代码还原小试牛刀(一)：魔改的MD5

一、目标

2023年了，MD5已经是最基础的签名算法了，但如果你还只是对输入做了简单的MD5，肯定会被同行们嘲笑。加点盐（salt）是一种基本的提升，但在这个就业形势严峻的时代，仅仅加盐肯定不够了。

今天我们就来讲一讲魔改的MD5，让这个算法高大上起来。

1、菜卷

最简单的魔改方法就是改变MD5的初始参数，

     context->state[0] = 0x67452301;context->state[1] = 0xEFCDAB89;context->state[2] = 0x98BADCFE;context->state[3] = 0x10325476;

把这四个参数修改一下就行了。通过修改这些参数，我们可以改变MD5的运算结果。但这种方法实在太简单了，卷不起来。

接下来，我们要介绍更高级的卷法。

2、肉卷

md5会进行64轮运算，每轮运算都会用到一个常量，组成一个常量表K。

K原始值的计算方式是 2^32 * |sin i |，而后取其整数部分。

那么有理想的同学就可以更改这个K值，比如把 sin改成 cos或者tan之类的，这样就可以卷起来了。

3、卷中卷

//F,G,H,I四个非线性变换函数
#define F(x,y,z) ((x & y) | (~x & z))
#define G(x,y,z) ((x & z) | (y & ~z))
#define H(x,y,z) (x^y^z)
#define I(x,y,z) (y ^ (x | ~z))
//x循环左移n位的操作
#define ROTATE_LEFT(x,n) ((x << n) | (x >> (32-n)))

要真正卷起来，我们需要改变MD5中的四个非线性变换函数F、G、H、I。我们可以加上 异或 或者 减少 与 操作，整个算法就换了个面貌。这种高级卷法可以忽悠住老板，让算法高大上起来。

我们今天的目标是尝试还原一个魔改之后的MD5算法，通过这次实践来了解算法还原的基本方法。

这个样本我们的入参是字符串: “1677038066553”

返回值是32个字符： “DD89CA684D91818B970710F75A75743D”

二、步骤

第一步

我们需要用Unidbg跑通算法，比起上古时期用ida调试的前辈，Unidbg的出现直接把算法还原的难度降了一个数量级。

第二步

我们需要把结果Z通过反向推导一步一步回到原始输入A。这种方法叫做倒果为因，是逆向分析的一种基本套路。

我们假设这个样本是MD5或者是魔改的MD5，我们可以用以下几种方法来还原算法：

1、调试断点

2、条件断点

3、数据打印

4、Trace内存读写

5、Trace代码

1、调试断点

逆向分析是经验科学，虽然有一些基本套路，但是还是以试为主，先用IDA打开 libnative-lib.so，从 Exports 导出表里面找到导出函数 Java_com_littleq_cryptography_md5_MainActivity_sign

这个函数的开始地址在0x1234, 结束地址在0x12B4,但是主要的代码逻辑在函数sub_A3C里面， 我们先在sub_A3C函数的末端下个断点试试，

text:00000000000011D4 E0 07 40 F9                 LDR             X0, [SP,#0x110+var_108]
.text:00000000000011D8 03 00 00 90+                ADRL            X3, aSSSS ; "%s%s%s%s"
.text:00000000000011D8 63 EC 0A 91
.text:00000000000011E0 E4 83 01 91                 ADD             X4, SP, #0x110+var_B0
.text:00000000000011E4 E5 43 01 91                 ADD             X5, SP, #0x110+var_C0
.text:00000000000011E8 E6 03 01 91                 ADD             X6, SP, #0x110+var_D0
.text:00000000000011EC E7 C3 00 91                 ADD             X7, SP, #0x110+var_E0
.text:00000000000011F0 01 00 80 92                 MOV             X1, #0xFFFFFFFFFFFFFFFF
.text:00000000000011F4 02 08 80 52                 MOV             W2, #0x40 ; '@'

这个 0x11D8 很像是格式化字符串。

我们在Unidbg里面给 0x11D8 下个断点

    Debugger debugger = emulator.attach();debugger.addBreakPoint(module.base + 0x11D8);

