RFID入坑初探——Mifare Classic card破解（一） – redrain有节操

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0x00 前言

之前一直想要玩无线安全，旺财大牛说门槛低（哪里低啦=。=web狗表示我很笨啊，汪汪），于是乎入手了ACR122u，想从NFC开始入坑，就有了这篇文章，先普及下基本知识。

Mifare Classic card提供1k-4k的容量，我们经常见到的是Mifare Classic 1k(S50)，也就是所谓的M1卡。M1卡有从0到15共16个扇区，并且每个扇区都有独立的密码，每个扇区配备了从0到3共4个段，每个段可以保存16字节的内容，反正从0开始数就对了（和数组下标为0开始一样）。

每个扇区的第4段呢是用来保存KeyA，KeyB和控制位的，每张卡还有一个唯一标识的UID号，具体的卡结构大家可以百度一下看看。

我们本文的研究对象就是这玩意儿，谷歌告诉我们，这种卡类的攻击方式大概分为这么几种：

1）暴力破解

爆破对于M1卡的破解来说比较有效，因为M1卡是被动卡，需要读卡器来供能，切断供能后卡的临时数据就丢失了，也就是说不会存在输入过多错误密码后造成的锁死之类的情况
FFFFFFFFFFFF、A0B0C0D0E0F0等等都是M1白卡的默认密码，所以当我们使用mfoc这样的工具来爆破的时候基本上都是用这些默认密码来填充剩余扇区的密码。

2）重放攻击

刚刚我们说了M1卡是被动卡，当它被供能的时候会产生随机数列，切断供能后数据不会保存，再次供能又会产生一模一样的数列，然后就可以控制切断，再次供能的时间计算出这个数列，进行重放攻击来达到修改数据的目的。

3）克隆卡片（卡复制）

M1卡的扇区可以保存数据，所以大部分的卡片会选择加密扇区后保存数据，我们可以用 uid卡来进行复制，每张M1卡在0扇区第1段都有一个唯一标识，而且是保护无法修改的，uid 卡就是没有设定0扇区保护的卡，所以你可以随意的修改你想要的uid，这样我们就可以克隆出一张连uid都相同的卡片了。（但是要注意不要把00扇区弄坏，之前测试的时候就未知原因写坏了00扇区无法读入了）。

4）嗅探攻击

这里要用到PM3这个神器，在卡和机器数据交换的时候嗅探数据，进行攻击，利用XOR算key工具就可以把扇区的密钥计算出来（穷逼表示根本买不起）。

0x01 细节

科普结束，接下来以一个实例来讲解以下破解M1卡的姿势（笔者才开始入坑，如有不对，请大牛斧正）。

关于暴力破解，我们此处用到这么几个东西，ACR122u，mfoc，libnfc。

其中ACR122u作为硬件供能，读写的作用，mfoc用来爆破，libnfc用来写入数据。

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可以看到读出了我们的卡类型，下方的keyA keyB就是要我们破解的地方，当然，也可以使用另外一个简化版本，更粗暴简单一些，百度M1卡服务程序即可。

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稍等片刻后就发现上下各16个勾勾都打上了，说明成功爆破了，成功后会在当前目录下生成一个dump文件，这样，这张卡的数据就被完全dump下来了，得到dumpfile1但是只有1k的大小，在win下操作的时候需要用到一个fixdump的工具来填充剩余部分

fixdump dumpfile1

即可修复，大小为4k，然后我们去消费一下这张卡（让你要修改的区域的数据改变）

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其中前6个字节和后6个字节的FF FF FF FF FF FF即为秘钥，中间的几位FF 07 80 69即为控制位。

再次dump数据dumpfile2并修复

fixdump dumpfile2

就此，我们有了两个样本，然后做hex diff，linux下直接用diff，win下可以使用hexcmp2

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diff后发现了数据变动的区域。

本文只修改简单的金龙卡水卡功能，所以取样两次后就可以轻松找到数据所在的扇区，如果是做比较复杂的修改那么取样可能得多次，比如做门禁攻击啥的。

可以看到这个扇区内的一些数值，末端的40，FF啥的都是存放数值的地址，我们不用管它，在M1 卡中本来要进行一次的取反和倒序存入，但是可能本屌的渣学校的卡居然直接进行16进制换算为10进制后就是水卡金额数目。。。

这里多说两句，一般情况下，数据存入是倒序的，比如F9 FE，其实真实数据是FE F9，然后换算为2进制进行取反再换算为10进制，有可能还会遇到数据的加密，我们再解密后就可以得到存入的数值了。

图中是我成功修改了最大数值后的，金额为640.00元，hex为fa 00，做测试的时候笔者太高估了学校，多次猜测其换算的算法，取样了20来次后脑洞开了，直接通过10进制转换16进制。。。居然就是那么简单！F9 FE为63998小数点请忽视。

然后使用libnfc来写入数据

.
fc-mfclassic.exe w b dumpfile_new dumpfile_old

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至此，破解差不多就那么完成了（单纯指做数据修改的目的，不包括解决什么后患啊之类的情况）。

最后上一张成功改写后的测试图。

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破解时长共3个小时（来回取样浪费了不少时间）。

关于验证漏洞攻击，在前面科普的时候说过，每个扇区都有独立的密码，在通常情况下，有些存储关键数据（比如饭卡里的钱）的扇区会更改密码，比如，某张卡里的第4扇区存着钱，更改了默认密码，但是其他扇区并没有更改默认密码，那么我们怎么通过其他扇区来操作第4扇区呢，这里就会用到验证漏洞攻击，也就是nested authentication 攻击，通常会在我们知道16个扇区中任意一个扇区密码来破解其他扇区的时候使用。

首先我们知道，M1卡的算法是个对等加密算法，读卡器中也保存着同样的密码，也是用同样的算法加密，当卡和机器交互的时候，读卡器首先验证0扇区的密码，卡给读卡器以明文方式发送一个随机序列a（明文），然后读卡器通过跟加密，同时自己产生一个加密的随机序列b(密文)返回，卡用自己的密码解密之后，解密出来的序列如果是自己之前发送的a，则认为正确，然后通过自己加密算法加密读卡器生成的随机序列发送给读卡器，读卡器解密之后，如果跟自己之前发送的随机数b相同，则认为验证通过，之后所有的数据都通过此算法加密传输。

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在整个过程中，只有a是明文，之后的都是密文，card发送一个a给读卡器之后，读卡器用错误的密码加密之后发送给card，card肯定解密错误，然后验证中断
但是，我们知道其他扇区的的密码，验证的时候，使用这个扇区验证成功之后，后面所有的数据交互都是密文，读其他扇区数据的时候，也是card首先发送随机数a，这个a是个加密的数据，之前说的每个扇区的密码是独立的，那么加密实际上就是通过card这个扇区的密码相关的算法加密的a，这个数据中就包含了这个扇区的密码信息，所以我们才能够通过算法漏洞继续分析出扇区的密码是什么。

也就是因为这个原理，在验证漏洞的时候才必须要知道至少一个其他扇区的密码。