md5(unix)原理分析

phith0n

Nov 07, 2015, 5:22 PM

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网络安全

hashcat, 密文破解

看到t00ls上有同学在问这个问题: https://www.t00ls.net/thread-31914-1-1.html

里面有说到通过注入拿到网站的密码，加密方式是md5(unix)，破解不了于是很尴尬。我们通过他文中给出的hash入手，来分析一下unix(md5)的原理与破解方法。

目标hash：$1$Dx1bONFt$Hsrx102ek28d03B5dqgAv/

实际上，我们要先明白一点。无论是何种哈希，说到底是摘要算法，是将任意长度的任意字节对应成固定长度的一段字节。
这段摘要字节因为包含很多不易显示的字符，所以人们通常使用hex或者base64等类似方法将它转换成可见字符显示出来。
所以这个hash也一样，我们用$将hash切割成三部分：”1“、”Dx1bONFt“、”Hsrx102ek28d03B5dqgAv/“ ，给这三部分分别起个名字：magic、salt、password。
其中password实际上就是哈希完成后的字符串，再通过类似base64的算法转换成了可见字符串。

Magic

magic是表明这一段哈希是通过什么算法得到的，对应关系如下：

$0 = DES
$1 = MD5
$2a(2y) = Blowfish
$5 = SHA-256
$6 = SHA-512

目标hash的magic==1，说明是md5加密。
当然内部实现不会是单纯单次md5，但总体来说是以MD5为hash函数，通过多次计算得到的最终值。

类似，这个是sha-256的哈希(明文 admin)：
$5$DnnkiE71Scb5$lHT.SBfgQKoiTi8cF.cbuxlZ9ZBVFG8CGDxh8CpgPe8
这个是sha-512的哈希(明文 admin)：
$6$I7iRFjXdW9rZA2$/4WJ35KCqtrfc3BFmoargIm8WiKhY5cSBuJIb7ItjO0I7Dj99ZVIPZ3fgKvxaDgZqrWNWwL5aSVwQUkd8D7LT0

对比发现，magic值确实不同。除了通过magic来判断密文的加密方式以外，通过哈希的长度也可以判断。比如原哈希Hsrx102ek28d03B5dqgAv/，我们可以用以下代码来看看其长度:

php -r "echo strlen(base64_decode('Hsrx102ek28d03B5dqgAv/'));"

可见结果为16，正是md5的摘要的长度（hex后长度为32），这样也能佐证这个哈希的加密方式为md5。

Salt

salt是此次哈希的盐值，长度是8位，超过8的后面的位数将不影响哈希的结果。
在正常情况下，进行加密的时候，这个盐值是随机字符串，所以说其实这个哈希：
$1$Dx1bONFt$Hsrx102ek28d03B5dqgAv/
我们可以类比为
1ecaf1d74d9e936f1dd3707976a800bf:Dx1bONFt

这个值1ecaf1d74d9e936f1dd3707976a800bf也不是我胡编的，是将原hash用base64解码后再转换为hex得到的。
而实际上原hash并不是base64编码，只是用类似base64编码的一种算法。这里用base64举例，具体算法后面会讲到

所以很多同学一看到$1$xxx$abcdef这样的密码就懵逼了，其实完全不必，你可就把他理解为abcdef:xxx。

Password

password就是加密完成后得到的hash。
我这里给出其php实现的具体算法：

<?php
namespace Md5Crypt;
class Md5Crypt 
{
    static public $itoa64 = './0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz'; 
            // [a-zA-Z0-9./]

    static protected function to64($v, $n) 
    {
        $itoa64 = self::$itoa64;
        $ret = '';

        while(--$n >= 0) {
            $ret .= $itoa64{$v & 0x3f};   
            $v = $v >> 6;
        }
        return $ret;
    }

    static public function apache($pw, $salt = NULL) 
    {
        $Magic = '$apr1$';

        return self::unix($pw, $salt, $Magic);
    }

    static public function unix($pw, $salt = NULL, $Magic = '$1$') 
    {
        $itoa64 = self::$itoa64;

        if($salt !== NULL) {
            // Take care of the magic string if present
            if(substr($salt, 0, strlen($Magic)) == $Magic) {
                $salt = substr($salt, strlen($Magic), strlen($salt));
            }
            // Salt can have up to 8 characters
            $parts = explode('$', $salt, 1);
            $salt = substr($parts[0], 0, 8);
        } else {
            $salt = '';
            mt_srand((double)(microtime() * 10000000));

            while(strlen($salt) < 8) {
                $salt .= $itoa64{mt_rand(0, strlen($itoa64)-1)};
            }
        }

        $ctx = $pw . $Magic . $salt;

        $final = pack('H*', md5($pw . $salt . $pw));

        for ($pl = strlen($pw); $pl > 0; $pl -= 16) {
           $ctx .= substr($final, 0, ($pl > 16) ? 16 : $pl);
        }

