iOS逆向-09：对称加密

2021-05-04 本文已影响0人恍然如梦_b700

对称加密

加密解密使用同一个KEY
常见的三个

DES 数据加密标准（用的少，强度不够）
3DES 使用三个密钥，对相同的数据执行3次加密（三个密钥，不好保管）
AES 高级密码标准

应用模式

ECB: 电子密码本模式。每一块数据，独立加密
CBC: 密码分组链接模式,
加密解密依赖于上一块数据，可以保证数据的完整性。

OpenSSL终端演示

下面主要采用DES、AES和 ECB、CBC两两组合的方式进行演示，涉及的终端命令主要有以下一些

加密

AES + ECB加密“hello”字符串
- echo -n hello | openssl enc -aes-128-ecb -K 616263 -nosalt | base64
AES + CBC加密“hello”字符串
- echo -n hello | openssl enc -aes-128-cbc -iv 0102030405060708 -K 616263 -nosalt | base64

解密

AES + ECB解密
- echo -n d1QG4T2tivoi0Kiu3NEmZQ== | base64 -D | openssl enc -aes-128-ecb -K 616263 -nosalt –d
AES + CBC解密
- echo -n u3W/N816uzFpcg6pZ+kbdg== | base64 -D | openssl enc -aes-128-cbc -iv 0102030405060708 -K 616263 -nosalt –d

1、DES + ECB

加密

- vi abc.txt

000000000000
111111111111
222222222222
000000000000
111111111111
222222222222
000000000000
111111111111
222222222222
000000000000
111111111111
222222222222
000000000000
111111111111
222222222222
000000000000
111111111111
222222222222

对称加密（默认会加盐）：openssl enc -des-ecb -K 016263 -nosalt -in abc.txt -out msg1.bin
- enc：表示加密方式，即对称加密
- msg1.bin：二进制文件
查看二进制文件：xxd msg1.bin

将第二个重复的前两个`00，改成88`

000000000000
111111111111
222222222222
880000000000
111111111111
222222222222
000000000000
......

查看此时的加密后密文二进制，与上面进行对比

变化：931f 4a54 79bf 730f 4453 2df5 e152 38f1 变成了c7e1 1de2 c778 9df6 4d79 8bec 04ad 08c4。说明修改两个字符，其最小单位16字节
如果修改1个字符，最小单位是8个字节。所以加密过程中，最低是8字节

2、DES + CBC

vi abc.txt（内容与1中相同）
加密： openssl enc -des-cbc -K 616263 -iv 0102030405060708 -nosalt -in abc.txt -out msg3.bin
修改一个字符，获取 msg4.bin
- -iv ：向量的表示方式
- 616263 ：加密的key，换成 abc 也是可以的
与ECB模式对比：从第2个开始，其二进制就不同了（CBC是链式加密）

注：剩余的AES+ECB、AES+CBC请读者自行演练，这里就不在做演示了

代码演示

同样是通过DES、AES和 ECB、CBC两两组合的方式进行演示

1、AES + ECB

- (void)testEnc{

//    AES + ECB 加密
    NSString *key = @"abc";
    NSString *encStr = [[EncryptionTools sharedEncryptionTools] encryptString:@"hello" keyString:key iv:nil];

    NSLog(@"AES + ECB : %@", encStr);
}

<!--运行结果-->
AES + ECB : d1QG4T2tivoi0Kiu3NEmZQ==

<!--终端命令-->
$ echo -n hello | openssl enc -aes-128-ecb -K 616263 -nosalt | base64
//与程序运行结果是一样的
d1QG4T2tivoi0Kiu3NEmZQ==

$ echo -n d1QG4T2tivoi0Kiu3NEmZQ== | base64 -D |openssl enc -aes-128-ecb -K 616263 -nosalt -d
hello%

echo -n hello 输出hello
| ：表示输出符
注：des 和 aes对比，加密强度不一样

2、AES + CBC

- (void)testEnc{

//    2、AES + CBC 加密
    uint8_t iv[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
    NSData *data = [NSData dataWithBytes:iv length:sizeof(iv)];
    NSString *key = @"abc";
    NSString *encStr = [[EncryptionTools sharedEncryptionTools] encryptString:@"hello" keyString:key iv:data];

    //解密
    NSString * decStr = [[EncryptionTools sharedEncryptionTools] decryptString:encStr keyString:key iv:data];

    NSLog(@"AES + CBC : %@", encStr);
    NSLog(@"AES + CBC  : %@", decStr);
}
//打印结果
AES + CBC : u3W/N816uzFpcg6pZ+kbdg==
AES + CBC  : hello

<!--终端命令-->
$ echo -n hello | openssl enc -aes-128-cbc -K 616263 -iv 0102030405060708 -nosalt | base64
u3W/N816uzFpcg6pZ+kbdg==

$ echo -n u3W/N816uzFpcg6pZ+kbdg== | base64 -D |openssl enc -aes-128-cbc -K 616263 -iv 0102030405060708 -nosalt -d
hello%

