Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- aes [2023/11/20 10:07] – zrinka
+++ aes [2025/12/01 11:40] (current) – external edit 127.0.0.1
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====AES====
-**AES (Advanced Encryption Standard)**, poznat i pod svojim originalnim nazivom **Rijndael**, je sustav simetrične kriptografije temeljen na supstitucijsko-permutacijskim poljima. \\
+**AES (Advanced Encryption Standard)**, poznat i pod svojim originalnim nazivom **Rijndael**, sustav je simetrične kriptografije temeljen na supstitucijsko-permutacijskim poljima. \\
 {{ :perm.png?nolink&500 | Shema supstitucijsko-permutacijskog polja}}
 AES koristi fiksnu veličinu bloka od 128 bitova te veličinu ključa od 128, 192 ili 256 bitova. Provodi se nad matricom 4x4, odnosno nad pravokutnim nizom bajtova u 4 retka i 4 stupca. Na sličan način tretira se i ključ koji je pohranjen u 4 retka i N stupaca, gdje je N ovisan o veličini ključa i može biti 4,6 ili 8. AES se pri enkripciji koristi operacijama zamjene znakova, posmicanja redova, miješanja stupaca te dodavanja potključa.\\
@@ Line 35: / Line 35: @@
 **2) CBC (Cipher Block Chaining)**
-  * Svaki blok jasnog teksta se XOR-a sa skrivenim tekstom prošlo kruga enkripcije
+  * Svaki blok jasnog teksta se XOR-a sa skrivenim tekstom prošlog kruga enkripcije
   * Potreban je inicijalizacijski vektor IV koji se mora izabrati nasumično
   * IV se šalje zajedno sa skrivenim tekstom
@@ Line 45: / Line 45: @@
   * Slični protočnoj enkripciji, tj. jednokratnoj bilježnici
   * Dekripcija jednaka enkripciji
-  * Trebalo bi svaki put koristiti različiti IV
+  * Trebalo bi svaki put koristiti različit inicijalizacijski vektor
 {{ ::aes_ofb_cfb.png?nolink&500 | CFB/OFB shema}}
@@ Line 52: / Line 52: @@
   * na temelju ključa i IV izračuna se niz bitova koji se XOR-a s jasnim tekstom
   * može se paralelizirati
-  * ne zahtijeva nadopunjavanje poruke (padding)
+  * ne zahtijeva nadopunjavanje poruke (eng. //padding//)
 {{ ::aes_ctr.png?nolink&500 | CTR shema}}
@@ Line 58: / Line 58: @@
   *način autentifikacijskog kriptiranja koji je primjenjiv samo za simetrične blok algoritme s veličinom bloka od 128 bitova
   * samo za autentifikaciju – koristi [[mac|MAC]]
-  * ulaz: jasni tekst, IV, povezani autentifikacijski podaci (Associated Data, AD ), duljina povezanih podataka i duljina kriptiranog teksta
+  * ulaz: jasni tekst, IV, povezani autentifikacijski podaci (Associated Data, AD), duljina povezanih podataka i duljina kriptiranog teksta
   * izlaz: autentifikacijska značka (Auth Tag)
 {{ ::gcm.png?nolink&500 | GCM shema}}
@@ Line 65: / Line 65: @@
 Generalno se ne preporučuje koristiti način kriptiranja ECB. Inicijalizacijski se vektor ne smije ponavljati i mora biti generiran slučajno, a ne smije se ponavljati ni simetrični ključ.
-__PRIMJER__ -**Zadatak s Hacknite platforme - Encryption service**
+__PRIMJER__ -**Zadatak s Hacknite platforme - AES kriptirana poruka**
 <file>
-Markov san bio je napraviti program koji će šifrirati nizove znakova. Spajanjem na
+Ivan je na faksu učio o modernim kriptografskim algoritmima. Toliko je očaran AES algoritmom da je odlučio
-chal.platforma.hacknite.hr:10001
+samostalno napraviti program za šifriranje svojih najtajnijih informacija. Pokušaj dešifrirati ciphertext
-možeš isprobati njegov program. Dan ti je kod njegovog programa te šifrirani tekst. Možeš li
+kako bi provjerio je li Ivanov program zaista siguran.
-pogoditi što je to Marko zapravo napisao?
-Tekst za šifriranje je:
+ciphertext (u zasebnoj datoteci):
-f44e2a4b2efd98c8b3d1b97c6da4649749ebb799d3c4a7c24bdfe3b36e0a35c6da15b0479f9912c0
+a3123d702aaa296e36e4054dcb0031479d8affcae34dd12757b19868eee63f79e83e9687e10fc74dbd3c1a61bfdb4ec98a75
+f2c75eed1402d3edfd8dc28531c6d75a3786750afa0f48524d9adb4ec98a7538f2c75eed1402d3edfd8ddb4ec98a7538f2c75eed
+d3edfd8d64019b35eac50ab04f0239080a879f000b42253688df27967c492e721c9e91407edcf9ebd01fd7a17bc0219784322b
+f0b42253688df27967c492e721c9e91402b5bebae08f2851e97e139390d4d6245925a96bbca45277ebecfd06fa54b510edb4ec98a
+f2c75eed1402d3edfd8d7edcf9ebd01fd7a17bc0219784322b5f3454fe7467cd0e2b6036f48a3c2246930b42253688df27967c
+e721c9e91403856820345c0e11691b05d22b6005906668020a4b98905a562e051955ea720177edcf9ebd01fd7a17bc021978432
+b5fec0e366b9ea7d725dc81fdec29b57bb3
+Napomena: u ciphertextu nema znakova novog reda, ali su ovdje dodani radi lakše čitljivosti.
