セキュリティ研究者の Jean-Baptiste Bédrune と Jean Sigwaldは、 Hack-in-the-box Amsterdam 2011 でこれを行う方法を発表しました。
それ以来、Apple はiOS セキュリティ ホワイトペーパー
をリリースし、鍵とアルゴリズムについてさらに詳しく説明しています。iOS Hacker's Handbookをリリースしました。このハンドブックでは、ハウツー形式で同じ分野のいくつかをカバーしています。iOS 10 が最初に登場したとき、Apple が最初に公表しなかったバックアップ形式の変更がありましたが、さまざまな人々が形式の変更をリバース エンジニアリングしました。
暗号化されたバックアップは素晴らしい
暗号化された iPhone バックアップの優れた点は、通常の暗号化されていないバックアップには含まれていない WiFi パスワードなどが含まれていることです。iOS セキュリティ ホワイトペーパーで説明されているように、暗号化されたバックアップはより「安全」であると考えられているため、Apple はバックアップに機密情報を含めても問題ないと考えています。
重要な警告: 明らかに、iOS デバイスのバックアップを復号化すると、その暗号化が削除されます。プライバシーとセキュリティを保護するために、これらのスクリプトはフルディスク暗号化を備えたマシンでのみ実行する必要があります。セキュリティの専門家がメモリ内のキーを保護するソフトウェアを作成することは可能ですが、たとえば などの関数を使用するVirtualLock()こと
SecureZeroMemory()で、これらの Python スクリプトは暗号化キーとパスワードを文字列に格納し、Python によってガベージ コレクションされます。これは、秘密鍵とパスワードがしばらくの間 RAM に存在することを意味し、そこからスワップ ファイルとディスクに漏洩し、敵がそれらを回復できるようになります。これは、暗号化されたバックアップを持つという点を完全に無効にします.
バックアップを復号化する方法: 理論上
iOS Security Whitepaperでは、ファイルごとのキー、保護クラス、保護クラス キー、およびキーバッグの基本的な概念について、私よりも詳しく説明しています。これらにまだ慣れていない場合は、数分かけて関連する部分を読んでください。
これで、iOS のすべてのファイルが独自のランダムなファイルごとの暗号化キーで暗号化され、保護クラスに属し、ファイルごとの暗号化キーがファイル システム メタデータに保存され、保護クラス キーにラップされることがわかりました。
復号化するには:
BackupKeyBagのエントリに
格納されているキーバッグをデコードしManifest.plistます。この構造の概要は、ホワイトペーパーに記載されています。iPhone Wikiでは、バイナリ形式について説明しています
。4 バイトの文字列型フィールド、4 バイトのビッグ エンディアンの長さフィールド、そして値そのものです。
重要な値は、PBKDF2 ationsITERとSALT、二重保護ソルトDPSLと反復カウントDPIC、そして各保護CLSのWPKYラップされたキーです。
バックアップ パスワードを使用して、正しい PBKDF2 ソルトと反復回数を使用して 32 バイトのキーを導出します。最初に と で SHA256 ラウンドを使用しDPSL、
DPIC次に と で SHA1 ラウンドを使用ITERしSALTます。
RFC 3394に従って、ラップされた各キーのラップを
解除します。
ManifestKeyから 4 バイトの保護クラスとより長いキーを取得し、ラップを解除して、マニフェスト データベースを復号化しますManifest.plist。これで、すべてのファイル メタデータを含む SQLite データベースが作成されました。
対象のファイルごとに、
エントリFiles.fileを含むバイナリ plistのデータベース列を調べて、クラス暗号化されたファイルごとの暗号化キーと保護クラス コードを取得します。使用する前に、先頭の 4 バイトの長さのタグを
取り除いてください。EncryptionKeyProtectionClassEncryptionKey
次に、バックアップ パスワードでラップ解除されたクラス キーでラップを解除して、最終的な復号化キーを取得します。次に、AES を CBC モードで使用し、IV をゼロにしてファイルを復号化します。
バックアップを復号化する方法: 実際に
まず、いくつかのライブラリの依存関係が必要です。自作インストールされた Python 2.7 または 3.7 を使用している Mac を使用している場合は、次の方法で依存関係をインストールできます。
CFLAGS="-I$(brew --prefix)/opt/openssl/include" \
LDFLAGS="-L$(brew --prefix)/opt/openssl/lib" \
pip install biplist fastpbkdf2 pycrypto
実行可能なソース コード形式で、暗号化された iPhone バックアップから単一の設定ファイルを復号化する方法を次に示します。
#!/usr/bin/env python3.7
# coding: UTF-8
from __future__ import print_function
from __future__ import division
import argparse
import getpass
import os.path
import pprint
import random
import shutil
import sqlite3
import string
import struct
import tempfile
from binascii import hexlify
import Crypto.Cipher.AES # https://www.dlitz.net/software/pycrypto/
import biplist
import fastpbkdf2
from biplist import InvalidPlistException
def main():
## Parse options
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--backup-directory', dest='backup_directory',
default='testdata/encrypted')
parser.add_argument('--password-pipe', dest='password_pipe',
help="""\
Keeps password from being visible in system process list.
