[Crypto in CTF] Bleichenbacher RSA Signature Forgery

https://github.com/oalieno/Crypto-Course/tree/master/RSA

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1. Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) oalieno
2. PKCS
3. PKCS • PKCS ( Public Key Cryptography Standards ) 是公鑰密碼標準 • 制定了了⼀一系列列從 PKCS#1 到 PKCS#15 的標準 • 其中 PKCS#1 是 RSA Cryptography Standard
4. ASN.1 • ASN.1 是⾼高階的抽象標準 • 具體的實作編碼規則有 : BER, CER, DER, PER, XER
5. PKCS#1 1.5 Signature https://tools.ietf.org/html/rfc2313 Step 1 : Message Digest M H(M) HASH Sign
6. • ASN.1 是編碼數據的格式，這裡紀錄了了使⽤用的 hash 演算法 H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF D = 00 padding Step 2 : Data Encoding Sign PKCS#1 1.5 Signature https://tools.ietf.org/html/rfc2313
7. Step 3 : RSA encryption D d % n = S Sign PKCS#1 1.5 Signature https://tools.ietf.org/html/rfc2313
8. Step 1 : RSA decryption Verify S e % n = D PKCS#1 1.5 Signature https://tools.ietf.org/html/rfc2313
9. Step 2 : Data Decoding Verify • 需要 parse 這個格式取出 H(M) • 這個標準沒有說要怎麼 parse • 如果 e 太⼩小且沒有正確的 parse，就有機會偽造簽章 H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF D = 00 PKCS#1 1.5 Signature https://tools.ietf.org/html/rfc2313
10. Step 3 : Message digesting and comparison M' H(M)' H(M) Verify compare PKCS#1 1.5 Signature https://tools.ietf.org/html/rfc2313
11. Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 )
12. Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) https://mailarchive.ietf.org/arch/msg/openpgp/5rnE9ZRN1AokBVj3VqblGlP63QE • ⼜又稱作 BB06 • 針對 PKCS#1 1.5 ( RFC 2313 ) • RSA 簽章偽造 06
13. Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) https://mailarchive.ietf.org/arch/msg/openpgp/5rnE9ZRN1AokBVj3VqblGlP63QE • 實作缺陷 : 可以有多餘的字元在後⾯面 • parse 的時候直接取出後⾯面固定長度的 H(M) • 沒有檢查後⾯面還有沒有東⻄西 H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF 00 Garbage
14. • 在 e = 3 的情況下可以 forge signature • 嘗試構造 ED 讓 ED 的三次⽅方不超過 n 且滿⾜足以下格式 S 3 % n = H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF 00 Garbage Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) https://mailarchive.ietf.org/arch/msg/openpgp/5rnE9ZRN1AokBVj3VqblGlP63QE
15. H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF Garbage 00 D ( length d ) G ( length g ) 2t−15 G + total length t (x + y)3 x3 3x2y + 2g ⋅ D + −2d+g 3xy2 y3 + + = Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) https://mailarchive.ietf.org/arch/msg/openpgp/5rnE9ZRN1AokBVj3VqblGlP63QE
16. x = 2t − 15 3 y = (D − 2d) ⋅ 2g 3 ⋅ 22(t − 15) 3 Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) https://mailarchive.ietf.org/arch/msg/openpgp/5rnE9ZRN1AokBVj3VqblGlP63QE
17. x = 21019 y = (D − 2288) ⋅ 234 3 • 假設 • Key 長度為 3072 bit • Garbage 長度為 2072 bit • 使⽤用 SHA-1 的話，D 的長度是 288 bit • 最後 ED = x + y 就是我們構造出的合法簽章 Bleichenbacher RSA Signature Forgery ( 2006 ) https://mailarchive.ietf.org/arch/msg/openpgp/5rnE9ZRN1AokBVj3VqblGlP63QE
18. RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) CVE-2016-1494
19. RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/ • 實作缺陷 : padding bytes 可以是任意字元 直接取第⼆二個 0x00 沒有檢查中間的 padding bytes
