Rust, Криптография, Хакинг на Rust, Шифрование

Курс — Хакинг на Rust. #25 Инструменты хакера на Rust. Криптоанализ и безопасность. Атаки на слабые генераторы случайных чисел

05.05.202505.05.2025 by Timcore

Здравствуйте, дорогие друзья.

Генераторы случайных чисел (ГСЧ) — основа криптографической безопасности. Они используются для создания ключей, солей, токенов и других критических данных. Но если генератор предсказуем, даже самый стойкий алгоритм шифрования становится уязвимым. В этом разделе мы разберём, как обнаруживать и эксплуатировать слабые ГСЧ с помощью Rust.

8.2.1. Почему ГСЧ так важны?

Криптографические ключи должны быть непредсказуемыми. Например, если два пользователя сгенерируют одинаковые ключи из-за слабого ГСЧ, их коммуникация окажется скомпрометированной. В Rust стандартный rand::thread_rng() считается безопасным, но его можно намеренно ослабить, например, используя фиксированный seed для воспроизводимости.

8.2.2. Типы ГСЧ и их уязвимости

Детерминированные ГСЧ (PRNG)
Используют seed для генерации последовательности. Если seed угадывается (например, время запуска программы), все «случайные» значения становятся предсказуемыми.
ГСЧ без достаточной энтропии
Если источник энтропии (например, системный /dev/urandom) исчерпан, генератор выдаёт повторяющиеся или предсказуемые значения.
Некриптографические ГСЧ
Например, rand::rngs::StdRng с фиксированным seed:

use rand::{SeedableRng, Rng};
use rand::rngs::StdRng;

let seed = 42; // Фиксированный seed
let mut rng = StdRng::seed_from_u64(seed);
let weak_key: [u8; 16] = rng.gen();

use rand::{SeedableRng, Rng};

use rand::rngs::StdRng;

let seed = 42; // Фиксированный seed

let mut rng = StdRng::seed_from_u64(seed);

let weak_key: [u8; 16] = rng.gen();

Зная seed, злоумышленник восстановит ключ.

8.2.3. Атака: Взлом ключа через перебор seed

Сценарий : Программа использует StdRng с seed, основанным на времени.

Эксплуатация :

Определить возможный диапазон seed (например, время в миллисекундах).
Перебрать seed, генерируя ключи и проверяя их на соответствие шифротексту.

Пример кода :

use rand::{SeedableRng, Rng};
use rand::rngs::StdRng;
use aes::Aes128;
use block_modes::{BlockMode, Ecb};
use block_modes::block_padding::Pkcs7;
use hex_literal::hex;

type AesEcb = Ecb<Aes128, Pkcs7>;

fn crack_weak_aes(ciphertext: &[u8], known_plaintext: &[u8]) -> Option<[u8; 16]> {
    let time_range = 1600000000..1700000000; // Диапазон возможных seed
    for seed in time_range {
        let mut rng = StdRng::seed_from_u64(seed);
        let key: [u8; 16] = rng.gen();
        let cipher = AesEcb::new_from_slices(&key, Default::default()).unwrap();
        if let Ok(decrypted) = cipher.decrypt_vec(ciphertext) {
            if decrypted.starts_with(known_plaintext) {
                return Some(key);
            }
        }
    }
    None
}

use rand::{SeedableRng, Rng};

use rand::rngs::StdRng;

use aes::Aes128;

use block_modes::{BlockMode, Ecb};

use block_modes::block_padding::Pkcs7;

use hex_literal::hex;

type AesEcb = Ecb<Aes128, Pkcs7>;

fn crack_weak_aes(ciphertext: &[u8], known_plaintext: &[u8]) -> Option<[u8; 16]> {

let time_range = 1600000000..1700000000; // Диапазон возможных seed

for seed in time_range {

let mut rng = StdRng::seed_from_u64(seed);

let key: [u8; 16] = rng.gen();

let cipher = AesEcb::new_from_slices(&key, Default::default()).unwrap();

if let Ok(decrypted) = cipher.decrypt_vec(ciphertext) {

if decrypted.starts_with(known_plaintext) {

return Some(key);

}

None

}

Этот код пытается найти ключ, перебирая возможные seed на основе времени.

8.2.4. Атака: Предсказание следующего значения

Если ГСЧ генерирует предсказуемые значения (например, rand::thread_rng() с известным внутренним состоянием), можно предугадать следующий ключ или токен.

Пример :

use rand::Rng;

fn predict_next_value() {
    let mut rng = rand::thread_rng();
    let values: Vec<u8> = (0..10).map(|_| rng.gen()).collect();
    // Злоумышленник анализирует values и восстанавливает состояние RNG
}

use rand::Rng;

fn predict_next_value() {

let mut rng = rand::thread_rng();

let values: Vec<u8> = (0..10).map(|_| rng.gen()).collect();

// Злоумышленник анализирует values и восстанавливает состояние RNG

}

В реальных условиях для этого потребуется доступ к нескольким сгенерированным значениям.

