writeup

DEFCON 2023 Quals - kkkkklik

11 Jun 2023

오래간만에 데프콘 CTF 온라인 예선에 참가했다. 문제가 정말 다양하게 나왔는데 ChatGPT를 활용한 문제도 있었고 Torque3D라는 게임엔진에 대한 문제도 있었다. 모든 문제는 깃헙에 소스코드가 공개돼있어 언제든 살펴볼 수 있다 (https://github.com/Nautilus-Institute/quals-2023).

내가 해결했던 kkkkklik은 윈도우즈 리버싱 문제인데, 바이너리 리버싱을 몇 년만에 해 보는지라 쉬운 문제임에도 하루 종일 걸렸지만 옛날 생각(?)이 나서 개인적으로 즐거웠다.

The click handler

kkkkklik.exe 프로그램을 구동하면 작은 창이 하나 뜨는데 특별히 입력창도 없고 클릭해도 반응이 없다. 그래서 바로 바이너리 분석을 시작했다.

GUI 프로그램이라서 main함수에서 따라가는 방식이 아니라 이벤트 핸들러를 발견하는 방식으로 분석해야 한다. 크고 작은 함수들 중에서 한 함수 안을 보면 수상하게 1337이라는 숫자가 있다. x32dbg에서 함수에 브레이크포인트를 걸어보면 GUI 창을 클릭했을 때 불리는 클릭 핸들러라는 점을 알 수 있다. 클릭 핸들러는 커다란 switch-case를 기준으로 세 부분으로 나뉘어있다.

klik_gui.png

  • case 1337
    • rtcInputBox("Please provide an encryption key:") 로 encryption key를 입력받는다
    • 입력받은 encryption key로 flag{this_is_a_fake_flag_find_the_real_one!} 를 암호화한다
    • 암호문을 base64 인코딩해서 rtcMsgBox("Encrypted result: ...") 로 보여준다.
  • case 133337
    • 알 수 없는 여러 숫자들을 가지고 외부 라이브러리 API를 호출한다
  • case 1333337
    • rtcMsgBox("Decrypt it to get your flag: jEJclmCsLkox48h7uChks6p/+Lo6XHquEPBbOJzC3+0Witqh+5EZ2D7Ed7KiAbJq") 를 출력한다.

실제로 해당 case문을 실행하기 위해서 x32dbg에서 분기문을 패치한 다음 GUI를 클릭하는 방법으로 디버깅했다.

풀이 과정은 다음과 같다. 먼저 case 1337에 있는 루틴을 분석해 암호화 알고리즘을 밝혀낸다. 내가 입력한 키로 데이터를 암호화해주므로 알고리즘을 이해하는 데 도움을 받을 수 있다. 그 다음 복호화 알고리즘을 코딩한다. 마지막으로 프로그램이 요구하는 암호문을 복호화하면 될 것이다.

Recreating the encryption

암호화 알고리즘을 분석하고 암호화 과정을 코드로 재현해서 내가 맞게 이해했는지 확인했다. 잔실수를 많이 해서 이 부분에서 가장 오랜 시간이 걸렸다.

Key scheduling과 Feistel round로 구성된 블록암호로 보이는데, key scheduling 과정에서는 임의 길이의 키를 받아서 각각 72B와 4096B짜리 테이블을 수정하고, Feistel round에서는 16라운드동안 8바이트 블록을 암호화한다. 디버거를 썼더니 대체로 분석이 어렵진 않았지만 딱 한가지 애를 먹은 부분이 있었다.

int sub_783A40(int a1) {
  if ( !dword_791038 )
  {
    dword_791038 = 0x424448B;
    dword_79103C = 0x8245C8B;
    dword_791040 = 0x539FB81;
    dword_791044 = 0xF0750000;
    dword_791048 = 0x18293566;
    dword_79104C = 0x70000035;
    dword_791050 = 0x10C2CC;
  }
  v1 = VarPtr(&dword_791038);
  v2 = do_CallWindowProcW_77C2C4(v1, a1, 1337, 0, 0);
  _vbaSetSystemError(v3, v4, v5, v6, v7);
  return v2;
}

데이터 영역에 코드를 쓰고 CallWindowProcW로 호출하는 트릭인데, 디스어셈블하면 고정된 상수로 xor하는 짧은 코드가 된다.

