RFID之M1卡数据分析资料.docx

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RFID之M1卡数据分析资料

0x01契机

一直没有机会也没下定决心认真的去研究某个安全领域，很早之前就看到好多人研究RFID，一直很憧憬那片天空，趁着老大给机会，决定选这个方向作为个人业余努力的方向。

差不多四天前入手了ACR122U，决定拿自己母校的餐厅饭卡练手。

ACR122U的使用很简单，只要安装上驱动，使用M1卡服务程序就可以很快破解，破解完成后查看其生成的dump文件，找到加密扇区的密码，将密码导入到MCT（MifareClassicTool），剩下的就可以完全使用MCT完成了，个人很怀疑破解过程是否完全可以通过手机（支持NFC）APP完成。

ACR122U的详细使用过程可以参考：

RFID安全之某学校水卡破解，本文主要介绍目前M1卡中的数据分析和M1卡安全防护方案。

0x02背景知识

了解M1卡的结构可以知道M1卡共16个扇区，编号从0到15，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。

0x03数据分析

阅读《RFID安全之某学校水卡破解》可以发现该学校的水卡中数据存储比较简单，按照作者的分析，4号扇区的1、2号数据段（编号从0开始）存储了水卡余额，将已知的余额32.31，换算为分为3231，再转为10进制为C9F，即00000C9F，而0C9F取反为FFFFF360，这时比较下4号扇区的值，很容易发现规律：

前四个字节不取反倒序（9F0C0000）存储余额，接下来四个字节取反倒序（60F3FFFF）存储余额，再接下来四个字节不取反倒序（9F0C0000）存储余额。

上面提到的“倒序”，可以结合计算机数据存储方式来理解：

如下图所示，变量a存储的数据对应的16进制为0A112233，变量b存储的数据对应的16进制为0B445566。

这样就很明显了，5634120A，就是变量a所代表的数据的十六进制0A123456的倒序。

作为入门教程，个人认为《RFID安全之某学校水卡破解》是非常不错的。

看完这个教程，并实践结束后，我停下来思考这样一个问题：

M1卡的密码破解是傻瓜式的，当然也有文章介绍破解原理，但是作为门外汉，目前我还不是特别关心，我只想找到那种破解成功，可以修改金额的快感！

那么在整个M1卡的破解过程中，我自己到底起了什么作用？

答案是卡片的数据分析。

《RFID安全之某学校水卡破解》中的数据分析并不难，只要知道水卡的余额就可以定位卡片中余额数据的存储位置，细心的读者肯定可以发现文中的截图5号扇区也存在非0值块，作者在《RFID安全之某学校水卡破解后记——不留后患》中作了进一步分析；《任意修改学校食堂饭卡余额》这篇文章所描述的卡片和《RFID安全之某学校水卡破解》的分析非常相似；而另一篇《破解学校水卡---|||RFIDHack初探》文中的数据就更简单了，只有余额和消费金额之和，连取反的校验都没做。

分析了几篇图文教程式入门文章，加上自己的实际破解过程，总结了一下数据分析的经验。

首先，需要收集信息，然后可以通过数据比对法定位余额，如果卡片数据采取了校验保护，可以采用试错法进行排查定位，正如《RFID安全之某学校水卡破解后记——不留后患》中所用到的方法。

0x03.1比对法

比对法，就是将已知数据换算成十六进制，寻找卡片中能与之对应的数据，从而确定卡片中对应的存储位置所存储的数据的意义，或者将卡片中变化的字节转成十进制，判断是否存在相应的数据信息。

最常用的比对值当然是卡片余额，还有当前的消费金额，或者是累计的消费金额，这两个数据有出现在前文的引用文中。

那么除了这些，还应该考虑哪些数据呢？

这里我作一个简单的罗列：

消费次数、日期、时间、读卡器编号、卡号（非UID）等之所以认为上面的数据可以存储在卡片中，是因为两个字节（16bit），不考虑符号位，可以表示的最大数值是65535，一个字节（8bit）可以表示最大数值为255。

一张卡按四年有效期来算的话，每天要刷44次才能再四年内超过这个数值；日期也可以用两个字节来表示，可以选择整体表示，譬如12月31日，记为1231，对应到16进制04CF，也可以一个字节表示月一个字节表示日，仍然是12月31日，可以记为0C1F（1F=31）；时间（不考虑秒）的最大表示数字是23:

