# 逆向OpenSSL实现的加密算法相关笔记

## 如何通过反汇编方法确定无符号程序EVP接口实现的加解密算法

需求：给一个静态链接了OpenSSL库的无符号程序，其加解密算法使用EVP接口实现，确定该算法名称。

EVP函数为OpenSSL加解密函数提供了高级接口。无论底层算法或模式如何都能提供一致的接口，支持的功能包括使用对称非对称算法进行加解密、签名/验证、密钥派生、安全哈希函数、消息认证码、外部加密引擎等。

以AES-256-CBC加密为例，通过EVP实现的代码如下所示（由deepseek生成）：

```c
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/err.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>

void handle_errors() {
    ERR_print_errors_fp(stderr);
    abort();
}

int aes_encrypt(unsigned char *plaintext, int plaintext_len,
                unsigned char *key, unsigned char *iv,
                unsigned char *ciphertext) {
    EVP_CIPHER_CTX *ctx;
    int len;
    int ciphertext_len;

    // 创建并初始化上下文
    if(!(ctx = EVP_CIPHER_CTX_new()))
        handle_errors();

    // 初始化加密操作
    // 这里使用 AES-256-CBC，可以根据需要改为 EVP_aes_128_cbc() 或 EVP_aes_192_cbc()
    if(1 != EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, key, iv))
        handle_errors();

    // 提供要加密的消息，获取加密输出
    if(1 != EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext, &len, plaintext, plaintext_len))
        handle_errors();
    ciphertext_len = len;

    // 完成加密过程
    if(1 != EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext + len, &len))
        handle_errors();
    ciphertext_len += len;

    // 清理上下文
    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);

    return ciphertext_len;
}

int main() {
    // 初始化 OpenSSL 库
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    ERR_load_crypto_strings();

    /* 设置密钥和 IV。
       注意：在实际应用中，密钥应该安全地生成和存储，
       IV 应该是随机的，每次加密都不同 */

    // AES-256 需要 32 字节密钥
    unsigned char key[] = "01234567890123456789012345678901";
    // IV 总是 16 字节（AES 块大小）
    unsigned char iv[]  = "0123456789012345";

    // 要加密的消息
    unsigned char plaintext[] = "This is a secret message to be encrypted";
    int plaintext_len = strlen((char *)plaintext);

    // 缓冲区用于存储密文
    // 确保缓冲区足够大：明文长度 + 块大小（用于填充）
    unsigned char ciphertext[plaintext_len + EVP_MAX_BLOCK_LENGTH];
    int ciphertext_len;

    // 执行加密
    ciphertext_len = aes_encrypt(plaintext, plaintext_len, key, iv, ciphertext);

    // 打印结果
    printf("Plaintext:\n%s\n", plaintext);
    printf("Ciphertext (%d bytes):\n", ciphertext_len);
    for(int i = 0; i < ciphertext_len; i++)
        printf("%02x", ciphertext[i]);
    printf("\n");

    // 清理 OpenSSL 资源
    EVP_cleanup();
    ERR_free_strings();

    return 0;
}
```

将openssl库静态链接到demo内：

```bash
$ gcc aes_enc.c -o aes_enc -I"/usr/include/openssl/" -L"/lib/x86_64-linux-gnu" -l:libssl.a -l:libcrypto.a -l:libzstd.so.1 -l:/libz.so.1
$ ldd aes_enc
        linux-vdso.so.1 (0x00007fffe9e05000)
        libzstd.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libzstd.so.1 (0x00007f192e500000)
        libz.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libz.so.1 (0x00007f192e4e3000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f192e2f0000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f192ea8c000)
```

这个程序是带符号的，可以看到`EVP_aes_256_cbc`实现如下：

```c
char *EVP_aes_256_cbc()
{
  char *result; // rax

  result = &aes_256_cbc;
  if ( (OPENSSL_ia32cap_P & 0x200000000000000LL) != 0 )
    result = (char *)&aesni_256_cbc;
  return result;
}
```