0:  8b 44 24 04             mov    eax,DWORD PTR [esp+0x4]
4:  8b 5c 24 08             mov    ebx,DWORD PTR [esp+0x8]
8:  81 fb 39 05 00 00       cmp    ebx,0x539
e:  75 f0                   jne    0x0
10: 66 35 29 18             xor    ax,0x1829
14: 35 00 00 70 cc          xor    eax,0xcc700000
19: c2 10 00                ret    0x10

Feistel round 부분은 상술한 xor이 귀찮게 곳곳에 들어있는 것 빼고는 평범한 모양이었다.

klik_cipher.png

파이썬으로 암호화 알고리즘을 똑같이 구현한 다음 프로그램이 출력해준 값과 일치하는지 확인했다.

Finding the decryption key

이제 복호화 키를 찾아야 하는데, 클릭 핸들러에서 분석을 미루었던 case 133337에 키가 있어야만 할 것 같았다. 그러나 이 부분을 실행해도 아무 일도 일어나지 않았고, 무슨 내용인지 파악이 안됐다.

디버깅을 통해 비주얼 베이직 dll을 호출한다는 점을 발견했고, msvbvm60.dll과 msvbvm60.pdb 파일을 다운받아서 (https://chentiangemalc.wordpress.com/2023/01/20/visual-basic-6-debugging-symbols-pdbs/) 다시 디버깅했더니 imethLINE() 함수를 호출한다는 것을 확인했다. float 좌표를 받아서 선을 그리는 함수같다.

klik_dll.png

바이너리 상에 나오는 0x4485C000같은 int32들을 float32로 변환한 다음에 (x1,y1,x2,y2) 좌표로 해석하고 그리면 된다. 뭘로 그릴까 하다가 HTML5 Canvas 샘플코드(https://www.javascripttutorial.net/web-apis/javascript-draw-line/)를 고쳐서 얼른 그려보았다. 8글자의 암호화 키가 나왔다.

klik_dll.png

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>JavaScript - Drawing a Line</title>
    <link rel="stylesheet" href="css/style.css">
</head>
<body>
    <h1>JavaScript - Drawing a Line</h1>
    <canvas id="canvas" height="400" width="500">
    </canvas>
<script>
function line(ctx, x1, y1, x2, y2) {
    ctx.beginPath(); ctx.moveTo(x1, y1); ctx.lineTo(x2, y2); ctx.stroke();
}

function draw() {
    const canvas = document.querySelector('#canvas');
    if (!canvas.getContext) {
        return;
    }
    const ctx = canvas.getContext('2d');

    // set line stroke and line width
    ctx.strokeStyle = 'red';
    ctx.lineWidth = 5;

    // draw a red line
  line(ctx, 40, 40,  30, 70);
  line(ctx, 40, 40,  50, 70);
  line(ctx, 35, 55,  45, 55);
  line(ctx, 60, 40,  60, 70);
  line(ctx, 60, 55,  80, 40);
  line(ctx, 60, 55,  80, 70);
  line(ctx, 95, 40,  85, 70);
  line(ctx, 95, 40, 105, 70);
  line(ctx, 90, 55, 100, 55);
  line(ctx,115, 70, 120, 40);
  line(ctx,120, 40, 125, 70);
  line(ctx,125, 70, 130, 40);
  line(ctx,130, 40, 135, 70);
  line(ctx,155, 40, 155, 70);
  line(ctx,152, 43, 155, 40);
  line(ctx,150, 70, 160, 70);
  line(ctx,180, 40, 200, 47);
  line(ctx,200, 47, 180, 54);
  line(ctx,180, 54, 200, 61);
  line(ctx,200, 61, 180, 70);
  line(ctx,210, 40, 230, 47);
  line(ctx,230, 47, 210, 54);
  line(ctx,210, 54, 230, 61);
  line(ctx,230, 61, 210, 70);
  line(ctx,240, 40, 260, 40);
  line(ctx,260, 40, 240, 70);
}
draw();
</script>
</body>
</html>

Decryption algorithm

Feistel round 부분을 역순으로 계산하면 어렵지 않게 복호화 알고리즘을 완성할 수 있다.

#!/usr/bin/env python3
import base64
import binascii
import struct

def stringify(arr):
    return ''.join(map(chr, arr))

def hexlify(arr):
    return binascii.hexlify(bytes(arr))

def hexnums(nums):
    return ' '.join(map(lambda n: "%08x" % n, nums))

def unhex(dump):
    return list(binascii.unhexlify(dump.replace('\n','').replace(' ','')))

def readnums(arr):
    assert len(arr) % 4 == 0
    L = len(arr)//4
    nums = [0]*L
    for i in range(L):
        nums[i] = struct.unpack("<I", bytes(arr[i*4 : i*4+4]))[0]
    return nums

def readnumsBE(arr):
    assert len(arr) % 4 == 0
    L = len(arr)//4
    nums = [0]*L
    for i in range(L):
        nums[i] = struct.unpack(">I", bytes(arr[i*4 : i*4+4]))[0]
    return nums


def writenums(nums):
    arr = b''
    for num in nums:
        arr += struct.pack("<I", num)
    return arr

