数据缓冲区
int count; // 自从连接建立以来保存到"data"缓冲区的数据字节
// 数总和
int offset; // 保存到"data"缓冲区的首字节数据偏移量
int count_new; // 最近一次接收到的数据字节数；如果为0，则无数
// 到达
char count_new_urg; // 如果非0，表示有新的紧急数据到达
... // libnids库使用的辅助字段
};
struct tcp_stream
{
struct tuple4 addr; // TCP连接参数(saddr, daddr, sport, dport)
char nids_state; // TCP连接的逻辑状态
struct half_stream client,server; // 描述客户端与服务器端的数据结构
... // libnids库使用的辅助字段
};
在上面的实例程序中，回调函数tcp_callback输出显示hlf->data缓冲区中的数据到标准输出设备上。这些数据在tcp_callback函数返回后，由libnids自动释放这些数据所占用的内存空间。同时，hlf->offset字段将增加被丢弃数据的字节数，而新接收到的数据则存放到"data"缓冲区的起始处。
如果在其它应用中不进行如上例的操作(例如，数据处理过程至少需要N个字节的输入数据，而libnids只接收到的数据字节数count_new<N)，则需要在tcp_callback函数返回前调用如下函数：
void nids_discard(struct tcp_stream * a_tcp, int num_bytes)
此时，当回调函数tcp_callback返回后linids将"data"缓冲区的前num_bytes字节数据，同时计算调整offset字段的数值，并将剩余数据移动到缓冲区的起始处。
如果始终不调用nids_discard()函数(如上面实例)，hlf->data缓冲区中将包含hlf-> count_new字节数据。通常情况下，在hlf->data缓冲区中的数据字节数等于hlf->count - hlf->offset。
有了nids_discard()函数，程序员就不必拷贝接收到的数据到另外的缓冲区中， hlf->data缓冲区将总是尽可能保存足够的数据。然后，有时会有保留数据包特定数据的需要。例如，我们希望能监测到针对wu-ftpd服务器"CWD"溢出攻击，就需要跟踪检查 ftp客户端发送的"CWD"命令。此时就需要tcp_callback回调函数具有第二个参数了。此参
数是某TCP连接私有数据的指针。处理过程如下：
void
tcp_callback_2 (struct tcp_stream * a_tcp, struct conn_param **ptr)
{
if (a_tcp->nids_state==NIDS_JUST_EST)
{
struct conn_param * a_conn;
if the connection is uninteresting, return;
a_conn=malloc of some data structure
init of a_conn
*ptr=a_conn // this value will be passed to tcp_callback_2 in future
// calls
increase some of "collect" fields
return;
}
if (a_tcp->nids_state==NIDS_DATA)
{
struct conn_param *current_conn_param=*ptr;
using current_conn_param and the newly received data from the net
we search for attack signatures, possibly modyfying
current_conn_param
return ;
}
...
}
nids_register_tcp和nids_register_ip*函数可被任意次调用。在同一个TCP连接中使用两种不同的回调函数是允许的。
libnids库定义了一个全局变量结构nids_params，其声明如下：
struct nids_prm
{
int n_tcp_streams; // 存放tcp_stream结构的hash表大小。
// 缺省值：1024
int n_hosts; // 存放IP分片信息的hash表大小
// 缺省值：256
char * device; // libnids监听的接口设备名
// 缺省值 == NULL，即由pcap_lookupdev函数确定
int sk_buff_size; // (Linux内核)sk_buff结构大小
// 缺省值：168
int dev_addon; // sk_buff为网络接口保留的字节数
// 如果dev_addon==-1，则由nids_init函数确定
// 缺省值：-1
void (*syslog)(); // 日志函数指针
int syslog_level; // 如果nids_params.syslog==nids_syslog，则此字段值
// 将确定日志等级loglevel
// 缺省值：LOG_ALERT
int scan_num_hosts;// 存放端口扫描信息的hash表大小。
// 如果为0，则关闭端口扫描监测功能。
// 缺省值：256
int scan_num_ports;// 来自同一IP地址所扫描的TCP端口数上限
// 缺省值：10
int scan_delay; // 在两次端口扫描中的间隔时间上限(毫秒)
// 缺省值：3000
void (*no_mem)(); // 内存不足时被调用，此时应终止当前进程
int (*ip_filter)(struct ip*); // 当接收到一个IP数据包时调用。如返回值
// 非零，则处理该数据包，否则忽略。
// 缺省为(nids_ip_filter)且总返回1
char *pcap_filter; // 传递给pcap过滤器的字符串。
// 缺省值：NULL
} nids_params;
nids_params的syslog字段缺省时指向nids_syslog函数，声明如下：
void nids_syslog (int type, int errnum, struct ip *iph, void *data);
nids_params.syslog函数用于记录异常情况，如端口扫描企图，无效TCP头标志 等。该字段应指向自定义的日志处理函数。nids_syslog()仅作为一个例子。nids_syslog()函数向系统守护服务syslogd发送日 志消息。
使用nids_run有一个缺陷：应用程序将完全由数据包驱动(运行)。有时需要在没有数据包到达时也能处理一些任务，则作为nids_run()函数的替代，程序员可使用如下函数：
int nids_next()
此函数将调用pcap_next()函数(而不是pcap_loop()函数)。(详细资料请参阅《网络安全工具开发函数库介绍之二 ——libpcap》。) nids_next()函数成功时返回1，出错时返回0，且nids_errbuf缓冲区存放相应错误消息。
典型地，当使用nids_next()函数时，应用程序调用I/O复用函数select()阻塞，监听套接字fd在“读”描述字集合fd_set中设置。该套接字可通过如下函数获得：
int nids_getfd()
成功时返回一个文件描述字，出错时返回-1，且nids_errbuf缓冲区存放相应错误消息。
---[[ libnids应用实例 ]]----------------------------------
1、nids_next()函数的应用
============================ cut here ============================
/*
This is an example how one can use nids_getfd() and nids_next() functions.
