android逆向奇技淫巧二十九：x音AES使用分析

　　1、AES也是一种非常成熟的对称加密算法了，整个流程如下：

        

 　　可以看到流程比较复杂，步骤很多，很多初学者光是看这个流程就晕菜了。这么多步骤，每个步骤都是干啥了？分别都有啥用了？理解了每个步骤的原理和作用，才能更好的魔改和识别魔改！

　　（1）先回到加密算法最核心的作用或本质：

  • 让明文和密文之间没有明显的统计关系，找不到明文和密文之间的映射关系，俗称“混淆”。举个例子：明文是A，得到的密文是B；明文是C，得到的密文是D。如果每次都这样，逆向破解人员很容易猜到明文和密文之间的映射关系，比如看到密文是B，就能直接反推出明文是A；看到密文是D，就能反推出明文是C，这样一来破解算法就很容易了！
  • 明文一旦有变动，哪怕只有一位变动，理想情况下密文的每一位都会改变，俗称“扩散”，这样就让逆向破解人员不容易发现明文和密文在位置上的对应关系，达到“牵明文一发而动密文全身”的效果！

　　为了达到上述两个效果，AES的每个步骤都是围绕这两个目的来设计和实现的！接下来我们挨个过一遍，看看每一步都是怎么达到上述两个目的的！上述的流程图非常复杂，为了抓住主干，快速了解算法全貌，这里稍微简化一下，省略部分细节，算法流程如下：

           

       （2）初始变换initial round ：就是用明文异或key，这就是最原始的加密算法！只要改变key，明文和密文之间的映射关系就会改变，所以这一步的目的就是混淆！

       

 　　（3）接下来就是10轮循环运算了，循环的第一步：

  • 　　字节代换subbytes：本质就是查表，把表中数读出来替换原来的字符。比如第一个hex是0x19，那么把第1行和第9列的数字找到（这里是d4）来替换原来的0x19；这步的作用还是混淆！

       

  •  　　行移位ShifRows ：这一步就是简单粗暴的把16byte字符挨个移动位置，目的就是扩散，达到“牵一发而动全身”的目的！

 　　

　　由于AES的算法是公开的，所以具体到C代码的实现有多个版本，其中部分版本用IDA的F5反汇编后如下（后续看到这类代码，需要条件反射一样往shiftRows想）：

　　

       另一种shifRows：

　　

 　　以上两种的特征都比较明显：5去1、9去5、13去9等.......

  •  　　列混合MixColumnes：这一步是输入数据与给定的举证左乘！注意：这里的左乘不是传统的矩阵乘法！算法细节可以参考末尾链接2的视频，这里不赘诉！这一步的目的还是混淆，让输入和输出之间没有明显的统计映射关系！

　　

  •  　　轮密钥加AddRoundKey：本质还是让输入和指定的子密钥矩阵做异或，达到混淆的目的！

 　　

 　　这里有两个问题需要进一步深入思考：

    • 　为啥需要子密钥矩阵？这里做的是异或，如果每次都用相同的密钥key去异或不同的输入，是不是很容易被破解了？这样就达不到强混淆的目的了！
    •     怎么得到子密钥矩阵? 如果列i不是4的倍数，直接用下面的公式计算得到，本质还是两列之间异或；
    •     这里以AES-128为例，用户输入的原始key有16byte，由于需要round 10轮，每轮都需要生成子密钥，所以一共需要16+10*16=176byte的密钥数据，也就是44列密钥（每列4byte），通常用W0~W43来表示；W0~W3是用户输入的原始密钥，W4~W43是密钥扩展算法生成的密钥！

 　　　　　　

 　　　　　　如果列i是4的倍数就必要复杂了，第二个T(W[i-1])需要经过下面3个步骤得到：

      • 字循环：就是把列上下循环移动位置，目的是扩散

 　　　　　　

      •  字节替换：比如输入是cf，就在S盒查找c行f列的数，这里是8a，就用8a替换cf，这里的目的是混淆！

 　　　　　　

      • 　轮常量异或：轮常量是固定的，这里挨个异或，让每轮生成的子密钥roundKey都不一样，达到强混淆的目的！

                       

