密码学进阶
MD5
MD5对明文的处理
C实现MD5算法的使用
MD5.h
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MD5.cpp
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对明文进行Hex编码
对于字符串 "xiaojianbang",每个字符对应的 ASCII 值及其十六进制表示如下: |
填充
把明文填充到448bit(56byte),先填一个1,后面跟对应个数的0
结果:78 69 61 6f 6a 69 61 6e 62 61 6e 67 80(80 -> 1000 0000)
附加消息长度,用64bit表示消息长度,xiaojianbang的长度为96bit,对应16进制为0x60,所以表示为:
60 00 00 00 00 00 00 00 转小端序60 00 00 00 00 00 00 00
如果内容过长,64比特位放不下,就取低64bit位。所以MD5输入长度考研无限大,SHA3算法也是无限大,其他哈希算法不是。
大端序(Big-endian) 在大端序中,数据的高位字节存储在内存的低地址处,低位字节存储在高地址处。换句话说,字节序列的第一个字节是最高有效字节(Most Significant Byte,MSB)。 示例: 对于一个 32 位的整数 0x12345678,在大端序中,它在内存中的存储顺序是: 复制代码 地址 数据 0x00 0x12 0x01 0x34 0x02 0x56 0x03 0x78 小端序(Little-endian) 在小端序中,数据的低位字节存储在内存的低地址处,高位字节存储在高地址处。也就是说,字节序列的第一个字节是最低有效字节(Least Significant Byte,LSB)。 示例: 对于同一个 32 位整数 0x12345678,在小端序中,它在内存中的存储顺序是: 复制代码 地址 数据 0x00 0x78 0x01 0x56 0x02 0x34 0x03 0x12 区别和应用 平台差异:不同的计算机架构可能使用不同的字节序。例如,Intel x86 和 x86-64 架构通常使用小端序,而某些网络协议和其他处理器(如某些 ARM 和 PowerPC 处理器)使用大端序。 网络传输:在网络协议中,通常使用大端序(也称为网络字节序),这意味着在网络上传输多字节数据时需要转换为大端序。
- MD5的分组长度为512bit,数据需要处理到512的倍数,因此需要填充
- 把处理后的明文分成16块M1-M6
### MD5的初始化常量
```cpp
在内存中:d
A: 01 23 45 67
B: 89 ab cd ef
C: fe dc ba 98
D: 76 54 32 10
context->state[0] = 0x67452301;
context->state[1] = 0xEFCDAB89;
context->state[2] = 0x98BADCFE;
context->state[3] = 0x10325476;
MD5Transform
- MD5总共64轮,每一轮都会把旧的D直接给新的A,旧的B直接给新的C,旧的C直接给新的D,也就是每一轮只计算一个新的B
- 图中的田代表相加
- 图中的F函数并不是一个函数,而是由四个函数组成
- K表里面的值是由公式计算的,但体现在代码中一般都是常量
- <<<s代表循环左移
- 最后把四个初始化常量不断变化后的值,拼接得到最终的摘要结果
IDA中的数据类型
DCB、DCW、DCD、DCQ
ARM和THUMB模式
ARM 和 THUMB 模式简介:
ARM 处理器有两种主要的指令编码模式:ARM 模式和THUMB 模式。这两种模式的主要区别是指令的大小:
- ARM 模式:指令通常为 32 位长。
- THUMB 模式:指令通常为 16 位长,目的是提高代码密度,减少内存占用。
这两种模式可以在执行时动态切换,允许程序根据需要在这两种模式之间切换,以达到性能和内存的平衡。
SHA1
算法细节
SHA1算法对于明文的处理与MD5相同,区别是最后的消息长度是大端字节序,SHA1算法的初始化常量有5个,其中前四个与MD5是一致的
SHA1的分组长度也是512bit, 明文也要分段,类似Mi,区别是有80段,后64段是扩展出来的,遵循大端字节序
SHA1与SHA0的区别就是在扩展这64段的时候,增加了循环左移1位
W[t] = SHACircularShift(1,w[t-3]^w[t-8]^w[t-14]^w[t-16]);
SHA1的核心计算过程与MD5差不多,区别是K值只有4个,每20轮用一个,总共80轮
哈希算法的识别
MD5
初始化常量4个
A = 0x67452301
B = 0xEFCDAB89
C = 0x98BADCFE
D = 0x10325476
K表64个,每轮用一个,总共64轮
K1 = 0xd76aa478
K2 = 0xe8c7b756
K3 = 0x242070db
输出长度16个字节,或者或32个十六进制数,有时候输出16个十六进制数
SHA1
初始化常量是5个
A = 0x67452301
B = 0xEFCDAB89
C = 0x98BADCFE
D = 0x10325476
E = 0xC3D2E1F0
和MD5相比,有五个初始化链接变量,而且前四个链接变量是完全相同的
K表4个
只有4个K值,每20轮用同一个K作变换,而且前四个链接变量完全相同
K1 = 0x5a837999
K2 = 0x6ed9eba1
K3 = 0x8f1bbcdc
K4 = 0xca62c1d6
输出长度20个字节,或者或40个十六进制数
SHA256算法
- 初始化常量8个
A = 0x6A09E667
B = 0xBB67AE85
C = 0x3C6EF372
D = 0xA54FF53A
E = 0x510E527F
F = 0x9B05688C
G = 0x1F83D9AB
H = 0x5BE0CD19
K表64个,每轮一个K值
输出长度位32个字节,或者说64个十六进制数
SHA512
- 初始化常量8个,IDA反编译有时显示位16个
- K表80个,每轮一个K值
- 输出长度为64字节,或者说128个十六进制数
- MD5、SHA1、SHA256都是512bit分组,SHA512是1024bit分组
HmacMD5
密钥扩展
密钥a12345678转Hex编码:61 31 32 33 34 35 36 37 38
然后填充0,让密钥长度达到算法的分组长度,MD5的话就是512bit
如果密钥太长,就县进行MD5,再填充0
16字节 + 一堆0
扩展后的密钥与0x36异或
- 57 07、、、、0e、、、36、、、
异或后的数据与明文级联
