基于Python实现的远程控制主机设计

远程控制主机项目介绍本文为 HITwh 网络空间安全专业网络空间安全设计与实践 I 的选题之一，主要实现了远程监控局域网内的主机桌面与网络情况、简单键鼠控制、远程断网（ARP 攻击）、数据加密传输等功能。由于本文是由 Word 直接复制到 Typora 中生成的，尽管经过了简单的修改，但仍不能保证所有格式都正确，且很多图片模糊不清，暂时没有精力解决。概要设计本次课程设计题目为远程控制主机，我选择的

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biyezuopinvip · 2022-04-20 13:50:43 发布

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远程控制主机项目介绍

本文为 HITwh 网络空间安全专业网络空间安全设计与实践 I 的选题之一，主要实现了远程监控局域网内的主机桌面与网络情况、简单键鼠控制、远程断网（ARP 攻击）、数据加密传输等功能。由于本文是由 Word 直接复制到 Typora 中生成的，尽管经过了简单的修改，但仍不能保证所有格式都正确，且很多图片模糊不清，暂时没有精力解决。

概要设计

本次课程设计题目为远程控制主机，我选择的远程主机为 windows 10 虚拟机（运行在 VMWare Workstation Pro 16 中）。系统环境为 Windows 10，使用语言为 python，版本 3.9，编程软件为 VS Code。

主要功能包括：图形化界面，视频监控，鼠标键盘远程控制，记录监控时长，监控硬件资源使用，监控网络活动，中断网络访问等。为了更好的性能，还需要使用多线程模型。功能结构图如图 1 所示。

图形化界面由 pyqt5 实现，程序运行后，会启动主界面（图形界面一），然后阻塞，等待用户操作。在该界面上，用户可以输入目标主机 IP，然后开启视频监控线程、硬件资源使用监控线程和监控时长记录线程，其中前两个线程都需要使用 socket 通信。视频监控线程需要不断接收目的主机发来的数据包，将数据包的内容转换成相应的图片，然后显示在主界面上；硬件资源使用监控线程需要在另一个 socket 上接收目标主机发来的 CPU 使用率、内存使用率以及总内存等硬件资源信息，然后将其格式化后显示在主界面；监控时长记录线程需要记录当前视频监控的时长，格式化后将其显示在主界面。键鼠控制我放在了主线程，当用户在视频界面点击某个位置时，将记录点击坐标，并根据缩放比例转换成目标主机桌面的坐标，然后将相应的键鼠操作用整数表示，和坐标一起发送给目标主机，目标主机接收后将进行相对应的操作。同时，表示键鼠操作的整数将被加密，加密方法为 RSA。视频监控随时可以结束，也可以截取当前的屏幕截图并保存。

在视频监控的同时，用户可以选择性地开启网络活动监控线程。如果用户需要开启，则需要先在设置界面（图形界面二）进行过滤设置，选择需要捕获的数据包，可以从网络接口、协议类型、源主机、目的主机几个方面进行设置。开启该线程后，本机将开始抓包，并将抓到的包进行处理后显示在主界面。抓包过程中，随时可以暂停或终止，终止后可以将抓到的数据包保存为 pacp 格式，以供后续使用 wireshark 详细查看。用户也可以选择中断目标主机的网络访问，原理即为 ARP 攻击，该选项将会开启一个线程，持续向目标主机发送 ARP 包。

详细设计

Python 对于多线程的支持对用户非常友好，使用 Threading 库，可以非常方便的创建一个新线程并使其运行，也可以通过 Event () 函数来协调多线程之间的运行与阻塞。图形化界面也可以通过 pyqt5 非常方便的编写。

视频监控的主要原理为目标主机截取当前桌面截图并通过 socket 发送给本机，本机接收后将图片改变为需要的格式并显示在主界面。但是有一个主要问题就是，每次目标主机每次截取的图片大小基本都在 500KB 以上，有些甚至达到了 1MB，如果每秒截取十张，并且全部发送，那么需要的网络带宽为 5M/s 到 10M/s，网络负担明显过大。因此，可以采取差异化传输。同样为每秒截取十张图片，即每 100 毫秒截取一张，目标主机与本机刚建立连接时，截取的第一张图片将完整发送，之后，目标主机截取每一张图片后都将与上一张比较，若没有变化，则不发送，100 毫秒再截取下一张；如果有变化，则将两张图片做减法，找到有差异的部分，仅发送差异化的部分。比如，当前截取的图片与上一张图片仅有一个光标的差别，那么就会只发送该光标。为了继续优化，将再次比较差异化部分与当前截图的大小，哪一个小就发送哪一个。为了方便本机确定接收到的图片是完整图片还是差异化图片，将在数据包设置一个标志位，1 表示完整图片，0 表示差异化图片。目标主机差异化发送图片的伪代码如图 2 所示，本机的图片传输流程图分别如图 3 所示。