T1024 = unhex('''
8F13411DC0680A8741424D251ED649F685ADAF546D31C379DE58F158E6ED8A1FF26A8DE307110517353E3C3A1E6FB2679EC76A1C0A3E69081D3119583235B596
C4B7917499BE1E61DE38658DB77FC090BF6656A654C7D785DECC72BA6B2FD3836C880C7691789E5007738470693FF21FB0675C3D4FAA9D434118D2189783CC55
6E81D1E85894DA20583C7818B4966119DE74E17FD60FEAA543EC50FF3C6B7F73CBEA71C4454A149A9ECCC78F57045D1A3FE4FE49C886C10E8679709C52DC700B
F13819AF8C1A46D507EE49D24203FC7B405627BD005479B96F5D545B6C88D1ED8AE62868690B296C5D5751D897A91E7E5725E338172268286990FB739D7646A6
A66CE5C1B38024F334E4E58106B3389B71AEFEBE4C8532978689C55A5076E47071D5FBBDFFFCFFA7FAC584BCFB6ED30AC752654EFF2787556C37D0AAE1DA39A9
34BC24B72E84A26DC511CC73C7E07F9F9C412A0EDC289823AC8FCDCF54C6FD8A10CD4050CF205D81F975DCB3341203193A7882E6E845553C2D9DBBFDEF55A080
0AA8A109AF38AD809A3F9B5AF2A349E5D99D10E40FF3004868218D99795ECA6531613106EFF1F2AFCF5F5516C13EE560C620AB7477D46ECEB312BA672DFB2E72
99C40942167318C50C6020E4D9CD8A6D27004AACE0F7CAF2DD31749FB3495DA6A216EEA03D00E7F0F39E5CC6CB949FAF17926E7C88681AA7D275C6250BF6F656
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DA3D252A359C77F28BE64F839379B04FBDB3256675B6AEB3A5B5F724647299574B80389BC55C0D422FF8FC79790D9543690C98AF91EA669B9FCE84B6FF431476
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B1258ADC1B42188C6F9B8D1D03DB49CF919B51319AAC5AF09907483A4E2EE10A45AD8C86FCF1EEFD2DB635BB5529894172CBA1E1DEA0510CE5E4461B6633C12C
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F3EAAD2DB3904734974FD0BB053AE7731A66BB685E35935B0DB6987103E496D9680B8BAE768B9DDDB05A369958E4E1C3C1DE9402A80A18DA483628730C0DE457
F3D25023009045C2A6EC2882488B9536285407FAFF07960B8BE5AD3EC284C602D7860E1C88C7AE5A11F70438707CD80E9D0781E7B0A228B4EBA5F94BF8B0CADE
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F9C9FE1CC212C301483E9BB627769C2CC93DB7637D285E9FADC76D4712C3E8DA06434C42CD50A94350161A4897B8E8809E8C05420129CCA1CB8D2F5D4DF108FE
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313A5FE39FFA9E899F010F7BA48745135E0F7E72C3B3DA6F20C4D92C0737E957D73505263C571C1788115DAA6E777B2A88077247F957BB361A5E420834E993C3
26D4D0296BEC320B2B072A247DC23C29C16C1F799CA31A23A5A680C5B8C0AAD2FFEBDCD434233FA90CB8E986E6611202B0FAF9022C39BD8D39E61ED146664E01
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4C38DD2AEA3C65B32846619C4B998060AFE2C5BBBB6CBBA5D39B766B9CF30596DC5A240B2292F48BEDAD726CBE2E66A2E62DED37ACAAE29A0EC896C1E56BA244
25B7BD2729A72BC50E948856BB7AE61289914EB7B4506961689E4FBBF951C94DFA03311A5DA912D82F54100F3288208060666E622916F2EF9C1ED8AD3D4EB6BD
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B22E14E8BBE802FFFE8696DDD44BDA0537A1793C6866E3414AF248EF2917D8AE34891399D8F42F1ABDC5B29FCBA7557783BEAF95F22352A01D0EB20EDFCACDF9
A05BB1B4702FAEB07FF6BB772C7162BD564B2A15496C9E07F7AECC5C0B1A747E8B430DEC8EEAF58C88658C2755D7BB7AECA195CE472A07025F05290202840601
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E335377F83BF1965766A934AB538487663B164B7EB1E7C0990853DBE5FD6363B7B1821D7D5B374969D43B1D6ECB9DFBB3C312356F5D27B4CD5A0EE1F497805EC
164F7F1A07623452514D242167E6BB49CDDEEB70AD2C350F9CBD8CC4F19598465FBC10E72C7FA531FA644D1499E1DAB6296C964DE0866EC2ED17DD8157B28980
9C77CAC4FAC3031777F720D275DA38D536F16B9BE49025DCD1FE117DA5928BCE42F4E63E50C22FABF00CF56ECD72B3CD3CC17DE6695B172F150B21A0D0F99B1A
087D137A4C2CB409CEDFA5A340E0A45C9FE1C92BF1204EBDED56919A89C62C6A071D4433B7E058F1E7A75AFA043D79F34D4EF50909E71D3D1ED0B611B6FE780E
7435C09FCE394ED91D2AEA1B1B793E7B8897EF656325C0433B9A135E72FA0702B05FCAC40287932AA7E27EABCAC7FF9B431FF5A2DEB5F317C918108CCF6AB3F6
ABABABABABABABAB0000000000000000''')[:4096]
N256 = readnums(T1024)

