常见加解密算法04 - 分组密码DES

​各位才华横溢，风度翩翩的读者们，你们好。今天我们讨论一下DES算法以及逆向识别。

DES算法要比RC4复杂的多，但是幸运的是它的逆向识别比RC4要简单很多，当你了解DES大致的实现原理之后就明白为什么了。

DES算法介绍

DES算法，全称是数据加密标准（Data Encryption Standard），是一种对称密钥加密技巧，也就是说，加密和解密都用同一个密钥。它是分组加密算法。分组肯定要补位，关于补位的知识，我们后面再说。

DES算法实现过程

我找了一个讲的非常好的视频，还是一个妹子讲的：

www.bilibili.com/video/BV1KQ...

其实看视频就完全懂了，这里为了后面方便回忆，贴一张图：

ctf-wiki.org/crypto/bloc...

图中，加密过程分成了两部分。

第一部分是由一个64位的密钥来生成16个48位的子密钥。生成过程如下：

• 先将密钥按照一定的规则打乱，其实是使用了一个置换表，这个置换表就是识别该算法的一个特征
• 打乱时我们只保留了56位（剩下的8位用于奇偶校验，暂时不用管），分成两部分各28位。然后对这两个二进制流按一定的次数进行旋转，置换，再合并，得到一个48位的子密钥。搞16次，就得到了16个子密钥。这里也有一个置换表，是一个特征。
• 密钥生成后，就可以与明文进行异或了。

第二部分是将明文使用密钥进行加密：

• 将明文分成两个32位的，将右边的与子密钥进行异或，但是一个32位，一个48位，没法直接异或，所以采用一定的规则将32位的数据扩展成48位的 ，然后再进行异或。有兴趣的可以去看看视频，非常的精彩。
• 异或的结果，分为 8 组，每一组是 6-bit 的数据，丢进对应的 S 盒 ，输出 4-bit 的信息。把这些输出收集起来，一共是 4*8 = 32 位，做一次置换 (P 置换)，得到 32-bit 的结果。这个步骤里面的 S 盒与 P 置换都是算法识别的特征。而且为了加快DES速度，还可以将 S 与 P 进行合并。

好了，现在你已经精通DES算法了，去手搓一个吧。

DES算法识别

Java版

一般Java里面都是使用自带的 Cipher 库来实现，所以我们可以直接搜索相关类就行了，虽然有些App使用反射与字符串加密来隐藏实现，但是我们也可以直接使用 frida 等来进行Hook。

    /**
     * DES算法，加密
     *
     * @param data 待加密字符串
     * @param key  加密私钥，长度不能够小于8位
     * @return 加密后的字节数组，一般结合Base64编码使用
     */
    public static String encode(String key, byte[] data) {
        try {
            //Class CipherClass=MainActivity.class.getClassLoader().loadClass("javax.crypto.Cipher");
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IVPARAMETERSPEC.getBytes());
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getRawKey(key), iv);
            byte[] bytes = cipher.doFinal(data);
            return Base64.encodeToString(bytes, Base64.DEFAULT);
        } catch (Exception e) {
            return null;
        }
    }

Hook代码：

function main() {
    Java.perform(function () {
        Java.use('javax.crypto.Cipher').getInstance.overload('java.lang.String').implementation = function (arg0) {
            console.log('javax.crypto.Cipher.getInstance is called!', arg0);
            var result = this.getInstance(arg0);
            return result;
        };

        Java.use('javax.crypto.Cipher').init.overload('int', 'java.security.Key', 'java.security.spec.AlgorithmParameterSpec').implementation = function (arg0, arg1, arg2) {
            var mode = arg0;
            var key = arg1;
            var iv = arg2;
            var KeyClass = Java.use('java.security.Key');

            var keyobj = Java.cast(key, KeyClass);
            var key_bytes = keyobj.getEncoded();
            var IVClass = Java.use('javax.crypto.spec.IvParameterSpec');
            var ivobj = Java.cast(iv, IVClass);
            var iv_bytes = ivobj.getIV();
            console.log('javax.crypto.Cipher.init is called!', mode, JSON.stringify(key_bytes), JSON.stringify(iv_bytes));
            var result = this.init(arg0, arg1, arg2);
            return result;
        };

        Java.use('javax.crypto.Cipher').doFinal.overload('[B').implementation = function (arg0) {
            console.log('javax.crypto.Cipher.doFinal is called!', JSON.stringify(arg0));
            var data = arg0;
            var result = this.doFinal(arg0);
            console.log('javax.crypto.Cipher.doFinal is called!', JSON.stringify(data), "encrypt:", JSON.stringify(result));
            return result;
        };
    })

}

setImmediate(main);

