目录
最近,发现自己做题思路比较混乱。总的来说,就是在各种方法之间很难适配到对应的题目。所以,写下这篇博客来记录这些区别。特别说明的是,这篇文章更偏向于解题,而不是讲解原理。考虑到两个点,在写下这篇博客时本人其实也才学习了近1个月的密码学,数学知识严重匮乏,不敢乱教与解析原理。其次,备战省赛在即没有充分多的时间让我去了解学习深层次的原理。所以这里只能够给出使用条件,也就是应用层面上的区分。
此外特别声明,该篇博客更多的偏向于个人学习使用,其次是帮助大家应用。再者也欢迎各位指出错误,与提出问题。本人会在能力范围内尽可能作答。
小加密指数爆破是最为简单的求解方式。几乎遇到小加密指数都可以尝试一下。因为它使用条件最为简单:加密指数小。需要注意的是,又是时候我需要分析数据特征。例如分析出flag比较短,即密文c很小时。我们可以优先直接开e次方。这一技巧出现于FSCTF中,这能帮助我们剔除混淆视听的提示--干扰信息。
- from Crypto.Util.number import *
- from secret import flag
- m = bytes_to_long(flag)
- assert m.bit_length()<150
- p = getPrime(512)
- q = getPrime(512)
- n = p*q
- e = 3
- c = pow(m, e, n)
- kbits = 103
- m = (m >> kbits) << kbits
- Mod = getPrime(2048)
- hint1 = (2019-2023*m) % Mod
- hint2 = pow(2, 2023, Mod)
- print('n =',n)
- print('c =',c)
- print('hint1 =',hint1)
- print('hint2 =',hint2)
- '''
- n = 113369575322962228640839640796005129142256499725384495463316595604047079557930666699058024217561098997292782305151595366764483672240871690818579470888054811186902762990032505953330034837625667158114251720321766235335996441613828302393569643827293040591156144187232255906107532680524431761932215860898533224303
- c = 42336544435252811021843650684098817755849747192874682997240960601474927692351510022965782272751339319782351146077580929125
- hint1 = 23620186624579054670890922956929031966199853422018331906359817627553015939570302421768667351617160816651880338639432052134891008193969801696035505565684982786461527274477933881508678074157199742425764746919878452990468268098540220237611917321213668069666526658025737487539455262610713002399515462380573732082344497124344090365729168706760425585735014513373401622860196569544933971210142724734536588173957576667830667503151362930889494877201597267000737408071228466811160470759093928003064486766171850080985758351203536462206720715743059101285822169971058423075796415932349942113371706910521251120400151508125606778268
- hint2 = 963121833542317369601573845406471251262548645428284526828835768327851746644612875378048462019053502788803516653832734212104068969204751285764221918179043624419894139984279754512017898273159626328827668380262481220865017731267802600915375183179264380651165421367773563947903391466768557089792263481734108493385146063258300495764165365295546337808852673629710735621386935094923561594142327134318905856137785813985574356271679918694447015294481691849341917432346559501502683303082591585074576786963085039546446281095048723669230856548339087909922753762884060607659880382812905450025751549153093939827557015748608
- '''
通过肉眼观察,我们也能发现 密文(c) << 模数(n)。
- import gmpy2
- from Crypto.Util.number import *
-
- n = 113369575322962228640839640796005129142256499725384495463316595604047079557930666699058024217561098997292782305151595366764483672240871690818579470888054811186902762990032505953330034837625667158114251720321766235335996441613828302393569643827293040591156144187232255906107532680524431761932215860898533224303
- c = 42336544435252811021843650684098817755849747192874682997240960601474927692351510022965782272751339319782351146077580929125
- '''
- print(n.bit_length())
- print(c.bit_length())
- n.bit_length() = 1024
- c.bit_length() = 405
- '''
-
- if (gmpy2.iroot(m, 3)[1]):
- print(gmpy2.iroot(m, 3)[0]) # m = 34852863801144743432974618956978703253885
-
- m = 34852863801144743432974618956978703253885
- print(long_to_bytes(m)) # flag{sign_1n_RSA}
实际上,有限域上的开根并不需要有小加密指数的限制。指数当指数较低的时候运算速度会快一点。
有限域上的开根条件为:e | phi,且 e | 任意因子的欧拉函数。
