Merge branch 'master' of https://github.uci.edu/rtrimana/smart_home_traffic
[pingpong.git] / Code / Projects / SmartPlugDetector / src / main / java / edu / uci / iotproject / util / PcapPacketUtils.java
index 4c991e4f00db892bf4bdc785a8147b5ee9a47b7a..cee09fed8c1c78ddc19459470864b01571f6fd93 100644 (file)
@@ -1,13 +1,15 @@
 package edu.uci.iotproject.util;
 
-import edu.uci.iotproject.Conversation;
+import edu.uci.iotproject.trafficreassembly.layer3.Conversation;
 import edu.uci.iotproject.analysis.PcapPacketPair;
 import edu.uci.iotproject.analysis.TcpConversationUtils;
 import edu.uci.iotproject.analysis.TriggerTrafficExtractor;
 import org.apache.commons.math3.stat.clustering.Cluster;
 import org.pcap4j.core.PcapPacket;
+import org.pcap4j.packet.EthernetPacket;
 import org.pcap4j.packet.IpV4Packet;
 import org.pcap4j.packet.TcpPacket;
+import org.pcap4j.util.MacAddress;
 
 import java.util.*;
 
@@ -26,6 +28,25 @@ public final class PcapPacketUtils {
      */
     private static final int SIGNATURE_MERGE_THRESHOLD = 5;
 
+
+    /**
+     * Gets the source address of the Ethernet part of {@code packet}.
+     * @param packet The packet for which the Ethernet source address is to be extracted.
+     * @return The source address of the Ethernet part of {@code packet}.
+     */
+    public static MacAddress getEthSrcAddr(PcapPacket packet) {
+        return getEthernetPacketOrThrow(packet).getHeader().getSrcAddr();
+    }
+
+    /**
+     * Gets the destination address of the Ethernet part of {@code packet}.
+     * @param packet The packet for which the Ethernet destination address is to be extracted.
+     * @return The destination address of the Ethernet part of {@code packet}.
+     */
+    public static MacAddress getEthDstAddr(PcapPacket packet) {
+        return getEthernetPacketOrThrow(packet).getHeader().getDstAddr();
+    }
+
     /**
      * Determines if a given {@link PcapPacket} wraps a {@link TcpPacket}.
      * @param packet The {@link PcapPacket} to inspect.
@@ -39,11 +60,22 @@ public final class PcapPacketUtils {
      * Gets the source IP (in decimal format) of an IPv4 packet.
      * @param packet The packet for which the IPv4 source address is to be extracted.
      * @return The decimal representation of the source IP of {@code packet} <em>iff</em> {@code packet} wraps an
-     *         {@link IpV4Packet}, otherwise {@code null}.
+     *         {@link IpV4Packet}.
+     * @throws NullPointerException if {@code packet} does not encapsulate an {@link IpV4Packet}.
      */
     public static String getSourceIp(PcapPacket packet) {
-        IpV4Packet ipPacket = packet.get(IpV4Packet.class);
-        return ipPacket == null ? null : ipPacket.getHeader().getSrcAddr().getHostAddress();
+        return getIpV4PacketOrThrow(packet).getHeader().getSrcAddr().getHostAddress();
+    }
+
+    /**
+     * Gets the destination IP (in decimal format) of an IPv4 packet.
+     * @param packet The packet for which the IPv4 source address is to be extracted.
+     * @return The decimal representation of the destination IP of {@code packet} <em>iff</em> {@code packet} wraps an
+     *         {@link IpV4Packet}.
+     * @throws NullPointerException if {@code packet} does not encapsulate an {@link IpV4Packet}.
+     */
+    public static String getDestinationIp(PcapPacket packet) {
+        return getIpV4PacketOrThrow(packet).getHeader().getDstAddr().getHostAddress();
     }
 
     /**
@@ -106,6 +138,30 @@ public final class PcapPacketUtils {
         return ipDst.equals(ip) && dstPort == port;
     }
 
