软件加密技术及实现.docx
《软件加密技术及实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《软件加密技术及实现.docx（65页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
软件加密技术及实现
软件加密技术及实现加入收藏
网站地图
网站搜索
简繁默
首页图片热点专题动网新闻.Net技术文章Flash欣赏新闻信息网络文摘星座命理英语学习论坛
首页→技术文章→加密解密算法
阅读新闻
软件加密技术及实现
[日期：
2004-07-30]来源：
csdn作者：
whinah[字体：
大中小]
软件加密技术及实现
雷鹏
（桂林电子工业学院计算机系）
摘要
当今盗版软件的泛滥成灾几乎已经成为了我们中国民族软件的灾难，为了防止软件的非法复制、盗版，保护软件开发商的利益，就必须对软件进行加密保护。
现在市面上有许多反盗版软件，但这类软件多是单机处理，并且只使用简单的加密手段，很容易被解密者破解。
本文描述了一个通过Internet，集加密和电子注册于一身的完善的软件保护方案。
该方案基于多种密码学意义上可靠的算法，如对称加密算法，散列算法，数字签名，密钥交换等等。
通过对Windows下PE可执行文件的结构及载入机制进行深刻的剖析,
巧妙的使用这些密码学算法及多种反破解方案对PE文件进行加密保护。
在该方案的实现中，使用CryptoAPI中的数字签名算法RSA，加密算法RC2和RC4，散列算法SHA，同时自己编写了使用了MD5算法用于快速计算大量数据的摘要；网络接口使用WinSocket；编程语言选用汇编语言和C++混合编程方式；反破解方案有检测文件完整性、检测代码完整性、反跟踪、反－反汇编、反Dump、代码变形等等。
由于使用了可靠的密码学算法，使软件加密的强度大大提高；由于使用了Internet在线注册方式，用户使用也非常方便。
关键词加密；数字签名；散列；反跟踪；电子注册
SoftwareProtectiontechniqueanditsrealization
LEIPeng
（GuiLinInstituteofElectronicTechnology.TheDepartmentofComputing
）
AbstractThefloodingofpiratesoftwarehasbeenacalamityofour
nationalsoftwareindustry.Inordertopreventsoftwarefrompirate,
andprotecttheprofitofthesoftwaredeveloper,theymustencrypttheir
softwaretogetaprotection.Thereareseveralsoftwareprotectiontools
inthemarketcurrently,butthesetoolswerestandaloneninetenths,
andtheyonlyusedsimpleencryptionalgorithms,sotheycouldbecracked
easilybythecrackers.
Thisthesisdescribesaperfectsoftwareencryptionandprotectionscheme
whichintegratetheencryptionandelectronicregister.Thisschemeis
basedonmultiplereliablecryptographicalgorithmssuchassymmetric
encryptionalgorithm,digitalsignature,hashingandkeyexchange.The
PEfileformat（PortableExecutableFileFormat）anditsloadingmechanism
underWindowsaredissectedthoroughlyinthisthesis.Thenthese
cryptographicalgorithmsandseveralanti-crackmethodareusedgracefully
toencryptandprotectthePEfile.
Withintherealizationofthisscheme,theRSAdigitalsignature
algorithm,RC2andRC4encryptionalgorithm,SHAhasingalgorithmetcin
MicroSoftCryptoAPIareused.Inordertoincreasetheperformaceof
caculatethedigestoflargenumberofdata,MD5hashingalgorithmwas
rewritten.WinSocketAPIisusedasthenetworkinterface.Theblendof
C++andassemblyareusedforeasilycontolingthebottomlayerofthe
systemandsimplifytheprogramming.Theanti-crackmethodconsitsthe
integralizationofthefilechecking,theintegralizationofthecode
checking,andanti-debug,anti-disassembly,anti-dumpandcode
metamorphoseetc.
Thereliablecyrptoalgorithmsguaranteethecryptostrength.Asaresult
ofonlineregister,theretailusersandthesoftwaredevelopersget
convenience.