- from flag import flag
-
- e = 0x1337
- p = 199138677823743837339927520157607820029746574557746549094921488292877226509198315016018919385259781238148402833316033634968163276198999279327827901879426429664674358844084491830543271625147280950273934405879341438429171453002453838897458102128836690385604150324972907981960626767679153125735677417397078196059
- q = 112213695905472142415221444515326532320352429478341683352811183503269676555434601229013679319423878238944956830244386653674413411658696751173844443394608246716053086226910581400528167848306119179879115809778793093611381764939789057524575349501163689452810148280625226541609383166347879832134495444706697124741
- n = p * q
-
- assert(flag.startswith('NCTF'))
- m = int.from_bytes(flag.encode(), 'big')
- assert(m.bit_length() > 1337)
-
- c = pow(m, e, n)
- print(c)
- # 10562302690541901187975815594605242014385201583329309191736952454310803387032252007244962585846519762051885640856082157060593829013572592812958261432327975138581784360302599265408134332094134880789013207382277849503344042487389850373487656200657856862096900860792273206447552132458430989534820256156021128891296387414689693952047302604774923411425863612316726417214819110981605912408620996068520823370069362751149060142640529571400977787330956486849449005402750224992048562898004309319577192693315658275912449198365737965570035264841782399978307388920681068646219895287752359564029778568376881425070363592696751183359
首先我们能够看到 e = 0x1337 < 0x10001,算是比较小的一个加密指数。因此我们考虑一些基于小加密指数的攻击。但是因为这里 e = 0x1337 虽然算小,但是对于开方运算来说还是比较大的。因此我们不打算尝试小加密指数爆破。
因此我们似乎只能分析其他攻击路径。那么我开始尝试有限域开根(可以思考一下,为什么后续攻击也可以不在考虑范围内,这样更真实的还原了做题的情形)。
所以我们先分析是否满足我们的使用条件。如果直接满足就是脚本题了。否则就需要一些处理操作。
- e = 0x1337
- p = 199138677823743837339927520157607820029746574557746549094921488292877226509198315016018919385259781238148402833316033634968163276198999279327827901879426429664674358844084491830543271625147280950273934405879341438429171453002453838897458102128836690385604150324972907981960626767679153125735677417397078196059
- q = 112213695905472142415221444515326532320352429478341683352811183503269676555434601229013679319423878238944956830244386653674413411658696751173844443394608246716053086226910581400528167848306119179879115809778793093611381764939789057524575349501163689452810148280625226541609383166347879832134495444706697124741
- n = p * q
-
- print((p - 1)*(q - 1) % e) # 0
- print((p - 1) % e) # 0
- print((q - 1) % e) # 0
通过测试程序,我们可以确定可以使用有限域开根。因此有以下脚本。
- from gmpy2 import *
- from Crypto.Util.number import *
- import random
- import math
-
- def onemod(e, q):
- p = random.randint(1, q-1)
- while(powmod(p, (q-1)//e, q) == 1): # (r,s)=1
- p = random.randint(1, q)
- return p
-
- def AMM_rth(o, r, q): # r|(q-1
- assert((q-1) % r == 0)
- p = onemod(r, q)
-
- t = 0
- s = q-1
- while(s % r == 0):
- s = s//r
- t += 1
- k = 1
- while((s*k+1) % r != 0):
- k += 1
- alp = (s*k+1)//r
-
- a = powmod(p, r**(t-1)*s, q)
- b = powmod(o, r*a-1, q)
- c = powmod(p, s, q)
- h = 1
-
- for i in range(1, t-1):
- d = powmod(int(b), r**(t-1-i), q)
- if d == 1:
- j = 0
- else:
- j = (-math.log(d, a)) % r
- b = (b*(c**(r*j))) % q
- h = (h*c**j) % q
- c = (c*r) % q
- result = (powmod(o, alp, q)*h)
- return result
-
- def ALL_Solution(m, q, rt, cq, e):
- mp = []
- for pr in rt:
- r = (pr*m) % q
- # assert(pow(r, e, q) == cq)
- mp.append(r)
- return mp
-
-
- def calc(mp, mq, e, p, q):
- i = 1
- j = 1
- t1 = invert(q, p)
