看雪.腾讯TSRC 2017 CTF 秋季赛 第八题点评及解析思路

Editor 2017-11-09 18:04 212


看雪CTF快讯:

第八题无人破解成功

导语

截至第八题今天中午停止,无人攻破。第八题的作者ccfer以0人攻破的成绩成功登上第一位。

攻击方排名保持不变

现在仅剩只剩下最后一题——九层妖塔,这也是改变排名的最后一次机会!

能否有人绝地反击?赢得最后的三个名额?

本届比赛又是否会出现两个防守方冠军?让我们拭目以待!

接下来让我们一起来看看第八题的设计思路。

看雪评委netwind点评

该题独具匠心,是根据离散傅立叶变换及逆变换在时域和频域的关系和性质构造的一个破解题目。题目中内置了一组频谱Xk和一组离散采样值xn。用注册码后面一部分(C部分)作为频域梳妆滤波器,从频率Xk中过滤掉噪声分量后再做快速傅立叶逆变换(IFFT)得到的时域信号,与xn去除周期方波干扰(由注册码前面一部分A和中间部分B生成)的时域信号进行匹配,来验证注册码是否有效!

第八题作者简介

ccfer,从看雪001论坛开始学习脱壳逆向,产生兴趣后放弃从事多年的电力系统继电保护行业,转行到软件安全,感谢论坛多年来提供的学习环境,祝看雪论坛越办越好。

第八题设计思路

系统需求:WIN64

注册成功提示:Good job!

正确注册码:

E36F74E4D69ABAF222B0F684416F121FD5AFC1BE97B0FFE28118AA1C2D2C00DEF63729C8

注册码格式:

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC,可分为A,B,C三个部分,转换成16进制后,每部分对应12个字节。

题目概要

利用离散傅立叶变换及逆变换在时域和频域的关系和性质构造的一个crackme;

维基百科里解释:

离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,缩写为DFT),是傅里叶变换在时域和频域上都呈离散的形式,将信号的时域采样变换为其DTFT的频域采样。在形式上,变换两端(时域和频域上)的序列是有限长的,而实际上这两组序列都应当被认为是离散周期信号的主值序列。即使对有限长的离散信号作DFT,也应当将其看作其周期延拓的变换。在实际应用中通常采用快速傅里叶变换计算DFT。

题目中内置了一组频谱Xk和一组离散采样值xn,频谱涵盖1到96次谐波,采样点数是256点;

Xk中谐波分量分两组,一组是信号量,一组是噪声量;xn则叠加了周期方波干扰;

用注册码C部分作为频域梳妆滤波器,从频率Xk中过滤掉噪声分量后再做快速傅立叶逆变换(IFFT)得到的时域信号,与xn去除周期方波干扰(由注册码A和B部分生成)的时域信号匹配,那么注册码就是有效的;

验证关系可以这样描述:FrequencyDomainFilter(IFFT(Xk), C) = TimeDomainFilter(xn, A, B);

实际题目中A部分有2个解,B部分有17个解,A和B组合起来共有34组周期方波波形,其中只有一种是能够匹配成功的,手工穷举即可完成。

另外为了增加分析难度,题目中的数值存储都做了简单的移位交换加密,运算前读取内存中的变量解密,运算后再加密保存到内存变量中。

有关IFFT的运算没有用系统的浮点数,用的是定点数,把int64解析成高32位的整数部分和低32位的小数部分,本质就是数值的缩放,小数点看不看得见并不重要。

所用的正弦余弦函数都是事先计算好的,用的时候直接查表了。

算法描述

下面内容中不加0x前缀的均表示10进制数

1. 第一部分A的算法是二次剩余问题,用于干扰时域采样值的偶数项。

这部分比较简单,特别的地方在于平方模的实现没有用到乘法,原理如下:

任意选取一个远远大于p的常数F,常数G=F*F*F*F-F+1, 常数H=F*F*F*F+F*F-F+1

g = G % ((A % p) + F) % p

h = H % ((A % p) + F) % p

可以证明出:

g = (A*A*A*A + A + 1) % p

h = (A*A*A*A + A*A + A + 1) % p

于是:

(h – g) % p = A * A % p

不用乘法就求出了A的平方模(想了解这个思路的详情,可自行前去阅读h**p://www.matrix67.com/blog/archives/5362)

回到当前题目里,具体问题是求解下面一个二次剩余问题:

p = 44876614366229365187800397851

r = 14995684705179149819785261106

A * A % p = r

A用NTL大数库现成的函数A = SqrRootMod(r, p)可直接求解,或者用RDLP计算器直接算

A = 41150248829223493762924441571,同时(p – A)也是方程的解

因此A部分有2个解:

0x84F6B022F2BA9AD6E4746FE3

0x0C0A609888EB889D7AF28838

2. 第二部分B的算法是个推广型的pell方程,用于干扰时域采样值的奇数项

把B拆开两半各6字节长度的x和y。

具体问题是求下面方程的整数解:

5*x*x - 3*y*y = 2

方程解法可用Largrange连分式法或矩阵法,矩阵法的话可以参考下图中的定理:

