最近在對基于區(qū)塊鏈構(gòu)建的信任社會（未來社會形態(tài)）非常感興趣，區(qū)塊技術(shù)去中心化的特性，讓沒有金融機構(gòu)成為了可能（包括央行，以及各種商業(yè)銀行）。
除了在數(shù)字貨幣領(lǐng)域大放異彩外，在包括供應鏈，網(wǎng)絡(luò)購物，公平合約等方面的應用也非常廣泛。其中智能合約的特性十分的吸引我。
不過我今天并不想討論區(qū)塊技術(shù)，因為區(qū)塊技術(shù)建立在密碼學的技術(shù)之上，今天我們討論如何利用密碼學以及數(shù)論基礎(chǔ)攻擊一個宣稱安全的密碼系統(tǒng)。
在密碼學中，算法，秘鑰以及協(xié)議構(gòu)成了一個完整的密碼系統(tǒng)。
算法是密碼系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它是將一組或多組輸入信息轉(zhuǎn)化成一組或多組輸出信息的數(shù)學方法，算法的輸出會被秘鑰影響，秘鑰不同，輸出也不同。因此，加密同樣的信息，A用秘鑰Ka加密與B用秘鑰Kb加密輸出的信息是完全不同的。
秘鑰是密碼系統(tǒng)的核心，奧秘在于算法存在一個最優(yōu)解（最優(yōu)解有很多種解釋，例如超遞增序列，因式分解兩素數(shù)之和等），這個秘密就是秘鑰。如果一個人想要解密別人的密文，在不知道秘鑰的情況下，他只能嘗試解數(shù)學難題，這對于普通人擁有的資源來說，直到宇宙毀滅也無法得出答案。
有了算法和秘鑰，沒有協(xié)議就不是一個密碼系統(tǒng)。協(xié)議是指由多方參與的，確定要去完成一些事情。如果沒有多方參與，或者沒有去完成一些目標就不叫協(xié)議。協(xié)議有很多種，最明顯比如秘鑰交換協(xié)議（例如A和B要在一個加密的通道中傳遞信息，在這之前A和B要協(xié)商一個秘鑰并交換，使得A可以加密消息發(fā)送給B并確保B可以解密信息）。
密鑰交換協(xié)議
在一個安全的密碼系統(tǒng)中，必須是算法，秘鑰，協(xié)議都安全，如果其中一個是不安全的，那么整個系統(tǒng)就是不安全的。
大多數(shù)流行的公開算法，已經(jīng)被廣泛的證明是安全的，它們經(jīng)歷過很多理論數(shù)學家的分析。秘鑰的安全性由秘鑰長度，以及你是否妥當?shù)谋９苣愕拿罔�來決定。如果你做的不錯，那么秘鑰也是安全的。
協(xié)議卻不是如此了，協(xié)議很脆弱。舉個例子，A將重要的信息加密發(fā)送給B，只有B有秘鑰可以解密這些信息，C在網(wǎng)路上監(jiān)聽到了A發(fā)送給B的秘密，但是C沒有秘鑰無法解密信息，怎么辦。上面說過，秘鑰是這個數(shù)學難題的最優(yōu)解，如果沒有秘鑰，C就只能嘗試解數(shù)學難題，恐怕C這一生都無法解開，但是C的老板要求他必須在72小時內(nèi)解密信息，不然C所在的公司就要遭受重大損失。于是C決定鋌而走險，他綁架了B，并對B進行嚴刑拷打，B扛不住，交出了他的秘鑰，C拿著B的秘鑰解密了秘密，并干掉了B。
上面的例子說明了協(xié)議在整個密碼系統(tǒng)中是一個易攻擊的薄弱環(huán)節(jié)，這樣的攻擊類型很多（賄賂，美色誘惑，威脅等）。