3、DES + ECB

- (void)testEnc{
//    3、DES + ECB
    [EncryptionTools sharedEncryptionTools].algorithm = kCCAlgorithmDES;
    NSString *key = @"abc";
    NSString *encStr = [[EncryptionTools sharedEncryptionTools] encryptString:@"hello" keyString:key iv:nil];
    NSLog(@"DES + ECB : %@", encStr);
}
//运行结果
DES + ECB : HQr0Oij2kbo=

<!--终端命令-->
$ echo -n hello | openssl enc -des-ecb -K 616263 -nosalt | base64
HQr0Oij2kbo=

$ echo -n HQr0Oij2kbo= | base64 -D | openssl enc -des-ecb -K 616263 -nosalt -d
hello%

4、DES + CBC

- (void)testEnc{
//    4、DES + CBC
    [EncryptionTools sharedEncryptionTools].algorithm = kCCAlgorithmDES;
    uint8_t iv[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
    NSData *data = [NSData dataWithBytes:iv length:sizeof(iv)];
    NSString *key = @"abc";
    NSString *encStr = [[EncryptionTools sharedEncryptionTools] encryptString:@"hello" keyString:key iv:data];

    //解密
    NSString * decStr = [[EncryptionTools sharedEncryptionTools] decryptString:encStr keyString:key iv:data];

    NSLog(@"AES + CBC : %@", encStr);
    NSLog(@"AES + CBC  : %@", decStr);
}
//运行结果
AES + CBC : alvrvb3Gz88=
AES + CBC  : hello

<!--终端命令-->
$ echo -n hello | openssl enc -des-cbc -K 616263 -iv 0102030405060708 -nosalt | base64
alvrvb3Gz88=

$ echo -n alvrvb3Gz88= | base64 -D | openssl enc -des-cbc -K 616263 -iv 0102030405060708 -nosalt -d
hello%

加密解密实现

以下是DES、AES的完整对称加解密的代码封装

<!--h-->
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <CommonCrypto/CommonCrypto.h>

/**
 *  终端测试指令
 *
 *  DES(ECB)加密
 *  $ echo -n hello | openssl enc -des-ecb -K 616263 -nosalt | base64
 *
 *  DES(CBC)加密
 *  $ echo -n hello | openssl enc -des-cbc -iv 0102030405060708 -K 616263 -nosalt | base64
 *
 *  AES(ECB)加密
 *  $ echo -n hello | openssl enc -aes-128-ecb -K 616263 -nosalt | base64
 *
 *  AES(CBC)加密
 *  $ echo -n hello | openssl enc -aes-128-cbc -iv 0102030405060708 -K 616263 -nosalt | base64
 *
 *  DES(ECB)解密
 *  $ echo -n HQr0Oij2kbo= | base64 -D | openssl enc -des-ecb -K 616263 -nosalt -d
 *
 *  DES(CBC)解密
 *  $ echo -n alvrvb3Gz88= | base64 -D | openssl enc -des-cbc -iv 0102030405060708 -K 616263 -nosalt -d
 *
 *  AES(ECB)解密
 *  $ echo -n d1QG4T2tivoi0Kiu3NEmZQ== | base64 -D | openssl enc -aes-128-ecb -K 616263 -nosalt -d
 *
 *  AES(CBC)解密
 *  $ echo -n u3W/N816uzFpcg6pZ+kbdg== | base64 -D | openssl enc -aes-128-cbc -iv 0102030405060708 -K 616263 -nosalt -d
 *
 *  提示：
 *      1> 加密过程是先加密，再base64编码
 *      2> 解密过程是先base64解码，再解密
 */
@interface EncryptionTools : NSObject

+ (instancetype)sharedEncryptionTools;

    /**
     @constant   kCCAlgorithmAES     高级加密标准，128位(默认)
     @constant   kCCAlgorithmDES     数据加密标准
     */
    @property (nonatomic, assign) uint32_t algorithm;

    /**
     *  加密字符串并返回base64编码字符串
     *
     *  @param string    要加密的字符串
     *  @param keyString 加密密钥
     *  @param iv        初始化向量(8个字节)
     *
     *  @return 返回加密后的base64编码字符串
     */
- (NSString *)encryptString:(NSString *)string keyString:(NSString *)keyString iv:(NSData *)iv;

    /**
     *  解密字符串
     *
     *  @param string    加密并base64编码后的字符串
     *  @param keyString 解密密钥
     *  @param iv        初始化向量(8个字节)
     *
     *  @return 返回解密后的字符串
     */
- (NSString *)decryptString:(NSString *)string keyString:(NSString *)keyString iv:(NSData *)iv;
@end

<!--m-->
#import "EncryptionTools.h"

@interface EncryptionTools()
    @property (nonatomic, assign) int keySize;
    @property (nonatomic, assign) int blockSize;
    @end

@implementation EncryptionTools

+ (instancetype)sharedEncryptionTools {
    static EncryptionTools *instance;

