在python中重新实现x86 AESENC指令

我在python中实现AESENC x86指令时遇到了麻烦。

我正在对独立视频游戏的解密进行反向工程。他们使用AES，但是它们对一些生成的数据进行异或运算，并且密钥扩展不是标准的，因此我需要使用自定义的圆形密钥。我快要完成了，但是我迷上了游戏使用AESENC x86指令执行单轮AES的过程。实现起来似乎很琐碎，但是我没有得到相同的结果。

更精确地说，在设置断点并查看内存时

AESENC(E98E03FAEAD91A951F6269D0D4DAFAD6, C62E6AD8CC162D7E210D91A142F2927B)

返回值：

AABCA9C13C842D3112C48E822B050CF8

我的python实现返回：

aabca9c13b88ae173e2ea2680d02007b

这似乎只是匹配的前4个字节。
我的猜测是mix_columns步骤做错了，我尝试了其他实现，但是似乎没有一个与x86指令匹配。我正在使用《 The Rijndael设计》第4.1.2节中的实现

我在AESENC上找到的唯一文档是在这里，不幸的是，它没有详细介绍如何实现这些功能。。如果有人知道我可以在AESENC上获得实现的详细信息，请执行:)

这是到目前为止我对AESENC的完整python实现：

SBOX = (
    0x63, 0x7C, 0x77, 0x7B, 0xF2, 0x6B, 0x6F, 0xC5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2B, 0xFE, 0xD7, 0xAB, 0x76,
    0xCA, 0x82, 0xC9, 0x7D, 0xFA, 0x59, 0x47, 0xF0, 0xAD, 0xD4, 0xA2, 0xAF, 0x9C, 0xA4, 0x72, 0xC0,
    0xB7, 0xFD, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3F, 0xF7, 0xCC, 0x34, 0xA5, 0xE5, 0xF1, 0x71, 0xD8, 0x31, 0x15,
    0x04, 0xC7, 0x23, 0xC3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9A, 0x07, 0x12, 0x80, 0xE2, 0xEB, 0x27, 0xB2, 0x75,
    0x09, 0x83, 0x2C, 0x1A, 0x1B, 0x6E, 0x5A, 0xA0, 0x52, 0x3B, 0xD6, 0xB3, 0x29, 0xE3, 0x2F, 0x84,
    0x53, 0xD1, 0x00, 0xED, 0x20, 0xFC, 0xB1, 0x5B, 0x6A, 0xCB, 0xBE, 0x39, 0x4A, 0x4C, 0x58, 0xCF,
    0xD0, 0xEF, 0xAA, 0xFB, 0x43, 0x4D, 0x33, 0x85, 0x45, 0xF9, 0x02, 0x7F, 0x50, 0x3C, 0x9F, 0xA8,
    0x51, 0xA3, 0x40, 0x8F, 0x92, 0x9D, 0x38, 0xF5, 0xBC, 0xB6, 0xDA, 0x21, 0x10, 0xFF, 0xF3, 0xD2,
    0xCD, 0x0C, 0x13, 0xEC, 0x5F, 0x97, 0x44, 0x17, 0xC4, 0xA7, 0x7E, 0x3D, 0x64, 0x5D, 0x19, 0x73,
    0x60, 0x81, 0x4F, 0xDC, 0x22, 0x2A, 0x90, 0x88, 0x46, 0xEE, 0xB8, 0x14, 0xDE, 0x5E, 0x0B, 0xDB,
    0xE0, 0x32, 0x3A, 0x0A, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5C, 0xC2, 0xD3, 0xAC, 0x62, 0x91, 0x95, 0xE4, 0x79,
    0xE7, 0xC8, 0x37, 0x6D, 0x8D, 0xD5, 0x4E, 0xA9, 0x6C, 0x56, 0xF4, 0xEA, 0x65, 0x7A, 0xAE, 0x08,
    0xBA, 0x78, 0x25, 0x2E, 0x1C, 0xA6, 0xB4, 0xC6, 0xE8, 0xDD, 0x74, 0x1F, 0x4B, 0xBD, 0x8B, 0x8A,
    0x70, 0x3E, 0xB5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xF6, 0x0E, 0x61, 0x35, 0x57, 0xB9, 0x86, 0xC1, 0x1D, 0x9E,
    0xE1, 0xF8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xD9, 0x8E, 0x94, 0x9B, 0x1E, 0x87, 0xE9, 0xCE, 0x55, 0x28, 0xDF,
    0x8C, 0xA1, 0x89, 0x0D, 0xBF, 0xE6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2D, 0x0F, 0xB0, 0x54, 0xBB, 0x16,
)

def list2hex(list):
    hex = ""
    for e in list:
        hex += "{:02x}".format(e)
    return hex

def hex2list(hex):
    lst = []
    if len(hex) % 2 == 0:
        for i in range(len(hex)/2):
            lst.append(int(hex[i*2:i*2+2], 16))
    return lst