+    /**
+     * Checks if the source IP address of the {@link IpV4Packet} contained in {@code packet} is a local address, i.e.,
+     * if it pertains to subnet 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/16, or 192.168.0.0/16.
+     * @param packet The packet for which the source IP address is to be examined.
+     * @return {@code true} if {@code packet} wraps a {@link IpV4Packet} for which the source IP address is a local IP
+     *         address, {@code false} otherwise.
+     * @throws NullPointerException if {@code packet} does not encapsulate an {@link IpV4Packet}.
+     */
+    public static boolean isSrcIpLocal(PcapPacket packet) {
+        return getIpV4PacketOrThrow(packet).getHeader().getSrcAddr().isSiteLocalAddress();
+    }
+
+    /**
+     * Checks if the destination IP address of the {@link IpV4Packet} contained in {@code packet} is a local address,
+     * i.e., if it pertains to subnet 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/16, or 192.168.0.0/16.
+     * @param packet The packet for which the destination IP address is to be examined.
+     * @return {@code true} if {@code packet} wraps a {@link IpV4Packet} for which the destination IP address is a local
+     *         IP address, {@code false} otherwise.
+     * @throws NullPointerException if {@code packet} does not encapsulate an {@link IpV4Packet}.
+     */
+    public static boolean isDstIpLocal(PcapPacket packet) {
+        return getIpV4PacketOrThrow(packet).getHeader().getDstAddr().isSiteLocalAddress();
+    }
+
     /**
      * Checks if {@code packet} wraps a TCP packet that has the SYN flag set.
      * @param packet A {@link PcapPacket} that is suspected to contain a {@link TcpPacket} for which the SYN flag is set.
@@ -164,8 +220,12 @@ public final class PcapPacketUtils {
      */
     public static List<List<List<PcapPacket>>>
             mergeSignatures(List<List<List<PcapPacket>>> signatures, List<Conversation> conversations) {
-        // Make a copy first.
-        List<List<List<PcapPacket>>> copySignatures = new ArrayList<>(signatures);
+
+        // TODO: THIS IS NOT A DEEP COPY; IT BASICALLY CREATES A REFERENCE TO THE SAME LIST OBJECT
+        // List<List<List<PcapPacket>>> copySignatures = new ArrayList<>(signatures);
+        // Make a deep copy first.
+        List<List<List<PcapPacket>>> copySignatures = new ArrayList<>();
+        listDeepCopy(copySignatures, signatures);
         // Traverse and look into the pairs of signatures.
         for (int first = 0; first < signatures.size(); first++) {
             List<List<PcapPacket>> firstList = signatures.get(first);
@@ -206,6 +266,9 @@ public final class PcapPacketUtils {
                 if (secondList.size() < SIGNATURE_MERGE_THRESHOLD) {
                     // Prune the unsuccessfully merged signatures (i.e., these will have size() < maxSignatureEl).
                     final int maxNumOfEl = maxSignatureEl;
+                    // TODO: DOUBLE CHECK IF WE REALLY NEED TO PRUNE FAILED BINDINGS
+                    // TODO: SOMETIMES THE SEQUENCES ARE JUST INCOMPLETE
+                    // TODO: AND BOTH THE COMPLETE AND INCOMPLETE SEQUENCES ARE VALID SIGNATURES!
                     firstList.removeIf(el -> el.size() < maxNumOfEl);
                     // Remove the merged set of signatures when successful.
                     signatures.remove(secondList);
@@ -219,6 +282,28 @@ public final class PcapPacketUtils {
         return signatures;
     }
 
