创建密码重置盘的时候，系统都做了些什么
注：本文作为一篇研究报告，最早发布于我的GitHub repo。进行格式整理与更新后在这里重新发布。
“密码重置盘”是从Windows XP开始即加入Windows系统，并且一直保留至今的一项功能。其目的是在用户忘记登录密码时，可以使用预先创建好的物理凭据重置密码。
几年前，我在网上找到了一位前辈对密码重置盘功能的基于行为的分析，由此对这个功能产生了研究兴趣。本研究报告编写于去年暑假，花了三天时间，基于逆向工程对密码重置盘功能进行分析。
基本原理
密码重置盘的本质是一个RSA私钥，用于解密在系统中（为密码重置而专门）存储的用户密码。
创建密码重置盘时，系统会生成一个RSA公私钥对和一张自签名的证书。用户密码被公钥加密并签名，并和证书一起存储在计算机中（具体细节见下）；私钥则被保存在密码重置盘根目录下的userkey.psw文件中。
由这个过程，我们可以得到密码重置盘的几个性质：
- 密码重置盘与用户一一对应；更换用户，密码重置盘会失效。
- 系统识别密码重置盘只会看根目录下的
userkey.psw文件，与其他文件一律无关。由此，使用一个可移动介质做多张密码重置盘是可行的，不过需要每次使用之前手动修改文件名。
- 密码重置盘只能重置密码是系统有意进行的限制。由密码重置盘恢复密码是可能的。
下文中，我的研究方向也就在“如何从密码重置盘恢复密码”上。对于其它方向涉及的可能不算深入。
技术细节
值得注意的是，微软在密码重置盘这个功能上基本没有做出过任何改动或改进。下文中，若非特殊说明，分析结论适用于自Windows XP开始所有版本的Windows。
0. 向导程序的手动调用方式
密码重置盘的创建向导和使用向导都在系统的凭据管理器keymgr.dll中，可以使用命令手动调用：
创建向导（当前用户）：rundll32 keymgr.dll,PRShowSaveWizardEx
创建向导（指定用户）：rundll32 keymgr.dll,PRShowSaveFromMsginaW <用户名>
重置向导（指定用户）：rundll32 keymgr.dll,PRShowRestoreWizardEx <用户名>
在启动向导之前要确保电脑中已有可移动介质插入，否则向导会报错，拒绝启动。
1. 自签名证书
证书因为只做签名目的与恢复密码无关，不做深入研究。
生成的证书被放在本地计算机的一个名为Recovery的存储区中。这些证书具有如下性质：
- 颁发给/颁发者：空
- 有效期从：创建密码重置盘的时间
- 有效期至：创建密码重置盘的时间 + 5年
- 签名算法：SHA1
- 公钥：RSA 2048位
注意在没创建过密码重置盘的系统中，Recovery存储区是不存在的。
2. 密码重置盘/RSA私钥
上文所述的userkey.psw文件具有只读、归档属性。
在Windows XP上，.psw还有类型标注，名为Password Backup。同时在注册表中（HKEY_CLASSES_ROOT\PSWFile）还标注了NoOpen属性，即在试图打开psw类型文件时，会弹出一个“系统文件警告”提示。
文件的内容本质上是系统API CryptExportKey的导出结果，外加了一个8字节的文件头。私钥明文存储，文件结构见userkey.h。
由这个文件的内容，可以使用这里提供的方法还原出一个标准格式的RSA私钥文件。具体操作不再赘述。
3. 加密的用户密码
这些数据（不出所料地）被放进了注册表。
在Windows XP上，具体的路径为HKEY_LOCAL_MACHINE\SECURITY\Recovery\<SID>的默认键值，类型为REG_BINARY，其中<SID>为用户的SID。
在Windows 7及以上版本，注册表路径变为了HKEY_LOCAL_MACHINE\C80ED86A-0D28-40dc-B379-BB594E14EA1B\<SID>（原文如此），而且这个项变成了按需加载；密码重置盘创建完毕时这个项就会被卸载。卸载后的注册表文件位于%SystemRoot%\System32\Microsoft\Protect\Recovery\Recovery.dat。
注意：无论是注册表还是卸载后的文件，都需要至少SYSTEM权限才能够读取。
这些REG_BINARY数据的结构如regdata.h所示。数据的最后256字节便是加密过的用户密码。解密步骤如下：
- 取这256字节的数据，进行一次字节顺序翻转。
- 设翻转后的数据保存为文件
enc.bin，使用上面的步骤生成的DER格式私钥为key.der。使用OpenSSL解密数据：openssl rsautl -decrypt -in enc.bin -out dec.bin -inkey key.der -keyform DER。
- 文件
dec.bin中便是以Unicode格式（Windows口中的Unicode，即UTF-16 LE）存储的密码明文。
X. 逆向工程的更多细节
向导的GUI界面，和密钥/证书生成部分的逻辑，都是在keymgr.dll中实现的。
由界面到生成逻辑的引用链如下所示（符号名称来自PDB）：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | PRShowSaveWizardExW
SPageProc1
SaveThread
SaveInfo（进入逻辑部分，返回时保存私钥）
PRGenerateRecoveryKey（生成私钥）
GenerateRecoveryCert（生成证书）
PRImportRecoveryKey（RPC，通知系统保存密码）
PRShowRestoreWizardExW
PRShowRestoreWizardW
RPageProc1
SetAccountPassword（进入逻辑部分）
PRRecoverPassword（RPC，通知系统验证与修改密码）
|
两条调用链都终止于RPC调用，确切的说是LPC端口protected_storage。有趣的是提供这个端口的服务Protected Storage服务早在Windows 8时就因为不安全而被移除了，但Windows 10中这个功能仍然可用。
查阅资料得到关键信息：这个端口下有PasswordRecovery接口，GUID为5cbe92cb-f4be-45c9-9fc9-33e73e557b20。使用RpcView工具轻易查到，提供这个接口的模块是由lsass.exe加载的dpapisrv.dll。
P.S. RpcView的上次Release是2017年，又因为有对系统文件版本的检查，导致其拒绝启动。最终对程序进行了patch才能用。
接口中的三个方法调用链如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | keymgr!PRImportRecoveryKey
s_SSRecoverImportRecoveryKey
EncryptRecoveryPassword（构造注册表数据并保存）
（各类细化的操作）
keymgr!PRRecoverPassword
s_SSRecoverPassword
???（未进行分析）
???
s_SSRecoverQueryStatus
???（这个方法好像没用到）
|
注册表数据中的SHA1和签名分别由API CertGetCertificateContextProperty和内部函数LogonCredGenerateSignature生成，过程复杂，未进行分析。
负责加密的是API BCryptEncrypt函数，之后由FMyReverseBytes进行字节顺序翻转。
最后保存数据的是RecoverySetSupplementalCredential函数。由此可见，微软内部称密码重置盘为“追加凭据”。那个让前辈不明所以的GUID字符串C80ED86A-0D28-40dc-B379-BB594E14EA1B也得到了解释：这个字符串是硬编码进去的，不具备什么实际意义。
更多逆向工程细节（以及伪造密码重置盘的尝试）参见本文后续
参考
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最后于 2020-10-10 21:50
被张三千编辑
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