+telnet chal.platforma.hacknite.hr 8083
+netcat chal.platforma.hacknite.hr 8083
+Flag je u formatu CTF2022[brojevi]
-Flag je u formatu CTF2021[brojevi]
 </file>
-U prilogu se još nalazi i program koji se smije koristiti za dešifriranje.\\
+U prilogu se nalazi i datoteka encrypt.py.
-Možemo pokušati XOR-ati cijeli tekst za šifriranje s null-byteovima i tako dobiti prvih 40 byteova ključa (jer je to duljina teksta). U Python programu bismo to postigli sljedećom naredbom u terminalu:
-<code>
+Pokušajmo se spojiti na chal.platforma.hacknite.hr i port 8083. Imamo mogućnost pisanja, a kao rezultat dobijemo ispis kodiranog teksta koji smo unijeli. U encrypt.py datoteci. vidimo da se koristi AES ECB mod (linija 19: cipher = AES.new(key, **AES.MODE_ECB**)) te da se svaki znak jasnog teksta tretira kao zasebni blok. U ECB načinu rada se svaki isti blok jasnog teksta uvijek šifrira u isti ciphertext. Uvjerimo se da je zaista tako. Upišimo jedno slovo, a zatim ponovimo to isto slovo tri puta:
-python3 -c "print('\x00'*40)" | nc 172.17.0.2 4444
+{{ :nc-a.jpg?600 |}}
+Vidimo da se svaka pojava istog znaka šifrira jednako, što i odgovara AES ECB modu. Sad upišimo dio flaga koji znamo, a zatim i cijeli ciphertext da vidimo gdje u njemu počinje flag:
+{{ :nc-ctf2022.png?600 |}}
+Vidimo da počne odmah na početku. Sad nam preostaje dešifrirati ostatak teksta da bismo dobili flag. Napišimo jednostavnu Python skriptu za to:
+ <code python>
+data = "CTF2022["
+import subprocess
+def get_enc(i):
+    return str(subprocess.check_output(f"echo \"{i}\" | nc chal.platforma.hacknite.hr 8083",
+     shell=True))[2:-3]
+cipher = open("ciphertext", "r").read()
+while data[-1] != "]":
+    #print(data)
+    for x in "123456789[]":
+        #print(data + x)
+        r = get_enc(data + x)
+        if cipher.startswith(r):
+            data += x
+            break
+print(data)
 </code>
-Nakon što smo dobili ključ, XOR-amo ga s tekstom za šifriranje. XOR-anje se može raditi koristeći neki online alat ili tako što stvorimo binarne datoteke ključa i teksta za šifriranje pa pokrenemo python skriptu koju smo dobili.
+Objasnimo što skripta radi. Kao podatak (//data//) uzeli smo dio zastavice koji nam je poznat. Nakon toga, dok ne dođemo do kraja flaga (znak "]"), uključujući i njega, //brute force// pogađamo koji je idući znak u skupu svih mogućih znakova koji se mogu pojaviti u flagu (brojevi i uglate zagrade). Svaki taj mogući znak kodiramo (funkcija //get_enc//) i, ako se kod poklapa s onime što slijedi u tekstu, znači da je taj znak idući i dodajemo ga na konačni flag. Funkcija get_enc jednostavno se spaja netcatom na stranicu zadanu u zadatku i ispisuje rezultat koji se dobije kodiranjem trenutnog znaka. Važno je napomenuti da uzima samo od indeksa 2 s početka do trećeg znaka od kraja jer python dodaje stringovima //b'// na početak stringa i //'\n// na kraj pa da se i ti znakovi ne kodiraju. \\
+Zakomentirani printovi služe za bolje razumijevanje skripte. Poželjno je dodati //sleep()// između svake iteracije petlje kako se poslužitelj ne bi preopteretio prevelikim brojem zahtjeva.
+__PRIMJER__ -**Zadatak s Hacknite platforme - Brojač**
+<file>
+Mnogi od vas već znaju da je AES ECB način rada nesiguran.
+Zato smo odlučili šifrirati tajnu poruku koristeći AES CTR način rada.
+Dostupan ti je ciphertext, djelomični plaintext te program koji se koristio za šifriranje poruke,
+ali ne i tajni AES ključ.
+Možeš li dešifrirati poruku?
+</file>
+Ideja zadatka jest pronaći ranjivost u AES implementaciji s CTR načinom rada.