 　　　　　　经过上面几步，得到子密钥矩阵，进而可以继续运算轮密钥加，完成整个步骤混淆的目的！

 　　（4）总结一下：AES整个操作流程比较复杂，步骤很多，但不外乎就以下几种：

  •    异或: 这是最常规、最基础的加密方式，目的是混淆
  •    各种移位：左移、右移、上下移动、P盒转换等，目的是扩散，达到“输入牵一发而动输出全身”的效果
  •    S盒查表：本质是人为设置一种映射方式，让输入和输出之间没有明显的统计关系或规律，达到混淆的目的！

　　2、（1）AES是当今世界最常见的对称加密方式了，x音这种地球级的APP肯定少不了，那么x音是怎么使用AES的了？老规矩，在IDA中继续用Signsrch插件找各种magic number，果真还找到了重要线索：在libmetasec.so中，从0x93FE8开始，直到0x963E8结束，一共0x2400byte=9KB的空间依次存放了从TE0到TE3、从TD0到TD4表，部分表数据如下（太多了，就不一一贴出来）：

.rodata:00093FE8                         ; _DWORD RijnDael_AES_93FE8_TE0[256]
.rodata:00093FE8 A5 63 63 C6 84 7C 7C F8+RijnDael_AES_93FE8_TE0 DCD 0xC66363A5, 0xF87C7C84, 0xEE777799, 0xF67B7B8D, 0xFFF2F20D
.rodata:00093FE8 99 77 77 EE 8D 7B 7B F6+                                        ; DATA XREF: sub_69190+60↑o
.rodata:00093FE8 0D F2 F2 FF BD 6B 6B D6+                                        ; sub_69190+62↑o ...
.rodata:00093FE8 B1 6F 6F DE 54 C5 C5 91+                DCD 0xD66B6BBD, 0xDE6F6FB1, 0x91C5C554, 0x60303050, 0x2010103 ; <Signsrch> "Rijndael Te0 (0xc66363a5U)"
.rodata:00093FE8 50 30 30 60 03 01 01 02+                DCD 0xCE6767A9, 0x562B2B7D, 0xE7FEFE19, 0xB5D7D762, 0x4DABABE6
.rodata:00093FE8 A9 67 67 CE 7D 2B 2B 56+                DCD 0xEC76769A, 0x8FCACA45, 0x1F82829D, 0x89C9C940, 0xFA7D7D87
.rodata:00093FE8 19 FE FE E7 62 D7 D7 B5+                DCD 0xEFFAFA15, 0xB25959EB, 0x8E4747C9, 0xFBF0F00B, 0x41ADADEC
.rodata:00093FE8 E6 AB AB 4D 9A 76 76 EC+                DCD 0xB3D4D467, 0x5FA2A2FD, 0x45AFAFEA, 0x239C9CBF, 0x53A4A4F7
.rodata:00093FE8 45 CA CA 8F 9D 82 82 1F+                DCD 0xE4727296, 0x9BC0C05B, 0x75B7B7C2, 0xE1FDFD1C, 0x3D9393AE
.rodata:00093FE8 40 C9 C9 89 87 7D 7D FA+                DCD 0x4C26266A, 0x6C36365A, 0x7E3F3F41, 0xF5F7F702, 0x83CCCC4F
.rodata:00093FE8 15 FA FA EF EB 59 59 B2+                DCD 0x6834345C, 0x51A5A5F4, 0xD1E5E534, 0xF9F1F108, 0xE2717193
.rodata:00093FE8 C9 47 47 8E 0B F0 F0 FB+                DCD 0xABD8D873, 0x62313153, 0x2A15153F, 0x804040C, 0x95C7C752
.rodata:00093FE8 EC AD AD 41 67 D4 D4 B3+                DCD 0x46232365, 0x9DC3C35E, 0x30181828, 0x379696A1, 0xA05050F
.rodata:00093FE8 FD A2 A2 5F EA AF AF 45+                DCD 0x2F9A9AB5, 0xE070709, 0x24121236, 0x1B80809B, 0xDFE2E23D
.rodata:00093FE8 BF 9C 9C 23 F7 A4 A4 53+                DCD 0xCDEBEB26, 0x4E272769, 0x7FB2B2CD, 0xEA75759F, 0x1209091B
.rodata:00093FE8 96 72 72 E4 5B C0 C0 9B+                DCD 0x1D83839E, 0x582C2C74, 0x341A1A2E, 0x361B1B2D, 0xDC6E6EB2
.rodata:00093FE8 C2 B7 B7 75 1C FD FD E1+                DCD 0xB45A5AEE, 0x5BA0A0FB, 0xA45252F6, 0x763B3B4D, 0xB7D6D661
.rodata:00093FE8 AE 93 93 3D 6A 26 26 4C+                DCD 0x7DB3B3CE, 0x5229297B, 0xDDE3E33E, 0x5E2F2F71, 0x13848497