59，也可以参考日期的表示方式，选择不同的方案；读卡器编号，一般情况下一个单位也不会同时具有65535台读卡设备；卡号，这里卡号一般可以用两个字节表示，如果单位人数较多（超过65535），也可以使用四个字节表示，卡号的意义可以标识一个人，也可以标识单位内的一个部门等。

0x03.2试错法

试错法就是针对一些不明意义的字节（可能是校验字节），通过修改已知意义的字节来确定其关联性，找出不明意义字节的计算方法。

数据比对法，有时并不能分析出所有数据块的数据，这时可以考虑试错法来确定隐晦数据和哪些字段有关联，譬如下面的案例：

卡片只有0号扇区有数据：

?

1

2

3

4

439A********040046BA141251100310            第0段

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

1101********FF078069FFFFFFFFFFFF            第3段

第0段为厂商写死的UID，不可修改，经过多次信息收集发现第1段的数据是不变的，变化的只有第二段，经过比对法，发现第1段的4A3D是卡号，第2段的01C2是本次消费金额，0EA6是余额，027D是消费和充值次数，081D是日期，到此，第2段中还有前四个字节以及最后两个字节的意义不明。

下面通过试错来定义各个字节的意义尝试直接修改K1余额，读卡会失败，于是认为刷卡消费过程存在验证，余额和消费金额并不能构成验证对，所以认为验证信息在意义不明的6个字节内。

只修改消费金额也会导致读卡失败。

尝试使用K2的值整体替换K1的第2段，结果读卡依然失败。

最后尝试使用K2的值，整体替换K1的第1和第2段，等价于复制卡片，终于读卡成功了。

通过以上几步，可以确定消费读卡器在进行扣钱之前，会先校验卡片的正确性，校验值和余额、消费金额以及第1段中的数据都有关联。

为了进一步定位信息，做出如下试错计划：

1、修改卡号，确认卡片是否可正确识别；2、逐个修改第2段中已知意义的字节，确认卡片是否可正确识别，排除与校验无关的字节3、对第2段中不明意义的6个字节逐个修改，确认卡片是否可正确识别，排除非校验字节4、对第1段中的3个不明意义的字节逐个修改，确认卡片是否可正确识别本质是就是对所有数据字节进行试错，排除与校验无关的字节！

通过以上过程缩小与校验相关的字节，再结合比对法中找出的已知意义的字节，从而确定不明意义字节的意义和校验算法。

由于刷卡条件限制，以上案例尚未破解完成，试错法也有待该案例进一步验证。

破解过程需要大胆猜测，努力求证！

0x04卡片防护

破解和防护是一对冤家，既然M1卡这么容易被破解，那有没有合适的防护方法呢？

上一小节中提到的校验案例就算是一个很小的防护手段，但是依然存在很大被破解的风险。

为了降低水卡和饭卡被破解的风险，同时又不增加替换M1卡的成本，可以完全加密数据字段，基于密钥和算法保密性，保证即使可以通过验证攻击获取到M1卡中的数据，黑客也无法快速判断各个数据字段的意义，从而无法完成余额修改！

譬如，参考上一小节的校验案例，如果所有数据再与一个2字节的密钥进行异或处理，这时就无法简单的通过比对法判断出哪些字节是余额、哪些是消费金额，进一步降低了破解风险。

当然针对密钥可以设计一套动态密钥方案，效果类似支付宝令（需要考虑如何处理长期不使用的卡片），而加密算法可以选择更加复杂的对称加密算法，只要保证不会对消费刷卡机造成过大延迟即可。

0x05复制攻击

数据加密虽然可以增加黑客分析卡片数据的难度，降低黑客恶意修改余额的风险，但是无法应对卡片复制攻击！

复制攻击可能造成的后果是盗刷他人饭卡或水卡，这一点是最容易理解的，当然前提是黑客可以接触到别人的饭卡或水卡。

除了这一点，复制攻击是否还存在其它危害？

在分析这之前，需要明确几个前提，1）刷卡机中会记录哪些信息；2）我们假设刷卡机没7天向中央数据库服务器提交一次数据，刷卡机向中央数据库提交的是哪些数据。

如果刷卡机只记录一张卡片的最后一次消费记录，那么其向数据库提交的数据必然要包含余额信息。

如果在刷卡机两次向数据库提交数据的时间间隔内，利用复制的卡片（复制较早的卡片数据）做最后一次消费，那么真实卡片消费的数据就会被覆盖掉。

当然个人猜测目前的刷卡机应该会记录卡号（非UID）、消费累计金额、消费次数，同步数据库时只需要基于卡号找到对应的记录，然后将余额减去消费累计金额、总消费次数叠加本次提交的消费次数。

