作业信息
| 作业课程 | 2020-2021-1Linux内核原理与分析 |
|---|---|
| 作业要求 | 2020-2021-1Linux内核原理与分析第十一周作业 |
| 作业目标 | Python 实现端口扫描器 |
| 作业正文 | 2020-2021-1 20209322《Linux内核原理与分析》第十一周作业 |
Python 实现端口扫描器
一、理论概述
1.1基本概念
端口扫描工具（Port Scanner）指用于探测服务器或主机开放端口情况的工具。常被计算机管理员用于确认安全策略，同时被攻击者用于识别目标主机上的可运作的网络服务。
端口扫描定义是客户端向一定范围的服务器端口发送对应请求，以此确认可使用的端口。虽然其本身并不是恶意的网络活动，但也是网络攻击者探测目标主机服务，以利用该服务的已知漏洞的重要手段。端口扫描的主要用途仍然只是确认远程机器某个服务的可用性。
扫描多个主机以获取特定的某个端口被称为端口清扫（Portsweep），以此获取特定的服务。例如，基于SQL服务的计算机蠕虫就会清扫大量主机的同一端口以在 1433 端口上建立TCP连接。
1.2实现原理
1）TCP 连接扫描
利用操作系统原生的网络功能，且通常作为SYN扫描的替代选项。Nmap将这种模式称为连接扫描，因为使用了类似 Unix 系统的 connect() 命令。如果该端口是开放的，操作系统就能完成TCP三次握手，然后端口扫描工具会立即关闭刚建立的该连接，防止拒绝服务攻击。这种扫描模式的优势是用户无需特殊权限。但使用操作系统原生网络功能不能实现底层控制，因此这种扫描方式并不流行。并且TCP扫描很容易被发现，尤其作为端口清扫的手段：这些服务会记录发送者的IP地址，入侵检测系统可能触发警报。
2）SYN 扫描
端口扫描工具不使用操作系统原生网络功能，而是自行生成、发送IP数据包，并监控其回应。这种扫描模式被称为“半开放扫描”，因为它从不建立完整的TCP连接。端口扫描工具生成一个SYN包，如果目标端口开放，则会返回 SYN-ACK 包。扫描端回应一个RST包，然后在握手完成前关闭连接。如果端口关闭了但未使用过滤，目标端口应该会持续返回RST包。这种粗略的网络利用方式有几个优点：给扫描工具全权控制数据包发送和等待回应时长的权力，允许更详细的回应分析。关于哪一种对目标主机的扫描方式更不具备入侵性存在一些争议，但SYN扫描的优势是从不会建立完整的连接。然而，RST包可能导致网络堵塞，尤其是一些简单如打印机之类的网络设备。
本实验中直接利用操作系统的 socket 连接接口，初步测试目标服务器的端口是否可以连接，如果可以则返回端口打开状态。
二、逻辑实现
2.1读取端口及目标服务器
import sys
# python3 ports_can.py <host> <start_port>-<end_port>
host = sys.argv[1]
portstrs = sys.argv[2].split('-')
start_port = int(portstrs[0])
end_port = int(portstrs[1])
2.2测试 TCP 端口连接
导入socket 包
from socket import *
获取目标IP地址
target_ip = gethostbyname(host)
连接测试的步骤：1.创建socket 2.调用connect()函数 3.关闭连接
opened_ports = []
for port in range(start_port, end_port + 1):
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
sock.settimeout(10)
result = sock.connect_ex((target_ip, port))
if result == 0:
opened_ports.append(port)
2.3输出开放端口结果
打印 opened_ports 列表：
print("Opened ports:")
for i in opened_ports: print(i)
2.4完整代码
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import sys
from socket import *
# port_scan.py <host> <start_port>-<end_port>
host = sys.argv[1]
portstrs = sys.argv[2].split('-')
start_port = int(portstrs[0]) #开始扫描的第一个端口
end_port = int(portstrs[1]) # 扫描的最后一个端口
target_ip = gethostbyname(host) # 目标 IP
opened_ports = []
for port in range(start_port, end_port):
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
sock.settimeout(10)
result = sock.connect_ex((target_ip, port))
if result == 0:
opened_ports.append(port)
print("Opened ports:")
for i in opened_ports:
print(i)
2.5测试代码
python3 port_scan.py 127.0.0.1 100-200
三、多线程端口扫描器
改进的方式如下：
1.把 TCP 连接测试封装进函数
2.每次循环都创建一个线程来执行 1 中的扫描函数
3.为了简化实现，把开放端口输出步骤写入到 1 的测试函数中
3.1引入多线程包
import _thread as thread
3.2引入线程锁
实现 TCP 测试函数，需要注意 print 输出时候需要加锁，如果不加锁可能会出现多个输出混合在一起的错误状态，而锁需要在程序启动时创建，从而能让新建的线程共享这个锁：
def tcp_test(port):
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
sock.settimeout(10)
result = sock.connect_ex((target_ip, port))
if result == 0:
lock.acquire()
print("Opened Port:", port)
lock.release()
输出执行完后要释放锁 lock。
3.3输入的处理及 lock 的创建
if __name__=='__main__':
# portscan.py <host> <start_port>-<end_port>
host = sys.argv[1]
portstrs = sys.argv[2].split('-')
start_port = int(portstrs[0])
end_port = int(portstrs[1])
target_ip = gethostbyname(host)
lock = thread.allocate_lock()
3.4创建线程
thread.start_new_thread 用来创建一个线程，该函数的第一个参数是一个线程中执行的函数，第二个参数必须是个元组，作为函数的输入，由于 tcp_test 函数只有一个参数，所以我们使用(port,)这种形式表示这个参数为元组。
for port in range(start_port, end_port):
thread.start_new_thread(tcp_test, (port,))
3.5完整代码
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import sys
import thread #引入了 thread 库，这是 python 多线程需要的
from socket import *
def tcp_test(port):
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
sock.settimeout(10)
result = sock.connect_ex((target_ip, port))
if result == 0:
lock.acquire()
print "Opened Port:",port
lock.release()
# print 输出要加锁，如果不加锁就会出现多个输出混合在一起的错误状态
# 而锁需要在程序启动时候创建，从而能让新建的线程共享这个锁
if __name__=='__main__':
# portscan.py <host> <start_port>-<end_port>
host = sys.argv[1]
portstrs = sys.argv[2].split('-')
start_port = int(portstrs[0])
end_port = int(portstrs[1])
target_ip = gethostbyname(host)
lock = thread.allocate_lock()
for port in range(start_port, end_port):
thread.start_new_thread(tcp_test, (port,))
3.6测试代码
python3 port_scan_threads.py 127.0.0.1 100-8000
