Code/Projects/SmartPlugDetector/src/main/java/edu/uci/iotproject/FlowPatternFinder.java

   1 package edu.uci.iotproject;
   2
   3 import org.pcap4j.core.NotOpenException;
   4 import org.pcap4j.core.PcapHandle;
   5 import org.pcap4j.core.PcapNativeException;
   6 import org.pcap4j.packet.IpV4Packet;
   7 import org.pcap4j.packet.Packet;
   8 import org.pcap4j.packet.TcpPacket;
   9
  10 import java.io.EOFException;
  11 import java.util.*;
  12 import java.util.concurrent.TimeoutException;
  13
  14 /**
  15  * Provides functionality for searching for the presence of a {@link FlowPattern} in a PCAP trace.
  16  *
  17  * @author Janus Varmarken
  18  */
  19 public class FlowPatternFinder {
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  21     private final Map<String, Set<String>> dnsMap;
  22     private final Map<Conversation, List<Packet>> connections = new HashMap<>();
  23
  24     public FlowPatternFinder(Map<String, Set<String>> dnsMap) {
  25         this.dnsMap = Objects.requireNonNull(dnsMap);
  26     }
  27
  28     private static final Set<String> EMPTY_SET = Collections.unmodifiableSet(new HashSet<>());
  29
  30     // TODO clean up exceptions etc.
  31     public void findFlowPattern(PcapHandle pcap, FlowPattern pattern)
  32             throws PcapNativeException, NotOpenException, TimeoutException {
  33         try {
  34             Packet packet;
  35             while ((packet = pcap.getNextPacketEx()) != null) {
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  37
  38                 // For now, we only work support pattern search in TCP over IPv4.
  39                 IpV4Packet ipPacket = packet.get(IpV4Packet.class);
  40                 TcpPacket tcpPacket = packet.get(TcpPacket.class);
  41                 if (ipPacket == null || tcpPacket == null) {
  42                     continue;
  43                 }
  44                 String srcAddress = ipPacket.getHeader().getSrcAddr().getHostAddress();
  45                 String dstAddress = ipPacket.getHeader().getDstAddr().getHostAddress();
  46                 int srcPort = tcpPacket.getHeader().getSrcPort().valueAsInt();
  47                 int dstPort = tcpPacket.getHeader().getDstPort().valueAsInt();
  48                 // Is this packet related to the pattern and coming from the cloud server?
  49                 boolean fromServer = dnsMap.getOrDefault(srcAddress, EMPTY_SET).contains(pattern.getHostname());
  50                 // Is this packet related to the pattern and going to the cloud server?
  51                 boolean fromClient = dnsMap.getOrDefault(dstAddress, EMPTY_SET).contains(pattern.getHostname());
  52                 if (!fromServer && !fromClient) {
  53                     // Packet not related to pattern, skip it.
  54                     continue;
  55                 }
  56                 // Identify conversations (connections/sessions) by the four-tuple (clientIp, clientPort, serverIp, serverPort).
  57                 // TODO: this is strictly not sufficient to differentiate one TCP session from another, but should suffice for now.
  58                 Conversation conversation = fromClient ? new Conversation(srcAddress, srcPort, dstAddress, dstPort) :
  59                         new Conversation(dstAddress, dstPort, srcAddress, srcPort);
  60                 List<Packet> listWrappedPacket = new ArrayList<>();
  61                 listWrappedPacket.add(packet);
  62                 // Create new conversation entry, or append packet to existing.
  63                 connections.merge(conversation, listWrappedPacket, (v1, v2) -> {
  64                     v1.addAll(v2);
  65                     return v1;
  66                 });
  67             }
  68         } catch (EOFException eofe) {
  69             System.out.println("findFlowPattern: finished processing entire file");
  70         }
  71     }
  72
  73     /**
  74      * Immutable class used for identifying a conversation/connection/session/flow (packet's belonging to the same
  75      * session between a client and a server).
  76      */
  77     private static class Conversation {
  78
  79         private final String clientIp;
  80         private final int clientPort;
  81         private final String serverIp;
  82         private final int serverPort;
  83
  84         public Conversation(String clientIp, int clientPort, String serverIp, int serverPort) {
  85             this.clientIp = clientIp;
  86             this.clientPort = clientPort;
  87             this.serverIp = serverIp;
  88             this.serverPort = serverPort;
  89         }
  90
  91
  92         // =========================================================================================================
  93         // We simply reuse equals and hashCode methods of String.class to be able to use this immutable class as a key
  94         // in a Map.
  95         @Override
  96         public boolean equals(Object obj) {
  97             return obj instanceof Conversation && this.toString().equals(obj.toString());
  98         }
  99         @Override
 100         public int hashCode() {
 101             return toString().hashCode();
 102         }
 103         // =========================================================================================================
 104
 105         @Override
 106         public String toString() {
 107             return String.format("%s:%d %s:%d", clientIp, clientPort, serverIp, serverPort);
 108         }
 109     }
 110
 111 }