SM4-CBC反转字节攻击（附代码）

骆熙华 · 昨天 09:21

CBC模式：Cipher Block Chaining mode，密文分组链接模式
CBC模式是先将明文分成若干个组块，然后每个明文分组与前一密文分组进行异或 XORXOR 运算，然后再进行加密。因此，每个密文分组都依赖于它前面的所有明文分组。
由于密文分组像链条一样相互连接在一起，因此称为密文分组链接模式。

由于CBC模式分组块与块之间有相互连接关系，解密时前一块的密文会参与后一块密文的解密，所以我们更改前一块密文的值时，也会对后一块解密后的明文造成影响，而当我们知晓完整的密文和后一块密文对应的明文时，后一块密文解密出的明文就是可控制的，即我们可以通过控制A的值，进而控制C的值。这个攻击方式就是“CBC模式的反转字节攻击”，下面详细介绍原理。（至于为什么这么叫，我猜测是因为原理依赖异或运算吧）

在上图中，密文分组1为A，密文分组2进行解密运算后为B。明文分组2为C。
由CBC解密原理或图片信息可得：C=A^B。
由于异或两次同一个数等于啥也没干可由上式推出：B=A^C。
现在开始操作密文的值，使A'=A^C，用A'替换原来A的位置。
这个时候C=A'^B=(A^C)^(A^C)=0 C就被操作成了全0的值。
聪明的你肯定想到了，x^0=x。
所以我们再操作一次密文，A''=A^C^x，用A''替代上图中A的位置。
这个时候C=(A^C^x)^(A^C)=x
通过以上方法，我们就做到了在仅已知一对明文密文的情况下，通过修改密文得到一组成立的明密文对，且可以根据我们的喜好自定义明文的一部分。

博主博主，这种方式看起来很巧妙，但感觉没什么用呀，有什么具体的使用示例吗？
下面展示一个具体示例，假设我们通过抓包、监听等方式得到了一组明密文：

待加密内容： abcdefghijklm123456789111-staff
sm4_cbc加密后的结果： a44668576540e3bbf1b95115481e373c5af8c5fdaf5f775b65da549c7ecb8483

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你可以观察到这里明文结尾为用户名，所以我们可以通过刚刚学到的字节反转攻击方式构造一段明密文，修改最后的用户名，达到伪装为任何用户的目的。
Talk is cheap，上代码，这里通过修改密文，我们伪装了用户名为draina的一段明密文

# -*-coding: utf-8-*-
from gmssl.sm4 import CryptSM4, SM4_ENCRYPT, SM4_DECRYPT
import binascii
import base64
class SM4_cbc:
def __init__(self):
self.crypt_sm4 = CryptSM4()
def str_to_strBin(self, hex_str):
hex_data = hex_str.encode('utf-8')
str_bin = binascii.unhexlify(hex_data)
return str_bin.decode('utf-8')
def encrypt_cbc(self, cbc_key, iv, value):
crypt_cbc = self.crypt_sm4
crypt_cbc.set_key(binascii.a2b_hex(cbc_key), SM4_ENCRYPT)
Enc_value = crypt_cbc.crypt_cbc(binascii.a2b_hex(iv), value.encode())
return binascii.b2a_hex(Enc_value)
def decrypt_cbc(self, cbc_key, iv, value):
crypt_cbc = self.crypt_sm4
crypt_cbc.set_key(binascii.a2b_hex(cbc_key), SM4_DECRYPT)
Dec_value = crypt_cbc.crypt_cbc(binascii.a2b_hex(iv), value)
return Dec_value
def hex_to_base64(payload_hex2):
bytes_out = bytes.fromhex(payload_hex2)
str_out = base64.b64encode(bytes_out)
# print("hex_to_base64:", str_out)
return str_out
def pkcs7_pad(data: bytes, block_size: int = 16) -> bytes:
"""对数据进行 PKCS7 填充"""
padding_length = block_size - (len(data) % block_size)
padding = bytes([padding_length] * padding_length)
return data + padding
def utf8_to_hex_with_padding(plain_text: str) -> str:
"""将 UTF-8 明文转换为十六进制字符串，并进行 PKCS7 填充"""
utf8_bytes = plain_text.encode('utf-8')
padded_bytes = pkcs7_pad(utf8_bytes)
hex_string = padded_bytes.hex()
return hex_string
def xor_hex_strings(hex1, hex2):
# 将16进制字符串转换为整数
int1 = int(hex1, 16)
int2 = int(hex2, 16)
# 进行按位异或操作
xor_result = int1 ^ int2
# 将结果转换回16进制字符串，并去掉前缀 '0x'
return hex(xor_result)[2:]
if __name__ == '__main__':
key = "b01b1e51ba8b9bfcd584ab5b73ab7670"
str_data = "abcdefghijklm123456789111-staff"
iv_str = "e5709dcac5e3016de93aaf7b364693c3"
SM4 = SM4_cbc()
print("待加密内容：", str_data)
print("p=",utf8_to_hex_with_padding(str_data))
cipher = SM4.encrypt_cbc(key, iv_str, str_data)
cipher_hex = cipher.decode()
print("sm4_cbc加密后的结果：", cipher_hex, type(cipher_hex))
val = hex_to_base64(cipher_hex)
decode_cbc = SM4.decrypt_cbc(key, iv_str, base64.b64decode(val))
print("sm4_cbc解密结果是：", decode_cbc.decode(), "\n")
print("下面是字节反转攻击，将staff改为draina")
p22=utf8_to_hex_with_padding('abcdefghijklm12888888888-draina')[-32:]
#新明文第二分组，将p2的尾部改为draina后转为HEX并填充
temp=xor_hex_strings(cipher_hex[:32],utf8_to_hex_with_padding(str_data)[-32:])
cipherx1= xor_hex_strings(p22,temp)
#计算新密文的第一个分组，即原明文的第二个分组异或原密文的第一个分组再异或需要得到的新明文的第二个分组
cipherx12=cipherx1+cipher_hex[-32:]
print('新的密文为',cipherx12)
val2 = hex_to_base64(cipherx12)
decode_cbc2 = SM4.decrypt_cbc(key, iv_str, base64.b64decode(val2))
print("sm4_cbc解密结果是：",decode_cbc2, "\n")

复制代码

-END-
参考链接
http://f0und.icu/article/28.html
https://blog.csdn.net/weixin_42437696/article/details/133786366

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