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Base64加密算法以及在IDA中的识别

发布时间 2023-06-19 22:15:45作者: Qsons

Base64加密算法以及在IDA中的识别

一、何为Base64算法？

Base64是一种基于64个可打印字符来表达二进制数据的表示方法。由于2的6次方等于64，所以每6个比特为一个单元。对于某个可打印字符。为什么这样说呢？我们首先了解一下Base64是如何设计的。3个字节有24个比特，在Base64中6个比特一个单元，所以对应着4个Base64单元，也就是3个单元(字节)可由4个可打印字符来表示。Base64可以用来作为电子邮件的传输编码。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9,这样一共有62个字符。

二、Base64编码的用途

Base64可以用于处理文本数据的场合，表示、传输、存储一些二进制数据，包括电子邮件及XML等复杂数据。

三、Base64编码表

在不同的Base64编码中，Base64编码中由64个字符组成的字符不一样。因为是64个字符，第64个字符对应的十六进制是0x3F,十进制是63，二进制是111111.而着也就解释了为什么是6个比特为一个单元，在Base64中对应的某个可打印字符。

下面是Base64索引表:

四、Base64算法的实现

我们先把字符串"Man"作为需要编码的输入例子:

Man

先用在线网站编码试试，https://tool.chinaz.com/Tools/Base64.aspx.得到的字符串为

可以看到，我们发现字符串"Man"的Base64编码是"TWFu".如何实现的？别急,首先字符'M'，我们查一下ASCII码，'M'对应的ASCII码为77,二进制为01001101.字符'a'对应的ASCII编码为97，二进制位01100001.字符'n'的ASCII编码为110，二进制为:01101110.

组合起来后就变成了一个24位的字符串"010011010110000101101110".接下来，我们从左往右，每次抽6位一组(6位有2^6=64种不同的组合)，因此每一组的6位又代表一个数字(0 ~ 63)，接下来，我们查看一下索引表，找到这个数字的字符，就是我们最后的结果

下图会更为直观.（图片是引用别人家博客的）：

  • 24位字符串:"010011010110000101101110"的第一组6位数是"010011",换算成十进制是就是19，我们如果查找索引表的话，发现19对应的字符是"T",所以第一组6位数对应的字符就是"T";
  • 同理，第二组6位数"010110"，对应的十进制数是22，查找索引表，22对应的字符是"W".
  • 同理，第三组6位数是"000101",对应的十进制是5，查表之后，5对应的字符是"F".
  • 同理，第四组6位数是"101110"，对应的十进制是46，查表得，46对应的是字符'u'
  • 我们发现，3个ASCII字符，一共24位，最后编码成了4个ASCII字符，32位。

从最初始的24位字符串到最后的32位字符串，可以发现Base64编码的结果要比原来的值更大，而且大1/3.因此，Base64编码实质上就是把一个个24比特位组成的二进制组合转换成32比特位组成的二进制组合。

当然，如果我只有2个ASCII字符需要Base64编码呢？这二个字符也才16位，并不是6的倍数！不够24位，那怎么分组呢？Base64密码的设计者当然想到了这一带你，如果少了"位"，用0填充.若是少了一组，直接用"="代替.

如果，我们需要编码的字符串为"Ma"，我们把他们转换为相应的二进制（图片是引用别人家博客的）:

  • 同理，第一组6位字符串为"010011"，对应的十进制为19，在索引表里面对应的是字符'T'

  • 同理，第二组6位字符串为"010110", 对应的十进制为22，在索引表里面对应的是字符'W'

  • 同理，第三组6位字符串位0001?? 不够了，咋搞？这里只有4位，剩下会自动填充为0.所以最后的6位数实际上为000100,对应的十进制是4，在索引表里面对应的是字符'E'.

  • 但最后面6位啥都没有，别急，对于这种情况，我们直接用"="代替空的6个比特位.

    刚才说了3个字符(24位) 才能够转换4个6位的分组。如果我只有一个ASCII字符咋办？跟上面做法一样:

  • 同理，字符"M"只有8位，甚至凑不成16位

  • 第一组对应的6位字符串为"010011",对应的十进制数是19，查找索引表得知，对应字符为'T'

  • 第二组，...,不够6位，只有2位，拿0补齐呗，6位为010000，对应的十进制数为16，对应字符为'M'

  • 后面还缺二组6位数据怎么办？用=填充代替即可。

那其实，基于Base算法种的"="填充基址，我们其实可以通过Base64编码的字符串有几个"="来判断最后一组24位中有几个"填充字节".如果有1个“==”，则最后1组包含2个ASCII字符。如果有两个“=”，则最后一组只包含1个ASCII字符。

因此，通过这样的Base64转换，我们可以得到这样的一个结论：Base64的输出与输入比是4:3。特别的，当输入是n个字节时（1个字节等于8位），输出会是（4/3）*n个字节。

上面部分转载自:https://blog.csdn.net/qq_19782019/article/details/88117150.

