颤抖了吗?九步逆向破解银行安全令牌


发布人:admin分类:网络安全浏览量:38发布时间:2017-12-12

写在前面

    作者历经千辛万苦,逆向了一个银行动态口令的APP,过程艰辛曲折。最后发现,其实生成算法也不算很复杂,其中主要使用了 android_id 系统时间戳 作为生成变量。看起来高大上的动态口令,在逆向工程师抽丝剥茧的分析下,亦不过如此哇~

正文

    我这次要对全巴西最大的银行之一开刀,我也经常会使用到这家银行所提供的服务。他使用包括用户密码在内的多种途径来验证用户的身份。我逆向的动态口令(OPT)也是其中一种,并且我把他移植到了Arduino-compatible 平台上。

免责声明和更多的免责声明

在文章中我已经去掉了敏感的信息,以保护无辜的人的利益。而且这项研究的结果也不足以让我能够黑掉别人的银行账户。即使一个拥有root权限的第三方恶意应用,在没有足够的账户信息的前提下,都不能模拟动态口令的生成。而且,这次研究并没有发现任何代码层面的漏洞,这家银行的生成算法甚至比google的认证算法还要安全,甚至可以说这篇文章是对该银行APP安全性的一次褒奖。他的动态生成算法,完全符合TOTP规范。把数据安全做到了极致。

下面就是免责声明 balabala一大堆,请原谅小编就不翻译了,想看的可以去原文地址观看

通常对于新用户,他们会得到一张密保卡,但是密保卡这东西是极其不方便的。另外一个更好的方法就是使用android app生成一个动态口令,大胆的猜测,这个口令的生成可能把手机号,或者是pin值作为参数。在我每次刷机,或者更换手机的时候,都要重新绑定一遍这个安全服务。虽然过程比较简单,但还是令我不爽。所以我决定,逆向这个android APP做一个自己的动态密码生成工具。

Activating the application 激活应用

在阅读源码之前,我还是喜欢先把应用下载下来看看他长啥样,下面是三个阶段的截图。

第一张是安装时的截图,看一下他所需要的权限,这可不是开发人员为何好玩才加上去的。他们其中有些甚至有可能影响到动态口令的生成。第二张是激活界面,需要填四个数字,这四个数字只能通过给银行打电话被告知。第三幅图就是,成功激活后生成的动态口令。

The toolset 工具相关

逆向android应用需要用到的几个小工具,在下面列出来了,其实就是网上常用的几种工具。

Android SDK
提供adb这个强大的命令行工具,提取apk文件,和获取手机信息全靠它。
dex2jar
这个工具可以吧dex转换成jar包的形式
JD, JD-GUI
这个就是··java反编译工具,直接出源码
Eclipse
这个就不多说了,地球人都知道。

Getting the APK file from the phone 第一步:取得APK文件

这个相当简单的嘛~。可以直接在play里面下,也可以使用ADB在手机中把他抓出来。

查找包名

$ ./adb shell pm list packages | grep mybank
package:com.mybank

确定路径

$ ./adb shell pm path com.mybank
package:/data/app/com.mybank-1.apk

下载

$ ./adb pull /data/app/com.mybank-1.apk
2950 KB/s (15613144 bytes in 5.168s)

第二步:解压缩APK文件

APK直接可以被解压缩,其实他就是一个压缩包文件,只是后缀不同。解压缩以后的classes.dex文件中包含了java源代码信息。

解压缩

$ unzip com.mybank-1.apk
(file list omitted for brevity)

把dex转换成jar文件

$ mv classes.dex com.mybank-1.dex
$ ./d2j-dex2jar.sh com.mybank-1.dex 
dex2jar com.mybank-1.dex -> com.mybank-1-dex2jar.jar

第三步:瞅代码

把jar包放进JD—GUI里面,就可以看到源代码了。

很轻易的就可以发现几个比较特殊的包,br.com.mybank.integrador.token, br.com.othercompany.token , com.mybank.varejo.token毫无疑问核心代码就在里面,只不过代码应该被混淆了。