逻辑很直白，就不解释了，找到对应的函数干就完事了。

C版

贴部分代码，一个标准的DES实现里面的一些表：

//IP初始置换表
int IP_Table[64] = {
        58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4,
        62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8,
        57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3,
        61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7
};

//IP逆置换表
int IPR_Table[64] = {
        40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31,
        38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29,
        36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27,
        34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25
};

//f函数中E位选择表(扩展置换表)
int E_Table[48] = {
        32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
        8, 9, 10, 11, 12, 13, 12, 13, 14, 15, 16, 17,
        16, 17, 18, 19, 20, 21, 20, 21, 22, 23, 24, 25,
        24, 25, 26, 27, 28, 29, 28, 29, 30, 31, 32, 1
};
//f函数中的p表（4x8）
int P_Table[32] = {
        16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17, 1, 15, 23, 26, 5, 18, 31, 10,
        2, 8, 24, 14, 32, 27, 3, 9, 19, 13, 30, 6, 22, 11, 4, 25
};

int PC1_Table[56] = {
        57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 58, 50, 42, 34, 26, 18,
        10, 2, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 60, 52, 44, 36,
        63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7, 62, 54, 46, 38, 30, 22,
        14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 28, 20, 12, 4
};
//PC2选位表(密钥生成置换表2)
int PC2_Table[48] = {
        14, 17, 11, 24, 1, 5, 3, 28, 15, 6, 21, 10,
        23, 19, 12, 4, 26, 8, 16, 7, 27, 20, 13, 2,
        41, 52, 31, 37, 47, 55, 30, 40, 51, 45, 33, 48,
        44, 49, 39, 56, 34, 53, 46, 42, 50, 36, 29, 32
};
//左移位数表
int LOOP_Table[16] = {
        1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1
};

// S盒
int S_Box[8][4][16] = {
        // S1
        14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7,
        0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8,
        4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0,
        15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13,
        //S2
        15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10,
        3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5,
        0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15,
        13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9,
        //S3
        10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8,
        13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1,
        13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7,
        1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12,
        //S4
        7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15,
        13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9,
        10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4,
        3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14,
        //S5
        2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9,
        14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6,
        4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14,
        11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3,
        //S6
        12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11,
        10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8,
        9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6,
        4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13,
        //S7
        4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1,
        13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6,
        1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2,
        6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12,
        //S8
        13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7,
        1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2,
        7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8,
        2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11
};

上面的各种数组表，都是识别DES算法的特征。因为这些数组的值都是固定的，在编译之后也是按顺序储存在 data 段的。

所以，就有一些项目是根据特定的数据流来识别算法，比如：

github.com/polymorf/fi...

这是一个IDA插件，我们直接看它定义的一些DES识别规则：

rule DES_sbox
{ meta:
  author = "_pusher_"
  date = "2015-05"
  description = "DES [sbox]"
 strings:
  $c0 = { 00 04 01 01 00 00 00 00 00 00 01 00 04 04 01 01 04 00 01 01 04 04 01 00 04 00 00 00 00 00 01 00 00 04 00 00 00 04 01 01 04 04 01 01 00 04 00 00 04 04 00 01 04 00 01 01 00 00 00 01 04 00 00 00 }
 condition:
  $c0
}

这里定义了一个数据流：00 04 xx xx xx。

我们将它与标准算法的 S 盒比较，发现它并不一样，这是因为现在有一些实现为了速度，将 s 与 p 合并了，具体实现可参考如下项目代码：

github.com/weidai11/cr...

看里面的 spbox：

const word32 RawDES::Spbox[8][64] = {
{
0x01010400,0x00000000,0x00010000,0x01010404, 0x01010004,0x00010404,0x00000004,0x00010000,
0x00000400,0x01010400,0x01010404,0x00000400, 0x01000404,0x01010004,0x01000000,0x00000004,
0x00000404,0x01000400,0x01000400,0x00010400, 0x00010400,0x01010000,0x01010000,0x01000404,
0x00010004,0x01000004,0x01000004,0x00010004, 0x00000000,0x00000404,0x00010404,0x01000000,
0x00010000,0x01010404,0x00000004,0x01010000, 0x01010400,0x01000000,0x01000000,0x00000400,
0x01010004,0x00010000,0x00010400,0x01000004, 0x00000400,0x00000004,0x01000404,0x00010404,
0x01010404,0x00010004,0x01010000,0x01000404, 0x01000004,0x00000404,0x00010404,0x01010400,
0x00000404,0x01000400,0x01000400,0x00000000, 0x00010004,0x00010400,0x00000000,0x01010004},
...
}

这个序列就与 findcrypt 里面定义的是一样的了。

知道了 findcrypt 的原理后，我们也可以添加一些标准的 DES 算法识别规则。