parse_dns.py

   1 #!/usr/bin/python
   2
   3 """
   4 Script that takes a file (output by wireshark/tshark, in JSON format) with DNS traffic
   5 and constructs a map (dictionary) in which a hostname points to a set that contains the
   6 IP addresses that is associated with that hostname.
   7 """
   8
   9 import sys
  10 import json
  11 from collections import defaultdict
  12 from decimal import *
  13
  14 ROUTER_MAC = "b0:b9:8a:73:69:8e"
  15
  16 JSON_KEY_SOURCE = "_source"
  17 JSON_KEY_LAYERS = "layers"
  18 JSON_KEY_DNS = "dns"
  19 JSON_KEY_QUERIES = "Queries"
  20 JSON_KEY_ANSWERS = "Answers"
  21 JSON_KEY_DNS_RESP_TYPE = "dns.resp.type"
  22 JSON_KEY_DNS_A = "dns.a" # Key for retrieving IP. 'a' for type A DNS record.
  23 JSON_KEY_DNS_RESP_NAME = "dns.resp.name"
  24 JSON_KEY_DNS_CNAME = "dns.cname"
  25 JSON_KEY_ETH = "eth"
  26 JSON_KEY_ETH_DST = "eth.dst"
  27 JSON_KEY_FRAME = "frame"
  28 JSON_KEY_FRAME_TIME_EPOCH = "frame.time_epoch"
  29
  30 def main():
  31         if len(sys.argv) < 2:
  32                 print "Usage: python", sys.argv[0], "input_file"
  33                 return
  34         mac_to_ddm = parse_json_dns(sys.argv[1])
  35         for mac in mac_to_ddm:
  36                 ddm = mac_to_ddm[mac]
  37                 ddm.print_mappings()
  38         # maps_tuple = parse_json_dns(sys.argv[1])
  39
  40         # # print hostname to ip map
  41         # hn_ip_map = maps_tuple[0]
  42         # for hn in hn_ip_map.keys():
  43         #       print "====================================================================="
  44         #       print hn, "maps to:"
  45         #       for ip in hn_ip_map[hn]:
  46         #               print "    -", ip
  47         # print "====================================================================="
  48
  49         # print " "
  50
  51         # # print ip to hostname map
  52         # ip_hn_map = maps_tuple[1]
  53         # for ip in ip_hn_map.keys():
  54         #       print "====================================================================="
  55         #       print ip, "maps to:"
  56         #       for hn in ip_hn_map[ip]:
  57         #               print "    -", hn
  58         # print "====================================================================="
  59
  60 class DeviceDNSMap:
  61         def __init__(self, mac_address):
  62                 # MAC address of device
  63                 self.mac = mac_address
  64                 # Maps an external IP to a list of (timestamp,hostname) tuples.
  65                 # Entries in the list should be interpreted as follows:
  66                 # the timestamp indicates WHEN this device mapped the given ip (key in dict) to the hostname.
  67                 self.ip_mappings = defaultdict(list)
  68
  69         def hostname_for_ip_at_time(self, ip, timestamp):
  70                 # Does device have a mapping for the given IP?
  71                 if not ip in self.ip_mappings:
  72                         return None
  73                 if not self.ip_mappings[ip]:
  74                         # If list of (timestamp,hostname) tuples is empty, there is no mapping to report.
  75                         return None
  76                 # Best fit mapping: the mapping immediately BEFORE timestamp parameter.
  77                 # Start with random pick (element 0).
  78                 best_fit = self.ip_mappings[ip][0]
  79                 for t in self.ip_mappings[ip]:
  80                         # t is a (timestamp,hostname) tuple
  81                         if t[0] < timestamp and t[0] > best_fit[0]:
  82                                 # t is a better fit if it happened BEFORE the input timestamp
  83                                 # and is LATER than the current best_fit
  84                                 best_fit = t
  85                 return best_fit
  86
  87         def add_mapping(self, ip, timestamp_hostname_tuple):
  88                 self.ip_mappings[ip].append(timestamp_hostname_tuple)
  89
  90         def print_mappings(self):
  91                 count = 0
  92                 print "### Mappings for MAC = ", self.mac, "###"
  93                 for ip in self.ip_mappings:
  94                         print "--- IP ", ip, " maps to: ---"
  95                         for t in self.ip_mappings[ip]:
  96                                 print t[1], "at epoch time =", t[0]
  97                                 count += 1
  98                 print "### Total of", count, "mappings for", self.mac, "###"
  99
 100         # --------------------------------------------------------------------------
 101         # Define eq and hash such that instances of the class can be used as keys in dictionaries.
 102         # Equality is based on MAC as a MAC uniquely identifies the device.
 103         def __eq__(self, another):
 104                 return hasattr(another, 'mac') and self.mac == another.mac
 105         def __hash__(self):
 106                 return hash(self.data)
 107         # --------------------------------------------------------------------------
 108
 109
 110 def parse_json_dns(file_path):
 111         # Our end output: dictionary of MAC addresses with DeviceDNSMaps as values.