也就是先求出x*x - 3*5*y*y = 1的一个初始解,直接观察或小范围穷举可得初始解:(4,1)

同样5*x*x - 3*y*y = 2的初始解也很容易得到:(1,1)

再求出变换矩阵:

4    3

5    4

然后方程的所有解都可以依次计算得到了:

//示例算法,要更多的解__int64会溢出,应该用大数实现,不过就此题而言用__int64也足够了

int i;

__int64 t;

__int64 x = 1;

__int64 y = 1;

for (i=0;i<20;i++)

{

t = x * 4 + y * 3;

y = x * 5 + y * 4;

x = t;

cout << "x=" << x << endl;

cout << "y=" << y << endl;

}

方程在6字节的限定的长度范围内有17组解:

{0x000000000001,0x000000000001}

{0x000000000007,0x000000000009}

{0x000000000037,0x000000000047}

{0x0000000001B1,0x00000000022F}

{0x000000000D51,0x000000001131}

{0x0000000068D7,0x000000008759}

{0x000000033967,0x000000042997}

{0x000000196261,0x00000020C55F}

{0x000000C7D9A1,0x000001020161}

{0x000006256AA7,0x000007EF45A9}

{0x000030637B97,0x00003E782BE7}

{0x00017CF67211,0x0001EBD2198F}

{0x000BB75014F1,0x000F2018A091}

{0x005C3D8A3577,0x007714F2EAF9}

{0x02D6350196C7,0x03A9877EB737}

{0x16556A8280C1,0x1CD52702CEBF}

{0xAFD51F126F41,0xE2FFB097BEC1}

3. 第三部分C的算法是IFFT,也是本题的核心验证

内置频谱Xk经过C值二进制位屏蔽掉噪声频率分量,做IFFT恢复到时域离散信号,再叠加A和B生成的方波,与内置xn的方差值如果小于一定范围,则匹配成功。

当前的采样频率对于此干扰周期方波来说不能满足期奈奎斯特采样的定理的要求(采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍),所以不必滤除干扰方波直接对xn做FFT得到的结果不会对频谱分量产生本质变化(当然一定要穷举A和B组合的34组方波滤除干扰也可以,只是多此一举,结果一样),

这样得到的频谱和内置的Xk对比,看Xk中缺少了哪些频率分量,从而确定C中为1的位。

这部分解法代码参考单独附件文件solvefft.cpp

为了更形象直观,这部分也可以用matlab来解,示例(输入的数值都放大了10000倍,方便观察也省去了小数点,当然这些数值需要有个移位解密过程才能得到):

N=256;

n=0:N-1;

xn=[513227,352677,120365,184774,16616,165078,350263,17761,-4424,178812,53257,84570,115610,-21613,64830,133790,42358,21409,40276,113004,128339,9542,13155,65564,17442,15923,34815,42483,68112,-24713,-132308,-30929, ...

110352,105703,88405,84805,43179,83137,101041,-22196,-15975,93945,59842,1587,-26834,-37987,4106,-56684,-102642,5277,63189,116651,134388,5713,50300,143057,7244,-3068,68244,-3911,48427,106580,-10550,-23592, ...

41109,-16189,-82771,-43512,12923,-12783,-10204,20307,-58625,-48523,83577,37311,-39703,22208,22715,-1343,26426,-6892,-7910,80561,86954,31208,74282,97360,-17630,-46986,66679,98463,74427,64015,2996,-24930, ...

3154,32702,114887,126063,-18483,-81642,4830,48422,38061,39947,-9388,-62939,-11777,29075,24050,75408,80716,57844,125591,93868,-11953,3692,-8309,-19813,78883,68528,2542,34029,51422,102745,136347,1472,-67837, ...

-14248,-20978,17723,63960,-27387,-39928,65692,75404,52242,63656,24449,-3569,-7254,-61102,-75174,-9543,38489,79760,123357,105866,49227,8961,6916,64732,113072,44956,-55689,-36193,31419,66498,92245,24032, ...

-60894,-8238,-18740,-56942,104151,145732,-21749,-30317,14427,-21412,18577,57060,30899,16957,26605,46860,29167,39755,59726,-3362,66867,157937,25240,54883,156699,-7576,9213,176611,115856,81562,47209,-42200, ...

42500,65973,-7166,30905,30519,37321,54072,-28335,-24790,-26860,-85316,2737,29266,23895,162546,138940,52855,106579,31831,-41245,22391,12292,33032,71533,-17532,-21898,36364,-20140,-58593,-36459,21681,134673, ...

124499,19952,27629,21199,-5272,80325,37049,-56557,64342,42711,-105213,4749,40448,-56697,24845,22456,-50996,29341,29191,-48154,-70042,-38159,6590,-123000,-165431,6374,-56271,-127370,-179473,-467218,-145137];

Xk=[0+0i,0-20000i,122-9999i,981-19975i,368-9993i,490-9987i,1226-19962i,2934-19783i,1715-19926i,3901-19615i,2204-19878i,1224-9924i,5334-19275i,2902-9569i,6273-18990i,6737-18830i, ...

