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[原创]恶意代码分析之 RC4 算法学习
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2019-12-16 02:02
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1 摘要
RC4（Rivest Cipher 4）是一种基于密钥流的加密算法，它的密钥长度可变，密钥长度在 1-256 字节范围。它的特点是算法简单、运算效率高，而且非线性度良好。它加解密使用相同的密钥，假设定义 RC4 的运算过程是RC4(key,data)，那么，密文=RC4(key,明文)，明文=RC4(key,密文)。因此也属于对称加密算法，WEP 里也用到了 RC4 算法。
2 起因
近期分析多个勒索软件时，会遇到使用 RC4 解密相应字符串或者配置的过程，加之之前阅读过相关的分析报告后也发现存在勒索软件使用 RC4 解密相应的内容的行为，由于笔者之前并未学习过密码学，于是对 RC4 算法进行学习，并相应记录笔记。
3 原理
RC4 由伪随机数生成器和异或运算组成，RC4 一个字节一个字节地加解密。给定一个密钥，伪随机数生成器接受密钥并产生一个 S 盒。S 盒用来加密数据，而且在加密过程中 S 盒会变化。
3.1 伪代码
出现的几个变量如下：S、K、T、k
S S 盒，是一个 256 个字节大小的 char 类型数组，char S[256]
K 密钥 K，长度限定在 1-256 个字节
T 临时变量 T，大小也是 256 个字节的数组
k 输出的密钥流，大小与实际需要加密的内容一致。
S 盒与临时变量 T 初始化，伪代码如下：
for i=0 to 255 do S[i]=i; T[i]=K[ I % K_len ];
S 盒打乱过程会使用到上述初始化后的 S 与 T 变量，伪代码如下：
j=0; for i=0 to 255 do j= ( j+S[i]+T[i]) % 256; swap(S[i],S[j]); //交换
密钥流的长度与需要加密的明文长度一致，输出密钥流 k[r]，伪代码如下：
i,j=0; for r=0 to r_len do //r为明文 i=(i+1) % 256; j=(j+S[i]) % 256; swap(S[i],S[j]); t=(S[i]+S[j]) % 256; k[r]=S[t];
加密与解密是一致的，k[r]为之前输出的密钥流，d[r]为加密后的内容，伪代码如下：
for r=0 to r_len do d[r] ^= k[r]
4 C 语言例子
4.1 主文件
#include <stdio.h>
#include<Windows.h>
#include "RC4.h"
int main()
{
unsigned char text[] = "UOIzVDP2Vzs=";
unsigned char key[] = "flag{this_is_not_the_flag_hahaha}";
unsigned int i;
printf("加密前的数据:");
for (i = 0; i < strlen((const char*)text); i++)
printf("%c", text[i]);
printf("\n");
rc4_crypt(text, strlen((const char*)text), key, strlen((const char*)key));
printf("加密后的数据:");
for (i = 0; i < strlen((const char*)text); i++)
printf("%X", text[i]);
printf("\n");
rc4_crypt(text, strlen((const char*)text), key, strlen((const char*)key));
printf("解密后的数据:");
for (i = 0; i < strlen((const char*)text); i++)
printf("%c", text[i]);
printf("\n");
system("pause");
return 0;
}4.2 RC4.c
#include <string.h>
static void rc4_init(unsigned char* s_box, unsigned char* key, unsigned int key_len)
{
unsigned char Temp[256];
int i;
for (i = 0; i < 256; i++)
{
s_box[i] = i;//顺序填充S盒
Temp[i] = key[i%key_len];//生成临时变量T
}
int j = 0;
for (i = 0; i < 256; i++)//打乱S盒
{
j = (j + s_box[i] + Temp[i]) % 256;
unsigned char tmp = s_box[i];
s_box[i] = s_box[j];
s_box[j] = tmp;
}
}
void rc4_crypt(unsigned char* data, unsigned int data_len, unsigned char* key, unsigned int key_len)
{
unsigned char s_box[256];
rc4_init(s_box, key, key_len);
unsigned int i = 0, j = 0, t = 0;
unsigned int Temp;
for (Temp = 0; Temp < data_len; Temp++)
{
i = (i + 1) % 256;
j = (j + s_box[i]) % 256;
unsigned char tmp = s_box[i];
s_box[i] = s_box[j];
s_box[j] = tmp;
t = (s_box[i] + s_box[j]) % 256;
data[Temp] ^= s_box[t];
}
}4.3 RC4.h
#ifndef RC4_H #define RC4_H /* 导出rc4_crypt函数，参数为要加密的数据、数据长度、密码、密码长度 */ void rc4_crypt(unsigned char* data, unsigned int data_len, unsigned char* key, unsigned int key_len); #endif
5 逆向分析
5.1 静态分析
上述代码编译后，得到 RC4.exe，直接载入 IDA 中进行分析，为了效果，使用 release 模式编译，不加载 pdb 文件。先找到 main 函数，如下：
双击进入 main 函数后，只关注 RC4 加密函数，如下：
再次双击进入，逻辑非常清晰，存在 3 个循环，如下：
首先第一个循环是初始化 S 盒与临时变量 T。
第二个循环是打乱上面初始化的 S 盒
最后一个循环是输出加密密钥流，最后与明文进行逐字节异或，得到加密的密文。
5.2 动态分析
ollydbg 调试 debug 版本，如下：
6 实际案例
这里选择一个勒索样本（64a1fbb51ab62f1aa012172b45c8ca15）作为例子，IDA 打开后分析如下：
从最开始的两个函数可以发现极有可能会解密资源，进入第一个函数看看，如下：
两处循环，次数都为 256 次，第一次循环赋值是按照顺序进行赋值的，相当于之前的初始化 S 盒。
第二个函数进入后发现也是循环后进行赋值，最后有一处是对之前第一个函数得到的值进行相应的异或操作，最后得到一个值。动态调试如下, 0x0040E000 开始的 128 个字节在函数执行后保持不变，而之后的字节数值已经被更改，猜测这 128 个字节是密钥。
执行完该函数后，相关的数据区域确实发生了变化，根据之前的分析猜测是 RC4 算法，本地提取相关区域数据后对其进行手工解密如下，发现结果确实是使用地址 0x0040E000 前 128 个字节（0x80）作为密钥，然后采用 RC4 算法解密后的结果如下，与上图执行完后得到的数据是一致的。
7 总结
识别点：存在 3 个循环，前两次循环的次数为 256 次，最后一次循环的次数以某个变量的值为限，实质是需要加密（解密）的内容长度，每次循环的最后有一个异或的操作代表加密该内容。
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CryptoTester，可以搜一下，是国外安全人员自己写的工具。 
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年末了，忙起来了，以后遇到其余算法，学习后也会分享的。 |
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 能上传一下吗？google没找到啊
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jishuzhain