def xor(bytelist1, bytelist2):
    res = []
    length = min(len(bytelist1), len(bytelist2))
    for i in range(length):
        res.append(bytelist1[i] ^ bytelist2[i])
    return res

def aesenc(state, roundkey, last=False):
    def shift_rows(state):
        state[4], state[5], state[6], state[7] = state[5], state[6], state[7], state[4]
        state[8], state[9], state[10], state[11] = state[10], state[11], state[8], state[9]
        state[12], state[13], state[14], state[15] = state[15], state[12], state[13], state[14]

    def sub_bytes(state):
        for i in range(16):
            state[i] = SBOX[state[i]]

    def mix_columns(state):
        xtime = lambda a: (((a << 1) ^ 0x1B) & 0xFF) if (a & 0x80) else (a << 1)

        def mix_column(col):
            t = col[0] ^ col[1] ^ col[2] ^ col[3]
            u = col[0]
            col[0] ^= t ^ xtime(col[0] ^ col[1])
            col[1] ^= t ^ xtime(col[1] ^ col[2])
            col[2] ^= t ^ xtime(col[2] ^ col[3])
            col[3] ^= t ^ xtime(col[3] ^ u)
            return _col

        return mix_column(state[0::4]) + \
                mix_column(state[1::4]) + \
                mix_column(state[2::4]) + \
                mix_column(state[3::4])

    sub_bytes(state)
    shift_rows(state)
    if not last:
        state = mix_columns(state)
    return xor(state, roundkey)

data = hex2list("E98E03FAEAD91A951F6269D0D4DAFAD6")
key = hex2list("C62E6AD8CC162D7E210D91A142F2927B")

res = aesenc(data, key)
print list2hex(res)

#1 楼

三个问题：

mix_column返回_col（下划线是下划线吗？）
mix_columns的返回值只是将各列像行那样串联在一起，而不是将它们重新排回列中-有效地转置结果。

AESENC接收其参数，并将其结果作为连接在一起的列返回。您的aesenc接受参数并以连接在一起的行的形式返回结果：

AESENC(E98E03FAEAD91A951F6269D0D4DAFAD6, C62E6AD8CC162D7E210D91A142F2927B)
       data = E9 EA 1F D4                key = C6 CC 21 42
              8E D9 62 DA                      2E 16 0D F2
              03 1A 69 FA                      6A 2D 91 92
              FA 95 D0 D6                      D8 7E A1 7B

此脚本经过调整，因此它发出与AESENC相同的值说明：

SBOX = (
    0x63, 0x7C, 0x77, 0x7B, 0xF2, 0x6B, 0x6F, 0xC5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2B, 0xFE, 0xD7, 0xAB, 0x76,
    0xCA, 0x82, 0xC9, 0x7D, 0xFA, 0x59, 0x47, 0xF0, 0xAD, 0xD4, 0xA2, 0xAF, 0x9C, 0xA4, 0x72, 0xC0,
    0xB7, 0xFD, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3F, 0xF7, 0xCC, 0x34, 0xA5, 0xE5, 0xF1, 0x71, 0xD8, 0x31, 0x15,
    0x04, 0xC7, 0x23, 0xC3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9A, 0x07, 0x12, 0x80, 0xE2, 0xEB, 0x27, 0xB2, 0x75,
    0x09, 0x83, 0x2C, 0x1A, 0x1B, 0x6E, 0x5A, 0xA0, 0x52, 0x3B, 0xD6, 0xB3, 0x29, 0xE3, 0x2F, 0x84,
    0x53, 0xD1, 0x00, 0xED, 0x20, 0xFC, 0xB1, 0x5B, 0x6A, 0xCB, 0xBE, 0x39, 0x4A, 0x4C, 0x58, 0xCF,
    0xD0, 0xEF, 0xAA, 0xFB, 0x43, 0x4D, 0x33, 0x85, 0x45, 0xF9, 0x02, 0x7F, 0x50, 0x3C, 0x9F, 0xA8,
    0x51, 0xA3, 0x40, 0x8F, 0x92, 0x9D, 0x38, 0xF5, 0xBC, 0xB6, 0xDA, 0x21, 0x10, 0xFF, 0xF3, 0xD2,
    0xCD, 0x0C, 0x13, 0xEC, 0x5F, 0x97, 0x44, 0x17, 0xC4, 0xA7, 0x7E, 0x3D, 0x64, 0x5D, 0x19, 0x73,
    0x60, 0x81, 0x4F, 0xDC, 0x22, 0x2A, 0x90, 0x88, 0x46, 0xEE, 0xB8, 0x14, 0xDE, 0x5E, 0x0B, 0xDB,
    0xE0, 0x32, 0x3A, 0x0A, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5C, 0xC2, 0xD3, 0xAC, 0x62, 0x91, 0x95, 0xE4, 0x79,
    0xE7, 0xC8, 0x37, 0x6D, 0x8D, 0xD5, 0x4E, 0xA9, 0x6C, 0x56, 0xF4, 0xEA, 0x65, 0x7A, 0xAE, 0x08,
    0xBA, 0x78, 0x25, 0x2E, 0x1C, 0xA6, 0xB4, 0xC6, 0xE8, 0xDD, 0x74, 0x1F, 0x4B, 0xBD, 0x8B, 0x8A,
    0x70, 0x3E, 0xB5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xF6, 0x0E, 0x61, 0x35, 0x57, 0xB9, 0x86, 0xC1, 0x1D, 0x9E,
    0xE1, 0xF8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xD9, 0x8E, 0x94, 0x9B, 0x1E, 0x87, 0xE9, 0xCE, 0x55, 0x28, 0xDF,
    0x8C, 0xA1, 0x89, 0x0D, 0xBF, 0xE6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2D, 0x0F, 0xB0, 0x54, 0xBB, 0x16,
)

