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SEEDLabs | (6)
MD5 Collision

calendar_month 2020-11
archive 实验
tag seedlab tag md5

本文为 SEED Labs 2.0 - MD5 Collision Attack Lab 的实验记录。

实验原理

md51

$\begin{cases}F(X,Y,Z) = (X\wedge{Y}) \vee (\neg{X} \wedge{Z})
G(X,Y,Z) = (X\wedge{Z}) \vee (Y \wedge \neg{Z})
H(X,Y,Z) = X \oplus Y \oplus Z
I(X,Y,Z) = Y \oplus (X \vee \neg{Z})\end{cases}$

四个函数每个作用 16 轮，得到最后的结果。

Task 1: Generating Two Different Files with the Same MD5 Hash

首先创建 prefix.txt

touch prefix.txt
vim prefix.txt

例如，我们修改内容为

hail hydra

然后生成两个 md5 相同的文件

md5collgen -p prefix.txt -o out1.bin out2.bin

验证我们的文件是否相同、md5是否相同

diff out1.bin out2.bin
md5sum out1.bin
md5sum out2.bin

得到如下结果

md52

我们分别查看 out1.bin 和 out2.bin

md53

md54

Question 1 If the length of your prefix file is not multiple of 64, what is going to happen?

补零至 64 Byte。

Question 2 Create a prefix file with exactly 64 bytes, and run the collision tool again, and see what happens.

将 prefix.txt 改为

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijk

这里一共 63 个字母，加上文件结束符 0A 正好 64 Byte。

md5collgen -p prefix.txt -o out1.bin out2.bin

生成文件后如下所示

md55

可以看到没有补零了。

Question 3 Are the data (128 bytes) generated by md5collgen completely different for the two output files? Please identify all the bytes that are different.

例如第一个例子中，有 3 个 Byte 不同。经过多次尝试发现，这些不同的数量和位置不固定。

Task 2: Understanding MD5’s Property

我们对刚刚的两个 md5 相同的文件分别加上一个后缀，然后查看它们的 md5

echo hello >> out1.bin
echo hello >> out2.bin
md5sum out1.bin out2.bin

md56

可以看到，md5 相同的文件加上相同后缀后，md5 依然相同。

Task 3: Generating Two Executable Files with the Same MD5 Hash

新建 pro.c

touch pro.c

修改内容如下

#include <stdio.h>
unsigned char xyz[200] = {
    'B', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'B'
};
int main()
{
    int i;
    for (i=0; i<200; i++){
        printf("%x", xyz[i]);
    }
    printf("\n");
}

编译

gcc -o pro pro.c

定位到刚刚的字符串存储在 0x3020 位置

md57

我们不妨截取到 12340 位置

head -c 12340 pro > prefix

计算得到在 12320 到 12379 范围内，12352 为 64 的倍数，因此我们把12352 后面的截取出来

tail -c +12353 pro > suffix

然后对 prefix 生成 md5 相同的两个文件

md5collgen -p prefix -o prefix1 prefix2

把刚刚的尾巴接到这两个文件后面

cat suffix >> prefix1
cat suffix >> prefix2

赋予执行权限

chmod +x prefix1
chmod +x prefix1

运行

md58

可以看到，两个输出是不同的

./prefix1 > prefix1.out
./prefix2 > prefix2.out
diff -q prefix1.out prefix2.out

md59

Task 4: Making the Two Programs Behave Differently

构造 origin.c 如下

#include <stdio.h>
unsigned char a[200] = {
    'B', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'B'
};
unsigned char b[200] = {
    'B', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A',
    'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'B'
};
int main()
{
    int i;
    int isSame=1;
    for(i = 0; i < 200; i++)
    {
        if(a[i]!=b[i])
            isSame=0;
    }
    if(isSame)
        printf("run benign code\n");
    else
        printf("run malicious code\n");
}

编译

gcc -o origin origin.c

找到两个数组位置

md510

与上一个 task 同样的方法，我们构造两个 md5 相同的文件

head -c 12340 origin > prefix
md5collgen -p prefix -o prefix1 prefix2

查看 prefix1

md511

截取

tail -c +12320 prefix1 > middle # 截取生成的字符串
tail -c +12768 origin > suffix # 截取第二个字符串（不含）后面的内容
head -c 12543 origin > tmp1 # 截取第二个字符串（不含）前面的内容
tail -c 63 tmp1 > tmp # 截取到需要填充的 0x00
cat tmp >> prefix1
cat tmp >> prefix2
cat middle >> prefix1
cat middle >> prefix2
cat tmp >> prefix1
cat tmp >> prefix2
cat suffix >> prefix1
cat suffix >> prefix2
chmod +x prefix1
chmod +x prefix2

分别运行并检查 md5

md512

可以看到，它们运行了不同的代码，但 md5 是相同的。

实验总结

前面 3 个 Task 非常简单。最后一个接来接去的不搞乱了、把该截取多少个想清楚了，就做出来了。

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