MD5加密及Hash长度拓展攻击通俗易懂

Posted 2021-02-05 p0pl4r

先放一个简单点的利用了Hash长度拓展攻击的题目

if($COOKIE["getmein"] === md5($secret . urldecode($username . $password))) {
      echo "Congratulations! You are a registered user.
";
      die ("The flag is ". $flag);
    }

在理解Hash长度拓展攻击之前需要大致了解下MD5的加密原理

 

MD5加密过程

1.数据分组

在MD5加密算法中，将一个字符串分为若干个大小为512位的分组，而每一个分组又可分为16个子分组m0~m3{A},m4~m7{B},m8~m11{C},m12~m15{D}（这里的ABCD在稍后的Hash计算中会讲解到）。

2.数据填充

MD5值的计算都必须以512位为一组进行计算，所以就必须使得填充后的数据 [原字符串+填充100...+原字符串总长(64位)]，刚好等于512的倍数。比如：

$str = "test"，十六进制表示为0x74657374

数据填充后为0x74657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002000000000000000

中间的80...H=10000000...B，最后四字节也就是2000000000000000代表前面‘test‘的长度，也就是4×8位=32D=20H。

如下图所示（图取自另一篇博客，忽略水映啦~~）

下面说一下具体的一些计算：在MD5中有四个32位的被称作链接变量的整数参数，是如下设置(这个ABCD是初始的固定的值，即初始向量)：

A=0x67452301，

B=0xefcdab89，

C=0x98badcfe，　　

D=0x10325476。

通过小端规则转换A{m3~m0}B{m7~m4}C{m11~m8}D{m15~m12}就是MD5值：0123456789abcdeffedcba9876543210。即为初始向量的MD5值，记为md5_0。

之后有四个非线性函数，将字符串和那四个链接变量经过一系列的复杂运算(具体运算规则请自行查阅)，算出一组新的A,B,C,D的值，公式即$md5_1=MD5($md_0+$ex_str_0)；如果消息小于512，也就是只需要计算一次，这时候的$md5_1就是最终的MD5值；如果消息大于512的话，就用第一次得到的$md5_1代入公式$md5_2=MD5($md_1+$ex_str_1)对第二个512位数据进行运算...如此迭代即可。

 

这种加密可能导致的问题

思考，如果是这种情况，由两个字符串组成一个字符串($str=$a+$b)，第一个字符串($a)不知道也不可控，只可控第二个字符串($b)，但知道第一个字符串($a)的MD5值和长度，这时候我将第二个字符串精心构造一下，便可以算出合成的字符串$str的MD5的值。

如何精心构造，且看下文。

 

正向计算

假如第一个字符串$a=“test”,十六进制表示0x74657374

构造第二个字符串首先手动将$str补成一个标准的可以直接计算的512位

$str=0x74657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002000000000000000

这样子，这时候再在后面追加一个0x746573748

$str=0x74657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002000000000000000746573748

这时候再将$str大于512位，程序会自动先将这串数据补为1024位，补充完如下

$str=0x7465737480000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000200000000000000074657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002002000000000000

这时将$str分为两部分

74657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002000000000000000

和

74657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002002000000000000

这时候程序计算前一部分的ABCD的值，由于和之前算的test的数值是相同的所以

A=0xcd6b8f09

B=0x73d32146

C=0x834edeca

D=0xf6b42726

对应的MD5：098f6bcd4621d373cade4e832627b4f6

到了第二部分，第二部分的计算是用的第一部分的ABCD去计算，计算新的ABCD如下

A=0x226359e5

b=0x99df12eb

C=0x6853f59e

D=0xf5406385

最后算出来的MD5：e5596322eb12df999ef55368856340f5

 

按照给定条件计算一遍（此即MD5的Hash长度拓展攻击原理）

我们知道的条件

1.$a的MD5(098f6bcd4621d373cade4e832627b4f6)

2.$a的长度=4

3.$b我们可以任意控制

由1的MD5我们可以逆推算出其ABCD的值

A=0xcd6b8f09

B=0x73d32146

C=0x834edeca

D=0xf6b42726

我们构造$b=‘x80x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x20x00x00x00x00x00x00x00‘+‘test‘

此时$str如下，由于不知道$a，我们假设$a="aaaa"(任意构造，但需满足条件已知长度为4)

那么假设内容就为$str=‘aaaa‘+‘x80x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x20x00x00x00x00x00x00x00‘+‘test‘

好了我们脑补一下程序计算str的过程

1.由于大于512位，先补全为1024位，

2.将其分为两部分

3.计算第一部分的ABCD的值

4.再用第一部分算出来的ABCD拿来算第二部分的值。

这里由于第一部分的ABCD我们可以逆推出来，我们可以直接跳过前三部分直接进行第四部分的计算，只需要将标准的MD5的源码里面的初始的ABCD的值改为逆推出来的那个值。

我们用假的初始的ABCD计算一下

0x74657374800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002002000000000000

的MD5，发现是e5596322eb12df999ef55368856340f5，和上面正向计算出来的一样！

 

这里可能需要反复理解一下，有点绕，但这就是真正理解Hash长度拓展攻击原理的临门一脚，过了便不难。

再结合一开始的那道题目来理解下吧，题目中，需要满足条件$COOKIE["getmein"] === md5($secret . urldecode($username . $password))才能获取到flag，但由于$secret不知道也不可控，所以就需要将我们构造的(512<位数(str)<1024)数据中第一个512位数据计算得到的md5值来取代$secret(即用第一向量md5_1取代初始向量md5_0/$secret)，而usename和password仍旧是第一个512位数中的值，再将$COOKIE[‘getmein‘]改为第二个512位拓展数据得到的MD5值即可（即将第二向量md5_2取代第一向量md5_1）。我说过很好理解的叭~^^

 

总结

存在此类缺陷的加密算法主要有：md和sha系列等等

防范：1.   Hash(secret, Hash(message))

           2.   HMAC算法 HMAC(secret||padding)=H(secret||H(secret||padding))

           3.   交换secret和padding的位置，即MAC(padding||secret)

利用工具：主要有hash_dump,hash_extender,还有一些大佬的脚本，相关博客很多，自行学习吧。

 

任何疑问可留言，看到回复~^^