2017年最佳算法提名勒索软件（sega）分析

一、前言

       在电视剧中，经常看到这样的场景：男主与女主相亲相爱结婚后生下一可爱的孩子，谁知男主遇见小三后移情别恋并最终与小三一起，时隔多时，发现孩子得了血液类疾病，耐何亲父血型不配型，无奈只好求助孩子亲生母亲…………多么熟悉的电影场景，如今却在勒索软件身上上演。

      

      在2017年1月，新型的加密勒索软件以Sega之姿重出江湖，这款新型勒索软件的加密方式正如上面描述的电影场景一般。加密过程涉及三方角色：入侵者(相当于女主)，系统(相当于男主)与文件(相当于小三)。加密时，本来入侵者与系统通过curve25519协商出的共享密钥(相当于孩子)，却被系统带走与文件(小三)一起使用(生活)，最后被加密过的文件系统拥有的密钥无法解开(相当孩子与父亲血型不匹配)，最终只有入侵者的密钥能解开加密后的文件(只有亲生母亲能救孩子)，具体的加密过程在下文篇章中详细描述。

      

      这款勒索软件的原理，就是通过强大的curve25519密钥协商加密算法，对每个文件生成不同的加密密钥后，使用chacha20对文件进行加密。勒索软件之所以采用curve25519，在密钥协商完之后，客户机器上用于协商密钥的私钥丢弃，在这种情况下，只有入侵者手中的私钥可用来解密文件。同时采用chacha20加密文件，又加快文件加密速度。

     


      勒索软件最大的亮点一方面在于巧妙设计的算法结构，涉及的三个角色的加密变换，此外软件代码中涉及到的加密方面的算法有murmurhash，sha1,base64,chcha20, curve25519等，使用这些算法并不能显示出软件作者的牛B之处，作者的牛B之处在于把这些种加密算法的使用都恰到好处，可见软件作者对加密算法有深入理解。另一方面在于采用了IPGA算法动态生成大量IP地址，随后向这些IP发送用户信息。如同DGA算法中的conficker家族的地位，sega勒索软件也可能成为IPGA算法中的领头兵。今后，对于动态IP生成的使用可能会逐步流行。

被此勒索软件加密后，显示效果图如下：

thumb-Mon_1703-4_1429381602214533_81e23aebb47a292.png


二、技术分析

程序代码做了各种混淆，包括跳转混淆，内存加载，SMC等反调试技术，我们只对跳转混淆的处理方法做下详细说明，对于SMC等其它的阻碍调试的方法等不在本文中展开。


2.1跳转混淆处理

代码的跳转做了跳转混淆，跳转混淆标志为push XXX;CALL XX

      

使用ida-python脚本去除掉跳转混淆的代码。算法的思想为：
遍历程序代码段，找到混淆函数后，通过交叉引用找到所有调用混淆函数的地方，在调用混淆函数的地方向上搜索找到push语句，根据push的操作数计算出最终要跳转到的地址。最后通过patch的方法，修改代码跳转到反混淆后的地址。

      

通过分析，代码中有多处混淆函数，每个混淆函数代码都是固定的。

      

混淆函数对应的十六进制为：
51 52 8B 54 24 0C 8B 4C  24 08 81 C1 FF 00 00 00 29 D1 41 41 89 4C 24 08  5A 59 C2 04 00

搜索上面的十六进制，定位到混淆函数。使用IDA的交叉引用功能找到调用函数的位置。

最终，通过下面的代码去除跳转混淆代码。

def process_jmp(push_ea, to_ea):   

    i = idautils.DecodeInstruction(push_ea)
    if i.get_canon_mnem() == 'push':
        jmp_start_ea = NextHead(push_ea)
        code_distance = to_ea - jmp_start_ea - 5
        print '%x :jmp to: %x delta:%x' % (jmp_start_ea, to_ea, code_distance)
        x86_nop_region(push_ea, jmp_start_ea)

        code_distance = code_distance & 0xffffffff    
        code_distance = '%08x' % code_distance
        distance_len = len(code_distance)
        ret_str =[]
        temp_buf = code_distance[::]
        for i in range(distance_len/2):
            bytes = temp_buf[-2::]
            ret_str.append(bytes)
            temp_buf=temp_buf[:-2:] 