而 `aes_256_cbc` 反汇编数据格式如下：

```disasm
.data.rel.ro:000000000044E9E0 aes_256_cbc     dd 427                 ; DATA XREF: EVP_aes_256_cbc+16↑o
.data.rel.ro:000000000044E9E4                 dd 10h
.data.rel.ro:000000000044E9E8                 dd 20h
.data.rel.ro:000000000044E9EC                 dd 10h
.data.rel.ro:000000000044E9F0                 dq 2
.data.rel.ro:000000000044E9F8                 dq 1
.data.rel.ro:000000000044EA00                 dq offset aes_init_key
.data.rel.ro:000000000044EA08                 dq offset aes_cbc_cipher
.data.rel.ro:000000000044EA10                 dq 0
.data.rel.ro:000000000044EA18                 dq offset qword_108
.data.rel.ro:000000000044EA20                 dq 0
.data.rel.ro:000000000044EA28                 dq 0
```

该格式其实是结构体`evp_cipher_st`（https://github.com/openssl/openssl/blob/648366ad010b3b22c1f298d39934d72702b3fd55/include/crypto/evp.h#L300）其第一个字段`nid`便是该算法名称对应的id。映射文件在文件obj_mac.num（https://github.com/openssl/openssl/blob/648366ad010b3b22c1f298d39934d72702b3fd55/crypto/objects/obj_mac.num#L427 ）

```
aes_256_cbc		427
```

因此确定无符号程序中EVP实现的加解密算法名称流程如下：

- 定位EVP加解密函数位置，在没有符号的情况下定位这些函数也不难，`EVP_EncryptInit_ex`、`EVP_EncryptUpdate`中有大量 `OPENSSL_assert`提供的字符串可供定位函数名，如由`evp_cipher_init_internal`实现的`EVP_EncryptInit_ex`（https://github.com/openssl/openssl/blob/30adecd7258b1c657466f1ecf0c1d29491aac0b4/crypto/evp/evp_enc.c#L414）可直接搜索该assert条件的字符串定位。
- 定位到`EVP_EncryptInit_ex`后，查找该函数参数交叉引用，找到类似`EVP_aes_256_cbc`函数后定位`evp_cipher_st`的`nid`之后查表即可。



PS: 这里的`aesni_cbc_encrypt`是 OpenSSL 中利用 Intel AES-NI (AES New Instructions) 硬件指令集实现的高性能 AES-CBC 加密/解密函数。使用 CPU 内置的 AES 指令集提供比纯软件实现高得多的性能（通常快 4-10 倍）



## DES为什么没用到S盒

逆向的时候看算法结构像DES，但流程中没有和S盒匹配的数据。之后查看openssl源码时发现，openssl将S盒替换和P盒置换合并成了一个表`DES_SPtrans`

```c
//openssl/openssl/crypto/des/spr.h
static const DES_LONG DES_SPtrans[8][64] = {
    /* S1 */
    {
        0x02080800L, 0x00080000L, 0x02000002L, 0x02080802L,
        0x02000000L, 0x00080802L, 0x00080002L, 0x02000002L,
        /* ... (共 64 个条目) ... */
    },
    /* S2 */
    {
        0x40108010L, 0x00000000L, 0x00108000L, 0x40100000L,
        /* ... (共 64 个条目) ... */
    },
    /* ... S3 到 S8 ... */
};
```

`DES_SPtrans` 是 OpenSSL 对 DES **S-Box 和 P-Box 的合并优化**，通过预计算查表提高性能。它存储了 **8 个 S-Box 的 64 个可能输入对应的 32 位输出**，使得 F-function 计算仅需 **8 次查表 + 异或**。这种优化在 **软件实现** 中非常高效，但在 **硬件实现** 中可能不如位操作直接（因为查表需要较大存储）。