You can replace printall.c's function main with this file.
*/
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int
main ()
{
// here we can alter libnids params, for instance:
// nids_params.n_hosts=256;
int fd;
int time = 0;
fd_set rset;
struct timeval tv;
if (!nids_init ())
{
fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
exit(1);
}
nids_register_tcp (tcp_callback);
fd = nids_getfd ();
for (;;)
{
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO (&rset);
FD_SET (fd, &rset);
// add any other fd we need to take care of
if (select (fd + 1, &rset, 0, 0, &tv))
{
if (FD_ISSET(fd,&rset) // need to test it if there are other
// fd in rset
if (!nids_next ()) break;
}
else
fprintf (stderr, "%i ", time++);
}
return 0;
}
============================ cut here ============================
2、Simple sniffer
============================ cut here ============================
/*
Copyright (c) 1999 Rafal Wojtczuk <nergal@avet.com.pl>. All rights
reserved.
See the file COPYING for license details.
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include "nids.h"
#define LOG_MAX 100
#define SZLACZEK "/n--------------------------------------------------/n"
#define int_ntoa(x) inet_ntoa(*((struct in_addr *)&x))
char *
adres (struct tuple4 addr)
{
static char buf[256];
strcpy (buf, int_ntoa (addr.saddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i,", addr.source);
strcat (buf, int_ntoa (addr.daddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i : ", addr.dest);
return buf;
}
int logfd;
void
do_log (char *adres_txt, char *data, int ile)
{
write (logfd, adres_txt, strlen (adres_txt));
write (logfd, data, ile);
write (logfd, SZLACZEK, strlen (SZLACZEK));
}
void
sniff_callback (struct tcp_stream *a_tcp, void **this_time_not_needed)
{
int dest;
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
dest = a_tcp->addr.dest;
if (dest == 21 || dest == 23 || dest == 110 || dest == 143 || dest ==
513)
a_tcp->server.collect++;
return;
}
if (a_tcp->nids_state != NIDS_DATA)
{
// seems the stream is closing, log as much as possible
do_log (adres (a_tcp->addr), a_tcp->server.data,
a_tcp->server.count - a_tcp->server.offset);
return;
}
if (a_tcp->server.count - a_tcp->server.offset < LOG_MAX)
{
// we haven't got enough data yet; keep all of it
nids_discard (a_tcp, 0);
return;
}
// enough data
do_log (adres (a_tcp->addr), a_tcp->server.data, LOG_MAX);
// Now procedure sniff_callback doesn't want to see this stream anymore.
// So, we decrease all the "collect" fields we have previously increased.
// If there were other callbacks following a_tcp stream, they would still
// receive data
a_tcp->server.collect--;
}
int
main ()
{
logfd = open ("./logfile", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
if (logfd < 0)
{
perror ("opening ./logfile:");
exit (1);
}
if (!nids_init ())
{
fprintf (stderr, "%s/n", nids_errbuf);
exit (1);
}
nids_register_tcp (sniff_callback);
nids_run ();
return 0;
}
============================ cut here ============================
3、Wu-FTPd overflow attack detector
============================ cut here ============================
/*
Copyright (c) 1999 Rafal Wojtczuk <nergal@avet.com.pl>. All rights reserved.
See the file COPYING for license details.
*/
/*
This code attempts to detect attack against imapd (AUTHENTICATE hole) and
wuftpd (creation of deep directory). This code is to ilustrate use of libnids;
in order to improve readability, some simplifications were made, which enables
an attacker to bypass this code (note, the below routines should be improved,
not libnids)
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/in_systm.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <syslog.h>
#include "nids.h"
#define int_ntoa(x) inet_ntoa(*((struct in_addr *)&x))
char *
adres (struct tuple4 addr)
{
static char buf[256];
strcpy (buf, int_ntoa (addr.saddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i,", addr.source);
strcat (buf, int_ntoa (addr.daddr));
sprintf (buf + strlen (buf), ",%i", addr.dest);
return buf;
}
/*
if we find a pattern AUTHENTICATE {an_int} in data stream sent to an imap
server, where an_int >1024, it means an buffer overflow attempt. We kill the
connection.