        fill_value = 'E9%s' % ''.join(ret_str) 
        buf = binascii.unhexlify(fill_value)
        idaapi.patch_many_bytes(jmp_start_ea, buf)    

if __name__=="__main__":
    confusion_fun_list = findConfusionBinary()
    for confusion_fun in confusion_fun_list:
        for x in XrefsTo(confusion_fun,flags = 0):
            addr_push = idc.PrevHead(x.frm)
            # push mem format
            if GetMnem(addr_push) == 'push' and  GetOpType(addr_push, 0)==5:
                push_arg=GetOpnd(addr_push, 0)
                ret_arg=NextHead(x.frm) 
                push_arg=int(push_arg.strip('h'),16)
                to_ea = myfun(push_arg, ret_arg)

                process_jmp(addr_push, to_ea)

去除跳转混淆后代码前后比较：


2.2加载函数过程

获取函数名称时没有采用shellcode中常采用的ROR/L算法，而是采用了murmurhash，代码中的murmurhash及解密出的函数地址如下：


2.3 CC地址生成过程：

CC地址以加密的方式保存在文件的尾部。
解密过程为：读取文件尾部的密钥与密文，使用CHACHA20算法进行解密
如下图所示文件尾部的密文与加密key

      

打开原始文件，定位到文件尾部读取加密内容：

thumb-Mon_1703-4_1429381602214533_19e397d2ab24835.png

通过salsa20算法，解密出CC地址：

最终解密出来的地址部分为：“rzunt3u2.com er29sl.com”，此解密出来的内容做为最终通信地址的后缀部分，通信地址的前面部分内容硬编码在文件中，最后得到的通信地址为：mbfce24rgn65bx3g.rzunt3u2.com和mbfce24rgn65bx3g.er29sl.com。
程序中硬编码的通信地址的部分内容如下图

      

生成过程可以用如下的python代码表示：

from Crypto.Cipher import ChaCha20
secrect = '\x2E\x4B\x59\xD7\xA3\x9B\xFC\xBC\x3E\xA1\xCD\x70\x60\xBF\xB9\xBB\x15\xF7\xEB\x9F\xBA\xE3\x3E\xE0\x4B\x34\x4E\xF1\x6B\x7E\x06\xDF'
cipter_code = '\x1D\xA3\xF3\x7D\xB2\x3D\x85\x66\x9D\x67\x2B\xDA\x6A\x9A\x51\x58\x64\x4A\x4F\x03\xC1\x1B\x7D\x11\xE8'
nonce = '\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
cipher = ChaCha20.new(nonce=nonce ,key=secrect)
print cipher.decrypt(cipter_code)


2.4字符生成算法

程序中的字符生成算法可以保证在同一台机器中相同str_id可以生成相同的字符内容，而不同机器的相同str_id生成的字符内容不同。

      

代码中用到的随机字符生成算法为
GenStrByID(unsigned int str_len, char str_id)

      

参数一表示要生成的字符长度，参数二表示生成的字符id.

程序从根据str_id和从注册表中读取到的machine_id进行sha1运算，对sha1的结果进行base64编码，最后根据字符长度从base64结果中选择指定长度的字符，如果指定长度的字符中存在“+”则用“a”替换，如果指定长度的字符中存在“/”则用“b”替换。进行这两个字符替换的目的是为了使生成的字符符合文件名命名规范。