KeywordsEncrypt;DigitalSignature;Hashing;Anti-Debug;
ElectronicRegister
目录
1概述1
2密码学简介
2.1概念3
2.2对称密码算法6
2.3公开密码算法6
2.4单向散列函数7
2.5数字签名8
3Windows环境下PE文件简介
3.1WIN32与PE基本概念10
3.2PE首部12
3.3PE文件的导入表14
4当前流行的一些软件保护技术
4.1序列号保护21
4.2时间限制22
4.3KeyFile保护23
4.4CD-check23
4.5反跟踪技术（Anti-Debug）23
4.6反－反汇编技术（Anti-Disassmbly）24
4.7软件狗25
4.8Vbox保护技术25
4.9SalesAgent保护技术26
4.10SecuROM保护技术26
4.11软盘加密26
4.12将软件与机器硬件信息结合26
4.13加壳27
5该软件的设计思想
5.1传统保护的不足28
5.2网络的流行29
5.3我的方案29
5.4该方案的可行性分析29
6该软件的整体构架、开发工具及方法
6.1需求分析32
6.2整体框架35
6.3各取所长（汇编与C/C++各取所长）35
6.4C/C++与汇编语言混合编程时的互调协议36
6.5该软件中各模块对语言特性的限制及解决方法40
6.6C/C++和汇编语言的预编译45
7该软件的实现及技术细节
7.1CryptoAPI简介47
7.2几个公共函数和宏49
7.3模块共用的结构体定义54
7.4Shield模块56
7.4.1壳程序中API和库函数的处理59
7.4.2壳程序主体62
7.4.3加密壳程序63
7.4.4运行中修改自身代码64
7.4.5代码散列校验64
7.4.6跳转到客户程序入口65
7.4.7载入并销毁Client程序的ImportTable66
7.4.8自毁壳程序代码69
7.4.9编译方法70
7.5Merge模块71
7.6Register模块76
7.7Server模块77
7.8软件授权协议的实现78
7.9Client的代码（数据）的加密/解密流程图示82
8使用说明及演示
8.1使用说明83
8.2演示及效果83
9限制、不足与展望
9.1使用该软件的限制86
9.2该软件的不足86
9.3对该软件的展望87
10结束语
10.1总结91
10.2致谢91
参考文献92
1概述
我引用《应用密码学》作者BruceSchneier的话：
世界上有两种密码：
一种是防止你的小妹妹看你的文件；另一种是防止当局者阅读你的文件资料。
如果把一封信锁在保险柜中，把保险柜藏在纽约的某个地方…，然后告诉你去看这封信。
这并不是安全，而是隐藏。
相反，如果把一封信锁在保险柜中，然后把保险柜及其设计规范和许多同样的保险柜给你，以便你和世界上最好的开保险柜的专家能够研究锁的装置。
而你还是无法打开保险柜去读这封信，这样才是安全的。
意思是说，一个密码系统的安全性只在于密钥的保密性，而不在算法的保密性。
对纯数据的加密的确是这样。
对于你不愿意让他看到这些数据（数据的明文）的人，用可靠的加密算法，只要破解者不知道被加密数据的密码，他就不可解读这些数据。
但是，软件的加密不同于数据的加密，它只能是"隐藏"。
不管你愿意不愿意让他（合法用户，或
Cracker）看见这些数据（软件的明文），软件最终总要在机器上运行，对机器，它就必须是明文。
既然机器可以"看见"这些明文，那么
Cracker，通过一些技术，也可以看到这些明文。
于是，从理论上，任何软件加密技术都可以破解。
只是破解的难度不同而已。
有的要让最高明的Cracker忙上几个月，有的可能不费吹灰之力，就被破解了。
所以，反盗版的任务（技术上的反盗版，而非行政上的反盗版）就是增加Cracker
的破解难度。
