Python实现端口扫描器

Python 实现端口扫描器

使用 Python 语言开发服务器端口扫描器，用来检测目标服务器上有哪些端口开放。

端口扫描

维基百科中介绍到端口扫描的概念如下：

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。

实现原理

最简单的端口扫描工具使用TCP连接扫描的方式，即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。

还有另外一种扫描方式是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。

本实验中采用的是第一种扫描方式，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。

简单的端口扫描器

根据上述的理论基础，我们首先实现一个最简单的端口扫描程序。这个扫描程序中我们使用单线程方式依次测试连接端口列表。

我们把程序分成下面几部分：

读取端口及目标服务器
测试TCP端口连接
输出开放端口结果

读取端口及目标服务器

直接把目标服务器和端口范围作为参数传给我们的程序，程序运行参数

python port_scan.py <host> <start_port>-<end_port>

程序中使用sys.argv[]来读取并初步处理：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

# 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])

测试TCP端口连接

第二步，我们进入到一个循环，在这个循环中依次对端口范围内的端口进行连接测试。

首先要在文件开始部分引入 socket 包：

from socket import *

链接测试方法是：

1.创建socket

2.调用connect()函数

3.关闭链接

依次实现如下：

获取目标IP地址：

target_ip = gethostbyname(host)

进入循环开始链接：

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)

输出开放端口结果

这一步骤很简单，只需要打印opened_ports列表：

print("Opened ports:")

for i in opened_ports:
    print(i)

完整的程序

#!/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])
end_port = int(portstrs[1])

target_ip = gethostbyname(host)
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)

执行测试

在下图中我们测试了20-65535端口，其中只有8000端口处于打开状态，可以使用浏览器查看下8000端口开放的什么样的服务：

1555430024584

四、多线程端口扫描器

上面的简单程序中，我们依次测试每个端口，如果要提高性能，可以考虑采用多线程的方式。

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

首先引入thread包，这个包是Python多线程实现需要的：

但是因为python3已经不用thread包了，所以改为_thread包

import _thread

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()

注意当输出执行完后要释放锁lock。

输入的处理及lock的创建可以放在main函数中：

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()

然后修改for循环：

for port in range(start_port, end_port):
    thread.start_new_thread(tcp_test, (port,))

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。

最后去掉上一节中的输出代码后我们的多线程改造就已经完成了。

整理的完整程序：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

import sys
import _thread
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()


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,))

测试的效果同上面相同，不过采用了多线程的方式进行扫描，在需要扫描多个主机的大量端口时可以利用

不过这个程序中仍然有很多的问题，比如我们创建的线程数貌似没有设置上限，如果系统中的线程过多时会出现影响系统性能的情况，所以这个程序还有很大的改进空间。另外Python多线程还有很多更高级的方法可以使用，感兴趣也可以阅读下面的教程：

多线程学习