　　Signsrch还是很贴心地把表的类型都识别并展示出来了！除了TE和TD表，分别在0x923C0、0x91FC0和0x92BC0这里也存储了S盒，如下：

rodata:000923C0                         ; _DWORD SBox[256]
.rodata:000923C0 00 00 63 00 00 00 7C 00+SBox            DCD 0x630000, 0x7C0000, 0x770000, 0x7B0000, 0xF20000, 0x6B0000
.rodata:000923C0 00 00 77 00 00 00 7B 00+                                        ; DATA XREF: sub_68D90+4E↑o
.rodata:000923C0 00 00 F2 00 00 00 6B 00+                                        ; sub_68D90+50↑o ...
.rodata:000923C0 00 00 6F 00 00 00 C5 00+                DCD 0x6F0000, 0xC50000, 0x300000, 0x10000, 0x670000, 0x2B0000
.rodata:000923C0 00 00 30 00 00 00 01 00+                DCD 0xFE0000, 0xD70000, 0xAB0000, 0x760000, 0xCA0000, 0x820000
.rodata:000923C0 00 00 67 00 00 00 2B 00+                DCD 0xC90000, 0x7D0000, 0xFA0000, 0x590000, 0x470000, 0xF00000
.rodata:000923C0 00 00 FE 00 00 00 D7 00+                DCD 0xAD0000, 0xD40000, 0xA20000, 0xAF0000, 0x9C0000, 0xA40000
.rodata:000923C0 00 00 AB 00 00 00 76 00+                DCD 0x720000, 0xC00000, 0xB70000, 0xFD0000, 0x930000, 0x260000
.rodata:000923C0 00 00 CA 00 00 00 82 00+                DCD 0x360000, 0x3F0000, 0xF70000, 0xCC0000, 0x340000, 0xA50000
.rodata:000923C0 00 00 C9 00 00 00 7D 00+                DCD 0xE50000, 0xF10000, 0x710000, 0xD80000, 0x310000, 0x150000
.rodata:000923C0 00 00 FA 00 00 00 59 00+                DCD 0x40000, 0xC70000, 0x230000, 0xC30000, 0x180000, 0x960000
.rodata:000923C0 00 00 47 00 00 00 F0 00+                DCD 0x50000, 0x9A0000, 0x70000, 0x120000, 0x800000, 0xE20000
.rodata:000923C0 00 00 AD 00 00 00 D4 00+                DCD 0xEB0000, 0x270000, 0xB20000, 0x750000, 0x90000, 0x830000
.rodata:000923C0 00 00 A2 00 00 00 AF 00+                DCD 0x2C0000, 0x1A0000, 0x1B0000, 0x6E0000, 0x5A0000, 0xA00000
.rodata:000923C0 00 00 9C 00 00 00 A4 00+                DCD 0x520000, 0x3B0000, 0xD60000, 0xB30000, 0x290000, 0xE30000
.rodata:000923C0 00 00 72 00 00 00 C0 00+                DCD 0x2F0000, 0x840000, 0x530000, 0xD10000, 0, 0xED0000
.rodata:000923C0 00 00 B7 00 00 00 FD 00+                DCD 0x200000, 0xFC0000, 0xB10000, 0x5B0000, 0x6A0000, 0xCB0000
.rodata:000923C0 00 00 93 00 00 00 26 00+                DCD 0xBE0000, 0x390000, 0x4A0000, 0x4C0000, 0x580000, 0xCF0000
.rodata:000923C0 00 00 36 00 00 00 3F 00+                DCD 0xD00000, 0xEF0000, 0xAA0000, 0xFB0000, 0x430000, 0x4D0000
.rodata:000923C0 00 00 F7 00 00 00 CC 00+                DCD 0x330000, 0x850000, 0x450000, 0xF90000, 0x20000, 0x7F0000
.rodata:000923C0 00 00 34 00 00 00 A5 00+                DCD 0x500000, 0x3C0000, 0x9F0000, 0xA80000, 0x510000, 0xA30000
.rodata:000923C0 00 00 E5 00 00 00 F1 00+                DCD 0x400000, 0x8F0000, 0x920000, 0x9D0000, 0x380000, 0xF50000