让他们花费在破解软件上的成本，比他破解这个软件的获利还要高。
这样Cracker
的破解变得毫无意义--谁会花比正版软件更多的钱去买盗版软件？
然而，要做到"难破解"，何尝容易？
Sony曾宣称的超强反盗版（Key2Audio音乐
CD反盗版），使用了很尖端的技术，然而最近却被一枝记号笔破解了，成为人们的饭后笑料！
所以，很多看上去很好的技术，可能在Cracker面前的确不堪一击。
就像马其诺防线一样，Cracker
不从你的防线入手，而是"绕道"。
这样，让你的反盗版技术在你做梦也想不到的地方被Crack了。
为什么会这样呢？
归根到底是因为软件在机器上运行，并且软件和机器是分离的--这一点是关键，如果软件和硬件完全绑定，不能分离，是可以做到象IDEA
之类几乎不可破解的系统的。
这将在后面谈传统软件保护技术时详细说明。
对我的这个解决方案，我不能保证Crack高手在几天之内不能破解它，我只能说：
"在这个软件中，我尽量堵住了当前破解者普遍使用的方法以及"我想得到"的可能的缺口。
"但是我相信，倾注了我三个月心血的反盗版软件，决不是一个"玩具式"的反盗版软件。
2密码学简介
2.1概念
（1）发送者和接收者
假设发送者想发送消息给接收者，且想安全地发送信息：
她想确信偷听者不能阅读发送的消息。
（2）消息和加密
消息被称为明文。
用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密，加了密的消息称为密文，而把密文转变为明文的过程称为解密。
图2-1表明了这个过程。
图2-1加密和解密
明文用M（消息）或P（明文）表示，它可能是比特流（文本文件、位图、数字化的语音流或数字化的视频图像）。
至于涉及到计算机，P是简单的二进制数据。
明文可被传送或存储，无论在哪种情况，M指待加密的消息。
密文用C表示，它也是二进制数据，有时和M一样大，有时稍大（通过压缩和加密的结合，C有可能比P小些。
然而，单单加密通常达不到这一点）。
加密函数E作用于M得到密文C，用数学表示为：
E（M）=C.
相反地，解密函数D作用于C产生M
D（C）=M.
先加密后再解密消息，原始的明文将恢复出来，下面的等式必须成立：
D（E（M））=M
（3）鉴别、完整性和抗抵赖
除了提供机密性外，密码学通常有其它的作用：
.
（a）鉴别
消息的接收者应该能够确认消息的来源；入侵者不可能伪装成他人。
（b）完整性检验
消息的接收者应该能够验证在传送过程中消息没有被修改；入侵者不可能用假消息代替合法消息。
（c）抗抵赖
发送者事后不可能虚假地否认他发送的消息。
（4）算法和密钥
密码算法也叫密码，是用于加密和解密的数学函数。
（通常情况下，有两个相关的函数：
一个用作加密，另一个用作解密）
如果算法的保密性是基于保持算法的秘密，这种算法称为受限制的算法。
受限制的算法具有历史意义，但按现在的标准，它们的保密性已远远不够。
大的或经常变换的用户组织不能使用它们，因为每有一个用户离开这个组织，其它的用户就必须改换另外不同的算法。
如果有人无意暴露了这个秘密，所有人都必须改变他们的算法。
更糟的是，受限制的密码算法不可能进行质量控制或标准化。
每个用户组织必须有他们自己的唯一算法。
这样的组织不可能采用流行的硬件或软件产品。
但窃听者却可以买到这些流行产品并学习算法，于是用户不得不自己编写算法并予以实现，如果这个组织中没有好的密码学家，那么他们就无法知道他们是否拥有安全的算法。
尽管有这些主要缺陷，受限制的算法对低密级的应用来说还是很流行的，用户或者没有认识到或者不在乎他们系统中内在的问题。
现代密码学用密钥解决了这个问题，密钥用K表示。
K可以是很多数值里的任意值。
密钥K的可能值的范围叫做密钥空间。
加密和解密运算都使用这个密钥（即运算都依赖于密钥，并用K作为下标表示），这样，加/解密函数现在变成：
EK（M）=C
DK（C）=M.
