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【セキュリティゲーム】SECCON Beginners CTF 2022 Writeup ~Crypto - CoughingFox~

ますみ / 生成AIエンジニア
2022/06/09に公開
Python
Security
CTF
crypto
seccon
tech

はじめまして、ますみです！

株式会社Galirage（ガリレージ）という「生成AIに特化して、システム開発・アドバイザリー支援・研修支援をしているIT企業」で、代表をしております^^

自己紹介.png

先日、SECCON Beginners CTF 2022というイベント（2022/06/04~05）に4人チームで参加し、私はCryptoの問題を担当しました。

そこで、この記事では、その中のCoughingFoxというBeginner向けの問題の解説（Writeup）をします。

前提知識

CTFとは？

CTFとは、Capture The Flagの略で情報セキュリティ分野における「旗とりゲーム」です。
専門的な知識と技術を用いて、隠れされたFlag（文字列）を見つけ出します。

https://www.nri-secure.co.jp/glossary/ctf

大会によって定義は異なりますが、一般的にCTFは以下のようなジャンルに分かれます。

名前 ジャンル
Reversing (Binary) バイナリ解析
Forensics イメージファイル解析
Pwn Programの脆弱性攻撃
Web Webの脆弱性攻撃
Network ネットワークパケットなどの解析
Crpto 暗号の復号
Misc その他（様々なデータからフラグを見つける）

SECCONとは？

SECCONとは、Security Contestの略称で、情報セキュリティのコンテストイベントです。SECCONは、「CTF」と「ハッカソン」の二種類のコンテストを主催しています。
公式サイトでは、次のように定義されています。

情報セキュリティをテーマに多様な競技を開催する情報セキュリティコンテストイベントです。実践的情報セキュリティ人材の発掘・ 育成、技術の実践の場の提供を目的として設立されました。（SECCON 2021より引用）

https://kotobank.jp/word/SECCON-190656

問題内容

では、ここからSECCON Beginners CTF 2022のCrypto問題として出題されたCoughingFoxの問題を説明します。コンテストでは、下記のproblem.pyとoutput.txtが渡されます。

この問題では、flagがダミーの文字列になっていますが、「flagが入力された状態で、problem.pyを実行すると、output.txtが出力されますよ。」という条件になります。

問題の中身を少しだけ解説すると、以下のような形になります。

  1. flagの文字列の中身を一文字ずつ抜き出し、fに代入する。
  2. 抜き出した文字fが「何番目の文字か」というインデックスiを足して、2乗して、もう一度iを足す。（ちなみに、文字はASCII表に従って、暗黙的にint型に変換されています。）
  3. 最後にシャッフル。

なんだか解けそうな気がしてきますよね😇

problem.py
from random import shuffle

flag = b"ctf4b{XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX}"

cipher = []

for i in range(len(flag)):
    f = flag[i]
    c = (f + i)**2 + i
    cipher.append(c)

shuffle(cipher)
print("cipher =", cipher)
output.txt
cipher = [12147, 20481, 7073, 10408, 26615, 19066, 19363, 10852, 11705, 17445, 3028, 10640, 10623, 13243, 5789, 17436, 12348, 10818, 15891, 2818, 13690, 11671, 6410, 16649, 15905, 22240, 7096, 9801, 6090, 9624, 16660, 18531, 22533, 24381, 14909, 17705, 16389, 21346, 19626, 29977, 23452, 14895, 17452, 17733, 22235, 24687, 15649, 21941, 11472]
Pythonに詳しくない方は、こちらの入門書をご覧ください

https://zenn.dev/umi_mori/books/python-programming

回答（筆者の回答）

筆者の作成した回答（solver）は以下の通りです。

  1. まずoutput.txtの中身を取り出し、格納されている数字を一つずつi_outputでincrementして、取り出す。

  2. 次に、tryの中で暗号化された処理と逆の処理を記述して、その復号結果の妥当性を検証します。フラグのフォーマットルールとして、ctf4b{[\x20-\x7e]+}が提示されているため、この条件にマッチする検証を行いました。ここでのポイントとしては、暗号化した時の「何番目の文字か」というインデックスiの情報をi_choiceという変数用いて、総当たりしていることです。

  3. 結果的に、何文字目かという情報とその文字が何かという情報がリストとして取得できたため、最後にソートを行いました。

solver.py
flag = b"ctf4b{XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX}"

output = [
    12147, 20481, 7073, 10408, 26615, 19066, 19363, 10852, 11705, 17445, 3028,
    10640, 10623, 13243, 5789, 17436, 12348, 10818, 15891, 2818, 13690, 11671,
    6410, 16649, 15905, 22240, 7096, 9801, 6090, 9624, 16660, 18531, 22533,
    24381, 14909, 17705, 16389, 21346, 19626, 29977, 23452, 14895, 17452,
    17733, 22235, 24687, 15649, 21941, 11472
]


def is_right_char(value: int):
    """is_right_char

    Args:
        value (int): integer number in ascii

    Returns:
        bool: whether it matches the flag regulation rule

    Example:
        >> print(is_right_char(50))
        True
    """
    if 32 <= value and value <= 126 and value.is_integer():
        return True
    else:
        return False


flag_len = len(flag)
index_list = []
word_list = []
for i_output in range(flag_len):
    for i_choice in range(flag_len):
        c = output[i_output] # <= 1. Extract Output Character
        try: # <= 2. Decode and Validate
            f = (c - i_choice)**(0.5) - i_choice
            if is_right_char(f):
                index_list.append(i_choice)
                word_list.append(int(f))
            f = -(c - i_choice)**(0.5) - i_choice
            if is_right_char(f):
                index_list.append(i_choice)
                word_list.append(int(f))
        except:
            continue

# 3. Sort List
print(f"index_list: {index_list} \n")
print(f"word_list: {word_list} \n")

flag_list = ['~'] * flag_len
for i in range(flag_len):
    flag_list[index_list[i]] = chr(word_list[i])
flag_answer = ''.join(flag_list)
print(f"flag_answer: {flag_answer}")
output-solver.txt
index_list: [47, 32, 17, 4, 46, 22, 42, 36, 41, 21, 3, 31, 14, 18, 13, 12, 27, 2, 15, 9, 1, 7, 10, 8, 29, 39, 40, 0, 6, 20, 19, 35, 33, 45, 25, 16, 5, 30, 26, 48, 43, 11, 28, 44, 34, 38, 24, 37, 23]

word_list: [63, 111, 67, 98, 117, 116, 97, 68, 67, 111, 52, 72, 89, 97, 63, 120, 84, 102, 111, 44, 116, 101, 70, 121, 97, 110, 44, 99, 72, 78, 110, 101, 117, 111, 97, 117, 123, 116, 114, 125, 110, 111, 104, 89, 115, 119, 101, 111, 84]

flag_answer: ctf4b{Hey,Fox?YouCanNotTearThatHouseDown,CanYou?}

以上のようにして、ctf4b{Hey,Fox?YouCanNotTearThatHouseDown,CanYou?}というflagが取得できました🎉

作問者の回答の手法

作問者の回答はもっとスマートでした😲
gmpy2.iroot(c, e)という「e乗根した時にその値（c）が整数かどうかを判定するライブラリ」を用いて解いていました。

https://qiita.com/ushigai_sub/items/1182d7f49e7ff92646e7

最後に

最後まで読んでくださり、ありがとうございました！
この記事を通して、少しでもあなたの学びに役立てば幸いです！

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