第四步:通过异常字符串反混淆

代码中经常的许多字符串名都被混淆了(其实是加密了,不过加密的秘钥在代码中能找到~,作者说是混淆就是混淆把~),这比较蛋疼。要知道,代码中的字符串会对逆向起到很大的帮助。

public void trocaPINcomLogin(int paramInt, boolean paramBoolean, Perfil paramPerfil)
{
    if (paramPerfil == null)
        throw new IllegalArgumentException(a.a("1p5/eEf/sl3kbeUcP509qg=="));
    if (!this.jdField_a_of_type_U.jdField_a_of_type_JavaUtilHashtable.contains(paramPerfil))
        throw new RuntimeException(a.a("86jcmKgr/ZshQu9aGVbuGscy2nHW4UEWqudRoUXhImQ=") + a.a("7u8KqqwqUD3a7FM339fp6pRrxUtQrHDMyqvZ6A2MurQ="));
    if ((this.jdField_a_of_type_BrComOtherCompanyTokenParamsGerenciador.isPinObrigatorio()) && (!paramBoolean))
        throw new RuntimeException(a.a("aMsL/5kjkXKD4K1SvpTuuJZUS0U0fL19UT2GxjJ/QzQ="));
    Configuracao localConfiguracao = paramPerfil.getConfiguracao();
    if ((localConfiguracao.a().a()) && (paramPerfil != this.jdField_a_of_type_BrComOtherCompanyTokenPerfil))
        throw new RuntimeException(a.a("ASszutKFJW3iqDb7X/+vqAcYxTLXN2SJOIs0ne596Pu3ZoRxjiiscwhV6fT70efX"));
    localConfiguracao.a().a(paramInt);
    localConfiguracao.a().a(paramBoolean);
    this.jdField_a_of_type_U.a(paramPerfil);
    if (!paramPerfil.equals(this.jdField_a_of_type_BrComOtherCompanyTokenPerfil))
        a(paramPerfil);
}

不过幸运的是,在抛出异常的语句中,我们可以找到一些蛛丝马迹,我们通过观察可以发现,混淆字符串的函数是a.a。根据这些信息的提示,我们可以猜测a.a是一个解密有关的类。顺理成章,我们直接去a函数中分析解密所使用的代码。

这是分析完a类之后的一些额外收获

p类是一个base64解密的类。
b类,实现了AES的功能。搜索这个类之中的一些字符串,我发现它是网络上的一个开源实现 Paulo Barreto's JAES中的内容。
a类中的private static byte[]是混淆所使用的秘钥,可以通过一个简短的程序来反混淆。


不过不幸的是,a.a不单单是JAES的AES加密的包装,其中也包含着自己实现的一些加密。

不过这都不是事儿,我还是把a.a中的解密函数用python实现了。

def decodeExceptionString(str):
    aesKey = <data from previous step>
    xorKey = <data from decompiled method>
    blockSize = 16
    
    aes = AES(aesKey)
    stringBytes = Base64.decode(str)
    outputString = ""
    
    for blockStart in xrange(0, len(stringBytes), blockSize):
        encryptedBlock = stringBytes[blockStart:blockStart+blockSize]
        plaintextBlock = aes.decrypt(encryptedBlock)
        outputString += plaintextBlock ^ xorKey
        xorKey = encryptedBlock
    
    return outputString

简而言之,除了AES和混淆秘钥,这个类还实现了CBC(密码段链接)。

试验一下上述代码的功能

$ ./decode "ASszutKFJW3iqDb7X/+vqAcYxTLXN2SJOIs0ne596Pu3ZoRxjiiscwhV6fT70efX"
N?o é possível alterar PIN sem estar logado.

这段葡萄牙语的意思是,it is not possible to change PIN without being logged in。看来代码运行的还不错。

第五步:逆向核心代码–随机密码生成过程

解决了,字符串混淆的问题,接下来个就要弄清楚随机密码的生成过程了~找啊找啊找啊找~~~~找了好久,我终于发现了一个切入点,br.com.othercompany.token.dispositivo.OTP这个类。下面是它抛出的一些异常,反混淆之后我们可以看到原文。

public String calculate() throws TokenException {
    int i = (int)Math.max(Math.min((this.a.getConfiguracao().getAjusteTemporal() + Calendar.getInstance().getTime().getTime() - 1175385600000L) / 36000L, 2147483647L), -2147483648L);
    a();
    if (i < 0)
        throw new TokenException("Janela negativa"), i);
    int j = (0x3 & this.a.getConfiguracao().getAlgoritmos().a) >> 0;
    switch (j)
    {
    default:
        throw new TokenException("Algoritmo inválido:" + j, i);
    case 0:
        return a(i);
    case 1:
    }
    return o.a(this.a.getConfiguracao().getChave().a(20), i);
}

很容易读懂,变量i是一个时间戳,从2007年4月11日到现在的秒数除以36,36就是每个动态口令的存活时间。

至于为什么是2007年4月11日,我就不知道了,大概是程序员他老婆的生日 : )

他还引入了一个修正函数getAjusteTemporal(),为了解决各地区的时差问题。上文代码中的o.a函数是用于生成动态密码,他的两个参数一个是刚才说到的时间戳,还有一个是遗传byte数组(应该是一个密钥)。