T18 = unhex('''
A1 72 4F E8 FA 10 D3 49 07 92 69 DF 6D 6B 00 CF
0B 20 79 68 F9 29 EF E5 B1 E2 5E C4 A0 74 3E 20
CF 39 58 89 5E 0B A0 F4 E6 7E 24 72 45 14 99 F8
9E 31 DC 0C F4 48 0C 05 9C CD F4 F3 3E 11 37 79
F0 CD 66 5E 32 E3 09 45''')[:18*4]

ENC = list(base64.b64decode('''
VBlspNcGguJ7NRfoYHEeC3/U/bFq6cAZR2NYB3vrOfQKM7/SOqzlng==
'''))

FLAGENC = list(base64.b64decode('''
jEJclmCsLkox48h7uChks6p/+Lo6XHquEPBbOJzC3+0Witqh+5EZ2D7Ed7KiAbJq
'''))

def sxor_key(buf, key): # first part of 783ca0
    longkey = list(key*100)
    for i in range(0, len(longkey), 4):
        longkey[i:i+4] = longkey[i:i+4][::-1]

    out = [0]*len(buf)
    for i in range(len(buf)):
        out[i] = buf[i] ^ longkey[i]
    return out

def xorconst(n): # 783a40. jump to dynamic assembly at 791038
    return n ^ 0xcc701829

def box(n): # 783ac0
    a = (n >> 24) & 0xff
    b = (n >> 16) & 0xff
    c = (n >>  8) & 0xff
    d = (n     ) & 0xff

    aa = xorconst(N256[4*a+0]) # 1fe6b4ec
    bb = xorconst(N256[4*b+1])
    cc = xorconst(N256[4*c+2])
    dd = xorconst(N256[4*d+3])

    y = (aa + bb) & 0xffffffff
    y = y ^ cc
    y = (y + dd) & 0xffffffff
    return y

def round(keysched,L,R): # 783bc0
    for i in range(16):
        L ^= xorconst(keysched[i])
        v4 = box(L)
        v5 = L
        L = v4 ^ R
        R = v5

    oL, oR = L, R
    R = oL ^ xorconst(keysched[16])
    L = oR ^ xorconst(keysched[17])
    return L,R

def unround(keysched,L,R):
    L16, R16 = L, R
    nL = R16 ^ xorconst(keysched[16])
    nR = L16 ^ xorconst(keysched[17])

    for i in range(15,-1,-1):
        oL = nR ^ xorconst(keysched[i])
        b = box(oL ^ xorconst(keysched[i]))
        oR = nL ^ b
        nL, nR = oL, oR
    return oL, oR

def decrypt():
    key = b"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
    key = b"AKAM1337"
    keyxor = sxor_key(T18, key)
    keysched = readnums(keyxor)

    L, R = 0, 0
    for i in range(0, 18, 2):
        L, R = round(keysched, L, R)
        keysched[i] = xorconst(L)
        keysched[i+1] = xorconst(R)

    for j in range(4):
        for k in range(0,256,2):
            L, R = round(keysched, L, R)
            N256[j + 4*k] = xorconst(L)
            N256[j + 4*(k+1)] = xorconst(R)

    print(hexlify(FLAGENC))
    blocks = readnumsBE(FLAGENC)

    output = b''
    while len(blocks):
        L, R = blocks[:2]
        blocks = blocks[2:]

        L, R = unround(keysched, L, R)
        output += writenums([R,L])[::-1]
    print(output)

decrypt()

플래그를 얻었다.

flag{vb6_and_blowfish_fun_from_the_old_days}

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