Python多线程端口扫描器

近两日，闲来无事，就写了些端口扫描器，重温TCP/IP协议栈的部分原理。

1 端口扫描器

所谓的端口扫描器，其实是用来检测目标服务器有哪些端口开放所使用的工具，一般是管理员用来进行安全加固，检测是否有无意开放的端口；或者是恶意攻击的人员在进行攻击前的准备工作。

所以综述上下，端口扫描器是用来确定目标机器 (本地机器或者远程机器)的特定服务的可用性

2 端口扫描原理

上面提到过，端口扫描器是用来确定目标机器的服务的可用性的；那么具体是怎么确定的呢？如果还没有答案的话，可以换个角度来思考这个问题。

假如你想确定邻居家的妹子是否在家，你会怎么办？这不简单么，问一下不就清楚了么？对阿，对于服务器的端口也可以适用这样的方法嘛。端口扫描的原理都是“问一下”，只是问的方法不一样而已，就好像你是决定直接过去敲邻居门，还是打电话过去一样，殊途同归，方法是没有对错的之分，差异只是方法的优劣。

2.1 TCP连接扫描

这是最简单的一种方法，一般被称为连接扫描，即利用 socket 对目标机器进行连接尝试，如果能够成功建立三次握手连接，那就说明你用 socket 连接的端口是开放的；然后你就可以断开连接，扫描下一个目标端口了 (如果不断开连接，这就是一种 DDOS攻击了).

只不过TCP连接扫描不是很常用，不仅是因为容易被发现，而且你的IP地址也可能会被目标地址记录下来的(对于攻击者来说，隐藏身份是很重要的)

2.1.1 代码解析：

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def scan(self, args):
    host, port = args
    try:
	# Create a TCP socket and try to connect
	# AF_INET for ipv4,AF_INET6 for ipv6
	sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
	sock.connect((host, port))
	sock.close()
	return host, port, True
    except (socket.timeout, socket.error):
	return host, port, False

因为原理很简单，所以核心代码也是很简洁的，只是建立 socket 然后进行连接，如果连接不上，就很大几率说明端口是关闭的 (并不是绝对的，例如socket超时的异常可能就是因为网络异常，不一定是目标机器的缘故)

2.2 SYN扫描

再回顾一下TCP的三次握手：

2.2.1 TCP三次握手

TCP建立连接时，首先客户端和服务器处于close状态。
然后客户端发送SYN同步位，此时客户端处于SYN-SEND状态，服务器处于lISTEN状态，当服务器收到SYN以后，向客户端发送同步位SYN和确认码ACK，然后服务器变为SYN-RCVD，客户端收到服务器发来的SYN和ACK 后，客户端的状态变成ESTABLISHED(已建立连接)，
客户端再向服务器发送ACK确认码，服务器接收到以后也变成ESTABLISHED。然后服务器客户端开始数据传输

如图：

2.2.2 SYN扫描原理

SYN+ACK
那么现在再回到SYN扫描上来.如果在发送第一次握手的 SYN flag 时，目标机器回复了SYN+ACK,这不就说明笔者发送的TCP包中的目标端口是开放的么！如果不开放，服务器就不会期待第三次握手了，也不会给笔者发送 SYN+ACK 了；如图：
图来自 http://resources.infosecinstitute.com/port-scanning-using-scapy/

RST
如果第二次握手的时候，目标机器回复的不是 SYN+ACK, 而是 RST, 就说明TCP包中的目标端口在目标机器上是关闭的；如图
图来自 http://resources.infosecinstitute.com/port-scanning-using-scapy/

Filtered
上面提及了目标端口的开放和关闭两种状态，那么，还有没有其他状态呢？什么，还有其他状态？
如果就SYN扫描而言，就还有 filtered被过滤之一说，如果还有加上其他扫描技术，就还有其他状态了。
回到SYN扫描，当返回的不是服务器想建立第二次握手的包，而是ICMP的包就有可能被过滤，例如响应信息是ICMP错误信息类型3代码3(无法到达目标：端口不可达)这里出现的端口不可达，可能就是被防火墙过滤了，如果是类型3代码13(无法到达目标：通信被管理员禁止),那也是被过滤了。
更多信息就要查询ICMP的官方文档了

2.2.3 代码解释

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def scan(self, args):
    dst_ip, dst_port = args
    src_port = RandShort()
    answered, unanswered = sr(IP(dst=dst_ip) / TCP(sport=src_port,
						   dport=dst_port, flags="S"),
			  timeout=self.timeout, verbose=False)
    for packet in unanswered:
	return packet.dst, packet.dport, "Filtered"

    for (send, recv) in answered:
	if(recv.haslayer(TCP)):
	    flags = recv.getlayer(TCP).sprintf("%")
	    if(flags == "SA"):
		# set RST to server in case of ddos attack
		send_rst = sr(IP(dst=dst_ip) / TCP(sport=src_port,
						   dport=dst_port, flags="R"),
			  timeout=self.timeout, verbose=True)
		return dst_ip, dst_port, "Open"
	    elif (flags == "RA" or flags == "R"):
		return dst_ip, dst_port, "Closed"
	elif(recv.haslayer(ICMP)):
	    icmp_type = recv.getlayer(ICMP).type
	    icmp_code = recv.getlayer(ICMP).code
	    if(icmp_type == ICMP_TYPE_DESTINATION_UNREACHABLE and icmp_code in ICMP_CODE):
		return dst_ip, dst_port, "Filtered"
	else:
	    return dst_ip, dst_port, "CHECK"

核心代码很简单，就是发送建立连接的握手请求，然后根据不同的返回结果判断不同的状态。

如果端口确定是开放，那就发送 R flag给目标机器结束握手 (如果不结束握手的话，那就是DDOS,这也是DDOS最常用的手段); 因为这次不是使用操作系统原生的 socket, 而是自行构造发送 IP数据包，所以需要使用一个很强大的构造操作各种数据包的工具 – scapy

(顺便说一下，如果在Windows下安装 scapy,需要非常多的步骤，如果是Unix/Linux,只需几行命令:) )

3 后话

简单的扫描器就已经完成了，加上多线程的功能提高性能。

很想吐嘈一下，真的对Python 的多线程恨铁不成钢，只好换成多进程；也给 Python2 Python3 API的改变折腾得够呛，不禁让笔者怀念起Java:(

其实正如笔者开头所言的，你确定隔壁家妹子是否在家的方法有很多，你扫描端口的方法也有很多：例如 XMAS scan(TCP圣诞树扫描), FIN scan,Null scan, ACK scan, Window scan, UDP scan等。

当然你如果不想针对各种扫描都写一个扫描器，你可以使用 nmap 这个地球最强大的扫描器 (没有之一). 在Python也已经有与nmap整合的强大的包 python-nmap

扫描器完整代码地址 https://github.com/samrayleung/PortScanner

参考

http://resources.infosecinstitute.com/port-scanning-using-scapy/

1 端口扫描器#

2 端口扫描原理#

2.1 TCP连接扫描#

2.1.1 代码解析：#

2.2 SYN扫描#

2.2.1 TCP三次握手#

2.2.2 SYN扫描原理#

2.2.3 代码解释#

3 后话#