目标主机硬件资源的监控也是通过 socket 实现的。目标主机每两秒发送一次 CPU 使用率、内存使用率和总内存，本机循环接收，接收到后即进行格式转换与单位转换，然后填充到主界面对应的位置。本机对应的流程图如图 5 所示，目标主机发送硬件资源信息的流程图非常简单，不再给出。

监控时长的记录主要是通过 python 的 time 库实现的。当开始监控一台主机时，就会获取当前时间，并开启一个新的线程用来记录时间，每秒更新一次。伪代码如图 6 所示。

截图功能可以截取当前目标主机的桌面，这个十分容易实现，因为在把图片显示到主界面之前，一定需要用一个变量 img 来存储它，只要在按下截图按键时，立即获得当前的 img，然后保存为 png 文件即可。

在监控过程中，随时可以结束视频监控，由于视频监控而开启的各个线程也将会随之阻塞或退出。这些线程都是通过一个定义为 event_monitor 的线程事件来调度的。当 event_monitor 被设置时（event_monitor.set () 函数调用），所有线程都将开启，并正常运行，各个线程通过 event_monitor.is_set () 函数来检测对应的进程事件是否被设置；当用户选择结束线程时，将会调用 event_monitor.clear () 函数，清除该事件的设置，并断开 socket 连接，相应的进程也就会阻塞（如监控时间记录线程）或退出（图片接收线程、硬件使用信息接收线程）。结束视频监控的流程图如图 7 所示。

调试分析

在编程过程中，遇到的第一个问题是 Scapy 只能确认到 TCP/UDP 这一层，无法确定具体是 Http 协议、Https 协议或 SMTP 协议等。我最初的想法是想办法去解析更深一层，即 RAW 层的内容，从中可以获得某些字符串如’Http’，进而确定具体的协议类型。但是查找了各种资料，依然没有可行方案，最后突然意识到，可以通过端口号来判断具体的协议类型。比如，Http 协议的数据包通过 TCP 80 端口，Https 协议的数据包通过 TCP 443 端口。而通过 Scapy 可以很轻松的获得端口号等信息。于是，我使用一个字典来保存端口号（或其他整数）和协议类型的映射关系，端口号（或其他整数）作为键，协议类型作为值，当抓到一个数据包后，通过端口号来找到字典中对应的键值对，进而就可以确定协议类型。

在做视频监控模块时，我本来计算将传送的每一张图片加密，密钥使用一张随机生成的图片，将密钥图片与要发送的每一张图片的每一个像素进行异或，然后发送加密后的图片。本机接收到图片后，再次与密钥图片进行异或，得到的就是原图片。但是，由于其中的格式转换过于复杂，我做了接近三天仍没有丝毫进展，只好放弃，去做了键鼠操作的加密。www.biyezuopin.vip

另外就是发送图片的时候，在前文也叙述过，我最开始是采取整张图片完全发送的，这样对网络负担过大。我想过牺牲一些清晰度来减轻网络负担，但是为了本机监控方便，将画面缩放到原来的 0.6 倍本身就已经损失了很多清晰度，如果再压缩，那么在本机就很难看清楚画面了，监控也就失去了意义。后来在参考另外一个项目时得到了灵感，即使用差异化传输。这样，对网络的负担基本可以不需要考虑。

现在回顾整个设计过程，主要涉及到了 socket 编程、arp 攻击原理、scapy 库的使用、多线程模型、图片处理 (opencv 的使用)、RSA 加密以及基本的计算机网络知识等。在学习计算机网络时曾经做过抓包实验，但那是使用 wireshark 工具来进行抓包，本次课设则是自己手写了一个抓包工具，对抓包的原理有了更加深刻的理解。而图片处理、opencv 库和 Pillow 库的使用则是之前没有接触过的，通过这次课设，也对它们的基本使用方法有了一个大概的了解。Socket 编程是这学期刚学习的内容，虽然 python 的 socket 操作与 C 语言相比简单了很多，但作为复习来讲还是有益处的，并且也算是增加了使用经验。