这些函数具有下面的特性（见图2-2）：
DK（EK（M））=M.
图2-2使用一个密钥的加/解密
图2-3使用两个密钥的加/解密
有些算法使用不同的加密密钥和解密密钥（见图2-3），也就是说加密密钥K1与相应的解密密钥K2不同，在这种情况下：
EK1（M）=C
DK2（C）=M
DK2（EK1（M））=M
所有这些算法的安全性都基于密钥的安全性；而不是基于算法的细节的安全性。
这就意味着算法可以公开，也可以被分析，可以大量生产使用算法的产品，即使偷听者知道你的算法也没有关系；如果他不知道你使用的具体密钥，他就不可能阅读你的消息。
密码系统由算法、以及所有可能的明文、密文和密钥组成的。
基于密钥的算法通常有两类：
对称算法和公开密钥算法。
下面将分别介绍：
2.2对称密码算法
对称算法有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。
在大多数对称算法中，加/解密密钥是相同的。
这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。
对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加/解密。
只要通信需要保密，密钥就必须保密。
对称算法的加密和解密表示为：
EK（M）=C
DK（C）=M
对称算法可分为两类。
一次只对明文中的单个比特（有时对字节）运算的算法称为序列算法或序列密码。
另一类算法是对明文的一组比特亚行运算，这些比特组称为分组，相应的算法称为分组算法或分组密码。
现代计算机密码算法的典型分组长度为64比特--这个长度大到足以防止分析破译，但又小到足以方便使用（在计算机出现前，算法普遍地每次只对明文的一个字符运算，可认为是序列密码对字符序列的运算）。
2.3公开密码算法
公开密钥算法（也叫非对称算法）是这样设计的：
用作加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且解密密钥不能根据加密密钥计算出来（至少在合理假定的长时间内）。
之所以叫做公开密钥算法，是因为加密密钥能够公开，即陌生者能用加密密钥加密信息，但只有用相应的解密密钥才能解密信息。
在这些系统中，加密密钥叫做公开密钥（简称公钥），解密密钥叫做私人密钥（简称私钥）。
私人密钥有时也叫秘密密钥。
为了避免与对称算法混淆，此处不用秘密密钥这个名字。
用公开密钥K加密表示为
EK（M）=C.
虽然公开密钥和私人密钥是不同的，但用相应的私人密钥解密可表示为：
DK（C）=M
有时消息用私人密钥加密而用公开密钥解密，这用于数字签名（后面将详细介绍），尽管可能产生混淆，但这些运算可分别表示为：
EK（M）=C
DK（C）=M
当前的公开密码算法的速度，比起对称密码算法，要慢的多，这使得公开密码算法在大数据量的加密中应用有限。
2.4单向散列函数
单向散列函数H（M）作用于一个任意长度的消息M，它返回一个固定长度的散列值h，其中h的长度为m。
输入为任意长度且输出为固定长度的函数有很多种，但单向散列函数还有使其单向的其它特性：
（1）给定M，很容易计算h；
（2）给定h，根据H（M）=h计算M很难；
（3）给定M，要找到另一个消息M'并满足H（M）=H（M'）很难。
在许多应用中，仅有单向性是不够的，还需要称之为"抗碰撞"的条件：
要找出两个随机的消息M和M'，使H（M）=H（M'）满足很难。
由于散列函数的这些特性，由于公开密码算法的计算速度往往很慢，所以，在一些密码协议中，它可以作为一个消息M的摘要，代替原始消息M，让发送者为
H（M）签名而不是对M签名。
如SHA散列算法用于数字签名协议DSA中。
2.5数字签名
提到数字签名就离不开公开密码系统和散列技术。
有几种公钥算法能用作数字签名。
在一些算法中，例如RSA，公钥或者私钥都可用作加密。
用你的私钥加密文件，你就拥有安全的数字签名。
在其它情况下，如DSA，算法便区分开来了?
?
