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[原创] m0leCon CTF 2025 Teaser re Embedded encryption wp RISCV 对称密码

发表于: 2024-9-15 23:01 3022

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wx_御史神风

2024-9-15 23:01

3022

RISCV 32位，看起来是固件的代码

大部分架构、硬件相关函数看名字猜功能

metal_gpio_get_input_pin函数百度一下，是从针脚读数据：

ida中F5的结果（美化了一下，应该是虚函数调用）如下，其返回值类型不是int而是bool：

调用了随机数相关的api：srand和rand，实现和我电脑上的编译器调的库不一样，这两个API的实现也在ELF中给出来了，后续直接复制ida f5的结果出来用就行

有一个数组长度是1604，ida里设成1608显示的效果好一点

数组初始化内容如下：

这里以最开始的一段打乱IP置换表的代码为例，ida里f5出来是这个样子的：

实际上v12=var644 + v10 + 1604，这是以栈顶指针的去索引数组，可能是编译器的锅，搞出来的代码有点混乱，后续的*(v12 - 1604)等价于var644[v10]：

这段代码简单分析一下会发现，最后是把var644[v10]和var644[v11]进行了一下交换

按上述方法分析整个main函数，发现unsigned char var644[1604]逻辑上可以分成四个数组：

其中m32是IP置换表、m256是P盒映射表，input、output是缓冲区

简单说一下，IP置换就是交换数组中元素的位置，P盒运算就是一个一对一的映射

main流程总结：

流程1：重复1337次

流程2：j: 0 -> 31

将output视作16x16的矩阵

输出

流程1是个比较常规的对称密码加密过程，不再详细叙述

加密所用的表、数据取自随机函数生成器，相当于密钥是个随机数种子

seed取自metal_gpio_get_input_pin，是个1位的值

流程2，实际是把input最后一轮的结果，映射到output上

整个过程等价于output[input[j]] = 1 << (31-j)

然后将output当成二维方阵，输出行列和

首先从行列和还原output

易得知，output矩阵中不同两个元素不会在相同的位同时为1，即若a!=b则output[a]&output[b]==0为真

因此，若行和为0x101，行和第0位和第8位为1，表示该行中一个元素第0位为1，一个元素第8位为1，这两个元素可以相同。即该行存在0x100、0x1或0x101，其余为0

同理列和也可以如此分解

记录下第0位为1的元素所在的行和列，即可知道output矩阵中该位置第0位为1

然后由output还原最后一轮的input

加密过程分析得到的output[input[j]] = 1 << (31-j)

因此若(output[i] & (1 << j)) != 0，则input[31-j] = i

首先seed只能是0或1，跑两次即可

接着是对称密码解密，IP置换、P盒运算、异或运算都是可逆的

其中IP置换的置换表、P盒运算的映射表、异或运算的值都是由rand随机获取的

所以需要先缓存1337轮的置换表、映射表、异或数据，然后执行这三种操作的逆运算即可

__inline__ int metal_gpio_get_input_pin(struct metal_gpio *gpio, int pin)

// Get the value of the GPIO pin.

__inline__ int metal_gpio_get_input_pin(struct metal_gpio *gpio, int pin)

// Get the value of the GPIO pin.

bool __fastcall metal_gpio_get_input_pin(int device, char pin)
{

  return device && (device->func(device) & (1 << pin)) != 0;
}

bool __fastcall metal_gpio_get_input_pin(int device, char pin)

{

return device && (device->func(device) & (1 << pin)) != 0;

}

data[0:32)   (32字节)   = 0, 1, 2, 3, ... , 31

data[32:65)  (32+1字节) = "ptm{REDACTEDREDACTEDREDACTEDRED}\x00"

data[68:324) (256字节)  = 0, 1, 2, 3, ... , 255

data[0:32) (32字节) = 0, 1, 2, 3, ... , 31

data[32:65) (32+1字节) = "ptm{REDACTEDREDACTEDREDACTEDRED}\x00"

data[68:324) (256字节) = 0, 1, 2, 3, ... , 255

v12 = &var644[(unsigned __int8)v10 + 1604];

v13 = &var644[(unsigned __int8)v11 + 1604];
v14 = *(v12 - 1604) + *(v13 - 1604);
*(v12 - 1604) = v14;
v15 = *(v13 - 1604);
*(v13 - 1604) = v14 - v15;
*(v12 - 1604) = v15 + *(v12 - 1604) - v14;

v12 = &var644[(unsigned __int8)v10 + 1604];

v13 = &var644[(unsigned __int8)v11 + 1604];

v14 = *(v12 - 1604) + *(v13 - 1604);

*(v12 - 1604) = v14;

v15 = *(v13 - 1604);

*(v13 - 1604) = v14 - v15;