运行一下，顺利的断下来了

debugger break at: 0x400011d8 @ Function64 address=0x40001234, arguments=[unidbg@0xfffe1640[libandroid.so]0x640, 1853170425, 2008362258]
>>> x0=0xbffff690(-1073744240) x1=0x0 x2=0x4 x3=0xbfffed20 x4=0x40230200 x5=0x402302c0 x6=0x1 x7=0xbffff708 x8=0x0 x9=0x0 x10=0x1 x11=0x0 x12=0x8 x13=0x8 x14=0x8
>>> x15=0x8 x16=0x40228d70 x17=0x40177ddc x18=0x8 x19=0x4cf3a208 x20=0x400012b8 x21=0x0 x22=0x68ca89dd x23=0x3d74755a x24=0x72e737bb x25=0xddf5ac1 x26=0xd0d5adc6 x27=0x8b81914d x28=0xf7100797 fp=0xbffff680
LR=RX@0x400011d4[libnative-lib.so]0x11d4
SP=0xbffff570
PC=RX@0x400011d8[libnative-lib.so]0x11d8
nzcv: N=0, Z=1, C=1, V=0, EL0, use SP_EL0
start + 0xae8
=> *[libnative-lib.so*0x011d8]*[03000090]*0x400011d8:*"adrp x3, #0x40001000"[libnative-lib.so 0x011dc] [63ec0a91] 0x400011dc: "add x3, x3, #0x2bb"[libnative-lib.so 0x011e0] [e4830191] 0x400011e0: "add x4, sp, #0x60"[libnative-lib.so 0x011e4] [e5430191] 0x400011e4: "add x5, sp, #0x50"[libnative-lib.so 0x011e8] [e6030191] 0x400011e8: "add x6, sp, #0x40"[libnative-lib.so 0x011ec] [e7c30091] 0x400011ec: "add x7, sp, #0x30"[libnative-lib.so 0x011f0] [01008092] 0x400011f0: "mov x1, #-1"[libnative-lib.so 0x011f4] [02088052] 0x400011f4: "mov w2, #0x40"[libnative-lib.so 0x011f8] [5bfdff97] 0x400011f8: "bl #0x40000764"

在Arm汇编里面，调用一个函数之前，会把入参存入到 x0,x1,x2 …​…​

从这段代码可以看出 地址 0x400011f8 会调用 0x40000764 函数，并且传入了 7个参数， 从x0，一直赋值到x7。

Unidbg的调试虽然有些简陋，但是已经够用了，有如此神器在手，你还要啥自行车？

调试命令先掌握以下几个：

s 单步步入，就是遇到函数调用会进入。

n 单步步过，遇到函数调用不会进入函数。

c 继续执行

b 下断点

r 取消当前断点

m 查看内存

我们先 s s s 几下，单步执行到 0x400011f8

debugger break at: 0x400011f8 @ Function64 address=0x40001234, arguments=[unidbg@0xfffe1640[libandroid.so]0x640, 1853170425, 2008362258]
>>> x0=0xbffff690(-1073744240) x1=0xffffffffffffffff x2=0x40 x3=0x400012bb x4=0xbffff5d0 x5=0xbffff5c0 x6=0xbffff5b0 x7=0xbffff5a0 x8=0x0 x9=0x0 x10=0x1 x11=0x0 x12=0x8 x13=0x8 x14=0x8
LR=RX@0x400011d4[libnative-lib.so]0x11d4
SP=0xbffff570
PC=RX@0x400011f8[libnative-lib.so]0x11f8
nzcv: N=0, Z=1, C=1, V=0, EL0, use SP_EL0
start + 0xb08
=> *[libnative-lib.so*0x011f8]*[5bfdff97]*0x400011f8:*"bl #0x40000764"

这个时间点，入参都已经准备好了，我们来一个一个看看这些入参。

mx7>-----------------------------------------------------------------------------<
[10:40:26 646]x7=unidbg@0xbffff5a0, md5=d6c164ca9ef531557fc14e1bf7173663,
size: 112
0000: 35 41 37 35 37 34 33 44 00 B3 22 40 00 00 00 00    5A75743D.."@....
0010: 39 37 30 37 31 30 46 37 00 8D 09 40 00 00 00 00    970710F7...@....
0020: 34 44 39 31 38 31 38 42 00 77 12 40 02 00 00 00    4D91818B.w.@....
0030: 44 44 38 39 43 41 36 38 00 1B 17 40 02 00 00 00    DD89CA68...@....
0040: 31 36 37 37 30 33 38 30 36 36 35 35 33 80 00 00    1677038066553...
0050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
0060: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
^-----------------------------------------------------------------------------^