.rodata:000923C0 00 00 71 00 00 00 D8 00+                DCD 0xBC0000, 0xB60000, 0xDA0000, 0x210000, 0x100000, 0xFF0000
.rodata:000923C0 00 00 31 00 00 00 15 00+                DCD 0xF30000, 0xD20000, 0xCD0000, 0xC0000, 0x130000, 0xEC0000
.rodata:000923C0 00 00 04 00 00 00 C7 00+                DCD 0x5F0000, 0x970000, 0x440000, 0x170000, 0xC40000, 0xA70000
.rodata:000923C0 00 00 23 00 00 00 C3 00+                DCD 0x7E0000, 0x3D0000, 0x640000, 0x5D0000, 0x190000, 0x730000
.rodata:000923C0 00 00 18 00 00 00 96 00+                DCD 0x600000, 0x810000, 0x4F0000, 0xDC0000, 0x220000, 0x2A0000
.rodata:000923C0 00 00 05 00 00 00 9A 00+                DCD 0x900000, 0x880000, 0x460000, 0xEE0000, 0xB80000, 0x140000
.rodata:000923C0 00 00 07 00 00 00 12 00+                DCD 0xDE0000, 0x5E0000, 0xB0000, 0xDB0000, 0xE00000, 0x320000
.rodata:000923C0 00 00 80 00 00 00 E2 00+                DCD 0x3A0000, 0xA0000, 0x490000, 0x60000, 0x240000, 0x5C0000
.rodata:000923C0 00 00 EB 00 00 00 27 00+                DCD 0xC20000, 0xD30000, 0xAC0000, 0x620000, 0x910000, 0x950000
.rodata:000923C0 00 00 B2 00 00 00 75 00+                DCD 0xE40000, 0x790000, 0xE70000, 0xC80000, 0x370000, 0x6D0000
.rodata:000923C0 00 00 09 00 00 00 83 00+                DCD 0x8D0000, 0xD50000, 0x4E0000, 0xA90000, 0x6C0000, 0x560000
.rodata:000923C0 00 00 2C 00 00 00 1A 00+                DCD 0xF40000, 0xEA0000, 0x650000, 0x7A0000, 0xAE0000, 0x80000
.rodata:000923C0 00 00 1B 00 00 00 6E 00+                DCD 0xBA0000, 0x780000, 0x250000, 0x2E0000, 0x1C0000, 0xA60000
.rodata:000923C0 00 00 5A 00 00 00 A0 00+                DCD 0xB40000, 0xC60000, 0xE80000, 0xDD0000, 0x740000, 0x1F0000
.rodata:000923C0 00 00 52 00 00 00 3B 00+                DCD 0x4B0000, 0xBD0000, 0x8B0000, 0x8A0000, 0x700000, 0x3E0000
.rodata:000923C0 00 00 D6 00 00 00 B3 00+                DCD 0xB50000, 0x660000, 0x480000, 0x30000, 0xF60000, 0xE0000
.rodata:000923C0 00 00 29 00 00 00 E3 00+                DCD 0x610000, 0x350000, 0x570000, 0xB90000, 0x860000, 0xC10000
.rodata:000923C0 00 00 2F 00 00 00 84 00+                DCD 0x1D0000, 0x9E0000, 0xE10000, 0xF80000, 0x980000, 0x110000
.rodata:000923C0 00 00 53 00 00 00 D1 00+                DCD 0x690000, 0xD90000, 0x8E0000, 0x940000, 0x9B0000, 0x1E0000
.rodata:000923C0 00 00 00 00 00 00 ED 00+                DCD 0x870000, 0xE90000, 0xCE0000, 0x550000, 0x280000, 0xDF0000
.rodata:000923C0 00 00 20 00 00 00 FC 00+                DCD 0x8C0000, 0xA10000, 0x890000, 0xD0000, 0xBF0000, 0xE60000
.rodata:000923C0 00 00 B1 00 00 00 5B 00+                DCD 0x420000, 0x680000, 0x410000, 0x990000, 0x2D0000, 0xF0000
.rodata:000923C0 00 00 6A 00 00 00 CB 00+                DCD 0xB00000, 0x540000, 0xBB0000, 0x160000

　　这3个地方存储的S盒每个元素分别占用了1、3、4字节的空间，我也很好奇为啥同样的S盒要放在3个不同的地方（从后续得代码看不同的SBox之间在异或，原因不详）......

