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CBC - Cipher Block Chaining

En el modo CBC, el bloque cifrado anterior se utiliza como IV para hacer XOR con el siguiente bloque:

Cifrado CBC

Para descifrar CBC se realizan las operaciones opuestas:

Descifrado CBC

Nótese que se necesita utilizar una clave de cifrado y un IV.

Relleno de mensaje

Como el cifrado se realiza en bloques de tamaño fijo, generalmente se necesita un relleno en el último bloque para completar su longitud.
Usualmente se utiliza PKCS7, que genera un relleno repetitivo con el número de bytes necesarios para completar el bloque. Por ejemplo, si faltan 3 bytes en el último bloque, el relleno será \x03\x03\x03.

Veamos más ejemplos con 2 bloques de longitud 8 bytes:

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

Nótese cómo en el último ejemplo el último bloque estaba lleno, por lo que se generó otro bloque solo con relleno.

Oráculo de relleno

Cuando una aplicación descifra datos cifrados, primero descifra los datos; luego elimina el relleno. Durante la limpieza del relleno, si un relleno inválido desencadena un comportamiento detectable, se tiene una vulnerabilidad de oráculo de relleno. El comportamiento detectable puede ser un error, una falta de resultados o una respuesta más lenta.

Si se detecta este comportamiento, se puede descifrar los datos cifrados e incluso cifrar cualquier texto claro.

Cómo explotar

Se podría utilizar https://github.com/AonCyberLabs/PadBuster para explotar este tipo de vulnerabilidad o simplemente hacer...

sudo apt-get install padbuster

Para probar si la cookie de un sitio es vulnerable, se podría intentar:

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

Encoding 0 significa que se utiliza base64 (pero hay otros disponibles, consulte el menú de ayuda).

También se podría abusar de esta vulnerabilidad para cifrar nuevos datos. Por ejemplo, imagine que el contenido de la cookie es "user=MyUsername", entonces se podría cambiar a "_user=administrator_" y escalar privilegios dentro de la aplicación. También se podría hacer usando padbuster especificando el parámetro -plaintext:

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

Si el sitio es vulnerable, padbuster intentará automáticamente encontrar cuándo ocurre el error de relleno, pero también puedes indicar el mensaje de error usando el parámetro -error.

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

La teoría

En resumen, se puede comenzar a descifrar los datos cifrados adivinando los valores correctos que se pueden usar para crear todos los diferentes rellenos. Luego, el ataque de oráculo de relleno comenzará a descifrar bytes desde el final hasta el principio adivinando cuál será el valor correcto que crea un relleno de 1, 2, 3, etc.

Imaginemos que tenemos un texto cifrado que ocupa 2 bloques formados por los bytes de E0 a E15. Para descifrar el último bloque (E8 a E15), todo el bloque pasa por el "descifrado de cifrado de bloque" generando los bytes intermedios I0 a I15. Finalmente, cada byte intermedio se XOR con los bytes cifrados anteriores (E0 a E7). Entonces:

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

Ahora, es posible modificar E7 hasta que C15 sea 0x01, que también será un relleno correcto. Entonces, en este caso: \x01 = I15 ^ E'7

Por lo tanto, encontrando E'7, es posible calcular I15: I15 = 0x01 ^ E'7

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

Conociendo C15, ahora es posible calcular C14, pero esta vez forzando el relleno \x02\x02.

Este BF es tan complejo como el anterior, ya que es posible calcular el E''15 cuyo valor es 0x02: E''7 = \x02 ^ I15, por lo que solo es necesario encontrar el E'14 que genera un C14 igual a 0x02. Luego, hacer los mismos pasos para descifrar C14: C14 = E6 ^ I14 = E6 ^ \x02 ^ E''6

Sigue esta cadena hasta que descifres todo el texto cifrado.

Detección de la vulnerabilidad

Registra una cuenta e inicia sesión con esta cuenta. Si inicias sesión muchas veces y siempre obtienes la misma cookie, probablemente haya algo mal en la aplicación. La cookie enviada debería ser única cada vez que inicias sesión. Si la cookie es siempre la misma, probablemente siempre será válida y no habrá forma de invalidarla.

Ahora, si intentas modificar la cookie, puedes ver que obtienes un error de la aplicación. Pero si fuerzas el relleno (usando padbuster, por ejemplo), puedes obtener otra cookie válida para un usuario diferente. Este escenario es altamente vulnerable a padbuster.

Referencias

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