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Padding Oracle

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CBC - Cipher Block Chaining

No modo CBC, o bloco criptografado anterior é usado como IV para XOR com o próximo bloco:

https://defuse.ca/images/cbc_encryption.png

Para descriptografar CBC, as operações opostas são realizadas:

https://defuse.ca/images/cbc_decryption.png

Observe como é necessário usar uma chave de criptografia e um IV.

Message Padding

Como a criptografia é realizada em blocos de tamanho fixo, o padding geralmente é necessário no último bloco para completar seu comprimento.
Normalmente, o PKCS7 é usado, que gera um padding repetindo o número de bytes necessários para completar o bloco. Por exemplo, se o último bloco estiver faltando 3 bytes, o padding será \x03\x03\x03.

Vamos olhar mais exemplos com 2 blocos de comprimento 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 como no último exemplo o último bloco estava cheio, então outro foi gerado apenas com padding.

Padding Oracle

Quando uma aplicação descriptografa dados criptografados, ela primeiro descriptografa os dados; então, remove o padding. Durante a limpeza do padding, se um padding inválido acionar um comportamento detectável, você tem uma vulnerabilidade de padding oracle. O comportamento detectável pode ser um erro, uma falta de resultados ou uma resposta mais lenta.

Se você detectar esse comportamento, pode descriptografar os dados criptografados e até mesmo criptografar qualquer texto claro.

Como explorar

Você pode usar https://github.com/AonCyberLabs/PadBuster para explorar esse tipo de vulnerabilidade ou apenas fazer

sudo apt-get install padbuster

Para testar se o cookie de um site é vulnerável, você poderia tentar:

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

Encoding 0 significa que base64 é usado (mas outros estão disponíveis, verifique o menu de ajuda).

Você também poderia abusar dessa vulnerabilidade para criptografar novos dados. Por exemplo, imagine que o conteúdo do cookie é "user=MyUsername", então você pode alterá-lo para "_user=administrator_" e escalar privilégios dentro da aplicação. Você também poderia fazer isso usando paduster especificando o parâmetro -plaintext:

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

Se o site for vulnerável, padbuster tentará automaticamente descobrir quando o erro de padding ocorre, mas você também pode indicar a mensagem de erro usando o parâmetro -error.

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

A teoria

Em resumo, você pode começar a descriptografar os dados criptografados adivinhando os valores corretos que podem ser usados para criar todos os diferentes paddings. Então, o ataque de padding oracle começará a descriptografar bytes do final para o início, adivinhando qual será o valor correto que cria um padding de 1, 2, 3, etc.

Imagine que você tem algum texto criptografado que ocupa 2 blocos formados pelos bytes de E0 a E15.
Para descriptografar o último bloco (E8 a E15), todo o bloco passa pela "descriptografia de bloco" gerando os bytes intermediários I0 a I15.
Finalmente, cada byte intermediário é XORed com os bytes criptografados anteriores (E0 a E7). Então:

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

Agora, é possível modificar E7 até que C15 seja 0x01, o que também será um padding correto. Então, neste caso: \x01 = I15 ^ E'7

Assim, encontrando E'7, é possível calcular I15: I15 = 0x01 ^ E'7

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

Sabendo C15, agora é possível calcular C14, mas desta vez forçando o padding \x02\x02.

Esse BF é tão complexo quanto o anterior, pois é possível calcular o E''15 cujo valor é 0x02: E''7 = \x02 ^ I15, então só é necessário encontrar o E'14 que gera um C14 igual a 0x02.
Então, faça os mesmos passos para descriptografar C14: C14 = E6 ^ I14 = E6 ^ \x02 ^ E''6

Siga essa cadeia até que você descriptografe todo o texto criptografado.

Detecção da vulnerabilidade

Registre e crie uma conta e faça login com essa conta.
Se você fizer login muitas vezes e sempre receber o mesmo cookie, provavelmente há algo errado na aplicação. O cookie enviado de volta deve ser único cada vez que você faz login. Se o cookie é sempre o mesmo, provavelmente sempre será válido e não haverá como invalidá-lo.

Agora, se você tentar modificar o cookie, pode ver que recebe um erro da aplicação.
Mas se você BF o padding (usando padbuster, por exemplo), consegue obter outro cookie válido para um usuário diferente. Esse cenário é altamente provável de ser vulnerável ao padbuster.

Referências

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