*(v12 - 1604) = v15 + *(v12 - 1604) - v14;

v14 = var644[v10] + var644[v11];
var644[v10] = v14;
v15 = var644[v11];
var644[v11] = v14 - v15;
var644[v10] = v15 + var644[v10] - v14;

v14 = var644[v10] + var644[v11];

var644[v10] = v14;

v15 = var644[v11];

var644[v11] = v14 - v15;

var644[v10] = v15 + var644[v10] - v14;

_BYTE m32[32]; // &var644[0:32]

_BYTE input[33]; // &var644[32:64]

_BYTE m256[256]; // &var644[68:324]

_DWORD output[256]; // &var644[580:1604]

_BYTE m32[32]; // &var644[0:32]

_BYTE input[33]; // &var644[32:64]

_BYTE m256[256]; // &var644[68:324]

_DWORD output[256]; // &var644[580:1604]

def get_bit_idx(x):

    i = 0

    res = []

    while x:

        if x & 1:

            res.append(i)

        i += 1

        x >>= 1

    return res
 
rows = [0]*32

cols = [0]*32

for r in range(16):

    res = get_bit_idx(row_sums[r])

    for a in res:

        rows[a] = r

for c in range(16):

    res = get_bit_idx(col_sums[c])

    for a in res:

        cols[a] = c

output = [0]*256

for i in range(32):

    output[rows[i]*16 + cols[i]] |= 1 << i

def get_bit_idx(x):

i = 0

res = []

while x:

if x & 1:

res.append(i)

i += 1

x >>= 1

return res

rows = [0]*32

cols = [0]*32

for r in range(16):

res = get_bit_idx(row_sums[r])

for a in res:

rows[a] = r

for c in range(16):

res = get_bit_idx(col_sums[c])

for a in res:

cols[a] = c

output = [0]*256

for i in range(32):

output[rows[i]*16 + cols[i]] |= 1 << i

inputs = [0]*32

for i in range(256):

    res = get_bit_idx(output[i])

    for j in res:

        j = 31 - j

        inputs[j] = i

print(inputs)

inputs = [0]*32

for i in range(256):

res = get_bit_idx(output[i])

for j in res:

j = 31 - j

inputs[j] = i

print(inputs)

_BYTE m32s[1337 + 1][32]; // &var644[0]

_BYTE m256s[1337 + 1][256]; // &var644[68]
_BYTE xors[1337][32];

void decrypt(unsigned int seed, _BYTE* last_input) {

    _BYTE input[33] = { 0, };

    _DWORD output[256] = { 0, }; // &var644[580]
 
    memcpy(input, last_input, 32);
 
    int i, j;
 
    _BYTE rm256[256];
 
    // cache rand result

    srand(seed);

    for (i = 0; i != 32; ++i)

        m32s[0][i] = i;

    for (i = 0; i != 256; ++i)

        m256s[0][i] = i;

    for (j = 0; j < ROUNDS; j++) {

        for (i = 0; i < 1000; i++) {

            _BYTE a = (int)rand() % 32;

            _BYTE b = (int)rand() % 32;

            if (a != b)

            {

                _BYTE temp;

                temp = m32s[j][a];

                m32s[j][a] = m32s[j][b];

                m32s[j][b] = temp;

            }

        };

        for (i = 0; i < 10000; i++) {

            _BYTE a = rand();

            _BYTE b = rand();

            if (a != b)

            {

                _BYTE temp;

                temp = m256s[j][a];

                m256s[j][a] = m256s[j][b];

                m256s[j][b] = temp;

            }

        };

        for (i = 0; i != 32; ++i)

            xors[j][i] = rand();

        // copy to next round

        for (i = 0; i != 32; ++i)

            m32s[j+1][i] = m32s[j][i];

        for (i = 0; i != 256; ++i)

            m256s[j+1][i] = m256s[j][i];

    }
 
    for (j = ROUNDS - 1; j >= 0; j--) {

        // rbox

        for (i = 0; i < 256; i++)

            rm256[m256s[j][i]] = i;

        // decrypt

        for (i = 0; i != 32; ++i)

            input[i] ^= xors[j][i];

        for (i = 0; i != 32; ++i)

            input[i] = rm256[input[i]];

        for (i = 0; i != 32; ++i)

            output[m32s[j][i]] = input[i];

        for (i = 0; i != 32; ++i)

            input[m32s[j][i]] = output[i];

    };
 
    // print input 

    printf("input = ");

    for (i = 0; i < 33; i++)

        printf("%u, ", input[i]);

    putchar(10);

    printf("input = %s\n", input);
}
 
int main(int argc, const char** argv, const char** envp)
{

    _BYTE last_input_flag[33] = { 47, 238, 122, 29, 149, 143, 143, 247, 59, 106, 136, 53, 69, 229, 45, 255, 13, 10, 226, 239, 237, 247, 7, 100, 159, 65, 44, 193, 159, 106, 155, 236, 0 };

    decrypt(0, last_input_flag);

    decrypt(1, last_input_flag);

    return 0;
}