Typical use: --password-pipe=<(echo -n foo)
""")
parser.add_argument('--no-anonymize-output', dest='anonymize',
action='store_false')
args = parser.parse_args()
global ANONYMIZE_OUTPUT
ANONYMIZE_OUTPUT = args.anonymize
if ANONYMIZE_OUTPUT:
print('Warning: All output keys are FAKE to protect your privacy')
manifest_file = os.path.join(args.backup_directory, 'Manifest.plist')
with open(manifest_file, 'rb') as infile:
manifest_plist = biplist.readPlist(infile)
keybag = Keybag(manifest_plist['BackupKeyBag'])
# the actual keys are unknown, but the wrapped keys are known
keybag.printClassKeys()
if args.password_pipe:
password = readpipe(args.password_pipe)
if password.endswith(b'\n'):
password = password[:-1]
else:
password = getpass.getpass('Backup password: ').encode('utf-8')
## Unlock keybag with password
if not keybag.unlockWithPasscode(password):
raise Exception('Could not unlock keybag; bad password?')
# now the keys are known too
keybag.printClassKeys()
## Decrypt metadata DB
manifest_key = manifest_plist['ManifestKey'][4:]
with open(os.path.join(args.backup_directory, 'Manifest.db'), 'rb') as db:
encrypted_db = db.read()
manifest_class = struct.unpack('<l', manifest_plist['ManifestKey'][:4])[0]
key = keybag.unwrapKeyForClass(manifest_class, manifest_key)
decrypted_data = AESdecryptCBC(encrypted_db, key)
temp_dir = tempfile.mkdtemp()
try:
# Does anyone know how to get Python’s SQLite module to open some
# bytes in memory as a database?
db_filename = os.path.join(temp_dir, 'db.sqlite3')
with open(db_filename, 'wb') as db_file:
db_file.write(decrypted_data)
conn = sqlite3.connect(db_filename)
conn.row_factory = sqlite3.Row
c = conn.cursor()
# c.execute("select * from Files limit 1");
# r = c.fetchone()
c.execute("""
SELECT fileID, domain, relativePath, file
FROM Files
WHERE relativePath LIKE 'Media/PhotoData/MISC/DCIM_APPLE.plist'
ORDER BY domain, relativePath""")
results = c.fetchall()
finally:
shutil.rmtree(temp_dir)
for item in results:
fileID, domain, relativePath, file_bplist = item
plist = biplist.readPlistFromString(file_bplist)
file_data = plist['$objects'][plist['$top']['root'].integer]
size = file_data['Size']
protection_class = file_data['ProtectionClass']
encryption_key = plist['$objects'][
file_data['EncryptionKey'].integer]['NS.data'][4:]
backup_filename = os.path.join(args.backup_directory,
fileID[:2], fileID)
with open(backup_filename, 'rb') as infile:
data = infile.read()
key = keybag.unwrapKeyForClass(protection_class, encryption_key)
# truncate to actual length, as encryption may introduce padding
decrypted_data = AESdecryptCBC(data, key)[:size]
print('== decrypted data:')
print(wrap(decrypted_data))
print()
print('== pretty-printed plist')
pprint.pprint(biplist.readPlistFromString(decrypted_data))
##
# this section is mostly copied from parts of iphone-dataprotection
# http://code.google.com/p/iphone-dataprotection/
CLASSKEY_TAGS = [b"CLAS",b"WRAP",b"WPKY", b"KTYP", b"PBKY"] #UUID
KEYBAG_TYPES = ["System", "Backup", "Escrow", "OTA (icloud)"]
KEY_TYPES = ["AES", "Curve25519"]
PROTECTION_CLASSES={
1:"NSFileProtectionComplete",
2:"NSFileProtectionCompleteUnlessOpen",
3:"NSFileProtectionCompleteUntilFirstUserAuthentication",
4:"NSFileProtectionNone",
5:"NSFileProtectionRecovery?",
6: "kSecAttrAccessibleWhenUnlocked",
7: "kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlock",
8: "kSecAttrAccessibleAlways",