+CTR način rada jest definiran sljedećom formulom za enkripciju:
+	C = P ⊕ AES(key,CTR)
+gdje je C ciphertext, P plaintext, a CTR kombinacija nonce vrijednosti (neka nasumična vrijednost) i brojača (u našoj implementaciji su kombinirani pomoću XOR operacije). Funkcija AES ovdje ne šifrira sam plaintext, nego CTR vrijednost koja se zatim XOR-a s plaintextom. Rezultat funkcije AES(key,CTR) zovemo **keystream**.
+ Ne šifrira se cijeli plaintext odjednom već se radi u blokovima od 16 bajtova. Prvi ciphertext
+blok jest veličine 16 te je nastao xoranjem keystreama (za prvu iteraciju) s prvim blokom (također 16 bajtova) plaintexta, drugi ciphertext xoranjem keystreama
+(za drugu iteraciju) s drugim blokom plaintexta itd...
+U odnosu na CBC način rada, gdje se svaki novi blok xora s prijašnjim, CTR-om nastali blokovi nisu međusobno ovisni.
+AES je funkcija koja prima dva parametra, key i CTR. CTR jest kombinacija noncea i countera. Nonce jest fiksna vrijednost koja se nikada ne mijenja tijekom enkripcije
+i dekripcije svih blokova, a counter jest vrijednost koja se inkrementira sa svakom novom iteracijom (krećući od 0 u implementaciji). Key jest tajna koja se koristi za enkripciju i
+dekripciju te se također nikada ne mijenja. AES je funkcija koja interno ne koristi randomizirane vrijednost jer dekripcija ne bi bila moguća.
+Proces dekripcije je opisan sljedećom formulom (suprotan proces od enkripcije):
+	P = C ⊕ AES(key,CTR)
+Dakle, kako bi dekripcija bila moguća, za isti broj iteracije enkripcije i dekripcije koristi se isti keystream.
+U ZIP datoteci priloženoj uz zadatak dan je algoritam za enkripciju, cijeli ciphertext te parcijalni plaintext. Proučavanjem ciphertext datoteke vidimo da se ciphertext sastoji od 4160 bajtova (260 blokova), a u plaintext datoteci se nalazi 4138 bajtova. Budući da se jedan blok sastoji od 16 bajtova, možemo zaključiti da
+imamo cijeli plaintext do 257. bloka (bitno je zapamtiti da brojimo od nule!) , pola 258. bloka, a uopće nemamo 259. blok.
+Dakle, moramo pronaći način da dešifriramo 258. i 259. blok ciphertexta.
+Kod za enkripciju unutar encrypt.c jest sljedeći:
+<file>
+	AES_EncryptInit(&ctx, key);
+	    unsigned char counter = 0;
+	    for (unsigned int offset = 0; offset < (4160); offset += AES_BLOCK_SIZE) { //CTR mode
+		unsigned char nonce_xor_counter[AES_BLOCK_SIZE];
+		unsigned char enc_output[AES_BLOCK_SIZE];
+		for(int i=0;i<16;i++){
+		    nonce_xor_counter[i] = nonce[i] ^ counter;
+		}
+		counter +=1;
+		AES_Encrypt(&ctx, nonce_xor_counter, enc_output);
+		for(int i=offset;i<(offset+AES_BLOCK_SIZE);i++){
+		    ciphertext[i] = enc_output[i%16]^plaintext[i];
+		}
+	    }
+	    output("\nEncrypted: 0x", ciphertext, (4160));
+</file>
+Ranjivost implementacije je u tome da se za varijablu brojača (//counter//) koristi tip podatka char . Char jest veličine bajt, odnosno prima vrijednosti 0-255.
+Zbog toga, nakon vrijednosti 255 inkrementiranjem nastaje [[integer|integer overflow]] te se vrijednost resetira na 0. To znači da je counter za iteraciju 258/259 zapravo 2/3 što onda znači da je keystream za navedene parove iteracija isti.
+Budući da imamo ciphertext i parcijalni plain text, moguće je doći do keystreama po formuli:
+	C ⊕ P = AES(key,CTR)
+U nastavku se prikazuje postupak kojim se dolazi do rješenja, bitno je zapamtiti da brojač počinje od nule!
+	plaintext[2] ⊕ ciphertext[2] = keystream [2]
+	keystream[258] = keystream[2] // zbog integer overflowa, keystream kojim se šifrirao 258. blok jednak je onom kojim se šifrirao 2. blok
+	plaintext[258] = keystream[258] ⊕ ciphertext[258] // ovako dobivamo plaintext 258. bloka
+	// zatim ponovimo postupak za 259. blok
+	plaintext[3] ⊕ ciphertext[3] = keystream [3]
+	keystream[259] = keystream[3] // zbog integer overflowa, keystream kojim se šifrirao 259. blok jednak je onom kojim se šifrirao 3. blok
+	plaintext[259] = keystream[259] ⊕ ciphertext[259] // ovako dobivamo plaintext 259. bloka