第六步:寻找密钥

看一下,生成语句的这段调用,this.a.getConfiguracao().getChave().a(20) this.a 是一个Perfil (profile) 对象,getConfiguracao() 返回一个Configuracao (settings) 对象getChave()返回一个z类,a(int)返回一个byte数组,这个数组就是key。

z类中的字符串,也经过了混淆,但是比较简单,反混淆过程就不提了.查看一下c类中的a(int)函数,是返回一个byte数组,长度截取到参数值。Perfil (profile) 对象反而是由PersistenciaDB类创建的,这个类中也包含了很多被混淆的字符串。

a = a.a("DwYyIlrWxIS9ruNMCKH/PQ==");
b = a.a("SceoTjidi0XqlgRUo9hcDw==");
c = a.a("yrYBlcp8nEfVKUT9WSqTqA==");
d = a.a("jUTzBfsP/AO/Kx/1+VQ3CQ==");
e = a.a("Y56SnU/pIKROPCLHu7oFuw==") + b + a.a("38oyp4eW3xqT3TaMfWZ5RA==") + "_id" + a.a("3Q+FCEVH2PxZ31ms4WHHwNB40EbmtWzHPhwoaB1nM7lGr+9zZzuVpx5iZ4YR+KUw") + c + a.a("bYYIl6LtqthcUCCFFb7JCRSC8zr5hKIFXe5JHFCCkZA=") + d + a.a("ENCtPBu4RtFta2XI1GsQag==") + a.a("ImPhDy43f+Nr4G5ofkZz+g==");

幸好a.a的机制我们前面研究过,翻译出的原文如下。

a = "token.db";
b = "perfis";
c = "nome";
d = "data";
e = "create table perfis (_id integer primary key autoincrement, nome text not null, data blob not null);";

竟然是一条,SQL语句,真是很有趣,原来它使用数据库来存储配置信息。其中还有一个文件名token.db,很可能是一个SQLite数据库。紧接着通过研究PersistenciaDB类中的 carregar(load)函数,我们可以确定这一想法,他通过SQLiteDatabase类来访问这个数据库。

不过我接下来发现数据blob(binary large object)在carragar函数中被aa.a(和上文中的a.a不是一码事)这个函数加密了,这个函数接收blob数据,和一串16个字符的密钥。

在研究aa.a这个函数之前。我们先研究一下解密Blob的密钥,他作为carregar的一个参数传递进来。由PersistenciaUtils这个类产生。下面是这个类的入口。

public class PersistenciaUtils {
  public static byte[] getChave(Context paramContext, byte[] paramArrayOfByte) {
    try {
      byte[] arrayOfByte = MessageDigest.getInstance("SHA-1").digest(getId(paramContext).getBytes());
      return arrayOfByte;
    } catch (NoSuchAlgorithmException localNoSuchAlgorithmException) {
    }
    return new byte[20];
  }
  public static String getId(Context paramContext) {
    String str = Settings.System.getString(paramContext.getContentResolver(), "android_id");
    if (str == null)
      str = "<their default id>";
    return str;
  }
}

从代码可以看出,先取得android_id的SHA-1摘要,如果获取失败就是用一个默认的16进制hash字符串。

使用adb看看我的android_id

$ ./adb shell
shell@hammerhead:/ $ content query --uri content://settings/secure --projection name:value --where "name='android_id'"
Row: 0 name=android_id, value=0123456789abcdef
shell@hammerhead:/ $ exit

a.aa把blob分成很多段,96位的头,16位的随机数,16位的标签和为加密数据预留的空间。

进一步研究aa这个类,我们的到了,如下的信息。

类a实现了 EAX AEAD(Authenticated Encryption with Associated Data) 
类f实现了 CMAC (Cipher-based Message Authentication Code)
类h实现了 CTR (counter) mode  广告计费的功能
以上三个类的算法实现都取自JAES库
类l实现了 SHA-1 哈希算法  ,有趣的是类PersistenciaUtil并没有使用它,而是使用了MessageDigest这个函数来替代它。
类m实现了 HMAC (keyed-Hash Message Authentication Code) 算法
类n,包装了l和m,提供了HMAC-SHA1接口

最重要的我发现,aa.a函数是通过CMAC标签进行加密的,写出python的解密代码。

def decodeBlob(datablob, android_id):
    header = datablob[:96]
    nonce = datablob[96:112]
    tag = datablob[112:128]
    cryptotext = datablob[128:]
    key1 = SHA1(android_id)[:16]
    aes = AES(key1)
    cmac = CMAC(aes)
    cmac.update(header)
    key2 = cmac.getTag()
    eax = EAX(key2, aes)
    (validTag, plaintext) = eax.checkAndDecrypt(cryptotext, tag)
    if validTag:
        return plaintext

