走进Linux内核之XFRM框架：应用demo

这是我参与11月更文挑战的第20天，活动详情查看：2021最后一次更文挑战

笔者此前对Linux内核相关模块稍有研究，实现内核级通信加密、视频流加密等，涉及：Linux内核网络协议栈、Linux内核通信模块、Linux内核加密模块、秘钥生成分发等。
后续考虑开设Linux内核专栏。
掘金平台写过关于XFRM框架的分析，现简单对XFRM框架做简单的demo。

走进Linux内核之Netfilter框架

走进Linux内核之XFRM框架

一、Netfilter应用案例

如下为在网络上找到的一个内核模块 Demo，该模块的基本功能是将经过 IPv4 网络层 NF_INET_LOCAL_IN 节点的数据包的源 Mac 地址，目的 Mac 地址以及源 IP，目的 IP 打印出来，源码包下载.NF_INET_LOCAL_IN

代码如下所示：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/udp.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <linux/netfilter.h>
#include <linux/netfilter_ipv4.h>


MODULE_LICENSE("GPLv3");
MODULE_AUTHOR("SHI");
MODULE_DESCRIPTION("Netfliter test");

static unsigned int
nf_test_in_hook(unsigned int hook, struct sk_buff *skb, const struct net_device *in,
                const struct net_device *out, int (*okfn)(struct sk_buff*));

static struct nf_hook_ops nf_test_ops[] __read_mostly = {
  {
    .hook = nf_test_in_hook,
    .owner = THIS_MODULE,
    .pf = NFPROTO_IPV4,
    .hooknum = NF_INET_LOCAL_IN,
    .priority = NF_IP_PRI_FIRST,
  },
};

void hdr_dump(struct ethhdr *ehdr) {
    printk("[MAC_DES:%x,%x,%x,%x,%x,%x" 
           "MAC_SRC: %x,%x,%x,%x,%x,%x Prot:%x]\n",
           ehdr->h_dest[0],ehdr->h_dest[1],ehdr->h_dest[2],ehdr->h_dest[3],
           ehdr->h_dest[4],ehdr->h_dest[5],ehdr->h_source[0],ehdr->h_source[1],
           ehdr->h_source[2],ehdr->h_source[3],ehdr->h_source[4],
           ehdr->h_source[5],ehdr->h_proto);
}

#define NIPQUAD(addr) \
        ((unsigned char *)&addr)[0], \
        ((unsigned char *)&addr)[1], \
        ((unsigned char *)&addr)[2], \
        ((unsigned char *)&addr)[3]
#define NIPQUAD_FMT "%u.%u.%u.%u"

static unsigned int
nf_test_in_hook(unsigned int hook, struct sk_buff *skb, const struct net_device *in,
                const struct net_device *out, int (*okfn)(struct sk_buff*)) {
  struct ethhdr *eth_header;
  struct iphdr *ip_header;
  eth_header = (struct ethhdr *)(skb_mac_header(skb));
  ip_header = (struct iphdr *)(skb_network_header(skb));
  hdr_dump(eth_header);
  printk("src IP:'"NIPQUAD_FMT"', dst IP:'"NIPQUAD_FMT"' \n",
         NIPQUAD(ip_header->saddr), NIPQUAD(ip_header->daddr));
  return NF_ACCEPT;
}

static int __init init_nf_test(void) {
  int ret;
  ret = nf_register_hooks(nf_test_ops, ARRAY_SIZE(nf_test_ops));
  if (ret < 0) {
    printk("register nf hook fail\n");
    return ret;
  }
  printk(KERN_NOTICE "register nf test hook\n");
  return 0;
}

static void __exit exit_nf_test(void) {
  nf_unregister_hooks(nf_test_ops, ARRAY_SIZE(nf_test_ops));
}

module_init(init_nf_test);
module_exit(exit_nf_test);
复制代码

dmesg | tail 后的结果:

[452013.507230] [MAC_DES:70,f3,95,e,42,faMAC_SRC: 0,f,fe,f6,7c,13 Prot:8]
[452013.507237] src IP:'10.6.124.55', dst IP:'10.6.124.54' 
[452013.944960] [MAC_DES:70,f3,95,e,42,faMAC_SRC: 0,f,fe,f6,7c,13 Prot:8]
[452013.944968] src IP:'10.6.124.55', dst IP:'10.6.124.54' 
[452014.960934] [MAC_DES:70,f3,95,e,42,faMAC_SRC: 0,f,fe,f6,7c,13 Prot:8]
[452014.960941] src IP:'10.6.124.55', dst IP:'10.6.124.54' 
[452015.476335] [MAC_DES:70,f3,95,e,42,faMAC_SRC: 0,f,fe,f6,7c,13 Prot:8]
[452015.476342] src IP:'10.6.124.55', dst IP:'10.6.124.54' 
[452016.023311] [MAC_DES:70,f3,95,e,42,faMAC_SRC: 0,f,fe,f6,7c,13 Prot:8]
[452016.023318] src IP:'10.6.124.55', dst IP:'10.6.124.54'
复制代码

这个 Demo 程序是个内核模块，模块入口为module_init传入的init_nf_test函数。

在init_nf_test函数中，其通过 Netfilter 提供的 nf_register_hooks 接口将自定义的nf_test_opt注册到钩子节点中。nf_test_opt为struct nf_hook_ops类型的结构体数组，其内部包含了所有关键元素，比如钩子函数的注册节点（此处为NF_INET_LOCAL_IN）以及钩子函数（nf_test_in_hook）。

在nf_test_in_hook函数内部，其检查每一个传递过来的数据包，并将其源 Mac 地址，目的 Mac 地址，源 IP 地址以及目的 IP 地址打印出来。最后返回NF_ACCEPT，将数据包交给下一个钩子函数处理。