+    /**
+     * Deep copy to create an entirely new {@link List} of {@link List} of {@link List} of {@link PcapPacket} objects.
+     * @param destList A {@link List} of {@link List} of {@link List} of
+     *          {@link PcapPacket} objects that will be the final container of the deep copy
+     * @param sourceList A {@link List} of {@link List} of {@link List} of
+     *          {@link PcapPacket} objects that will be the source of the deep copy.
+     */
+    private static void listDeepCopy(List<List<List<PcapPacket>>> destList, List<List<List<PcapPacket>>> sourceList) {
+
+        for(List<List<PcapPacket>> llPcapPacket : sourceList) {
+            List<List<PcapPacket>> tmpListOfList = new ArrayList<>();
+            for(List<PcapPacket> lPcapPacket : llPcapPacket) {
+                List<PcapPacket> tmpList = new ArrayList<>();
+                for(PcapPacket pcapPacket : lPcapPacket) {
+                    tmpList.add(pcapPacket);
+                }
+                tmpListOfList.add(tmpList);
+            }
+            destList.add(tmpListOfList);
+        }
+    }
+
     /**
      * Sort the signatures in the {@code List} of {@code List} of {@code List} of {@code PcapPacket} objects.
      * The purpose of this is to sort the order of signatures in the signature list. For detection purposes, we need
@@ -233,9 +318,9 @@ public final class PcapPacketUtils {
     public static List<List<List<PcapPacket>>> sortSignatures(List<List<List<PcapPacket>>> signatures) {
         // TODO: This is the simplest solution!!! Might not cover all corner cases.
         // TODO: Sort the list of lists based on the first packet's timestamps!
-        //Collections.sort(signatures, (p1, p2) -> {
-        //    return p1.get(0).get(0).getTimestamp().compareTo(p2.get(0).get(0).getTimestamp());
-        //});
+//        Collections.sort(signatures, (p1, p2) -> {
+//            return p1.get(0).get(0).getTimestamp().compareTo(p2.get(0).get(0).getTimestamp());
+//        });
         // TODO: The following is a more complete solution that covers corner cases.
         // Sort the list of lists based on one-to-one comparison between timestamps of signatures on both lists.
         // This also takes into account the fact that the number of signatures in the two lists could be different.
@@ -247,19 +332,19 @@ public final class PcapPacketUtils {
             int count1 = 0;
             int count2 = 0;
             // Need to make sure that both are not out of bound!
-            while(count1 + 1 < p1.size() && count2 + 1 < p2.size()) {
+            while (count1 + 1 < p1.size() && count2 + 1 < p2.size()) {
                 long timestamp1 = p1.get(count1).get(0).getTimestamp().toEpochMilli();
                 long timestamp2 = p2.get(count2).get(0).getTimestamp().toEpochMilli();
                 // The two timestamps have to be within a 15-second window!
-                if(Math.abs(timestamp1 - timestamp2) < TriggerTrafficExtractor.INCLUSION_WINDOW_MILLIS) {
+                if (Math.abs(timestamp1 - timestamp2) < TriggerTrafficExtractor.INCLUSION_WINDOW_MILLIS) {
                     // If these two are within INCLUSION_WINDOW_MILLIS window then compare!
                     compare = p1.get(count1).get(0).getTimestamp().compareTo(p2.get(count2).get(0).getTimestamp());
                     if (comparePrev != 0) { // First time since it is 0
                         if (Integer.signum(compare) != Integer.signum(comparePrev)) {
                             // Throw an exception if the order of the two signatures is not consistent,
                             // E.g., 111, 222, 333 in one occassion and 222, 333, 111 in the other.
-                            throw new Error("For some reason, the order of signatures are not always consistent!" +
-                                    "Returning the original data structure of signatures...");
+//                            throw new Error("For some reason, the order of signatures are not always consistent!" +
+//                                    "Returning the original data structure of signatures...");
                         }
                     }
                     comparePrev = compare;
@@ -268,7 +353,7 @@ public final class PcapPacketUtils {
                 } else {
                     // If not within INCLUSION_WINDOW_MILLIS window then find the correct pair
                     // by incrementing one of them.
-                    if(timestamp1 < timestamp2)
+                    if (timestamp1 < timestamp2)
                         count1++;
                     else
                         count2++;
@@ -278,4 +363,72 @@ public final class PcapPacketUtils {
         });
         return signatures;
     }
+
+    /**
+     * Gets the {@link IpV4Packet} contained in {@code packet}, or throws a {@link NullPointerException} if
+     * {@code packet} does not contain an {@link IpV4Packet}.
+     * @param packet A {@link PcapPacket} that is expected to contain an {@link IpV4Packet}.
+     * @return The {@link IpV4Packet} contained in {@code packet}.
+     * @throws NullPointerException if {@code packet} does not encapsulate an {@link IpV4Packet}.
+     */
+    private static IpV4Packet getIpV4PacketOrThrow(PcapPacket packet) {
+        return Objects.requireNonNull(packet.get(IpV4Packet.class), "not an IPv4 packet");
+    }
+
+    /**
+     * Gets the {@link EthernetPacket} contained in {@code packet}, or throws a {@link NullPointerException} if
+     * {@code packet} does not contain an {@link EthernetPacket}.
+     * @param packet A {@link PcapPacket} that is expected to contain an {@link EthernetPacket}.
+     * @return The {@link EthernetPacket} contained in {@code packet}.
+     * @throws NullPointerException if {@code packet} does not encapsulate an {@link EthernetPacket}.
+     */
+    private static final EthernetPacket getEthernetPacketOrThrow(PcapPacket packet) {
+        return Objects.requireNonNull(packet.get(EthernetPacket.class), "not an Ethernet packet");
+    }
+
+    /**
+     * Print signatures in {@code List} of {@code List} of {@code List} of {@code PcapPacket} objects.
+     *
+     * @param signatures A {@link List} of {@link List} of {@link List} of
+     *          {@link PcapPacket} objects that needs to be printed.
+     */
+    public static void printSignatures(List<List<List<PcapPacket>>> signatures) {
+
+        // Iterate over the list of all clusters/sequences
+        int sequenceCounter = 0;
+        for(List<List<PcapPacket>> listListPcapPacket : signatures) {
+            // Iterate over every member of a cluster/sequence
+            System.out.print("====== SEQUENCE " + sequenceCounter++);
+            System.out.println(" - " + listListPcapPacket.size() + " MEMBERS ======");
+            for(List<PcapPacket> listPcapPacket : listListPcapPacket) {
+                // Print out packet lengths in a sequence
+                int packetCounter = 0;
+                for(PcapPacket pcapPacket : listPcapPacket) {
+                    if(pcapPacket != null) {
+                        System.out.print(pcapPacket.length());
+                    }
+                    if(packetCounter < listPcapPacket.size() - 1) {
+                        System.out.print(" ");  // Provide space if not last packet
+                    } else {
+                        System.out.println();      // Newline if last packet
+                    }
+                    packetCounter++;
+                }
+            }
+        }
+    }
+
+    /**
+     * Remove a sequence in a signature object.
+     *
+     * @param signatures A {@link List} of {@link List} of {@link List} of
+     *          {@link PcapPacket} objects.
+     * @param sequenceIndex An index for a sequence that consists of {{@link List} of {@link List} of
+     *          {@link PcapPacket} objects.
+     */
+    public static void removeSequenceFromSignature(List<List<List<PcapPacket>>> signatures, int sequenceIndex) {
+
+        // Sequence index starts from 0
+        signatures.remove(sequenceIndex);
+    }
 }