8.2.5. Атака: Малая энтропия

Если ключ состоит из малого числа бит (например, 32 бита), его можно перебрать за разумное время.

Пример brute-force на Rust :

use rayon::prelude::*;
use aes::Aes128;
use block_modes::{BlockMode, Ecb};
use block_modes::block_padding::Pkcs7;

type AesEcb = Ecb<Aes128, Pkcs7>;

fn brute_force_aes(ciphertext: &[u8]) -> Option<[u8; 16]> {
    (0..u32::MAX).into_par_iter()
        .map(|i| i.to_le_bytes())
        .find_map(|key_part| {
            let mut key = [0u8; 16];
            key[..4].copy_from_slice(&key_part);
            if let Ok(plaintext) = AesEcb::new_from_slices(&key, Default::default()).unwrap().decrypt_vec(ciphertext) {
                if plaintext.starts_with(b"secret") {
                    Some(key)
                } else {
                    None
                }
            } else {
                None
            }
        })
}

use rayon::prelude::*;

use aes::Aes128;

use block_modes::{BlockMode, Ecb};

use block_modes::block_padding::Pkcs7;

type AesEcb = Ecb<Aes128, Pkcs7>;

fn brute_force_aes(ciphertext: &[u8]) -> Option<[u8; 16]> {

(0..u32::MAX).into_par_iter()

.map(|i| i.to_le_bytes())

.find_map(|key_part| {

let mut key = [0u8; 16];

key[..4].copy_from_slice(&key_part);

if let Ok(plaintext) = AesEcb::new_from_slices(&key, Default::default()).unwrap().decrypt_vec(ciphertext) {

if plaintext.starts_with(b"secret") {

Some(key)

} else {

None

}

} else {

None

}

})

}

Здесь ключ ограничен 32 битами, что делает перебор возможным.

8.2.6. Инструменты для анализа ГСЧ

Тесты NIST
Стандартные тесты для проверки случайности. В Rust можно интегрировать через crate nist-rng.

use nist_rng::NistStat;

let data: Vec<u8> = rand::thread_rng().sample_iter::<u8, _>(rand::distributions::Standard).take(1000).collect();
let stats = NistStat::from_bytes(&data);
println!("Entropy: {}", stats.entropy());

use nist_rng::NistStat;

let data: Vec<u8> = rand::thread_rng().sample_iter::<u8, _>(rand::distributions::Standard).take(1000).collect();

let stats = NistStat::from_bytes(&data);

println!("Entropy: {}", stats.entropy());

2. Сниффинг энтропии
Проверка источников энтропии в системе:

use getrandom::getrandom;

let mut buf = [0u8; 16];
getrandom(&mut buf).expect("Ошибка получения энтропии");

use getrandom::getrandom;

let mut buf = [0u8; 16];

getrandom(&mut buf).expect("Ошибка получения энтропии");

8.2.7. Защита: Использование криптостойких ГСЧ

Избегайте фиксированных seed .
Используйте rand::thread_rng() для ключей.
Для особо критичных задач применяйте аппаратные ГСЧ (например, rdrand в процессорах Intel).

Пример безопасной генерации ключа :

use rand::RngCore;

let mut key = [0u8; 32];
rand::thread_rng().fill_bytes(&mut key);

use rand::RngCore;

let mut key = [0u8; 32];

rand::thread_rng().fill_bytes(&mut key);

8.2.8. Этический аспект

Атаки на ГСЧ требуют осторожности:

Используйте знания только для аудита собственных систем.
Не эксплуатируйте уязвимости без разрешения.

Задачи для самостоятельного решения :

Реализуйте атаку на ГСЧ, использующий время в секундах как seed.
Напишите тест для проверки энтропии ключей в вашем проекте.
Проведите сравнение скорости brute-force для ключей разной длины.

Вывод : Слабые ГСЧ — критическая уязвимость, которую легко игнорировать. Rust предоставляет инструменты для их анализа и защиты, но требует внимательности при реализации.

На этом все. Всем хорошего дня!

Цикл статей по курсу — «Хакинг на Rust».

Свежие записи

Most Used Categories

Этичный хакинг с Михаилом Тарасовым (Timcore)

Курс — Хакинг на Rust. #25 Инструменты хакера на Rust. Криптоанализ и безопасность. Атаки на слабые генераторы случайных чисел

8.2.1. Почему ГСЧ так важны?

8.2.2. Типы ГСЧ и их уязвимости

8.2.3. Атака: Взлом ключа через перебор seed

8.2.4. Атака: Предсказание следующего значения

8.2.5. Атака: Малая энтропия

8.2.6. Инструменты для анализа ГСЧ

8.2.7. Защита: Использование криптостойких ГСЧ

8.2.8. Этический аспект

Добавить комментарий Отменить ответ