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Padding Oracle

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CBC - Cipher Block Chaining

In CBC mode the previous encrypted block is used as IV to XOR with the next block:

To decrypt CBC the opposite operations are done:

Notice how it's needed to use an encryption key and an IV.

Message Padding

As the encryption is performed in fixed size blocks, padding is usually needed in the last block to complete its length.
Usually PKCS7 is used, which generates a padding repeating the number of bytes needed to complete the block. For example, if the last block is missing 3 bytes, the padding will be \x03\x03\x03.

Let's look at more examples with a 2 blocks of length 8bytes:

byte #0	byte #1	byte #2	byte #3	byte #4	byte #5	byte #6	byte #7	byte #0	byte #1	byte #2	byte #3	byte #4	byte #5	byte #6	byte #7
P	A	S	S	W	O	R	D	1	2	3	4	5	6	0x02	0x02
P	A	S	S	W	O	R	D	1	2	3	4	5	0x03	0x03	0x03
P	A	S	S	W	O	R	D	1	2	3	0x05	0x05	0x05	0x05	0x05
P	A	S	S	W	O	R	D	0x08	0x08	0x08	0x08	0x08	0x08	0x08	0x08

Note how in the last example the last block was full so another one was generated only with padding.

Padding Oracle

When an application decrypts encrypted data, it will first decrypt the data; then it will remove the padding. During the cleanup of the padding, if an invalid padding triggers a detectable behaviour, you have a padding oracle vulnerability. The detectable behaviour can be an error, a lack of results, or a slower response.

If you detect this behaviour, you can decrypt the encrypted data and even encrypt any cleartext.

How to exploit

You could use https://github.com/AonCyberLabs/PadBuster to exploit this kind of vulnerability or just do

sudo apt-get install padbuster

사이트의 쿠키가 취약한지 테스트하기 위해 다음을 시도할 수 있습니다:

perl ./padBuster.pl http://10.10.10.10/index.php "RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" 8 -encoding 0 -cookies "login=RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA=="

Encoding 0는 base64가 사용된다는 것을 의미합니다 (하지만 다른 것도 사용 가능하니 도움말 메뉴를 확인하세요).

이 취약점을 악용하여 새로운 데이터를 암호화할 수도 있습니다. 예를 들어, 쿠키의 내용이 "user=MyUsername"이라고 가정하면, 이를 "_user=administrator_"로 변경하여 애플리케이션 내에서 권한을 상승시킬 수 있습니다. paduster를 사용하여 -plaintext 매개변수를 지정하여 이를 수행할 수도 있습니다:

perl ./padBuster.pl http://10.10.10.10/index.php "RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" 8 -encoding 0 -cookies "login=RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" -plaintext "user=administrator"

사이트가 취약한 경우 padbuster는 패딩 오류가 발생할 때를 자동으로 찾으려고 시도하지만, -error 매개변수를 사용하여 오류 메시지를 지정할 수도 있습니다.

perl ./padBuster.pl http://10.10.10.10/index.php "" 8 -encoding 0 -cookies "hcon=RVJDQrwUdTRWJUVUeBKkEA==" -error "Invalid padding"

이론

요약하자면, 모든 다양한 패딩을 생성하는 데 사용할 수 있는 올바른 값을 추측하여 암호화된 데이터를 복호화하기 시작할 수 있습니다. 그런 다음 패딩 오라클 공격은 1, 2, 3 등의 패딩을 생성하는 올바른 값이 무엇인지 추측하면서 끝에서 시작으로 바이트를 복호화하기 시작합니다.

암호화된 텍스트가 E0에서 E15까지의 바이트로 형성된 2 블록을 차지한다고 가정해 보겠습니다.
마지막 블록(E8에서 E15)을 복호화하기 위해 전체 블록은 "블록 암호 복호화"를 거쳐 중간 바이트 I0에서 I15를 생성합니다.
마지막으로 각 중간 바이트는 이전의 암호화된 바이트(E0에서 E7)와 XOR됩니다. 따라서:

• C15 = D(E15) ^ E7 = I15 ^ E7
• C14 = I14 ^ E6
• C13 = I13 ^ E5
• C12 = I12 ^ E4
• ...

이제 C15가 0x01이 될 때까지 E7을 수정하는 것이 가능합니다. 이는 올바른 패딩이기도 합니다. 따라서 이 경우: \x01 = I15 ^ E'7

따라서 E'7을 찾으면 I15를 계산할 수 있습니다: I15 = 0x01 ^ E'7

이로 인해 C15를 계산할 수 있습니다: C15 = E7 ^ I15 = E7 ^ \x01 ^ E'7

C15를 알면 이제 C14를 계산할 수 있습니다, 하지만 이번에는 패딩 \x02\x02를 브루트 포스해야 합니다.

이 BF는 이전 것만큼 복잡하며, 값이 0x02인 E''15를 계산할 수 있습니다: E''7 = \x02 ^ I15 따라서 **C14가 0x02가 되도록 생성하는 E'14**를 찾기만 하면 됩니다.
그런 다음 C14를 복호화하기 위해 동일한 단계를 수행합니다: C14 = E6 ^ I14 = E6 ^ \x02 ^ E''6

이 체인을 따라 전체 암호화된 텍스트를 복호화할 때까지 진행하십시오.

취약점 탐지

계정을 등록하고 이 계정으로 로그인하십시오.
여러 번 로그인하고 항상 같은 쿠키를 받는다면, 애플리케이션에 문제가 있을 가능성이 높습니다. 로그인할 때마다 반환되는 쿠키는 고유해야 합니다. 쿠키가 항상 같다면, 아마도 항상 유효할 것이며 이를 무효화할 방법이 없을 것입니다.

이제 쿠키를 수정하려고 하면 애플리케이션에서 오류가 발생하는 것을 볼 수 있습니다.
하지만 패딩을 BF하면(예: padbuster 사용) 다른 사용자에 대해 유효한 또 다른 쿠키를 얻을 수 있습니다. 이 시나리오는 padbuster에 대해 매우 취약할 가능성이 높습니다.

참고 문헌

• https://en.wikipedia.org/wiki/Block_cipher_mode_of_operation

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