- 级联(Concatenate)指的是将两个或多个数据元素(通常是字符串、数组、或其他数据结构)连接在一起,形成一个新的、更长的序列
级联后的数据进行Hass(MD5)算法
扩展后的密钥与0x5c异或
异或的结果与Hash的结果级联
再次进行Hash算法
MAC算法的简单识别
找0x36和0x5c、54和92来分辨是不是HMAC算法
也可以靠猜,比如MD5、魔改的MD5、HmacMD5最后输出结果都是16字节
DES
- 不考虑填充方式
- 不考虑加密模式
- 不考虑iv向量
- 输入明文为8个字节,密钥为8个字节,输出结果也为8个字节
明文:0123456789ABCDEF
密钥:133457799BBCDFF1
第1步:子密钥的生成
把密钥转二进制
00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001
根据PC1表,对密钥进行重新排列
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};
密钥编排后的结果
1111000 0110011 0010101 0101111 0101010 1011001 1001111 0001111
接下来将这56比特长的密钥分成左右两部分,命名为C0,D0
C0 = 1111000 0110011 0010101 0101111
D0 = 0101010 1011001 1001111 0001111
循环左移规定的位数,得到C1,D1到C16,D16的十六个数据
key_shift = [1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1];
C1 = 1110000 1100110 0101010 1011111
D1 = 1010101 0110011 0011110 0011110
C2D2可以对C1D1分别左移1位来得到
C2D2也可以对C0D0分别左移2位来得到
将C1D1拼接起来,继续后续的处理
C1D1 = 1110000 1100110 0101010 1011111 1010101 0110011 0011110 0011110
根据PC2表进行重排,56bit长的CnDn只留下48比特
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};
重排后CnDn就是子密钥,命名为Kn
后续DES的十六轮运算中,第n轮就是用Kn,16个子密钥为
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
K2 = 011110 011010 111011 011001 110110 111100 100111 100101
K3 = 010101 011111 110010 001010 010000 101100 111110 011001
K4 = 011100 101010 110111 010110 110110 110011 010100 011101
K5 = 011111 001110 110000 000111 111010 110101 001110 101000
K6 = 011000 111010 010100 111110 010100 000111 101100 101111
K7 = 111011 001000 010010 110111 111101 100001 100010 111100
K8 = 111101 111000 101000 111010 110000 010011 101111 111011
K9 = 111000 001101 101111 101011 111011 011110 011110 000001
K10 = 101100 011111 001101 000111 101110 100100 011001 001111
K11 = 001000 010101 111111 010011 110111 101101 001110 000110
K12 = 011101 010111 000111 110101 100101 000110 011111 101001
K13 = 100101 111100 010111 010001 111110 101011 101001 000001
K14 = 010111 110100 001110 110111 111100 101110 011100 111010
K15 = 101111 111001 000110 001101 001111 010011 111100 001010
K16 = 110010 110011 110110 001011 000011 100001 011111 110101
第2步:明文的编排
把明文转二进制
00000001 00100011 01000101 01100111 10001001 10101011 11001101 11101111
根据IP表,对明文进行初始置换
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};
明文重新排列后的结果
11001100 00000000 11001100 11111111 11110000 10101010 11110000 10101010
第3步:明文的运算
首先将明文分成左右两半,像上面的密钥一样
L0 和 R0
L0:11001100 00000000 11001100 11111111
R0:11110000 10101010 11110000 10101010
16轮迭代的基本套路
Ln = Rn-1
Rn = Ln-1 + f(Rn-1, Kn)
以n = 1为例:
L1 = R0 = 11110000 10101010 11110000 10101010
R1 = L0 xor f(R0, K1)
f函数传入了R0与K1,即第1个子密钥
R0 = 11110000 10101010 11110000 10101010
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
R0为32bit,K1为48bit,长度不同,没法按位异或
将32bit的R0扩展成48bit,使用到E表
E(R0) = 011110 100001 010101 010101 011110 100001 010101 010101
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};
进行密钥混合 E(R0) ^ K1
E(R0) = 011110 100001 010101 010101 011110 100001 010101 010101