　　既然占用了这么多存储空间存放AES的magic number，肯定时要用的！那么问题来了，AES的代码是怎么写的了？由于AES算法本身是公开的，理论上谁都可以自己实现AES算法。对于x音这种全球级别的大厂，技术大牛云集，他们会不会自己实现AES算法了？我个人觉得不太可能，原因很简单：自己做测试写个AES算法很简单，但是x音这种地球级别的APP，每天访问量都是以亿为单位统计的，自己实现AES可能会有两个坑：

  • 性能问题：不一定是最优的，换句话说加解密的速度不一定是最快的
  • 安全问题：自己实现的AES万一有漏洞咋办？

 　  所以此时市面上比较流行的开源AES就是首选了！原因很简单：开源的AES接受了大量业界技术大牛长时间的检验，如果性能或安全有严重缺陷，早就修复了！就算发现漏洞，也会第一时间修补，后续的运维支持有保障，所以x音的AES可能会选用哪个开源框架实现了？

 　  （2）还记得boringssl么？google的大牛基于openssl做的更改，x音把boringssl编译程了libttboringssl.so库，并调用SSL_CTX_set_custom_verify函数来防止抓包；既然是基于openssl改的，那么在boringssl\crypto\aes\aes.c文件中也实现了aes算法，x音会不会直接用这个版本的AES了？

  • 首先打开boringssl\crypto\aes\aes.c文件，前面开始就是9个大数组，分别存储了TE0~TE3、TD0~TD4的数字，和libmetasec_ml.so中AES的存储顺序惊人地完全一样（我这里是从73行开始）

　　  

  •  其次，上述的TE表在sub_69190函数被使用，F5后里面有while(1)循环，并且有TE0~TE3表内数据的异或，和aes.c中AES_set_encrypt_key源码的结构也很类似（这是典型的查表法实现，也就是说把subBytes、shiftRows、mixColums三个步骤的“结果”提前固化到几张表里面了（为啥不也把addRoundKey加进去了？因为key是变化的啊！），用的时候直接通过查表的方式得到结果，是典型的空间换时间打法！详情可参考文章末尾链接4），对比如下：

　　

　　注意：这里只有1个while循环，是因为密钥的长度是固定的，所以只需要一个while循环就够了！（密钥长度不同，while循环的次数也不同，AES有3种情况：128bit循环10次，192bit循环12次，256bit循环14次）

  •  最后，同样是在sub_69190函数种还有疑似shiftRows的代码，如下（通过LBYTE/BYTE1/BYTE2/HBYTE方式取4个不同位置的数据）：

       

  • 　借用上图，还发现不同的SBox之间互相异或，这是啥骚操作了？懂得大佬求指导！　

　　以上种种迹象表明，x音的AES很有可能用了boringssl的aes实现，先根据boringssl的aes把反编译的函数名、变量名改改，便于静态分析！

 　　3、光说不练假把式，现在来调试看看这个sub_69190函数到底是不是AES_set_encrypt_key函数，如下：

         

 　　注意：第一个参数在R2，这里应该是key（如果以0x00算结尾，怎么感觉是17byte长了？后续还要继续深入调试再研究研究）；第二个参数是bits，存放在R3，取值是0x100=256，所以这次的AES大概是AES-256！第三个是AES_KEY，注意是放栈上的，不是R4！

 

总结：

　　1、截至目前，AES是业界公认最好的对称加密算法了，并且没有之一（DES和3DES就没必要提及了）。所以一旦涉及到双方保密通信，对称加密的算法大概是会是AES啦（这点不像hash算法，有md5、sha1、sha256等，逆向人员还要进一步判断到底是哪种）！用AES的magic number搜索，肯定一抓一个准！

 

参考：

1、http://www.ssdfans.com/?p=8086  AES加密流程

2、https://www.bilibili.com/video/BV1i341187fK?spm_id_from=333.337.search-card.all.click  AES算法详解

3、https://blog.csdn.net/Jasmineaha/article/details/81412711  异或的性质和应用 

4、https://zhuanlan.zhihu.com/p/42264499  aes查表法实现

posted @ 2022-05-29 12:53  第七子007  阅读(2311)  评论(0)  编辑  收藏  举报