- t2 = invert(p, q)
- for mp1 in mp:
- for mq1 in mq:
- j += 1
- if j % 1000000 == 0:
- print(j)
- ans = (mp1*t1*q+mq1*t2*p) % (p*q)
- if check(ans):
- return
- return
-
-
- def check(m):
- try:
- a = long_to_bytes(m).decode('utf-8')
- if 'NCTF' in a:
- print(a)
- return True
- else:
- return False
- except:
- return False
-
-
- def ALL_ROOT2(r, q): # use function set() and .add() ensure that the generated elements are not repeated
- li = set()
- while(len(li) < r):
- p = powmod(random.randint(1, q-1), (q-1)//r, q)
- li.add(p)
- return li
-
-
- if __name__ == '__main__':
- c = 10562302690541901187975815594605242014385201583329309191736952454310803387032252007244962585846519762051885640856082157060593829013572592812958261432327975138581784360302599265408134332094134880789013207382277849503344042487389850373487656200657856862096900860792273206447552132458430989534820256156021128891296387414689693952047302604774923411425863612316726417214819110981605912408620996068520823370069362751149060142640529571400977787330956486849449005402750224992048562898004309319577192693315658275912449198365737965570035264841782399978307388920681068646219895287752359564029778568376881425070363592696751183359
- p = 199138677823743837339927520157607820029746574557746549094921488292877226509198315016018919385259781238148402833316033634968163276198999279327827901879426429664674358844084491830543271625147280950273934405879341438429171453002453838897458102128836690385604150324972907981960626767679153125735677417397078196059
- q = 112213695905472142415221444515326532320352429478341683352811183503269676555434601229013679319423878238944956830244386653674413411658696751173844443394608246716053086226910581400528167848306119179879115809778793093611381764939789057524575349501163689452810148280625226541609383166347879832134495444706697124741
- e = 0x1337
- cp = c % p
- cq = c % q
-
- mp = AMM_rth(cp, e, p)
- mq = AMM_rth(cq, e, q)
-
- rt1 = ALL_ROOT2(e, p)
- rt2 = ALL_ROOT2(e, q)
-
- amp = ALL_Solution(mp, p, rt1, cp, e)
- amq = ALL_Solution(mq, q, rt2, cq, e)
-
- calc(amp, amq, e, p, q)
基于小加密指数的CRT,基本有以下特征。e的大小就是方程组的数目。
下载附件,我们可以获取得到两个文件。其中pem可以使用openssl指令获取里面的内容。当然也可以使用其他方式例如:
- from Crypto.PublicKey import RSA
- f = open("public.pem")
- data = f.read()
- s = RSA.importKey(data)
- print(s.n)
- print(s.e)
-
- n = 23292710978670380403641273270002884747060006568046290011918413375473934024039715180540887338067
- e = 3
- f.close()
-
- f = open("flag.enc", 'rb')
- data = f.read()
- print(bytes_to_long(data))
- c = 2485360255306619684345131431867350432205477625621366642887752720125176463993839766742234027524
读取完文件后,我们已知的消息有(n, e, c), 其中我们需要求解m,那么我需要知道因子才能获取得到d,进而获取得到m。
print(n.bit_length())
#314
看到n的位数很小,因此我们可以分解n。
p = 26440615366395242196516853423447
q = 27038194053540661979045656526063
r = 32581479300404876772405716877547
接下来分析数据特征
print((p - 1) * (q - 1) * (r - 1) % e)
print((p - 1) % e)
print((q - 1) % e)
print((r - 1) % e)
在关注到e的大小为因子的数目,从模数运算角度出发,拆分是一种极其重要的思维。所以我们可以通过拆分n得到足够的方程数。所以,我们需要将CRT纳入考虑范围。除此之外,我们还应该考虑到,有且仅有(q - 1)不是e的倍数,因此还要考虑有限域开根或者说是解方程。获取得到c的e根次。
- p = 26440615366395242196516853423447
- q = 27038194053540661979045656526063
- r = 32581479300404876772405716877547
- ct = 2485360255306619684345131431867350432205477625621366642887752720125176463993839766742234027524
-
- PR.
= PolynomialRing(Zmod(p)) - f = x^3-ct
- res1 = f.roots()
- PR.
= PolynomialRing(Zmod(q)) - f = x^3-ct
- res2 = f.roots()
- PR.