        // Now the 'weird' xform
        for($i = strlen($pw); $i; $i >>= 1) {   
            if($i & 1) {                // This comes from the original version,
                $ctx .= pack("C", 0);   // where a memset() is done to $final
            } else {                    // before this loop
                $ctx .= $pw{0};
            }
        }

        $final = pack('H*', md5($ctx)); // The following is supposed to make
                                        // things run slower

        for($i = 0; $i < 1000; $i++) {
            $ctx1 = '';
            if($i & 1) {
                $ctx1 .= $pw;
            } else {
                $ctx1 .= substr($final, 0, 16);
            }
            if($i % 3) {
                $ctx1 .= $salt;
            }
            if($i % 7) {
                $ctx1 .= $pw;
            }
            if($i & 1) {
                $ctx1 .= substr($final, 0, 16);
            } else {
                $ctx1 .= $pw;
            }
            $final = pack('H*', md5($ctx1));
        }

        // Final xform
        $passwd = '';
        $passwd .= self::to64((intval(ord($final{0})) << 16)
                        |(intval(ord($final{6})) << 8)
                        |(intval(ord($final{12}))),4);
        $passwd .= self::to64((intval(ord($final{1})) << 16)
                        |(intval(ord($final{7})) << 8)
                        |(intval(ord($final{13}))), 4);
        $passwd .= self::to64((intval(ord($final{2})) << 16)
                        |(intval(ord($final{8})) << 8)
                        |(intval(ord($final{14}))), 4);
        $passwd .= self::to64((intval(ord($final{3})) << 16)
                        |(intval(ord($final{9})) << 8)
                        |(intval(ord($final{15}))), 4);
        $passwd .= self::to64((intval(ord($final{4}) << 16)
                        |(intval(ord($final{10})) << 8)
                        |(intval(ord($final{5})))), 4);
        $passwd .= self::to64((intval(ord($final{11}))), 2);

        // Return the final string
        return $Magic . $salt . '$' . $passwd;
    }
}

我们可以如下调用这个类，获得elon11:Dx1bONFt的哈希：

<?php
include_once("php-crypt-md5/library/Md5Crypt/Md5Crypt.php");

$password = "elon11";
$salt = "Dx1bONFt";

echo \Md5Crypt\Md5Crypt::unix($password, $salt);

得到的结果其实就是最开始给出的目标哈希 $1$Dx1bONFt$Hsrx102ek28d03B5dqgAv/：

分析一下这个类，你会发现实际上它的核心算法是1002次循环md5，中间再进行一些截断、移位等过程。
在密码学中，对于防范哈希暴力破解的一种方式就是“密钥延伸”，简单来说就是利用多次hash计算，来延长暴力破解hash的时间，比如这里的1002次md5，就等于将单次md5破解时间延长了1002倍。
然而，在当今的计算机速度下，1002次md5，其实速度也是秒速。我用hashcat尝试破解上述hash，

7510个字典，仅用1秒不到跑完，速度为18.28k/s。
相对的，现代linux系统使用的hash方法为SHA-512(Unix)，算法核心为sha512，我们可以通过cat /etc/shadow来获得之，通过hashcat来跑：

速度明显降下来了，只有656 words/s
前两天爆出的Joomla注入，获取到的hash值使用的加密方法是Bcrypt + Blowfish 。我们可以利用如下命令来跑这个密码：

hashcat --hash-type=3200 --attack-mode=0 joomla.txt less.dict

可见，速度已经降到45 words/s了，7510个密码的字典需要跑2分半才能全部跑完。足以见得joomla密码的安全性。
不过，这却不是最慢的，Minos(https://github.com/phith0n/Minos) 使用的也是Bcrypt + Blowfish，但我将其cost设置为12。
cost在Blowfish算法中就是延缓其速度，增加破解难度的选项，如果将cost设置为12，生成的hash，破解起来速度可以降到10 words/s:

基本达到这样的速度，就可以满足安全需求了。这样的话，即使黑客拿到密码的hash，跑一万个密码的字典需要用16分钟，极大地增加了密码碰撞的难度。

开发与渗透中如何生成hash

那么，这些hash是怎么生成的呢？
我用php举例说明。
生成一个普通的unix(md5)，直接用上面给出的源码即可。当然php也有自带的方法可以办到：

echo crypt("admin", '$1$12345678');

生成一个sha512(unix)

echo crypt("admin", '$6$12345678');

生成一个bcrypt+blowfish(cost=10默认)(joomla的加密方式)

echo password_hash("123123", CRYPT_BLOWFISH);

生成一个bcrypt+blowfish(cost=12)(minos的加密方式)

echo password_hash("123123", CRYPT_BLOWFISH, ["cost" => 12]);

在渗透过程中，我们也可以直接用工具生成这类密码。比如htpasswd工具，以下是生成密码的一些方法：

md5(unix)原理分析

Magic

Salt

Password

开发与渗透中如何生成hash

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