五、C语言实现Base64算法

C语言代码如下:

#include <stdio.h> #包含标准输入输出函数的头文件
#include <stdlib.h> #包含动态内存分配函数的头文件，有malloc和free函数
#include <string.h> #字符串处理函数的头文件，有strlen函数
#define uint32_t unsigned int  

//Base64编码的字符表
const char base64_table[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

char* base64_encode(const unsigned char* data, size_t input_length) {
    
    size_t output_length = 4 * ((input_length + 2) / 3);//编码后的字符串长度
    /*
    input_length + 2是为了考虑剩余的字节，因为每个剩余的字节需要占用2个Base64字符的位置
    (input_length + 2) / 3 这个指的是加上2并除以3，向下取整，得到完整3字节块的组数，因为3个字节块可以转换成4个Base64可打印字符。
    *4是转化成Base64字符串的长度.
    */
    
    
    char* encoded_data = (char*)malloc(output_length + 1);//用于存储编码后字符串的字符数组指针
    //多出的1用于存储字符串结尾的空字符
    
    if (encoded_data == NULL) {
        perror("Memory allocation failed");
        return NULL;
    }

    for (size_t i = 0, j = 0; i < input_length;) {
        unsigned int octet_a = i < input_length ? data[i++] : 0; //第一个字节.如果i小于输入的字符串长度，则把相应的[data]赋给octet_a
        uint32_t octet_b = i < input_length ? data[i++] : 0;//第二个字节
        uint32_t octet_c = i < input_length ? data[i++] : 0;//第三个字节

        uint32_t triple = (octet_a << 0x10) + (octet_b << 0x08) + octet_c;

        encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 3 * 6) & 0x3F];
        encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 2 * 6) & 0x3F];
        encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 1 * 6) & 0x3F];
        encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 0 * 6) & 0x3F];
    }

    for (size_t i = 0; i < input_length % 3; i++) {
        encoded_data[output_length - 1 - i] = '=';
    }

    encoded_data[output_length] = '\0';
    return encoded_data;
}

int main() {
    const unsigned char data[] = "Hello, World!";
    size_t input_length = strlen((const char*)data);

    char* encoded_data = base64_encode(data, input_length);
    if (encoded_data != NULL) {
        printf("Base64 Encoded Data: %s\n", encoded_data);
        free(encoded_data);
    }

    return 0;
}

  uint32_t triple = (octet_a << 0x10) + (octet_b << 0x08) + octet_c;
//这句话的意思实际上是分为高8位，中8位，低8位
octet_a是一个无符号整数变量，表示输入数据的第一个字节
octet_b是一个无符号整数变量，表示输入数据的第二个字节
octet_c是一个无符号整数变量，表示输入数据的第三个字节
    
octet_a << 0x10 将 octet_a 左移 16 位，即将 octet_a 的值移到 triple 的高位。
octet_b << 0x08 将 octet_b 左移 8 位，即将 octet_b 的值移到 triple 的中间位。
octet_c 不进行位移，直接保留在 triple 的低位。
通过将这三个部分进行位运算的加法操作，将它们合并为一个32位的整数 triple，其中 octet_a 占据 triple 的高位，octet_b 占据中间位，octet_c 占据低位。

 encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 3 * 6) & 0x3F];
 encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 2 * 6) & 0x3F];
 encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 1 * 6) & 0x3F];
 encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 0 * 6) & 0x3F];

/*
第一句代码
encoded_data[j++] = base64_table[(triple >> 3 * 6) & 0x3F];
因为triple是一个无符号32位整型，我首先要从左到右，取它的前6位。因为每个字节占据8位。所以我要先将位移运算符>>将triple向右移动3 * 8位，即18位，使得需要处理的6位编码位于最低的6位上。

我们来举一个例子，假如现在有一个24位的字符串为
101101101010101010010101 
分组后101101 101010 101010 010101
因为Base64编码，要从左到右对6位一组的编码进行处理。
所以我这里我要将101101移动到最低的6位上面去
000000 000000 000000 101101
然后&0x3F (111111)
即取它的低6位.

