🔐 2024年熵密杯 Flag3 精讲：证书伪造 — CA注册 + 持有者验证缺失

阅读指引：本文是"熵密杯2024年真题精析"密码系统系列的第三篇。Flag3 考察的是证书认证中的身份验证缺失漏洞——系统在登录时验证了证书链的合法性（Issuer/Subject字段、有效期、证书链），却漏掉了最关键的一步：验证证书持有者（CommonName）是否与登录用户名一致。同时系统开放了CA注册接口，允许用户使用任意公钥申请合法证书。攻击者只需生成SM2密钥对 → 拿公钥去CA注册获取合法证书 → 用私钥+证书+管理员账号登录即可绕过认证，无需伪造证书。

📖 目录

1. 题目场景还原
2. 系统双接口分析
3. 漏洞分析：关键字段验证缺失
4. 攻击链路：合法证书 + 任意用户名
5. 代码实现：攻击步骤详解
6. 攻击原理总结与防御

1. 题目场景还原

题目描述：某数据库管理系统实现了基于 SM2 证书的挑战-应答登录认证。系统提供了两个接口：(1) 登录接口，需要提供用户名、私钥签名、证书三项；(2) 注册接口，允许用户提交裸公钥，CA用根证书签发合法证书返回。请以管理员身份（shangmibeiadmin）登录系统获取 flag3。

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 系统架构 & 双接口 │ │ │ │ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │ │ │ 注册接口 /register │ │ 登录接口 /login │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ 输入：裸公钥(PEM) │ │ 输入：username │ │ │ │ │ │ cert(PEM) │ │ │ │ 输出：CA签发的证书 │ │ signature(hex) │ │ │ │ (合法证书!) │ │ │ │ │ └─────────┬───────────┘ │ 验证：Issuer字段 ✓ │ │ │ │ │ Subject字段 ✓ │ │ │ │ │ 有效期 ✓ │ │ │ │ ┌──────────┤ 证书链签名 ✓ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └─────┼──────────┤ CommonName = ? │ ← 缺失! │ │ │ └─────────────────────┘ │ │ │ │ │ 攻击者拿着自己公钥 │ │ 通过CA注册拿到合法证书 │ │ 然后用私钥+证书 │ │ 以 "shangmibeiadmin" 身份登录 │ │ → 证书是合法的 → 验证全通过 → flag3 │ └──────────────────────────────────────────────────────────────┘

2. 系统双接口分析

2.1 注册接口 — CA 证书签发

系统提供了一个证书注册接口，用户可以提交裸公钥（raw public key），CA 会使用根证书为该公钥签发一个合法证书：

用户 ──提交裸公钥(PEM)──► CA 服务 │ ├─ 检查公钥格式是否正确 ├─ 使用根证书签发新证书 │ Subject.CommonName = 用户提交的或默认值 │ Subject.PublicKey = 用户提交的公钥 │ 用根证书私钥签名 │ 合法证书(PEM) ◄──┘

关键事实：任何人可以拿着任意公钥去CA注册，获得一个由根证书签名的、完全合法的证书。该证书能通过所有密码学验证。

2.2 登录接口 — 证书验证流程

funcvalidateCertificate(cert,rootCert*x509.Certificate)error{// 第一层: Issuer 字段字符串比对ifcert.Issuer.CommonName!=rootCert.Subject.CommonName{returnfmt.Errorf("证书校验失败")}ifcert.Issuer.Organization[0]!=rootCert.Subject.Organization[0]{returnfmt.Errorf("证书校验失败")}// 第二层: 有效期检查iftime.Now().Before(cert.NotBefore)||time.Now().After(cert.NotAfter){returnfmt.Errorf("证书校验失败")}// 第三层: Subject 字段硬编码比对ifcert.Subject.Organization[0]!="ShangMiBei"{returnfmt.Errorf("证书校验失败")}ifcert.Subject.OrganizationalUnit[0]!="ShangMiBei2024"{returnfmt.Errorf("证书校验失败")}// 第四层: x509 证书链密码学验证roots:=x509.NewCertPool()roots.AddCert(rootCert)opts:=x509.VerifyOptions{Roots:roots}if_,err:=cert.Verify(opts);err!=nil{returnfmt.Errorf("证书链校验失败")}returnnil}

2.3 验签流程

funcvalidateSignature(message,signaturestring,publicKey*sm2.PublicKey)(bool,error){hexSignature,_:=hex.DecodeString(signature)isValid:=publicKey.Verify([]byte(message),hexSignature)returnisValid,nil}

验签用的publicKey是从用户上传的证书中提取的——证书来自CA注册，完全合法；私钥在攻击者手中，签名必然验真。

3. 漏洞分析：关键字段验证缺失

漏洞（致命）: CommonName 持有者身份未验证

整个验证流程检查了四项内容：

// 代码中缺失了这一行:// if cert.Subject.CommonName != username {// return fmt.Errorf("证书持有者与登录用户不匹配")// }

后果：登录用户名username与证书持有者Subject.CommonName之间没有任何绑定关系。攻击者可以拿着以自己公钥注册的合法证书（CommonName可能是自己的名字或默认值），在登录时填写username="shangmibeiadmin"，系统不会发现任何异常。

为什么证书链验证全部通过？

因为证书本身就是合法的——它不是自签证书，不是伪造证书，而是通过CA正规注册流程签发的真实证书：

根证书 ──密码学签名──► 攻击者的证书 (CA签发) │ ├─ Issuer = 根证书 Subject ✅ ├─ Subject.O = "ShangMiBei" ✅ ├─ Subject.OU = "ShangMiBei2024" ✅ ├─ 有效期正常 ✅ └─ cert.Verify() 密码学验证 ✅