20. • 在 e = 3 的情況下可以 forge signature • 嘗試構造 ED 讓 ED 的三次⽅方不超過 n 且滿⾜足以下格式 • ED3 的後綴是 ASN.1 + H(M) • ED3 的前綴是 \x00\x01 H(M) ASN.1 01 ?? … 00 ?? 00 S 3 % n = RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
21. 0 S S3 ⽬目標 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 match RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
22. 0 S S3 ⽬目標 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 match RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
23. 0 S S3 ⽬目標 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 mismatch RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
24. 0 S S3 ⽬目標 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 match RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
25. 0 S S3 ⽬目標 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 match RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
26. 0 S S3 ⽬目標 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 01013 = 1111101 RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
27. 01 … … 00 3 = 92 3f … 68 04 bc 28 76 e4 50 … = 3 • 要讓 ED3 的前綴是 \x00\x01 只要把 \x00\x01... 開三次⽅方 • 最後再把開完三次⽅方的值的後綴換成前⾯面算出來來的後綴 • 就可以成功⾃自⼰己構造合法簽章了了 RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
28. H(M) ASN.1 01 ?? … 00 ?? 00 92 3f … bc 28 3 = RSA Signature Forgery in python-rsa ( 2016 ) https://blog.filippo.io/bleichenbacher-06-signature-forgery-in-python-rsa/
29. A Decade After Bleichenbacher '06, RSA Signature Forgery Still Works ( 2019 )
30. A Decade After Bleichenbacher '06, RSA Signature Forgery Still Works ( 2019 ) https://i.blackhat.com/USA-19/Wednesday/us-19-Chau-A-Decade-After-Bleichenbacher-06-RSA-Signature-Forgery-Still-Works.pdf • 整個格式固定是 n 這麼長 • ⽤用 Symbolic Execution 去找到可以任意亂塞的部分有多長
31. A Decade After Bleichenbacher '06, RSA Signature Forgery Still Works ( 2019 ) https://i.blackhat.com/USA-19/Wednesday/us-19-Chau-A-Decade-After-Bleichenbacher-06-RSA-Signature-Forgery-Still-Works.pdf • 實作缺陷 : padding bytes 可以是任意字元 H(M) ASN.1 01 ?? … 00 ?? 00 CVE-2018-15836 Openswan 2.6.50
32. CVE-2018-16152 strongSwan 5.6.3 A Decade After Bleichenbacher '06, RSA Signature Forgery Still Works ( 2019 ) https://i.blackhat.com/USA-19/Wednesday/us-19-Chau-A-Decade-After-Bleichenbacher-06-RSA-Signature-Forgery-Still-Works.pdf • 實作缺陷 : • Algorithm Parameter 可以是任意字元 • Algorithm OID 後⾯面可以有多餘的字元 H(M) 01 FF … 00 FF 00 ASN.1 00 03 20 03 0c Algorithm Parameter 04 10 Algorithm OID
33. CVE-2018-16150 axTLS 2.1.3 A Decade After Bleichenbacher '06, RSA Signature Forgery Still Works ( 2019 ) https://i.blackhat.com/USA-19/Wednesday/us-19-Chau-A-Decade-After-Bleichenbacher-06-RSA-Signature-Forgery-Still-Works.pdf • 實作缺陷 : • 可以有多餘的字元在後⾯面 • Algorithm Identifier 可以是任意字元 H(M) 01 FF … 00 FF 00 ASN.1 00 03 20 03 0c Algorithm Identifier 04 10 Garbage
34. Defense against RSA Signature Forgery
35. How to defense? • ⽤用其他的簽章演算法，比如說 ECDSA • ⽤用更更⼤大的 e，比如 65537 • parsing based → comparison based H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF 00 H(M) ASN.1 01 FF … 00 FF 00 compare