= PolynomialRing(Zmod(r)) - f = x^3-ct
- res3 = f.roots()
-
- for x in res1:
- for y in res2:
- for z in res3:
- m = crt([int(x[0]),int(y[0]),int(z[0])],[int(p),int(q),int(r)])
- if b'0ctf'in long_to_bytes(m):
- print(long_to_bytes(m))
Rabin加密体系采用了二次剩余式。因此e = 2。于此同时Rabin体系也与有限域开根有不小的联系。下面我们给出一些二次剩余式子的特点,也是Rabin体系的关键。
因为Rabin体系下的因子满足: (p + 1) % 4 == 0。因此我们可以使用上述特使状态下的算法。同时我们也应该看到,这里是对因子做出了拆分。因此有一个条件就是拆分后的方程数==e的大小,因此我们应该想到使用CRT。
值得一提的是,Rabin体系的迭套,也往往基于2的指数次。
- from Crypto.Util.number import isPrime,bytes_to_long, sieve_base
- from random import choice
- from secret import flag
-
- m=bytes_to_long(flag)
- def uniPrime(bits):
- while True:
- n = 2
- while n.bit_length() < bits:
- n *= choice(sieve_base)
- if isPrime(n + 1):
- return n + 1
-
-
- p=uniPrime(512)
- q=uniPrime(512)
- n=p*q
- e= 196608
- c=pow(m,e,n)
-
- print("n=",n)
- print("c=",c)
-
- '''
- n= 3326716005321175474866311915397401254111950808705576293932345690533263108414883877530294339294274914837424580618375346509555627578734883357652996005817766370804842161603027636393776079113035745495508839749006773483720698066943577445977551268093247748313691392265332970992500440422951173889419377779135952537088733
- c= 2709336316075650177079376244796188132561250459751152184677022745551914544884517324887652368450635995644019212878543745475885906864265559139379903049221765159852922264140740839538366147411533242116915892792672736321879694956051586399594206293685750573633107354109784921229088063124404073840557026747056910514218246
- '''
首先,我们可以很直观的判断出第一层的加密是P-1光滑攻击。因此我们可以采用以下脚本。
- import gmpy2
- def Pollard(N):
- a = 2
- n = 2
- while True:
- a = pow(a, n, N)
- g = gmpy2.gcd(a - 1, N)
- if (g != 1 and g != N):
- print(g)
- break
- n += 1
-
- N= 3326716005321175474866311915397401254111950808705576293932345690533263108414883877530294339294274914837424580618375346509555627578734883357652996005817766370804842161603027636393776079113035745495508839749006773483720698066943577445977551268093247748313691392265332970992500440422951173889419377779135952537088733
- Pollard(N)
-
- '''
- 输出结果:
- p = 11104262127139631006017377403513327506789883414594983803879501935187577746510780983414313264114974863256190649020310407750155332724309172387489473534782137699
- 进而获取q:
- q = N // p
- '''
接下来,我们开始分析数据特征,首先观察到e为偶数,所以我们排除这道题的后续解密是常规的。因此,做出以下的代码分析特征
e = 196608
print(gmpy2.gcd((p - 1) * (q - 1), e))
print((p - 1) * (q - 1) % e)
print((p - 1) % e)
print((q - 1) % e)
因此我们可以判断我们不能使用有限域开根。因为GCD(e, phi(N)) 比较小,我们可以考虑视m**GCD(phi(N), e)为新单元。但是问题就在这。通过这个想法,我们发现这是一个不断嵌套的过程。于是,自然的查看e的分解数。
我们发现e = 2**16 * 3。因为我们在解密过程中发现是不断嵌套的。因此我们可以2为一次解密过程。并且使用因子拆解方程,进而使用CRT。也就是Rabin体系,以下是验证环节。如果你担心不满足情况,那么可以使用解方程的形式。
print((p + 1) % 4)
print((q + 1) % 4)
因此有以下解密脚本:
- N= 3326716005321175474866311915397401254111950808705576293932345690533263108414883877530294339294274914837424580618375346509555627578734883357652996005817766370804842161603027636393776079113035745495508839749006773483720698066943577445977551268093247748313691392265332970992500440422951173889419377779135952537088733
- #Pollard(N)
-
- p = 11104262127139631006017377403513327506789883414594983803879501935187577746510780983414313264114974863256190649020310407750155332724309172387489473534782137699
- q = N // p
-
- inv_p = primefac.modinv(p, q)
- inv_q = primefac.modinv(q, p)
- c = 2709336316075650177079376244796188132561250459751152184677022745551914544884517324887652368450635995644019212878543745475885906864265559139379903049221765159852922264140740839538366147411533242116915892792672736321879694956051586399594206293685750573633107354109784921229088063124404073840557026747056910514218246
- cs = [c]
- for i in range(16):
- ps = []
- for c in cs:
- r = pow(c, (p + 1) // 4, p)
- s = pow(c, (q + 1) // 4, q)
- x = (r*inv_q*q + s * inv_p * p) % N
- y = (r*inv_q*q - s * inv_p * p) % N
- if x not in ps:
- ps.append(x)
- if N - x not in ps:
- ps.append(N - x)
- if y not in ps:
- ps.append(y)
- if N - y not in ps:
- ps.append(N - y)
- cs = ps #嵌套
-
- #最后求解出来的是m**3而不是m。请看e的分解
- for m in ps:
- flag = long_to_bytes(gmpy2.iroot(m, 3)[0])
- print(flag)
如果你没有验证Rabin体制下的特殊性。你可以使用解方程来反复求解出根。这里只是验证发现满足特殊情况,从而使用特殊情况算法来求解根。