def transpose4x4(m):
    return m[0::4] + m[1::4] + m[2::4] + m[3::4]

def list2hex(list):
    hex = ""
    for e in list:
        hex += "{:02x}".format(e)
    return hex

def hex2list(hex):
    lst = []
    if len(hex) % 2 == 0:
    for i in range(len(hex)/2):
        lst.append(int(hex[i*2:i*2+2], 16))
    return lst

def xor(bytelist1, bytelist2):
    res = []
    length = min(len(bytelist1), len(bytelist2))
    for i in range(length):
        res.append(bytelist1[i] ^ bytelist2[i])
    return res

def aesenc(state, roundkey, last=False):
    def shift_rows(state):
        state[4], state[5], state[6], state[7] = state[5], state[6], state[7], state[4]
        state[8], state[9], state[10], state[11] = state[10], state[11], state[8], state[9]
        state[12], state[13], state[14], state[15] = state[15], state[12], state[13], state[14]

    def sub_bytes(state):
        for i in range(16):
            state[i] = SBOX[state[i]]

    def mix_columns(state):
        xtime = lambda a: (((a << 1) ^ 0x1B) & 0xFF) if (a & 0x80) else (a << 1)

        def mix_column(col):
            t = col[0] ^ col[1] ^ col[2] ^ col[3]
            u = col[0]
            col[0] ^= t ^ xtime(col[0] ^ col[1])
            col[1] ^= t ^ xtime(col[1] ^ col[2])
            col[2] ^= t ^ xtime(col[2] ^ col[3])
            col[3] ^= t ^ xtime(col[3] ^ u)
            return col

        out = [None]*16
        for i in range(0,4):
          out[i::4] = mix_column(state[i::4])
        return out

    sub_bytes(state)
    shift_rows(state)
    if not last:
        state = mix_columns(state)
    return xor(state, roundkey)

data = transpose4x4(hex2list("E98E03FAEAD91A951F6269D0D4DAFAD6"))
key = transpose4x4(hex2list("C62E6AD8CC162D7E210D91A142F2927B"))

res = transpose4x4(aesenc(data, key))
print list2hex(res)

嗯，这更有意义了，我必须学习AES才能执行此实现，但是看到如此众多的实现一定会让我的脑筋乱成一团：P非常感谢。

– Nodja
15年7月24日在23:47

#2 楼

您发现的文档似乎只是英特尔《软件开发人员手册》中AESENC页面的副本。该手册本身在12.13节中对AES的实现进行了更详细的介绍。

请注意理解实现的“字节序”的重要性（英特尔不同于FIPS标准。）

当我查看存储的存储器而不是FPU寄存器时，输入已经是大端字节序，但是此文档非常详细，稍后我将对其进行研究并回顾我的代码。谢谢。

– Nodja
15年7月22日在14:11

非常有用的资源。

– 0x90
15年7月22日在15:58

#3 楼

为了知道我的mix_columns结果应该是什么，我将回合密钥与结果进行异或，这给了我我所拥有的结果，但是字节顺序错误。将mix_columns的return语句从

return mix_column(state[0::4]) + \
        mix_column(state[1::4]) + \
        mix_column(state[2::4]) + \
        mix_column(state[3::4])

更改为

return shift_rows(mix_column(state[0::4]) + \
                    mix_column(state[3::4]) + \
                    mix_column(state[2::4]) + \
                    mix_column(state[1::4]))

，向我返回右边的字节订单，这对我来说似乎很奇怪。

不仅可以移动列，而且还可以移动其中的单个字节。

虽然从技术上回答了问题并返回了我想要的内容，但感觉还是很错误，所以问题仍然存在：我做了什么？想念吗？

由于我仍然不明白出了什么问题，所以我不会将此答案标记为正确。

编程黑洞网

在python中重新实现x86 AESENC指令

#1 楼

评论

#2 楼

评论

#3 楼