可以看到这次调用 函数 0x40000764， 基本就是在组装最后的结果了。

我们要做的就是找到这些结果生成的位置，来分析最终结果是如何计算出来的，也就是 Y → Z 的过程。

4、Trace内存读写

现在我们已经知道了结果Z的位置，下一步就是需要知道谁计算出了Z。

这就需要用到Unidbg的一个强大功能：内存读写监控

这一次我们先把调试断点下早一点，在 sub_A3C 函数开头就断下来。

debugger break at: 0x40000a3c @ Function64 address=0x40001234, arguments=[unidbg@0xfffe1640[libandroid.so]0x640, 1853170425, 2008362258]
>>> x0=0x40004000 x1=0xbffff690 x2=0x0 x3=0x1 x4=0x0 x5=0x1 x6=0x0 x7=0x0 x8=0xfffe0a70 x9=0x3002 x10=0x0 x11=0x1 x12=0x3 x13=0x40003018 x14=0x40003028
>>> x15=0x1 x16=0x40228910 x17=0x0 x18=0x17 x19=0xfffe1640 x20=0xbffff708 x21=0x0 x22=0x0 x23=0x0 x24=0x0 x25=0x0 x26=0x0 x27=0x0 x28=0x0 fp=0xbffff6f0
LR=RX@0x40001280[libnative-lib.so]0x1280
SP=0xbffff690
PC=RX@0x40000a3c[libnative-lib.so]0xa3c
nzcv: N=0, Z=0, C=1, V=0, EL0, use SP_EL0
start + 0x34c
=> *[libnative-lib.so*0x00a3c]*[ff8304d1]*0x40000a3c:*"sub sp, sp, #0x120"traceWrite 0xbffff5d0 0xbffff5d8
Set trace 0xbffff5d0->0xbffff5d8 memory write success.
c
[11:41:41 656] Memory WRITE at 0xbffff5d8, data size = 1, data value = 0x0, PC=RX@0x40001168[libnative-lib.so]0x1168, LR=null
[11:41:41 657] Memory WRITE at 0xbffff5d0, data size = 8, data value = 0x0, PC=RX@0x4000116c[libnative-lib.so]0x116c, LR=null
[11:41:41 661] Memory WRITE at 0xbffff5d8, data size = 1, data value = 0x0, PC=RX@0x401b48cc[libc.so]0x648cc, LR=RX@0x401b48c8[libc.so]0x648c8

traceWrite 就是监控写内存命令。

看上去0xbffff5d0这段内存，写入 DD89CA68 数据的位置是： 0x116c

text:000000000000114C 14 00 00 90+                ADRL            X20, unk_12B8
.text:000000000000114C 94 E2 0A 91
.text:0000000000001154 C4 0A C0 5A                 REV             W4, W22
.text:0000000000001158 E0 83 01 91                 ADD             X0, SP, #0x110+var_B0
.text:000000000000115C 21 01 80 52                 MOV             W1, #9
.text:0000000000001160 22 01 80 52                 MOV             W2, #9
.text:0000000000001164 E3 03 14 AA                 MOV             X3, X20
.text:0000000000001168 FF A3 01 39                 STRB            WZR, [SP,#0x110+var_A8]
.text:000000000000116C FF 33 00 F9                 STR             XZR, [SP,#0x110+var_B0]
.text:0000000000001170 7D FD FF 97                 BL              sub_764

0x116c 的指令 STR XZR 是写入 没错，但是看上去不像是写入数据，而是把 SP,#0x110+var_B0 这个地址的数据清零。

那我们重来一次，(Unidbg的优点就是可以无限重放，比真机调试App方便了不知道多少倍。)

这次往前一点点，在 0x114C 下断点。

断下来之后，每s单步一次之后，就去查看 m0xbffff5d0。

最后发现跑完 0x1170 , 0xbffff5d0内存的值就改变成了， DD89CA68 。 这说明 0xbffff5d0 是 sub_764 函数去写的。

debugger break at: 0x40001170 @ Function64 address=0x40001234, arguments=[unidbg@0xfffe1640[libandroid.so]0x640, 1853170425, 2008362258]
>>> x0=0xbffff5d0(-1073744432) x1=0x9 x2=0x9 x3=0x400012b8 x4=0xdd89ca68 x5=0xe6cd8e62 x6=0x24523012 x7=0x29b9c389 x8=0x40 x9=0x40318041 x10=0xbffff5e0 x11=0x40 x12=0x3d5ebb2b x13=0x6450c165 x14=0xfc63b7e7
>>> x15=0x49ac16b x16=0xac6af723 x17=0xf3d1564b x18=0x18 x19=0x4cf3a208 x20=0x400012b8 x21=0x0 x22=0x68ca89dd x23=0x3d74755a x24=0x72e737bb x25=0xddf5ac1 x26=0xd0d5adc6 x27=0x8b81914d x28=0xf7100797 fp=0xbffff680
LR=null
SP=0xbffff570
PC=RX@0x40001170[libnative-lib.so]0x1170
nzcv: N=0, Z=1, C=1, V=0, EL0, use SP_EL0
start + 0xa80
=> *[libnative-lib.so*0x01170]*[7dfdff97]*0x40001170:*"bl #0x40000764"

不过回到 0x1170,我们发现了一串熟悉的数字 x4=0xdd89ca68 ， 好吧，我们的问题又变成了 x4的值是怎么算出来的？

三、总结

首先要习惯看Arm汇编，一步一步单步调试，然后熟悉寄存器的变化。特别对一些关键数字要敏感。

要掌握Unidbg的基础调试命令。

常见的加密算法要熟悉一下，在开发环境里多调试几遍，熟悉它的算法流程。

1:ffshow

多方分别，是非之窦易开；一味圆融，人我之见不立。