9: "kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly",
10: "kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlockThisDeviceOnly",
11: "kSecAttrAccessibleAlwaysThisDeviceOnly"
}
WRAP_DEVICE = 1
WRAP_PASSCODE = 2
class Keybag(object):
def __init__(self, data):
self.type = None
self.uuid = None
self.wrap = None
self.deviceKey = None
self.attrs = {}
self.classKeys = {}
self.KeyBagKeys = None #DATASIGN blob
self.parseBinaryBlob(data)
def parseBinaryBlob(self, data):
currentClassKey = None
for tag, data in loopTLVBlocks(data):
if len(data) == 4:
data = struct.unpack(">L", data)[0]
if tag == b"TYPE":
self.type = data
if self.type > 3:
print("FAIL: keybag type > 3 : %d" % self.type)
elif tag == b"UUID" and self.uuid is None:
self.uuid = data
elif tag == b"WRAP" and self.wrap is None:
self.wrap = data
elif tag == b"UUID":
if currentClassKey:
self.classKeys[currentClassKey[b"CLAS"]] = currentClassKey
currentClassKey = {b"UUID": data}
elif tag in CLASSKEY_TAGS:
currentClassKey[tag] = data
else:
self.attrs[tag] = data
if currentClassKey:
self.classKeys[currentClassKey[b"CLAS"]] = currentClassKey
def unlockWithPasscode(self, passcode):
passcode1 = fastpbkdf2.pbkdf2_hmac('sha256', passcode,
self.attrs[b"DPSL"],
self.attrs[b"DPIC"], 32)
passcode_key = fastpbkdf2.pbkdf2_hmac('sha1', passcode1,
self.attrs[b"SALT"],
self.attrs[b"ITER"], 32)
print('== Passcode key')
print(anonymize(hexlify(passcode_key)))
for classkey in self.classKeys.values():
if b"WPKY" not in classkey:
continue
k = classkey[b"WPKY"]
if classkey[b"WRAP"] & WRAP_PASSCODE:
k = AESUnwrap(passcode_key, classkey[b"WPKY"])
if not k:
return False
classkey[b"KEY"] = k
return True
def unwrapKeyForClass(self, protection_class, persistent_key):
ck = self.classKeys[protection_class][b"KEY"]
if len(persistent_key) != 0x28:
raise Exception("Invalid key length")
return AESUnwrap(ck, persistent_key)
def printClassKeys(self):
print("== Keybag")
print("Keybag type: %s keybag (%d)" % (KEYBAG_TYPES[self.type], self.type))
print("Keybag version: %d" % self.attrs[b"VERS"])
print("Keybag UUID: %s" % anonymize(hexlify(self.uuid)))
print("-"*209)
print("".join(["Class".ljust(53),
"WRAP".ljust(5),
"Type".ljust(11),
"Key".ljust(65),
"WPKY".ljust(65),
"Public key"]))
print("-"*208)
for k, ck in self.classKeys.items():
if k == 6:print("")
print("".join(
[PROTECTION_CLASSES.get(k).ljust(53),
str(ck.get(b"WRAP","")).ljust(5),
KEY_TYPES[ck.get(b"KTYP",0)].ljust(11),
anonymize(hexlify(ck.get(b"KEY", b""))).ljust(65),
anonymize(hexlify(ck.get(b"WPKY", b""))).ljust(65),
]))
print()
def loopTLVBlocks(blob):
i = 0
while i + 8 <= len(blob):
tag = blob[i:i+4]
length = struct.unpack(">L",blob[i+4:i+8])[0]
data = blob[i+8:i+8+length]
yield (tag,data)
i += 8 + length
def unpack64bit(s):
return struct.unpack(">Q",s)[0]
def pack64bit(s):
return struct.pack(">Q",s)
def AESUnwrap(kek, wrapped):
C = []
for i in range(len(wrapped)//8):
C.append(unpack64bit(wrapped[i*8:i*8+8]))
n = len(C) - 1
R = [0] * (n+1)
A = C[0]
for i in range(1,n+1):
R[i] = C[i]
for j in reversed(range(0,6)):
for i in reversed(range(1,n+1)):
todec = pack64bit(A ^ (n*j+i))
todec += pack64bit(R[i])
B = Crypto.Cipher.AES.new(kek).decrypt(todec)
A = unpack64bit(B[:8])
R[i] = unpack64bit(B[8:])
if A != 0xa6a6a6a6a6a6a6a6:
return None
res = b"".join(map(pack64bit, R[1:]))
return res
ZEROIV = "\x00"*16
def AESdecryptCBC(data, key, iv=ZEROIV, padding=False):