我們來嘗試把這種攻擊帶入到軟件破解上來，同樣的結(jié)論也是攻擊協(xié)議，而非攻擊算法和秘鑰。同樣來舉個例子，軟件D采用RSA公開秘鑰算法來對用戶的信息以及軟件產(chǎn)品序列號摘要進行加密，并發(fā)送給軟件D公司的注冊服務(wù)器，軟件公司D的計算機收到用戶A發(fā)送給它的加密信息，用自己的私鑰解密并把用戶信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進行對比，如果序列號不在D公司的數(shù)據(jù)庫中說明這個產(chǎn)品的不是D公司銷售的產(chǎn)品，如果序列號在D公司的數(shù)據(jù)庫中，并且A用戶信息不在數(shù)據(jù)庫中，那么A是第一次注冊，將A的信息與序列號綁定在一起保存在數(shù)據(jù)庫中，此序列號將不能再給其他人使用。如果序列號和A都在數(shù)據(jù)庫中，并且序列號與A綁定，那么D公司用私鑰加密一段許可信息發(fā)送給A，A每次使用D軟件的時候驗證這段信息，如果是D公司發(fā)送的許可信息允許使用，如果不是不允許登陸。
看起來很不錯，RSA是安全的公開密鑰算法，并且秘鑰被D公司保存起來，除非你能賄賂D公司的員工獲得秘鑰，或者攻破D公司的網(wǎng)路，否則秘鑰也是安全的。因此攻擊算法和秘鑰是不現(xiàn)實的。那么，我們可以從協(xié)議的角度入手，看看有沒有弱點。
先簡單說一下RSA算法：
選擇兩個大素數(shù) p 和 q，假設(shè) p=3，q=11
計算 n = p × q = 3 × 11 = 33
計算 ∅(n) = (p – 1) × (q – 1) = 2 × 10 = 20
選擇 e 且 1
計算 d，使 (d × e) % ∅(n) = 1. 假設(shè) d = 3，且 d = (3 × 7) % 20 = 1，滿足條件
公開 e, n => (7, 33)
保密 d => 3
加密公式 C = Me % n
解密公式 M = Cd % n
用上面的公式加密，假如消息是2，C = 27 % 33 = 29，密文就是29。解密的話就是M = 293 % 33 = 2。
回到剛才的軟件破解問題上，軟件產(chǎn)品中有e和n，如果能夠分解n我們就能夠構(gòu)造d，也就知道了D公司的秘鑰，由于分解n是一個數(shù)學難題，我們不知道最優(yōu)解很難解出答案。我們采用另一種方法，破壞協(xié)議，首先我們自己選擇2個大素數(shù)，構(gòu)造另一個n，并分別求出對應的e和d。然后我們架設(shè)一個服務(wù)器，用來模仿D公司的驗證服務(wù)器。
我們侵入D公司的軟件，用我們自己的n和e替換D公司的n和e，這時軟件D會用我們的公開秘鑰加密用戶信息以及序列號，這段信息是無法送給D公司驗證的，因為D公司沒有我們的保密秘鑰，無法解密信息，因此這樣還無法完成軟件的驗證。
下一步，我們使軟件D將加密好的信息發(fā)送給我們剛才架設(shè)的模仿D公司的服務(wù)器，這臺機器擁有我們的保密秘鑰，它成功的解密信息，并直接構(gòu)造一個驗證通過的數(shù)據(jù)塊，并用保密秘鑰加密發(fā)送給D軟件。D軟件用我們的公開秘鑰解密信息，驗證一切正常，并將這段信息保存到計算機中。每次D軟件啟動時，重新檢查是否存在驗證通過信息塊，并用我們設(shè)給它的公開秘鑰解密，解密成功后通過驗證，啟動D軟件。只要通過一次驗證，D軟件就無需再次與D公司服務(wù)器進行交互，因此完成了破解。
再次說明，算法，秘鑰，協(xié)議是一個密碼系統(tǒng)的組成部分，任何一個方面不安全，整個系統(tǒng)就是不安全的。當下，很多廠商對算法和秘鑰很關(guān)注，在算法的選擇與秘鑰的長度上下足了功夫。但他們的系統(tǒng)并不像他們想象的那么安全，因為他們忽視了協(xié)議。
PS. 本文僅僅是基于理論方面的討論，真正的軟件破解過程比本文描述的要復雜的多，在real world中嘗試發(fā)現(xiàn)n和e可能要困難的多。至于Patch程序代碼，改變程序運行流程來達到破解目的與本文討論的主題無關(guān)。
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