 112         # Each DeviceDNSMap contains DNS lookups performed by the device with the corresponding MAC.
 113         result = defaultdict()
 114         with open(file_path) as jf:
 115                 # Read JSON.
 116         # data becomes reference to root JSON object (or in our case json array)
 117                 data = json.load(jf)
 118                 # Loop through json objects in data
 119                 # Each entry is a pcap entry (request/response (packet) and associated metadata)
 120                 for p in data:
 121                         # p is a JSON object, not an index
 122                         # Drill down to DNS part: _source->layers->dns
 123                         layers = p[JSON_KEY_SOURCE][JSON_KEY_LAYERS]
 124                         dns = layers.get(JSON_KEY_DNS, None)
 125                         # Skip any non DNS traffic
 126                         if dns is None:
 127                                 print "[ WARNING: Non DNS traffic ]"
 128                                 continue
 129                         # We only care about DNS responses as these also contain a copy of the query that they answer
 130                         answers = dns.get(JSON_KEY_ANSWERS, None)
 131                         if answers is None:
 132                                 continue
 133                         ## Now that we know that it is an answer, the queries should also be available.
 134                         queries = dns.get(JSON_KEY_QUERIES)
 135                         if len(queries.keys()) > 1:
 136                                 # Unclear if script will behave correctly for DNS lookups with multiple queries
 137                                 print "[ WARNING: Multi query DNS lookup ]"
 138                         # Get ethernet information for identifying the device performing the DNS lookup.
 139                         eth = layers.get(JSON_KEY_ETH, None)
 140                         if eth is None:
 141                                 print "[ WARNING: eth data not found ]"
 142                                 continue
 143                         # As this is a response to a DNS query, the IoT device is the destination.
 144                         # Get the device MAC of that device.
 145                         device_mac = eth.get(JSON_KEY_ETH_DST, None)
 146                         if device_mac is None:
 147                                 print "[ WARNING: eth.dst data not found ]"
 148                                 continue
 149                         # Get the router's timestamp for this packet
 150                         # so that we can mark when the DNS mapping occurred
 151                         timestamp = Decimal(layers[JSON_KEY_FRAME][JSON_KEY_FRAME_TIME_EPOCH])
 152                         for ak in answers.keys():
 153                                 a = answers[ak]
 154                                 # We are looking for type A records as these are the ones that contain the IP.
 155                                 # Type A == type 1
 156                                 if a[JSON_KEY_DNS_RESP_TYPE] == "1":
 157                                         # get the IP
 158                                         ip = a[JSON_KEY_DNS_A]
 159                                         # The answer may be the canonical name.
 160                                         # Now trace back the answer stack, looking for any higher level aliases.
 161                                         hostname = find_alias_hostname(answers, a[JSON_KEY_DNS_RESP_NAME])
 162                                         # Create the tuple that indicates WHEN the ip to hostname mapping occurred
 163                                         timestamp_hostname_tuple = (timestamp,hostname)
 164                                         if device_mac in result:
 165                                                 # If we already have DNS data for the device with this MAC:
 166                                                 # Add the mapping to the DeviceDNSMap that is already present in the dict.
 167                                                 result[device_mac].add_mapping(ip, timestamp_hostname_tuple)
 168                                         else:
 169                                                 # No DNS data for this device yet:
 170                                                 # Create a new DeviceDNSMap, add the mapping, and at it to the dict.
 171                                                 ddm = DeviceDNSMap(device_mac)
 172                                                 ddm.add_mapping(ip, timestamp_hostname_tuple)
 173                                                 result[device_mac] = ddm
 174         return result
 175
 176 # Recursively traverse set of answers trying to find the top most alias for a canonical name
 177 def find_alias_hostname(answers, hostname):
 178         for ak in answers.keys():
 179                 a = answers[ak]
 180                 cname = a.get(JSON_KEY_DNS_CNAME, None)
 181                 # We only care about type=CNAME records
 182                 if cname is None:
 183                         continue
 184                 if cname == hostname:
 185                         # Located the right answer, perform recursive search for higher level aliases.
 186                         return find_alias_hostname(answers, a[JSON_KEY_DNS_RESP_NAME])
 187         return hostname
 188
 189 if __name__ == '__main__':
 190         main()
 191
 192 # ================================================================================================
 193 # Notes/brainstorming how to do ip to host mappings.
 194
 195 # Maps IPs to hostnames. Uses a dictionary of dictionaries.
 196 # IP lookup in the outer dictionary returns a dictionary that has hostnames as keys.
 197 # Looking up a hostname in the inner dictionary returns a set of timestamps.
 198 # Each timestamp indicate the time at which the IP<->hostname mapping was determined by a DNS query.
 199 # Note that the keyset of the inner dictionary will be of size 1 in most cases.
 200 # When this is the case, the value (the set of timestamps) can be ignored.
 201 # The values are only relevant when one IP maps to more than 1 hostname.
 202 # When this the case, the timestamps must be considered to find the most recent mapping.
 203 # ip_host_mappings = defaultdict(defaultdict(set))
 204
 205 # ================================================================================================