*/
#define PATTERN "AUTHENTICATE {"
#define PATLEN strlen(PATTERN)
void
detect_imap (struct tcp_stream *a_tcp)
{
char numbuf[30];
int i, j, datalen, numberlen;
struct half_stream *hlf;
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
if (a_tcp->addr.dest == 143)
{
a_tcp->server.collect++;
return;
}
else
return;
}
if (a_tcp->nids_state != NIDS_DATA)
return;
hlf = &a_tcp->server;
datalen = hlf->count - hlf->offset;
if (datalen < PATLEN)
{
// we have too small amount of data to work on. Keep all data in buffer.
nids_discard (a_tcp, 0);
return;
}
for (i = 0; i <= datalen - PATLEN; i++)
if (!memcmp (PATTERN, hlf->data + i, PATLEN)) //searching for a pattern
break;
if (i > datalen - PATLEN)
{
// retain PATLEN bytes in buffer
nids_discard (a_tcp, datalen - PATLEN);
return;
}
for (j = i + PATLEN; j < datalen; j++) // searching for a closing '}'
if (*(hlf->data + j) == '}')
break;
if (j > datalen)
{
if (datalen > 20)
{
//number too long, perhaps we should log it, too
}
return;
}
numberlen = j - i - PATLEN;
memcpy (numbuf, hlf->data + i + PATLEN, numberlen); //numbuf contains
// AUTH argument
numbuf[numberlen] = 0;
if (atoi (numbuf) > 1024)
{
// notify admin
syslog(nids_params.syslog_level,
"Imapd exploit attempt, connection %s/n",adres(a_tcp->addr));
// kill the connection
nids_killtcp (a_tcp);
}
nids_discard (a_tcp, datalen - PATLEN);
return;
}
// auxiliary structure, needed to keep current dir of ftpd daemon
struct supp
{
char *currdir;
int last_newline;
};
// the below function adds "elem" string to "path" string, taking care of
// ".." and multiple '/'. If the resulting path is longer than 768,
// return value is 1, otherwise 0
int
add_to_path (char *path, char *elem, int len)
{
int plen;
char * ptr;
if (len > 768)
return 1;
if (len == 2 && elem[0] == '.' && elem[1] == '.')
{
ptr = rindex (path, '/');
if (ptr != path)
*ptr = 0;
}
else if (len > 0)
{
plen = strlen (path);
if (plen + len + 1 > 768)
return 1;
if (plen==1)
{
strncpy(path+1,elem,len);
path[1+len]=0;
}
else
{
path[plen] = '/';
strncpy (path + plen + 1, elem, len);
path[plen + 1 + len] = 0;
}
}
return 0;
}
void
do_detect_ftp (struct tcp_stream *a_tcp, struct supp **param_ptr)
{
struct supp *p = *param_ptr;
int index = p->last_newline + 1;
char *buf = a_tcp->server.data;
int offset = a_tcp->server.offset;
int n_bytes = a_tcp->server.count - offset;
int path_index, pi2, index2, remcaret;
for (;;)
{
index2 = index;
while (index2 - offset < n_bytes && buf[index2 - offset] != '/n')
index2++;
if (index2 - offset >= n_bytes)
break;
if (!strncasecmp (buf + index - offset, "cwd ", 4))
{
path_index = index + 4;
if (buf[path_index - offset] == '/')
{
strcpy (p->currdir, "/");
path_index++;
}
for (;;)
{
pi2 = path_index;
while (buf[pi2 - offset] != '/n' && buf[pi2 - offset] != '/')
pi2++;
if (buf[pi2-offset]=='/n' && buf[pi2-offset-1]=='/r')
remcaret=1;
else remcaret=0;
if (add_to_path (p->currdir, buf + path_index-offset, pi2 -
path_index-remcaret))
{
// notify admin
syslog(nids_params.syslog_level,
"Ftpd exploit attempt, connection %s/n",adres(a_tcp->addr));
nids_killtcp (a_tcp);
return;
}
if (buf[pi2 - offset] == '/n')
break;
path_index = pi2 + 1;
}
}
index = index2 + 1;
}
p->last_newline = index - 1;
nids_discard (a_tcp, index - offset);
}
void
detect_ftpd (struct tcp_stream *a_tcp, struct supp **param)
{
if (a_tcp->nids_state == NIDS_JUST_EST)
{
if (a_tcp->addr.dest == 21)
{
struct supp *one_for_conn;
a_tcp->server.collect++;
one_for_conn = (struct supp *) malloc (sizeof (struct supp));
one_for_conn->currdir = malloc (1024);
strcpy (one_for_conn->currdir, "/");
one_for_conn->last_newline = 0;
*param=one_for_conn;
}
return;
}
if (a_tcp->nids_state != NIDS_DATA)
{
free ((*param)->currdir);
free (*param);
return;
}
do_detect_ftp (a_tcp, param);
}
int
main ()
{
if (!nids_init ())
{
fprintf(stderr,"%s/n",nids_errbuf);
exit(1);
}
nids_register_tcp (detect_imap);
nids_register_tcp (detect_ftpd);
nids_run ();
return 0;
}
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