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
K1+E(R0)= 011000 010001 011110 111010 100001 100110 010100 100111
DES算法核心
将上一步的结果分成8块6bit
B1 = 011000
B2 = 010001
B3 = 011110
B4 = 111010
B5 = 100001
B6 = 100110
B7 = 010100
B8 = 100111
把B1-B8的值当成索引,在S1-S8盒中取值,规则如下:
以B1为例,值为011000,将它分成0 1100 0,得到
i = 00 即 0
j = 1100 即 12
在S1中查找第0行第12列的值(这里从0开始算)
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};
第0行第12列的值为5
B1 = 5 = 0101
再以B2为例
B2 = 0 1000 1
i = 01 = 1
j = 1000 = 8
B2 = 12 = 1100
B1在S1中找,B2在S2中找,以此类推
最后8个6比特的值在S盒作用下变成8个4比特的值
S(K1+E(R0)) = 0101 1100 1000 0010 1011 0101 1001 0111
得到的结果进行P表的重排
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};
P(S(K1+E(R0))) = 0010 0011 0100 1010 1010 1001 1011 1011
F函数完事,即F = P(S(K1+E(R0)))
F的结果与L0异或
L1 = R0 = 11110000 10101010 11110000 10101010
R1 = Ln-1 xor f(Rn-1,Kn) = 11101111 01001010 01100101 01000100
一轮运算完毕,16轮运算的操作完全一致
L1: 11110000 10101010 11110000 10101010
R1: 11101111 01001010 01100101 01000100
L2: 11101111 01001010 01100101 01000100
R2: 11001100 00000001 01110111 00001001
L3: 11001100 00000001 01110111 00001001
R3: 10100010 01011100 00001011 11110100
L4: 10100010 01011100 00001011 11110100
R4: 01110111 00100010 00000000 01000101
L5: 01110111 00100010 00000000 01000101
R5: 10001010 01001111 10100110 00110111
L6: 10001010 01001111 10100110 00110111
R6: 11101001 01100111 11001101 01101001
L7: 11101001 01100111 11001101 01101001
R7: 00000110 01001010 10111010 00010000
L8: 00000110 01001010 10111010 00010000
R8: 11010101 01101001 01001011 10010000
L9: 11010101 01101001 01001011 10010000
R9: 00100100 01111100 11000110 01111010
L10:00100100 01111100 11000110 01111010
R10:10110111 11010101 11010111 10110010
L11:10110111 11010101 11010111 10110010
R11:11000101 01111000 00111100 01111000
L12:11000101 01111000 00111100 01111000
R12:01110101 10111101 00011000 01011000
L13:01110101 10111101 00011000 01011000
R13:00011000 11000011 00010101 01011010
L14:00011000 11000011 00010101 01011010
R14:11000010 10001100 10010110 00001101
L15:11000010 10001100 10010110 00001101
R15:01000011 01000010 00110010 00110100
L16:01000011 01000010 00110010 00110100
R16:00001010 01001100 11011001 10010101
L16和R16倒换,左右调一下顺序,结果为R16L16
R16L16 = 00001010 01001100 11011001 10010101 01000011 01000010 00110010 00110100
最后一步,根据FP表进行末置换
10000101 11101000 00010011 01010100 00001111 00001010 10110100 00000101
int FP_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};
上述数据的十六进制形式为
85 e8 13 54 0f 0a b4 05
末置换就是初始置换的逆运算
明文经过初始置换,不做任何处理再进行末置换,值等于它自身
AES
AES特点
- 在一个分组长度内,明文长度变化,AES的加密结果长度都一样
- 密钥长度128、192、256三种,如果少一个十六进制数,会在前面补0
- 分组长度只有128一种
- 密文长度与填充后的明文长度有关,一般是16字节的倍数
- DES是针对bit进行操作,AES是针对字节进行操作
AES和DES的区别与联系
- DES和AES都是对称加密算法,加解密都是用同一个密钥
- DES和AES都是分组加密算法,DES的分组长度是64比特,AES的分组长度是128比特
- DES的密钥64比特,AES的密钥128比特、192比特、256比特
- DES运算的基本单元是比特,AES运算的基本单元是字节
- DES和AES都可以分成密钥的编排和明文的运算
- DES中有非常多的置换,AES没有
- DES有16轮运算,在密钥编排中生成了16组子密钥
- AES有10、12、14轮运算,也生成了10、12、14组轮密钥,都是每轮用一个