if len(data) % 16:
print("AESdecryptCBC: data length not /16, truncating")
data = data[0:(len(data)/16) * 16]
data = Crypto.Cipher.AES.new(key, Crypto.Cipher.AES.MODE_CBC, iv).decrypt(data)
if padding:
return removePadding(16, data)
return data
##
# here are some utility functions, one making sure I don’t leak my
# secret keys when posting the output on Stack Exchange
anon_random = random.Random(0)
memo = {}
def anonymize(s):
if type(s) == str:
s = s.encode('utf-8')
global anon_random, memo
if ANONYMIZE_OUTPUT:
if s in memo:
return memo[s]
possible_alphabets = [
string.digits,
string.digits + 'abcdef',
string.ascii_letters,
"".join(chr(x) for x in range(0, 256)),
]
for a in possible_alphabets:
if all((chr(c) if type(c) == int else c) in a for c in s):
alphabet = a
break
ret = "".join([anon_random.choice(alphabet) for i in range(len(s))])
memo[s] = ret
return ret
else:
return s
def wrap(s, width=78):
"Return a width-wrapped repr(s)-like string without breaking on \’s"
s = repr(s)
quote = s[0]
s = s[1:-1]
ret = []
while len(s):
i = s.rfind('\\', 0, width)
if i <= width - 4: # "\x??" is four characters
i = width
ret.append(s[:i])
s = s[i:]
return '\n'.join("%s%s%s" % (quote, line ,quote) for line in ret)
def readpipe(path):
if stat.S_ISFIFO(os.stat(path).st_mode):
with open(path, 'rb') as pipe:
return pipe.read()
else:
raise Exception("Not a pipe: {!r}".format(path))
if __name__ == '__main__':
main()
次に、この出力を出力します。
Warning: All output keys are FAKE to protect your privacy
== Keybag
Keybag type: Backup keybag (1)
Keybag version: 3
Keybag UUID: dc6486c479e84c94efce4bea7169ef7d
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Class WRAP Type Key WPKY Public key
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NSFileProtectionComplete 2 AES 4c80b6da07d35d393fc7158e18b8d8f9979694329a71ceedee86b4cde9f97afec197ad3b13c5d12b
NSFileProtectionCompleteUnlessOpen 2 AES 09e8a0a9965f00f213ce06143a52801f35bde2af0ad54972769845d480b5043f545fa9b66a0353a6
NSFileProtectionCompleteUntilFirstUserAuthentication 2 AES e966b6a0742878ce747cec3fa1bf6a53b0d811ad4f1d6147cd28a5d400a8ffe0bbabea5839025cb5
NSFileProtectionNone 2 AES 902f46847302816561e7df57b64beea6fa11b0068779a65f4c651dbe7a1630f323682ff26ae7e577
NSFileProtectionRecovery? 3 AES a3935fed024cd9bc11d0300d522af8e89accfbe389d7c69dca02841df46c0a24d0067dba2f696072
kSecAttrAccessibleWhenUnlocked 2 AES 09a1856c7e97a51a9c2ecedac8c3c7c7c10e7efa931decb64169ee61cb07a0efb115050fd1e33af1
kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlock 2 AES 0509d215f2f574efa2f192efc53c460201168b26a175f066b5347fc48bc76c637e27a730b904ca82
kSecAttrAccessibleAlways 2 AES b7ac3c4f1e04896144ce90c4583e26489a86a6cc45a2b692a5767b5a04b0907e081daba009fdbb3c
kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly 3 AES 417526e67b82e7c6c633f9063120a299b84e57a8ffee97b34020a2caf6e751ec5750053833ab4d45
kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlockThisDeviceOnly 3 AES b0e17b0cf7111c6e716cd0272de5684834798431c1b34bab8d1a1b5aba3d38a3a42c859026f81ccc
kSecAttrAccessibleAlwaysThisDeviceOnly 3 AES 9b3bdc59ae1d85703aa7f75d49bdc600bf57ba4a458b20a003a10f6e36525fb6648ba70e6602d8b2
== Passcode key
ee34f5bb635830d698074b1e3e268059c590973b0f1138f1954a2a4e1069e612
== Keybag
Keybag type: Backup keybag (1)
Keybag version: 3
Keybag UUID: dc6486c479e84c94efce4bea7169ef7d
