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CBC字节反转攻击详解
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前言 CBC全称为密码分组链接模式。不同于ECB模式，在CBC模式中，每个明文块先与前一个密文块儿进行异或后，在进行加密。这种加密模式很好的隐藏了明文的统计特性，但是同样也暴露出了一个很严重的缺点。本文将针对CBC模式的特点，详细讲解字节反转攻击的原理及应用。 一、CBC加密模式
Plaintext:明文 IV:初始化向量 Ciphertext:加密后的数据 Key:密钥 加密过程转化成文字来叙述： 先将Plaintext分组（常见以16字节为一组）生成初始化向量IV和密钥Key（IV不需要保密，但一定要不可预测）将IV和明文1组异或将3中所得结果用Key进行加密，得到密文1组将密文1组当作新IV与明文2组进行异或处理将5中的结果用Key进行加密，得到密文2组重复上述步骤，最后将IV和所有的密文分组拼接起来，得到最终密文 二、CBC解密模式
我们从上述图片可以看出，如果猜测出明文分组Pn，那么可以通过修改密文分组Ci-1为Ci-1 XOR Pn XOR A，那么解密出来的Pn的结果是A。当然我们一般是不可能直接猜出来整个明文分组Pn，我们更多遇到的是上述图片描述的那样，仅知道Pn中部分明文。同样地，我们依旧可以发动字节反转攻击，仅需要针对正确的位置进行修改密文内容即可。 这种攻击的精髓在于：通过CBC的加密特点改变明文内容，但是这种改变并不会引起其它明文块儿对应位的改变。这种攻击常用来绕过过滤器，提权（比如从guest变为admin）等。 四、CBC字节反转攻击例题 from Crypto.Cipher import AES from Crypto.Random import get_random_bytes import base64 with open('./flag.txt','r') as f: FLAG = f.readline().strip() #print(FLAG) BLOCK_SIZE=16 IV = get_random_bytes(BLOCK_SIZE) key = get_random_bytes(BLOCK_SIZE) pad = lambda s: s + (BLOCK_SIZE - len(s) % BLOCK_SIZE) * chr(BLOCK_SIZE - len(s) % BLOCK_SIZE).encode() unpad = lambda s: s[:-ord(s[len(s) - 1:])] prefix = "flag="+FLAG+"&userdata=" suffix = "&user=guest" def menu(): print ("1. encrypt") print ("2. decrypt") return input("> ") def encrypt(): data = input("your data: ") plain = (prefix+data+suffix).encode() aes = AES.new(key, AES.MODE_CBC, IV) print (base64.b64encode(aes.encrypt(pad(plain)))) def decrypt(): data = input("input data: ").encode() aes = AES.new(key, AES.MODE_CBC, IV) plain = unpad(aes.decrypt(base64.b64decode(data))) #print (b'DEBUG ====> ' + plain) if plain[-5:]==b"admin": print (plain) else: print ("you are not admin") def main(): for i in range(10): cmd = menu() if cmd=="1": encrypt() elif cmd=="2": decrypt() else: exit() if __name__=="__main__": main() 例题分析： 该题目希望我们提供一个加密的字符串，如果将该字符串解密所得最后几位内容为admin，那么将直接输出明文。由题目可得，明文由prefix+data+suffix三部分组成，其中flag藏在prefix中，data由用户输入，suffix隐匿着我们要修改的字段。明文分组长度是16字节，加密算法是AES，加密模式是CBC，填充方式是PKCS。 根据CBC字节反转原理，解密Pn需要Cn-1的参与。那么在已知Pn部分明文是guest时，我们可在Cn-1中寻找确定相对的guest位置，然后对该位置的数值进行修改，譬如改为Ci-1[idx] XOR ord(‘g’) XOR ord(‘a’)。 我们的目标就是将guest修改为admin！
我们可以先随便提供一个明文，然后将密文进行修改，使得解密后的字符串最后内容是admin，我们可以通过枚举flag的长度，从而确定需要在什么位置进行修改。 例题精讲： 步骤一：根据明文的形式，爆破flag的长度 pad = 16 data = 'a'*pad for x in range(10,100): BLOCK_SIZE = 16 prefix = 'flag='+'a'*x+"&userdata=" suffix = "&user=guest" plain = prefix + data + suffix 步骤二：确定guest的首字母的index idx = (22+x+pad) % BLOCK_SIZE + ((22+x+pad)//BLOCK_SIZE-1) * BLOCK_SIZE 步骤三：将Cn-1对应guest位置的数值进行修改 cipher[idx+0] = chr(ord(cipher[idx+0])^ord('g')^ord('a')) cipher[idx+1] = chr(ord(cipher[idx+1])^ord('u')^ord('d')) cipher[idx+2] = chr(ord(cipher[idx+2])^ord('e')^ord('m')) cipher[idx+3] = chr(ord(cipher[idx+3])^ord('s')^ord('i')) cipher[idx+4] = chr(ord(cipher[idx+4])^ord('t')^ord('n')) 完整exp（Python3版本）如下： from pwn import * import base64 import binascii context.log_level = 'debug' pad =16 data = b'a' * pad #r = remote("127.0.0.1",10050) for x in range(10,100): r = remote("127.0.0.1",10050) r.sendlineafter(b'> ', b'1') r.sendlineafter(b"your data:", data) #time.sleep(0.5) temp = r.recvline().decode()[2:] #print(temp) cipher =list(base64.b64decode(temp)) BLOCK_SIZE = 16 prefix = b'flag='+b'a'*x+b'&userdata=' suffix = b'&user=guest' plain = prefix + data + suffix idx = (22+x+pad)%BLOCK_SIZE + ((22+x+pad) // BLOCK_SIZE -1 ) * BLOCK_SIZE #print(idx) cipher[idx + 0] = cipher[idx + 0] ^ ord('g') ^ ord('a') cipher[idx + 1] = cipher[idx + 1] ^ ord('u') ^ ord('d') cipher[idx + 2] = cipher[idx + 2] ^ ord('e') ^ ord('m') cipher[idx + 3] = cipher[idx + 3] ^ ord('s') ^ ord('i') cipher[idx + 4] = cipher[idx + 4] ^ ord('t') ^ ord('n') #print(cipher) stemp = [binascii.unhexlify(hex(i)[2:].zfill(2).encode()) for i in cipher] stemp1 = b'' for i in stemp: stemp1 += i r.sendlineafter(b'> ',b'2') r.sendlineafter(b'input data: ', base64.b64encode(stemp1)) msg = r.recv().decode() #print(msg) #pause() if 'you are not admin' not in msg: print(msg) break r.close() 参考资料https://ctf-wiki.github.io/ctf-wiki/crypto/blockcipher/mode/cbc-zh/#_7 https://maplege.github.io/2018/11/19/CBC-reverse/ https://quant67.com/post/crypt/cbc-crack/attack-on-cbc.html |
解密过程转化成文字来叙述：
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