如果EAX验证成功,aa.a返回解密的内容给PersistenciaDB使用。

再来看PersistenciaDB这个类,其中的a方法可以解析明文数据并把它变成一个perfil对象,并反序列化之,把其变成一个包含着bool,short,byte的数组。

其中以下3个,是关键的数据,根据偏移量反推出偏移。

pin = int(blob[82:86])
key = blob[38:70]
timeOffset = long(blob[90:98])

这就是密钥所需要的三个数据,只要三个都正确,程序就可以正常运行。

第七步:深度理解代码

上文中得到的秘钥在OPT 类中被截取到20个字节,并和时间戳一起传送到o.a方法中,这个方法引用了上文提到的很多类,所以,比较轻松的就写出了python代码~

def generateToken(key, timestamp):
    message = [0] * 8
    for i in xrange(7, 0, -1):
        message[i] = timestamp & 0xFF
        timestamp >>= 8
    
    hmacSha1 = HMAC_SHA1(key)
    hmacSha1.update(message)
    hash = hmacSha1.getHash()
    
    k = 0xF & hash[-1]
    m = ((0x7F & hash[k]) << 24 | (0xFF & hash[(k + 1)]) << 16 | (0xFF & hash[(k + 2)]) << 8 | 0xFF & hash[(k + 3)]) % 1000000;
    return "%06d" % m

基本时间戳是一个占8字节的长整形,手动把它转换成大端的byte数组,接着使用HMAC-SHA1,取得hash最后四位作为整数读取的索引。使用这个整形,mod 1000000,就是我们的随机密码了,简单的超乎我的想象~~


马上我在google的TOTP认证的实现代码中,发现了很相似的一段。

public String generateResponseCode(byte[] challenge)
        throws GeneralSecurityException {
    byte[] hash = signer.sign(challenge);
    // Dynamically truncate the hash
    // OffsetBits are the low order bits of the last byte of the hash
    int offset = hash[hash.length - 1] & 0xF;
    // Grab a positive integer value starting at the given offset.
    int truncatedHash = hashToInt(hash, offset) & 0x7FFFFFFF;
    int pinValue = truncatedHash % (int) Math.pow(10, codeLength);
    return padOutput(pinValue);
}

其实他们使用了基本相同的算法。

第九步:克隆

现在一个德州出品的Stellaris LaunchPad正躺在我面前,我准备了如下的库~

Cryptosuite
 Arduino的加密算法库 (包括 SHA and HMAC-SHA)
RTClib
 JeeNodes and Arduinos所使用的轻量级时间日期库.
2x16LCD_library
A library for 2x16 LCD (like JDH162A or HD44780) written for Energia and Stellaris Launchpad (LM4F).

RTC有一部分需要改进。由于Stellaris LaunchPad没有板载实时时钟,内部时钟需要在每次启动时设置,而且需要一台电脑来辅助,这是很麻烦的事情。

完整代码如下。

#include <sha1.h>
#include <LCD.h>
#include <RTClib.h>
RTC_Millis RTC;
void setup() {
    RTC.begin(DateTime(__DATE__, __TIME__));  
    
    LCD.init(PE_3, PE_2, PE_1, PD_3, PD_2, PD_1);
    LCD.print("Token");
    LCD.print("valverde.me", 2, 1);
    delay(1000);
    LCD.clear();
}
char token[6];
uint8_t message[8];
long timestamp = 0;
long i = 0;
uint8_t key[] = {<your key here>};
void showToken() {
    long now = RTC.now().get() - 228700800 + 7200;
    i = now / 36;
    int timeLeft = now % 36;
    
    for(int j = 7; j >= 0; j--) {
        message[j] = ((byte)(i & 0xFF));
        i >>= 8;
    }
    
    Sha1.initHmac(key, 20);
    Sha1.writebytes(message, 8);
    
    uint8_t * hash = Sha1.resultHmac();
    
    int k = 0xF & hash[19];
    int m = ((0x7F & hash[k]) << 24 | (0xFF & hash[(k + 1)]) << 16 | (0xFF & hash[(k + 2)]) << 8 | 0xFF & hash[(k + 3)]) % 1000000;
    LCD.print(m, 2, 1);
    LCD.print(36 - timeLeft, 2, 15);
}
void loop() {
    LCD.clear();
    LCD.print("Current token:");
    showToken();
    delay(1000);
}

最后作者还分享了一个,解决Arduino时间问题的小技巧~这里省略啦~感兴趣的同学可以去原文看。

[原文地址,译/FreeBuf小编wyl]


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