3660-19662i,3826-9238i,2071-9783i,2191-9757i,8992-17864i,9427-17638i,4928-8700i,2667-9637i,10699-16897i,5805-19138i,5758-8175i,11913-16064i,6506-18912i,6737-18830i,6968-18746i,13431-14819i, ...

3713-9285i,14142-14142i,7242-6895i,4052-9142i,15144-13063i,15460-12687i,4386-8986i,16064-11913i,8175-5758i,4713-8819i,16897-10699i,4928-8700i,8700-4928i,17638-9427i,8932-4496i,18079-8551i, ...

5453-8382i,18477-7653i,9329-3598i,9415-3368i,5857-8104i,5956-8032i,9637-2667i,19400-4859i,12497-15614i,12687-15460i,6438-7651i,9891-1467i,6624-7491i,13431-14819i,9972-735i,19975-981i, ...

6983-7157i,9999+0i,9996+245i,9987+490i,7326-6806i,7409-6715i,9924+1224i,15144-13063i,19705+3419i,9807+1950i,7807-6248i,19400+4859i,7958-6055i,8032-5956i,16209-11715i,18830+6737i, ...

18659+7197i,18477+7653i,9142+4052i,18079+8551i,17864+8992i,8819+4713i,17401+9857i,8577+5141i,8760-4821i,17638-9427i,17752-9210i,8032+5956i,8986-4386i,9039-4275i,9091-4164i,14819+13431i, ...

14484+13790i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i, ...

0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i, ...

0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i, ...

0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i,0+0i, ...

14484-13790i,14819-13431i,9091+4164i,9039+4275i,8986+4386i,8032-5956i,17752+9210i,17638+9427i,8760+4821i,8577-5141i,17401-9857i,8819-4713i,17864-8992i,18079-8551i,9142-4052i,18477-7653i, ...

18659-7197i,18830-6737i,16209+11715i,8032+5956i,7958+6055i,19400-4859i,7807+6248i,9807-1950i,19705-3419i,15144+13063i,9924-1224i,7409+6715i,7326+6806i,9987-490i,9996-245i,10000+0i, ...

6983+7157i,19975+981i,9972+735i,13431+14819i,6624+7491i,9891+1467i,6438+7651i,12687+15460i,12497+15614i,19400+4859i,9637+2667i,5956+8032i,5857+8104i,9415+3368i,9329+3598i,18477+7653i, ...

5453+8382i,18079+8551i,8932+4496i,17638+9427i,8700+4928i,4928+8700i,16897+10699i,4713+8819i,8175+5758i,16064+11913i,4386+8986i,15460+12687i,15144+13063i,4052+9142i,7242+6895i,14142+14142i, ...

3713+9285i,13431+14819i,6968+18746i,6737+18830i,6506+18912i,11913+16064i,5758+8175i,5805+19138i,10699+16897i,2667+9637i,4928+8700i,9427+17638i,8992+17864i,2191+9757i,2071+9783i,3826+9238i, ...

3660+19662i,6737+18830i,6273+18990i,2902+9569i,5334+19275i,1224+9924i,2204+19878i,3901+19615i,1715+19926i,2934+19783i,1226+19962i,490+9987i,368+9993i,981+19975i,122+9999i,0+20000i];

plot(n(1:255),xn(1:255)/10000);

先看看xn的时域波形,没啥用,就是想看看它长啥样:

Xk1=fft(xn)/N*2;

plot(n(1:96),abs(Xk1(1:96)/10000),n(1:96),abs(Xk(1:96))/10000);

然后画出对比频谱图(直接画出的是带线条的,我们只关心离散的点,所以修改一下显示设置:两条线的LineStyle选none,Marker一条选绿色o,另一条选红色x):

图中绿o内置的频谱分量幅值,红x是直接对内置xn经FFT后得到的频谱分量幅值,可以看出绿o涵盖了1到96次谐波所有的频率分量,而红x是有一部分频率分量的幅值是0的,表示不含有此频率谐波。

根据落在横坐标轴上(排除0是直流分量)从96到1的红x由高位到低位构成的大数就能得到注册码的C部分0xC82937F6DE002C2D1CAA1881

验证结果:把ABC各种组合拼起来(注意所用的大数小端在前,字节序列要翻转)就得到了34个的待定的注册码:

E36F74E4D69ABAF222B0F6840100000000000100000000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F6840700000000000900000000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F6843700000000004700000000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F684B101000000002F02000000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F684510D000000003111000000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F684D768000000005987000000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F6846739030000009729040000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F6846162190000005FC5200000008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F684A1D9C70000006101020100008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F684A76A25060000A945EF0700008118AA1C2D2C00DEF63729C8

E36F74E4D69ABAF222B0F684977B63300000E72B783E00008118AA1C2D2C00DEF63729C8

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最后能检验通过的是中间那个绿色的。

温馨提示

每道题结束过后都会看到很多盆友的精彩解题分析过程,因为公众号内容的限制,每次题目过后我们将选出一篇与大家分享。解题方式多种多样,各位参赛选手的脑洞也种类繁多,想要看到更多解题分析的小伙伴们可以前往看雪论坛【CrackMe】版块查看哦!

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