这种情况下，复制攻击就只能盗刷他人的饭卡或水卡余额了，但是即使是这样，如果不影响被复制的卡，也算是一种修改余额的方式，毕竟刷卡机不会基于数据库信息向卡片写数据！

本来以为复制攻击就这些影响了，晚上睡觉前忽然想到，既然可以复制别人的卡，为什么不能复制自己的卡呢。

T1时间充值m元，并记录下卡内的数据信息D1，消费一段时间后，T2时间卡内余额n元（n

这种情况即使是使用UID作校验也无法防护了，除非刷卡机是在线实时查询数据库的，后来发现这种攻击方式12年就有人提出了，并称之为重放/重置攻击。

0x06后记

刚接触RFID，有描述不准确或错误的地方，请轻拍指正！

0x07卷土再来

基于0x05节的分析和实际验证，通过复制攻击（重放攻击）已经实现0x03.2节示例中卡片的余额修改，但是为了论证0x03.2节试错法的可行性，规划了如下方案：

?

1

2

3

4

439A********040046BA141251100310            第0段

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

1101********FF078069FFFFFFFFFFFF            第3段

针对以上信息，对第1、2段内容，逐字节进行试错，确认卡片是否可读验证结果如下：

1、修改第1段第0字节

?

1

2

0D0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

2、修改第1段第1字节

?

1

2

0C0E0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

3、修改第1段第2字节

?

1

2

0C0D0D1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

4、修改第1段第3字节

?

1

2

0C0D0C1200004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

5、修改第1段第4字节

?

1

2

0C0D0C1101004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

6、修改第1段第5字节

?

1

2

0C0D0C1100014A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

7、修改第1段第6字节

?

1

2

0C0D0C1100004B3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

8、修改第1段第7字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3E002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

9、修改第1段第8字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D012D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

10、修改第1段第9字节

0C0D0C1100004A3D002E000000010047第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560第2段

11、修改第1段第10字节

0C0D0C1100004A3D002D010000010047第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560第2段

12、修改第1段第11字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000100010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

13、修改第1段第12字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000001010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

14、修改第1段第13字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000020047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

15、修改第1段第14字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010147            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

16、修改第1段第15字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010048            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

17、修改第2段第0字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

380BBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

18、修改第2段第1字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370CBCE401C200000EA6027D081D0560            第2段

19、修改第2段第2字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBDE401C200000EA6027D081D0560            第2段

20、修改第2段第3字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE501C200000EA6027D081D0560            第2段

21、修改第2段第4字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE402C200000EA6027D081D0560            第2段

22、修改第2段第5字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C300000EA6027D081D0560            第2段

23、修改第2段第6字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C201000EA6027D081D0560            第2段

24、修改第2段第7字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200010EA6027D081D0560            第2段

25、修改第2段第8字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000FA6027D081D0560            第2段

26、修改第2段第9字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA7027D081D0560            第2段

27、修改第2段第10字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6037D081D0560            第2段

28、修改第2段第11字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027E081D0560            第2段

29、修改第2段第12字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D091D0560            第2段

30、修改第2段第13字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081E0560            第2段

31、修改第2段第14字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0660            第2段

32、修改第2段第15字节

?

1

2

0C0D0C1100004A3D002D000000010047            第1段

370BBCE401C200000EA6027D081D0561            第2段

本来期望可以得到一个很不错的结果的，甚至连测试结果位置都预留了，天不遂人愿，畏畏缩缩的在一个窗口连刷了32次，每次都是读卡失败，这下郁闷了，本以为破解只能止步于此了。

又拖了一周，感觉自己都没激情了，只是偶尔抽时间看看之前收集的数据，却总结出了下面的结果：

?

1

2

3

4

5

6

7

1305712204E200000154031508190DFC        0E0E

13057122271000002864031608190D37        0404

5904719604E200002382031709010DEC        6767

130586B304E200001EA0031809020D66        E7E7

1305898E019000001D10031909030499        E7E7

1305925C04E20000182E