Padding Oracle

Reading time: 10 minutes

CBC - Cipher Block Chaining

CBCモードでは、前の暗号化ブロックがIVとして使用され、次のブロックとXORされます：

CBCを復号するには、逆の 操作が行われます：

暗号化 キーとIVを使用する必要があることに注意してください。

メッセージパディング

暗号化は固定 サイズ ブロックで行われるため、最後の ブロックの長さを完了するためにパディングが通常必要です。
通常、PKCS7が使用され、ブロックを完了するために必要な バイト数を繰り返すパディングが生成されます。たとえば、最後のブロックが3バイト不足している場合、パディングは\x03\x03\x03になります。

8バイトの長さの2つのブロックの例を見てみましょう：

最後の例では、最後のブロックが満杯だったため、パディングだけの別のブロックが生成されました。

Padding Oracle

アプリケーションが暗号化されたデータを復号するとき、最初にデータを復号し、その後パディングを削除します。パディングのクリーンアップ中に、無効なパディングが検出可能な動作を引き起こす場合、パディングオラクルの脆弱性があります。検出可能な動作は、エラー、結果の欠如、または応答の遅延である可能性があります。

この動作を検出した場合、暗号化されたデータを復号し、さらには任意の平文を暗号化することができます。

どのように悪用するか

この種の脆弱性を悪用するには、https://github.com/AonCyberLabs/PadBusterを使用するか、単に行うことができます。

sudo apt-get install padbuster

サイトのクッキーが脆弱かどうかをテストするために、次のことを試すことができます:

perl ./padBuster.pl http://10.10.10.10/index.php "RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" 8 -encoding 0 -cookies "login=RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA=="

エンコーディング 0 は base64 が使用されていることを意味します（他のオプションも利用可能です。ヘルプメニューを確認してください）。

この脆弱性を悪用して新しいデータを暗号化することもできます。例えば、クッキーの内容が "user=MyUsername" の場合、これを "_user=administrator_" に変更してアプリケーション内で権限を昇格させることができます。また、padusterを使用して -plaintext パラメータを指定することでも可能です。

perl ./padBuster.pl http://10.10.10.10/index.php "RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" 8 -encoding 0 -cookies "login=RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" -plaintext "user=administrator"

サイトが脆弱な場合、padbusterは自動的にパディングエラーが発生するタイミングを探しますが、-errorパラメータを使用してエラーメッセージを指定することもできます。

perl ./padBuster.pl http://10.10.10.10/index.php "" 8 -encoding 0 -cookies "hcon=RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" -error "Invalid padding"

理論

要約すると、すべての異なるパディングを作成するために使用できる正しい値を推測することで、暗号化されたデータの復号を開始できます。次に、パディングオラクル攻撃が、1、2、3などのパディングを作成する正しい値を推測しながら、最後から最初へバイトを復号化し始めます。

暗号化されたテキストが2ブロック（E0からE15のバイトで構成される）を占めていると想像してください。
最後の ブロック（E8からE15）を復号化するために、全ブロックが「ブロック暗号復号化」を通過し、中間バイトI0からI15を生成します。
最後に、各中間バイトは前の暗号化されたバイト（E0からE7）とXORされます。したがって：

• C15 = D(E15) ^ E7 = I15 ^ E7
• C14 = I14 ^ E6
• C13 = I13 ^ E5
• C12 = I12 ^ E4
• ...

今、C15を0x01に変更することが可能であり、これも正しいパディングになります。したがって、この場合：\x01 = I15 ^ E'7

したがって、E'7を見つけることで、I15を計算することが可能です：I15 = 0x01 ^ E'7

これにより、C15を計算することができます：C15 = E7 ^ I15 = E7 ^ \x01 ^ E'7

C15を知っているので、今度はC14を計算することが可能ですが、今回はパディング\x02\x02をブルートフォースします。

このBFは前のものと同じくらい複雑で、値が0x02のE''15を計算することが可能です：E''7 = \x02 ^ I15。したがって、C14が0x02に等しいように生成する**E'14を見つけるだけです。
次に、C14を復号化するために同じ手順を実行します：C14 = E6 ^ I14 = E6 ^ \x02 ^ E''6**

このチェーンをたどって、暗号化されたテキスト全体を復号化します。

脆弱性の検出

アカウントを登録し、このアカウントでログインします。
何度もログインして、常に同じクッキーを取得する場合、アプリケーションに何かが間違っている可能性があります。ログインするたびに返送されるクッキーは一意であるべきです。クッキーが常に同じであれば、それはおそらく常に有効であり、無効にする方法はありません。

今、クッキーを変更しようとすると、アプリケーションからエラーが返されることがわかります。
しかし、パディングをBF（例えばpadbusterを使用）すると、異なるユーザーに対して有効な別のクッキーを取得することができます。このシナリオは、padbusterに対して非常に脆弱である可能性があります。

参考文献

• https://en.wikipedia.org/wiki/Block_cipher_mode_of_operation