然后根据base64_table索引到对应的字符去.
其他几个同理~~~

*/



for (size_t i = 0; i < input_length % 3; i++) {
    encoded_data[output_length - 1 - i] = '=';
}
/*

for 循环用于处理剩余的字节。i 从 0 开始递增，直到小于 input_length % 3 时停止循环。这是因为剩余的字节数量为 input_length % 3，我们需要在编码后的字符串末尾添加相应数量的等号。

在循环体内部，encoded_data[output_length - 1 - i] 表示编码后字符串中需要添加等号的位置。由于数组索引从0开始，因此通过 output_length - 1 - i 可以确定等号需要放置的索引位置。

将等号字符（'='）赋值给 encoded_data[output_length - 1 - i]，完成对编码后字符串的填充。

这段代码的目的是确保编码后的字符串的长度是4的倍数。Base64编码规定，如果输入数据的长度不是3的倍数，最后的编码结果需要用等号字符进行填充。每个剩余的字节对应一个等号字符，以保证编码后字符串的长度符合要求。

总结起来，这段代码的作用是在编码后字符串的末尾添加适当数量的等号字符，以满足Base64编码规则。

*/

六、IDA中进行Base64算法的识别

  • VS2022
  • Debug

main代码如下所示:

int __cdecl main_0(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
  void *Block; // [esp+D0h] [ebp-30h]
  size_t v5; // [esp+DCh] [ebp-24h]
  char Str[20]; // [esp+E8h] [ebp-18h] BYREF

  __CheckForDebuggerJustMyCode(&unk_41C016);
  strcpy(Str, "Hello, World!");
  v5 = j_strlen(Str);
  Block = (void *)sub_4113B6(Str, v5);
  if ( Block )
  {
    printf("Base64 Encoded Data: %s\n", (char)Block);
    free(Block);
  }
  return 0;
}

直接跟进到sub_4113B6函数即可.

int __cdecl sub_4113B6(int a1, int a2)
{
  return sub_411790(a1, a2);
}

_BYTE *__cdecl sub_411790(int a1, unsigned int a2)
{
  int v3; // [esp+Ch] [ebp-130h]
  int v4; // [esp+Ch] [ebp-130h]
  int v5; // [esp+Ch] [ebp-130h]
  unsigned int i; // [esp+D4h] [ebp-68h]
  unsigned int v7; // [esp+E0h] [ebp-5Ch]
  int v8; // [esp+F8h] [ebp-44h]
  int v9; // [esp+104h] [ebp-38h]
  int v10; // [esp+110h] [ebp-2Ch]
  int v11; // [esp+110h] [ebp-2Ch]
  unsigned int v12; // [esp+11Ch] [ebp-20h]
  _BYTE *v13; // [esp+128h] [ebp-14h]
  unsigned int v14; // [esp+134h] [ebp-8h]

  __CheckForDebuggerJustMyCode(&unk_41C016);
  v14 = 4 * ((a2 + 2) / 3);
  v13 = malloc(__CFADD__(v14, 1) ? -1 : v14 + 1);
  if ( v13 )
  {
    v12 = 0;
    v10 = 0;
    while ( v12 < a2 )
    {
      v3 = *(unsigned __int8 *)(v12 + a1);
      ++v12;
      v9 = v3;
      if ( v12 >= a2 )
      {
        v4 = 0;
      }
      else
      {
        v4 = *(unsigned __int8 *)(v12 + a1);
        ++v12;
      }
      v8 = v4;
      if ( v12 >= a2 )
      {
        v5 = 0;
      }
      else
      {
        v5 = *(unsigned __int8 *)(v12 + a1);
        ++v12;
      }
      v7 = v5 + (v9 << 16) + (v8 << 8);//对应源码中的高6位+中6位+低6位的uint32
      v13[v10] = aAbcdefghijklmn[(v7 >> 18) & 0x3F]; //从这里的>>18可以看出，对应着源代码中的octet_a
      v11 = v10 + 1;
      v13[v11] = aAbcdefghijklmn[(v7 >> 12) & 0x3F];//对应着octet_b
      v13[++v11] = aAbcdefghijklmn[(v7 >> 6) & 0x3F];//对应着octet_c
      v13[++v11] = aAbcdefghijklmn[v5 & 0x3F];//最低的6位
      v10 = v11 + 1;
    }
    for ( i = 0; i < a2 % 3; ++i )
      v13[v14 - 1 - i] = 61;//来判断是否有剩余的字节，我们需要在后面添加等号
    v13[v14] = 0;
    return v13;
  }
  else
  {
    perror("Memory allocation failed");
    return 0;
  }
}