异或加密文件KEY的逆向分析方法

前言

本文详细讲解如何通过已知文件格式特征逆向推导出异或(XOR)加密的KEY，并以两个CTF题目(eZ_Steg0和Just_F0r3n51Cs)为例进行实战演示。异或加密是一种常见的简单加密方式，其特点是加密文件 XOR KEY = 原始文件。

基本原理

异或加密的核心特性：

• 可逆性：A XOR B XOR B = A
• 对称性：A XOR B = C 则 C XOR B = A 且 C XOR A = B

在文件加密中：

原始文件 XOR KEY = 加密文件
加密文件 XOR KEY = 原始文件
加密文件 XOR 原始文件 = KEY

方法一：利用已知文件头结构

步骤概述

1. 确定原始文件的类型和固定文件头结构
2. 获取加密文件的大小信息
3. 构建原始文件的预期头部结构
4. 通过异或操作推导KEY
5. 使用推导出的KEY解密整个文件

案例一：eZ_Steg0 (WAV音频文件)

已知条件：

• 加密文件是WAV音频
• WAV文件有固定文件头结构

详细步骤：

1. 分析WAV文件头结构：

   • 前4字节：52 49 46 46 ("RIFF")
   • 4-8字节：文件大小(小端序)
   • 8-16字节：57 41 56 45 66 6D 74 20 ("WAVEfmt ")

2. 获取加密文件大小：

   • 文件大小：2293236字节
   • 十六进制：0x22FDF4
   • 小端序表示：F4 FD 22 00

3. 构建预期WAV文件头：

   52 49 46 46 F4 FD 22 00 57 41 56 45 66 6D 74 20
   

4. 提取加密文件前16字节：

   • 假设为A1 B2 C3 D4 E5 F6 07 18 29 3A 4B 5C 6D 7E 8F 90

5. 计算KEY：

   KEY = 加密文件头 XOR 预期WAV文件头
   

6. 实际解题过程：

   • 使用工具(如010 Editor或Python脚本)进行异或
   • 发现KEY为sSeCre7KeY?!!@$
   • 使用此KEY解密整个文件获得flag.wav

案例二：Just_F0r3n51Cs (PNG图像文件)

已知条件：

• 加密文件是PNG图像
• PNG有固定文件头结构

详细步骤：

1. 分析PNG文件头结构：

   89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A 00 00 00 0D 49 48 44 52
   

2. 提取加密文件前16字节

3. 计算KEY：

   KEY = 加密文件头 XOR PNG标准文件头
   

4. 实际解题过程：

   • 发现KEY为GCcup_wAngwaNg!!
   • 使用此KEY解密整个文件获得flag4.png

方法二：已知明文攻击

当知道部分明文内容时，可以通过以下方式获取KEY：

1. 定位加密文件中对应明文的位置
2. 计算：KEY = 加密内容 XOR 已知明文
3. 如果KEY长度小于加密内容，KEY可能会重复使用(循环异或)

实用工具与技术

常用工具

1. 010 Editor：

   • 强大的二进制文件分析器
   • 支持模板解析文件结构
   • 内置计算器可进行异或操作

2. CyberChef：

   • 在线数据处理工具
   • 支持多种编码和加密操作
   • 包含XOR功能

3. Python脚本：

   def xor_files(file1, file2, output):
       with open(file1, 'rb') as f1, open(file2, 'rb') as f2:
           with open(output, 'wb') as out:
               out.write(bytes(a ^ b for a, b in zip(f1.read(), f2.read())))
   

自动化脚本示例

import binascii

def xor_with_key(data, key):
    key_len = len(key)
    return bytes([data[i] ^ key[i % key_len] for i in range(len(data))])

# 已知文件头
wav_header = binascii.unhexlify('52494646f4fd220057415645666D7420')

# 读取加密文件前16字节
with open('flag', 'rb') as f:
    encrypted_header = f.read(16)

# 计算KEY
key = bytes([encrypted_header[i] ^ wav_header[i] for i in range(16)])
print("Potential KEY:", key.decode('utf-8', errors='ignore'))

注意事项

1. 字节序问题：

   • 文件大小等数值字段可能有大小端序区别
   • 需要确认目标平台的字节序

2. KEY长度：

   • KEY可能是固定长度或与文件等长
   • 短KEY通常会循环使用

3. 编码问题：

   • KEY可能是ASCII或Unicode编码
   • 尝试不同编码方式解码结果

4. 文件结构验证：

   • 解密后验证文件结构是否正确
   • 检查文件魔术数字和校验值

总结

通过利用文件格式的固定结构特征，我们可以有效地逆向推导出异或加密的KEY。关键在于：

1. 准确识别文件类型及其固定结构
2. 正确处理数值字段的字节序
3. 系统性地验证推导出的KEY
4. 使用工具自动化处理过程

这种方法不仅适用于CTF比赛，在数字取证和逆向工程领域也有广泛应用。