2019-上海市大学生网络安全大赛-writeup-REVERSE-Satan

Posted 2020-12-01 helica

Satan

这次比赛只看了这道逆向题，下午快调出来的时候被 rjj 拉过去唱歌，晚上回来已经结束了，调了几个脚本的bug出了这道题。

题目给了一个 64 位 ELF，丢进 IDA 中打开，主要逻辑都在 main 函数内，用 C++/STL 编写了很多字符串操作。

先看前几行的操作，第 183 行初始化了一个字符串。第 184 行"operator >>" 就是C++的输入流，而"unk_6072A0"可以通过交叉引用发现是 cin，于是这一行把用户输入读到字符串中。第 185 行从用户输入的字符串新建了另一个字符串，之后把新建的字符串送入 sub_4020DF 做检验，如果检验失败则输出"error"。

从 sub_4020DF 函数我们看到输入的格式，首先由flag{}包裹，里面共有五段，由‘-‘分隔。可以构造一个样例flag以方便动态调试。

flag{abcd1234-abcd-1234-abcd-abcdefghijkl}

之后的一个大 switch 根据flag第一段第一个字符的大小，决定shuffle的方法，对5段输入做一个shuffle。例如下图中，第一段第一个字符为‘0‘的情况，打乱的顺序是01433。这个变换只进行一次，没有什么难度不需要仔细看。

之后来到了这道题最关键的地方，加密。这段代码对 shuffle 后的 32 位 flag 分为两段，分别加密。sub_401AA3是加密函数。

加密的密钥是由函数自身的text段生成的，sub_4025A2根据从start函数位置开始，到start+0x3D22为止的所有内容，生成一个整数 v96，再用这个整数构造256bit的密钥 v177。显然text段的内容是不会改变的，密钥也是固定的。（如果这样想就会被坑到，，，）

搞定了密钥，只剩下加密算法了。查了一下加密算法用到的加密盒，并没有查到什么内容。整个加密过程类似AES的SP结构。每一轮需要经过轮密钥加、非线性盒变换和位移变换。找不到已知算法，只能拿头去逆了。回想AES的解密流程，轮密钥加只需要调换顺序异或即可，S盒变换和位移变换则需要写出逆向算法。又因为密钥是固定的，可以直接从 gdb 中扣出所有轮密钥，看起来需要逆向的工作也没有太多。

1. 轮函数

   

   算法把明文分为四块，每一块存在一个32位整数中。共33轮，前31轮，每一轮对明文进行轮密钥加，非线性盒变换和线性混合。最后的32轮和33轮稍微不一样，不过用到的函数都一样。

2. 非线性盒变换

   

   这里我们先要弄懂如何进行这个变换的。经过一番头铁逆向，这段代码把从明文的四个块中各取一位，组合成一个4bit整数，然后在盒中做代换，代换后的值拼接起来，最后取代原来的四个明文。

   逆向的话，整个流程相同，不过要用逆盒去做代换。出题人比较善良，逆盒存储在非线性盒的后面，直接用IDA扣出来就好了。最后用python编写逆变换。

   

3. 线性混合

   

   这里做了循环移位和异或。刚开始我想偷懒用z3，也没解出来，还是直接逆出来了。

   我们可以看到，13和14行，第1块和第3块异或生成了第0块和第2块，之后第1、3块没有做修改，第0，2块只做了循环移位。也就是逆向的时候，我们可以直接还原13和14行，异或上去的第0、2块，那么也就能通过异或还原出初始的第0、2块。同理第1、3块也能够还原。所以这份代码可以直接写出逆向算法。

   

这样几个问题都解决了，只需要动态调试抠出轮密钥，然后做验证就行了。到这里遇到了一个大坑。需要了解一下gdb调试的原理。

gdb 内部使用 ptrace 实现的，在下断点的时候，会替换目标指令为 trap，当执行到目标指令时，实际执行 trap 指令，把控制权交给了控制器，也就是 gdb。也就是说 gdb 下断点会修改程序text段的值，那么加密函数的密钥生成就被影响了。用gdb调这道题会发现轮密钥经常变化，和猜想不符的情况。

搞清楚了这个就简单了，写一个脚本直接计算函数 sub_4025A2 的返回值，再用gdb调试就能拿到真正的轮密钥。

最后做解密，还原一下shuflle就拿到了flag。

flag{96ae4d91-7595-48da-8a40-62dd06baf7a4}