2.5文件遍历过程

文件遍历过程并不是使用的常规的FindFirstFile/FindNextFile类函数进行遍历。而是通过ZwQueryDirectoryFile函数历文件。

对文件后缀名进行判断：

thumb-Mon_1703-4_1429381602214533_72fb394a580c691.png

文件夹白名单：

与CC地址通信的内容也经过格式化为packmessage格式：


三.加密与解密

3.1 加密过程

对文件的加密使用流加密算法CHACHA20,CHACHA20的密钥来自于curve25519密钥协商体系。

加密过程涉及到三个角色，分别为入侵者，系统，文件。

加密过程涉及到两次密钥的协商过程，分别为入侵者与系统协商共享密钥，系统与每个文件协商共享密钥。其中的协商密钥算法为curve25519。

其中硬编码的i_public如下所示

密钥生成过程如下图。

其中f_public保存在加密后文件的尾部，每个被加密文件的f_public不同。

S_public1与s_public2密钥保存在临时文件中。共0x40字节。

入侵者与系统通过协商出共享密钥（图中的共享密钥1），随后系统与文件协商密钥的过程中，使用这个共享密钥做为系统方的私钥（即s_secret2就是共享密钥1）。

入侵者与系统之间协商密钥的过程：

系统生成随机的私钥,与入侵者硬编码的公钥，计算出系统与入侵者之间的共享密钥，同时把系统方的公钥(s_public1)保存在临时文件的前0x20字节处。此阶段协商出来的共享密钥为入侵方与系统方的通信密钥，系统与入侵者的密钥协商完成。

随后在系统与文件这两个角色协商密钥过程中，用共享密钥1作为系统方的私钥（s_secret2），系统方的s_public2由s_secret2生成后保存在临时文件中的后0x20字节处。此阶段协商出来的共享密钥为系统方与文件方的通信密钥。

文件方使用2中协商出来的通信密钥(共享密钥2)做为chacha20密钥，加密文件内容。并将文件方的公钥(f_public)保存在加密文件的尾部。

文件加密密钥的生成过程：

使用chacha20加密文件的代码：

重命名文件，生成.sega文件后缀


3.2 解密过程分析

由上面的分析，要想解密文件，就必须知道chacha20的密钥，这个密钥是文件方与系统方协商密钥的共享密钥（即共享密钥2）。从上面可以看到只有得到s_secret2才能解密文件。而s_secret2就是共享密钥1，共享密钥1就只有入侵者才能计算得出。这就就说明加密后的文件只有入侵者才能解密。

程序运行后，会动态生成0x2000个IP地址，然后向这些IP地址发送感染用户的用户信息。


四 . IPGA算法

用户的加密密钥会首先以POST的方式发送到下面的CC地址中

thumb-Mon_1703-4_1429381602214533_b98d6c885d7f020.png

如果POST数据失败，程序会使用IPGA算法生成大量IP地址，并向这些IP发送UDP数据包，数据包负荷为用户信息和KEY信息。
下图高亮部分的ECX展示了ip地址的计算过程

thumb-Mon_1703-4_1429381602214533_2bce16f02a8e83a.png

由上面代码及v11、v12的定义（v11 = 0x3B8BC58A，对应的IP范围为138.197.0.0/16和139.59.0.0/16，v12 = 0x72D32D05对应的IP范围为5.45.0.0/16，211.114.0.0/16），可以得到IPGA覆盖IP地址范围为：


五、其它操作

5.1 对用户地理区域的判断：

通过GetKeyboardLayoutList函数得到键盘布局信息，用来判断用户的所在的地址区域。这些区域信息在参考1中都有提及。

5.2 自删除

5.3 删除用户的还原镜像

5.4 添加启动项：


六、总结

在巨额非法收入的诱惑下，很可能会有越来越多的恶意代码作者开始从事勒索软件的开发，借助比特币等难于追踪的支付方式的保护，勒索软件的作者也会越来越有恃无恐。对于这款勒索软件尚没有可以解密文件的方法。对于勒索软件的防范，还是建议做好预防措施。使用使用安全软件或设置以避免已知的勒索软件运行；做好重要数据的备份工作。此外，这款勒索软件会检测系统中是否存在文件C:\Temp\lol.txt，如果存在这个文件，sega会自动跳过加密过程，因此，对于sega勒索，用户也可以通过在文件系统中建立C:\Temp\lol.txt文件的方式来免疫。


七、参考

https://www.cert.pl/en/news/single/sage-2-0-analysis/
https://isc.sans.edu/forums/diary/Sage+20+Ransomware/21959/
https://www.bleepingcomputer.com/forums/t/634978/sage-file-sample-extension-sage/
https://www.govcert.admin.ch/blog/27/sage-2.0-comes-with-ip-generation-algorithm-ipga

源链接

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