证书完全合法，但持有者不是管理员——而系统恰恰没检查这一条。

4. 攻击链路：合法证书 + 任意用户名

步骤①: 生成攻击者的 SM2 密钥对 (privKey, pubKey) 步骤②: 将 pubKey 以 PEM 格式提交到注册接口 /register → CA 使用根证书签发合法证书 certPEM → certPEM 中的 PublicKey = 攻击者的 pubKey 步骤③: GET /challenge?username=shangmibeiadmin → 服务端返回 randomStr 步骤④: 用攻击者私钥 privKey 对 randomStr 做 SM2 签名 → signature = SM2_Sign(privKey, randomStr) 步骤⑤: POST /login { username: "shangmibeiadmin", ← 管理员账号 cert: certPEM, ← CA签发的合法证书 signature: hex(signature) ← 自己的私钥签名 } 步骤⑥: 服务端验证: ├─ validateCertificate(cert, rootCert) → ✅ 通过 (合法CA签发) ├─ 提取 cert.PublicKey → 攻击者的公钥 ├─ validateSignature(msg, sig, pubKey) → ✅ 通过 (自己私钥签名) └─ isAdmin = (username == "shangmibeiadmin") → true! 步骤⑦: 签发 JWT → 管理员身份 → 访问 /admin/flag → flag3

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 攻击链路全景 │ │ │ │ gmssl 生成密钥对 │ │ ┌──────────────────┐ │ │ │ privKey + pubKey │ │ │ └───────┬──────────┘ │ │ │ │ │ ├──► pubKey ──► CA注册接口 ──► 合法证书 certPEM │ │ │ │ │ ├──► privKey ──► SM2签名(challenge) ──► signature │ │ │ │ │ └──► certPEM + signature + "shangmibeiadmin" │ │ │ │ │ ▼ │ │ POST /login │ │ │ │ │ ▼ │ │ ┌─────────────────────────────┐ │ │ │ 证书合法? ✅ (CA签发) │ │ │ │ 证书持有者 = 登录用户? ← 没查! │ ← 致命缺陷 │ │ │ 签名有效? ✅ (自己私钥签的) │ │ │ │ username = "shangmibeiadmin" │ │ │ │ → isAdmin = true │ │ │ └─────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ ▼ │ │ JWT Token → GET /admin/flag → flag3{...} │ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘

5. 代码实现：攻击步骤详解

步骤①: 生成 SM2 密钥对

fromgmsslimportsm2,func# 使用 gmssl 生成 SM2 密钥对# 方式一：gmssl 命令行# $ gmssl genpkey -algorithm SM2 -out priv.pem# $ gmssl pkey -in priv.pem -pubout -out pub.pem# 方式二：Python gmssl库sm2_crypt=sm2.CryptSM2()priv_key_hex=func.random_hex(64)# 32字节私钥pub_key_hex=sm2_crypt.public_key_from_private(priv_key_hex)

或使用合适的工具生成

步骤②: 注册证书

importrequests# 读取公钥 PEMwithopen('pub.pem','r')asf:pub_pem=f.read()# 提交到注册接口resp=requests.post("http://server/register",json={"public_key":pub_pem})cert_pem=resp.json()["certificate"]# cert_pem 是 CA 用根证书签发的合法证书# 保存供后续使用withopen('cert.pem','w')asf:f.write(cert_pem)

注意：注册接口只是验证公钥格式（PEM格式、SM2 OID），不限制谁可以注册。任何人都能拿到由根证书签名的合法证书。

步骤③④⑤: 请求challenge → 签名 → 登录

fromgmsslimportsm2,func# 1. 获取 challenge（以管理员身份请求）resp=requests.get("http://server/challenge?username=shangmibeiadmin")random_str=resp.json()["random_str"]# 2. 用攻击者私钥对 challenge 做 SM2 签名sm2_crypt=sm2.CryptSM2(private_key=priv_key_hex,public_key="")signature=sm2_crypt.sign(random_str.encode())# 3. 发送登录请求resp=requests.post("http://server/login",json={"username":"shangmibeiadmin",# ← 管理员账号"cert":cert_pem,# ← 自己注册的合法证书"signature":signature.hex()})# 4. 提取 JWT Token, 以管理员身份访问 flag 接口token=resp.json()["token"]flag_resp=requests.get("http://server/admin/flag",headers={"Authorization":f"Bearer{token}"})print(flag_resp.json()["flag"])# flag3{...}

6. 攻击原理总结与防御

为什么攻击能够成功？

系统设计了证书链密码学验证，但忽略了授权的核心问题： "证书持有者是谁？" "他有没有权限以这个用户名登录？" ┌──────────────────────────────────────────────────────┐ │ 验证了什么 没验证什么 │ │ ─────────── ─────────── │ │ ✅ 证书是CA签发的吗？ ❌ 证书是谁的？ │ │ ✅ Issuer字段对吗？ ❌ CommonName == username? │ │ ✅ Subject硬编码对吗？ ❌ 证书持有者 = 管理员? │ │ ✅ 有效期正常吗？ │ │ ✅ 证书链签名有效吗？ │ │ ✅ 挑战-应答签名对吗？ │ └──────────────────────────────────────────────────────┘ 结果：系统确认了"证书是真的"，但没有确认"证书是这个人的"。 就像检查了身份证的防伪标识，却没看照片和姓名。

防御措施

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