数字签名算法不能用于加密。
这种思想首先由Diffie和Hellman提出
。
基本协议是简单的：
（1）A用她的私钥对文件加密，从而对文件签名。
（2）A将签名的文件传给B。
（3）B用A的公钥解密文件，从而验证签名。
这个协议中，只需要证明A的公钥的确是她的。
如果B不能完成第（3）步，那么他知道签名是无效的。
这个协议也满足以下特征：
（1）签名是可信的。
当B用A的公钥验证信息时，他知道是由A签名的。
（2）签名是不可伪造的。
只有A知道她的私钥。
（3）签名是不可重用的。
签名是文件的函数，并且不可能转换成另外的文件。
（4）被签名的文件是不可改变的。
如果文件有任何改变，文件就不可能用A的公钥验证。
（5）签名是不可抵赖的。
B不用A的帮助就能验证A的签名。
在实际应用中，因为公共密码算法的速度太慢，签名者往往是对消息的散列签名而不是对消息本身签名。
这样做并不会降低签名的可信性。
本章仅对密码学进行了一些简要的介绍，更多的请参阅参考文献[1]。
3Windows环境下PE文件简介
3.1WIN32与PE基本概念
只要用过电脑的人都知道什么是Windows，Windows95已经是过时的昨日黄花了，Windows98也已推出将近四年了。
2000
年又推出了Windows2000，今年又推出了
WindowsXP，微软的操作系统更新速度是如此的快，以至于昨天还在使用的东西，在今天看来就已经过时了。
Windows98以后，微软传言不在推出
9x内核的操作系统，但是2000年下半年却正式推出了WindowsMillennium，简称Win.Me。
然而从WindowsXP
的推出，可以断言，微软不会在升级Win9x操作系统了。
Windows2000和WindowsXP都是基于NT内核的。
所有这些操作系统都使用一种"可移植可执行文件格式"（PortableExecutableFileFormat），简称PE文件格式。
下面简短介绍一下PE文件的一些概念。
详细内容请参阅参考文献[14]。
WindowsNT继承了VAX?
VMS?
和UNIX?
的传统。
许多WindowsNT
的创始人在进入微软前都在这些平台上进行设计和编码。
当他们开始设计WindowsNT
时，很自然的，为了最小化工程的启动时间，他们会使用以前写好的并且已经测试过的工具。
用这些工具生成并且工作的可执行文件和OBJ文件格式叫做
COFF（CommonObjectFileFormat的首字母缩写）。
COFF的年龄不超过八年。
COFF本身是一个很好的起点，但是需要扩展到一个现代操作系统如Windows95和WindowsNT
就要进行一些更新。
其结果就是产生了（PE格式）可移植可执行文件格式。
它被称为"可移植的"是因为在所有平台（如x86,Alpha,MIPS等等）上实现的WindowsNT
都使用相同的可执行文件格式。
当然了，也有许多不同的东西如二进制代码的CPU指令。
重要的是操作系统的装入器和程序设计工具不需要为任何一种CPU完全重写就能达到目的。
关于PE文件最重要的是，磁盘上的可执行文件和它被WINDOWS载入内存之后（PE文件载入内存之后称为PE映像）是非常相像的（如图
3-1）。
WINDOWS载入器不必为从磁盘上载入一个文件而辛辛苦苦创建一个进程。
载入器使用内存映射文件机制把文件中相似的块映射到虚拟空间中。
构造式的进行分析，一个PE文件类似一个预制的屋子。
它本质上开始于这样一个空间，这个空间后面有几个把它连到其余空间的机件（就是说，把它联系到它的DLL上，等等）。
这对PE格式的DLL式一样容易应用的。
一旦这个模块被载入，Windows
就可以有效的把它和其它内存映射文件同等对待。
图3-1PE文件和PE映像的布局很相似
对Win32来讲，模块所使用的所有代码，数据，资源，导入表，和其它需要的模块数据结构都在一个连续的内存块中。
在这种形势下，你只需要知道载入器把可执
升级会员 