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Class WRAP Type Key WPKY Public key
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NSFileProtectionComplete 2 AES 64e8fc94a7b670b0a9c4a385ff395fe9ba5ee5b0d9f5a5c9f0202ef7fdcb386f 4c80b6da07d35d393fc7158e18b8d8f9979694329a71ceedee86b4cde9f97afec197ad3b13c5d12b
NSFileProtectionCompleteUnlessOpen 2 AES 22a218c9c446fbf88f3ccdc2ae95f869c308faaa7b3e4fe17b78cbf2eeaf4ec9 09e8a0a9965f00f213ce06143a52801f35bde2af0ad54972769845d480b5043f545fa9b66a0353a6
NSFileProtectionCompleteUntilFirstUserAuthentication 2 AES 1004c6ca6e07d2b507809503180edf5efc4a9640227ac0d08baf5918d34b44ef e966b6a0742878ce747cec3fa1bf6a53b0d811ad4f1d6147cd28a5d400a8ffe0bbabea5839025cb5
NSFileProtectionNone 2 AES 2e809a0cd1a73725a788d5d1657d8fd150b0e360460cb5d105eca9c60c365152 902f46847302816561e7df57b64beea6fa11b0068779a65f4c651dbe7a1630f323682ff26ae7e577
NSFileProtectionRecovery? 3 AES 9a078d710dcd4a1d5f70ea4062822ea3e9f7ea034233e7e290e06cf0d80c19ca a3935fed024cd9bc11d0300d522af8e89accfbe389d7c69dca02841df46c0a24d0067dba2f696072
kSecAttrAccessibleWhenUnlocked 2 AES 606e5328816af66736a69dfe5097305cf1e0b06d6eb92569f48e5acac3f294a4 09a1856c7e97a51a9c2ecedac8c3c7c7c10e7efa931decb64169ee61cb07a0efb115050fd1e33af1
kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlock 2 AES 6a4b5292661bac882338d5ebb51fd6de585befb4ef5f8ffda209be8ba3af1b96 0509d215f2f574efa2f192efc53c460201168b26a175f066b5347fc48bc76c637e27a730b904ca82
kSecAttrAccessibleAlways 2 AES c0ed717947ce8d1de2dde893b6026e9ee1958771d7a7282dd2116f84312c2dd2 b7ac3c4f1e04896144ce90c4583e26489a86a6cc45a2b692a5767b5a04b0907e081daba009fdbb3c
kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly 3 AES 80d8c7be8d5103d437f8519356c3eb7e562c687a5e656cfd747532f71668ff99 417526e67b82e7c6c633f9063120a299b84e57a8ffee97b34020a2caf6e751ec5750053833ab4d45
kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlockThisDeviceOnly 3 AES a875a15e3ff901351c5306019e3b30ed123e6c66c949bdaa91fb4b9a69a3811e b0e17b0cf7111c6e716cd0272de5684834798431c1b34bab8d1a1b5aba3d38a3a42c859026f81ccc
kSecAttrAccessibleAlwaysThisDeviceOnly 3 AES 1e7756695d337e0b06c764734a9ef8148af20dcc7a636ccfea8b2eb96a9e9373 9b3bdc59ae1d85703aa7f75d49bdc600bf57ba4a458b20a003a10f6e36525fb6648ba70e6602d8b2
== decrypted data:
'<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>\n<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD '
'PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">\n<plist versi'
'on="1.0">\n<dict>\n\t<key>DCIMLastDirectoryNumber</key>\n\t<integer>100</integ'
'er>\n\t<key>DCIMLastFileNumber</key>\n\t<integer>3</integer>\n</dict>\n</plist'
'>\n'
== pretty-printed plist
{'DCIMLastDirectoryNumber': 100, 'DCIMLastFileNumber': 3}
追加クレジット
Bédrune と Sigwald によって投稿されたiphone-dataprotection コードは、保存された Wi-Fi や Web サイトのパスワードなどの楽しいものを含む、バックアップからキーチェーンを復号化できます。
$ python iphone-dataprotection/python_scripts/keychain_tool.py ...
--------------------------------------------------------------------------------------
| Passwords |
--------------------------------------------------------------------------------------
|Service |Account |Data |Access group |Protection class|
--------------------------------------------------------------------------------------
|AirPort |Ed’s Coffee Shop |<3FrenchRoast |apple |AfterFirstUnlock|
...
このコードは、最新の iOS を使用する携帯電話からのバックアップでは機能しなくなりましたが、キーチェーンへのアクセスを許可する最新の状態に保たれている golang ポートがいくつかあり ます。