    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        instance = [[self alloc] init];
        instance.algorithm = kCCAlgorithmAES;
    });

    return instance;
}

- (void)setAlgorithm:(uint32_t)algorithm {
    _algorithm = algorithm;
    switch (algorithm) {
        case kCCAlgorithmAES:
        self.keySize = kCCKeySizeAES128;
        self.blockSize = kCCBlockSizeAES128;
        break;
        case kCCAlgorithmDES:
        self.keySize = kCCKeySizeDES;
        self.blockSize = kCCBlockSizeDES;
        break;
        default:
        break;
    }
}

- (NSString *)encryptString:(NSString *)string keyString:(NSString *)keyString iv:(NSData *)iv {

    // 设置秘钥
    NSData *keyData = [keyString dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    uint8_t cKey[self.keySize];
    bzero(cKey, sizeof(cKey));
    [keyData getBytes:cKey length:self.keySize];

    // 设置iv
    uint8_t cIv[self.blockSize];
    bzero(cIv, self.blockSize);
    int option = 0;
    if (iv) {
        [iv getBytes:cIv length:self.blockSize];
        option = kCCOptionPKCS7Padding;
    } else {
        /*
         - kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode 本模式 - ECB模式
         - kCCOptionPKCS7Padding 链的模式 - CBC模式
         */
        option = kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode;
    }

    // 设置输出缓冲区
    NSData *data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    size_t bufferSize = [data length] + self.blockSize;
    void *buffer = malloc(bufferSize);

    // 开始加密
    size_t encryptedSize = 0;
    //加密解密都是它 -- CCCrypt
    /*
     - 参数1：kCCEncrypt 加密 / kCCDeccrypt 解密
     - 参数2：加密算法
     - 参数3：加密选项 ECB / CBC
     - 参数4：KEY的地址
     - 参数5：KEY的长度
     - 参数6：iv初始化向量
     - 参数7：加密的数据
     - 参数8：加密数据的长度
     - 参数9：密文的内存地址
     - 参数10：密文缓冲区的大小
     - 参数11：数据的指针（加密结果大小）
     */
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt,
                                          self.algorithm,
                                          option,
                                          cKey,
                                          self.keySize,
                                          cIv,
                                          [data bytes],
                                          [data length],
                                          buffer,
                                          bufferSize,
                                          &encryptedSize);

    NSData *result = nil;
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        result = [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:encryptedSize];
    } else {
        free(buffer);
        NSLog(@"[错误] 加密失败|状态编码: %d", cryptStatus);
    }

    return [result base64EncodedStringWithOptions:0];
}

- (NSString *)decryptString:(NSString *)string keyString:(NSString *)keyString iv:(NSData *)iv {

    // 设置秘钥
    NSData *keyData = [keyString dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    uint8_t cKey[self.keySize];
    bzero(cKey, sizeof(cKey));
    [keyData getBytes:cKey length:self.keySize];

    // 设置iv
    uint8_t cIv[self.blockSize];
    bzero(cIv, self.blockSize);
    int option = 0;
    if (iv) {
        [iv getBytes:cIv length:self.blockSize];
        option = kCCOptionPKCS7Padding;
    } else {
        option = kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode;
    }

    // 设置输出缓冲区
    NSData *data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:string options:0];
    size_t bufferSize = [data length] + self.blockSize;
    void *buffer = malloc(bufferSize);

    // 开始解密
    size_t decryptedSize = 0;
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCDecrypt,
                                          self.algorithm,
                                          option,
                                          cKey,
                                          self.keySize,
                                          cIv,
                                          [data bytes],
                                          [data length],
                                          buffer,
                                          bufferSize,
                                          &decryptedSize);

    NSData *result = nil;
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        result = [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:decryptedSize];
    } else {
        free(buffer);
        NSLog(@"[错误] 解密失败|状态编码: %d", cryptStatus);
    }

    return [[NSString alloc] initWithData:result encoding:NSUTF8StringEncoding];
}
@end

主要是通过系统的CCCrypt实现，其中涉及11个参数，分别是

- 参数1：kCCEncrypt 加密 / kCCDeccrypt 解密
 - 参数2：加密算法
 - 参数3：加密选项 ECB / CBC
 - 参数4：KEY的地址
 - 参数5：KEY的长度
 - 参数6：iv初始化向量
 - 参数7：加密的数据
 - 参数8：加密数据的长度
 - 参数9：密文的内存地址
 - 参数10：密文缓冲区的大小
 - 参数11：数据的指针（加密结果大小）

安全隐患：使用系统函数同样有数据泄漏的风险

调试CCCrypt

下面我们通过断点调试来说明其安全隐患

加符号断点CCCrypt
运行程序
image
通过寄存器获取参数，发现 hello 是明文，这是非常不安全的
image

有以下的改进建议

1、在系统函数之上做一层封装，例如使用按位异或（最简单的封装）
- 加密：传入string时，做一次按位异或运算
- 解密：先解密，再按位异或
2、方法名混淆 - 即方法名不变，但打包上架后进行了一系列的变化

总结

对称加密在iOS中使用的是系统的CCCrypt，有11个参数
直接使用系统的CCCrypt是存在明文泄漏的安全隐患的，所以需要在系统函数之上在做一些操作，来保证明文的安全性