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CBC - Encadenamiento de Bloques de Cifrado

En el modo CBC, el bloque cifrado anterior se utiliza como IV para hacer XOR con el siguiente bloque:

Cifrado CBC

Para descifrar CBC se realizan las operaciones opuestas:

Descifrado CBC

Nótese que se necesita usar una clave de cifrado y un IV.

Relleno de Mensajes

Como el cifrado se realiza en bloques de tamaño fijo, generalmente se necesita relleno en el último bloque para completar su longitud.
Normalmente se utiliza PKCS7, que genera un relleno repitiendo el número de bytes necesarios para completar el bloque. Por ejemplo, si al último bloque le faltan 3 bytes, el relleno será \x03\x03\x03.

Veamos más ejemplos con 2 bloques de longitud 8 bytes:

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 cómo en el último ejemplo el último bloque estaba lleno, por lo que se generó otro solo con relleno.

Oracle de Relleno

Cuando una aplicación descifra datos cifrados, primero descifrará los datos; luego eliminará el relleno. Durante la limpieza del relleno, si un relleno inválido provoca un comportamiento detectable, tienes una vulnerabilidad de oracle de relleno. El comportamiento detectable puede ser un error, una falta de resultados, o una respuesta más lenta.

Si detectas este comportamiento, puedes descifrar los datos cifrados e incluso cifrar cualquier texto en claro.

Cómo explotar

Podrías usar https://github.com/AonCyberLabs/PadBuster para explotar este tipo de vulnerabilidad o simplemente hacer

sudo apt-get install padbuster

Para probar si la cookie de un sitio es vulnerable podrías intentar:

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

La codificación 0 significa que se utiliza base64 (pero hay otras disponibles, consulta el menú de ayuda).

También podrías abusar de esta vulnerabilidad para cifrar nuevos datos. Por ejemplo, imagina que el contenido de la cookie es "user=MyUsername", entonces podrías cambiarlo a "_user=administrator_" y escalar privilegios dentro de la aplicación. También podrías hacerlo usando paduster especificando el parámetro -plaintext:

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

Si el sitio es vulnerable, padbuster intentará automáticamente encontrar cuándo ocurre el error de relleno, pero también puedes indicar el mensaje de error utilizando el parámetro -error.

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

La teoría

En resumen, puedes comenzar a descifrar los datos encriptados adivinando los valores correctos que pueden usarse para crear todos los diferentes rellenos. Luego, el ataque del oráculo de relleno comenzará a descifrar bytes desde el final hasta el inicio adivinando cuál será el valor correcto que crea un relleno de 1, 2, 3, etc.

Imagina que tienes un texto cifrado que ocupa 2 bloques formados por los bytes de E0 a E15.
Para descifrar el último bloque (E8 a E15), todo el bloque pasa por el "descifrado de cifrado de bloque" generando los bytes intermedios I0 a I15.
Finalmente, cada byte intermedio se XORea con los bytes cifrados anteriores (E0 a E7). Entonces:

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

Ahora, es posible modificar E7 hasta que C15 sea 0x01, lo que también será un relleno correcto. Entonces, en este caso: \x01 = I15 ^ E'7

Así, encontrando E'7, es posible calcular I15: I15 = 0x01 ^ E'7

Lo que nos permite calcular C15: C15 = E7 ^ I15 = E7 ^ \x01 ^ E'7

Conociendo C15, ahora es posible calcular C14, pero esta vez forzando bruscamente el relleno \x02\x02.

Este BF es tan complejo como el anterior ya que es posible calcular el E''15 cuyo valor es 0x02: E''7 = \x02 ^ I15 por lo que solo es necesario encontrar el E'14 que genera un C14 igual a 0x02.
Luego, hacer los mismos pasos para descifrar C14: C14 = E6 ^ I14 = E6 ^ \x02 ^ E''6

Sigue esta cadena hasta que descifres todo el texto cifrado.

Detección de la vulnerabilidad

Registra una cuenta e inicia sesión con ella.
Si inicias sesión muchas veces y siempre obtienes la misma cookie, probablemente haya algo incorrecto en la aplicación. La cookie enviada debería ser única cada vez que inicies sesión. Si la cookie es siempre la misma, probablemente siempre será válida y no habrá forma de invalidarla.

Ahora, si intentas modificar la cookie, puedes ver que obtienes un error de la aplicación.
Pero si fuerzas bruscamente el relleno (usando padbuster, por ejemplo) logras obtener otra cookie válida para un usuario diferente. Este escenario es altamente probablemente vulnerable a padbuster.

Referencias

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