RSA 4.0

4 minutos de lectura

Se nos proporciona el código fuente en SageMath para cifrar la flag:

import os

from Crypto.Util.number import bytes_to_long, getStrongPrime

m = bytes_to_long(os.getenvb(b"FLAG", b"FAKEFLAG{THIS_IS_FAKE}"))
e = 0x10001
p = getStrongPrime(1024, e=e)
q = getStrongPrime(1024, e=e)
n = p * q
assert m < n
Q = QuaternionAlgebra(Zmod(n), -1, -1)
i, j, k = Q.gens()
enc = (
    1 * m
    + (3 * m + 1 * p + 337 * q) * i
    + (3 * m + 13 * p + 37 * q) * j
    + (7 * m + 133 * p + 7 * q) * k
) ** e
print(f"{n = }")
print(f"{e = }")
print(f"{enc = }")

Y tenemos la salida del script:

n = 24872021325220256807454685550051664385270234794214413640899222873349265041897698942179745264628886444843936788046461273130347947293134447971213366009115689414264642605438643804813680767747014691971929645215382160557083245742340043385689944268138610186373780437485231877752933652320663858810427971106170059463601595006391073927194512124601928964813763052148657220845548046841237699017168286609835799813635564372682635612722890934578765797156432068449168053296617922489740666171866398517122799604532749283529271598232365042243492016089416298371516093933466381558297769513544950617454777689674801163035308121219081809467
e = 65537
enc = 3859728242860779998500245827824643011031182038976286035325209177561306523157077514772157957170475592309362631020979427907103610597898945426993614901767468098095010971836640454364234772978503167875298045774311291740824611786880849602974611016313651468361669338020331880259928969457255469579663017102640555015734482731890405522757985802082583300838209107911617815694578975817745782743203495107318667111104882994250616348383832987201616468973995462070255337923156614148218730987307161335625736122244817469974403678460213399052200814122255105544573927370423504309249212003649608881714115802854352284801298522985364992841 + 6689400988469336941290409439097720802889756496874465514203924923612416113717282667321908985103298019191113140239387801253466762593814350435047233088038044902433467651291903183405705080977679431528198024945921265445106468212962845547091599919008352051426009980329461007763212773358809391005850095961625042930422795445326743156495371981183105369799111219324695409896763869363969605501957524747716457126557615625815503861788352889135785579006785498195231741997934782780728866125488514068411960643904511224086647859058006472875473225695641287267610159704735294148907843394274092665622496223560673920367014991704447470344*i + 1425535224682533054692632153056888664907065024789232886308473909082337416786879221014972907213731240332278899126018247174859147121923692024420221262194523422785798197856518206508716047860471557004098274123870337912664160290690918788335238938208868363602574049572982498078216870780634694750710402353203621500287688744360281985793220035763469368517282385600578060642616443360598043313771383051760844966304306373372936321033698037647769588864584716070117876256372995523669859957654373351077969273910814003682705611267982200795979916283790161349821926490496096284763527696746485527643315156665082531990553153495043841613*j + 16939641902797542358954398454693773109828645853205801192220966778707379690160425812357360275630857752612391129705744211238057564114356027205464621658979245715243171261351328848491885377078864601014889472906967998503454246639030025900184373900964200415367983329654223213873342814827852864400395905048614694659842857369371845184915252563533413447471945691935551119149323541065035997716667873333295568018189682043599379592763126488255877418142891649422421776838694214872296853180292491137387225104189612300121323951103544193685306688963647668884425837634374966829437978854408218992213680164673972942664618735198830200420*k

Análisis del código fuente

El desafío utiliza un cifrado RSA con cuaterniones módulo , donde es el módulo público y son los números primos privados de una configuración de RSA típica. Como de costumbre, tenemos .

Sea la flag como número entero, el cuaternión que se está cifrando es:

Entonces, .

Soluciónn

Después de buscar formas de trabajar con cuaterniones, encontré una manera de expresar una -ésima potencia de un cuaternión aquí. Sea , para hallar tenemos que calcular:

Luego,

Y así, .

Operaciones con cuaterniones

De las tres componentes , podemos encontrar esto:

Vamos a eliminar :

Ahora, eliminamos :

Entonces, tenemos

Con este resultado, podemos obtener usando el GCD (máximo común divisor) con :

$ python3 -q
>>> from math import gcd
>>> n = 24872021325220256807454685550051664385270234794214413640899222873349265041897698942179745264628886444843936788046461273130347947293134447971213366009115689414264642605438643804813680767747014691971929645215382160557083245742340043385689944268138610186373780437485231877752933652320663858810427971106170059463601595006391073927194512124601928964813763052148657220845548046841237699017168286609835799813635564372682635612722890934578765797156432068449168053296617922489740666171866398517122799604532749283529271598232365042243492016089416298371516093933466381558297769513544950617454777689674801163035308121219081809467
>>> a_n = 3859728242860779998500245827824643011031182038976286035325209177561306523157077514772157957170475592309362631020979427907103610597898945426993614901767468098095010971836640454364234772978503167875298045774311291740824611786880849602974611016313651468361669338020331880259928969457255469579663017102640555015734482731890405522757985802082583300838209107911617815694578975817745782743203495107318667111104882994250616348383832987201616468973995462070255337923156614148218730987307161335625736122244817469974403678460213399052200814122255105544573927370423504309249212003649608881714115802854352284801298522985364992841
>>> b_n = 6689400988469336941290409439097720802889756496874465514203924923612416113717282667321908985103298019191113140239387801253466762593814350435047233088038044902433467651291903183405705080977679431528198024945921265445106468212962845547091599919008352051426009980329461007763212773358809391005850095961625042930422795445326743156495371981183105369799111219324695409896763869363969605501957524747716457126557615625815503861788352889135785579006785498195231741997934782780728866125488514068411960643904511224086647859058006472875473225695641287267610159704735294148907843394274092665622496223560673920367014991704447470344
>>> c_n = 1425535224682533054692632153056888664907065024789232886308473909082337416786879221014972907213731240332278899126018247174859147121923692024420221262194523422785798197856518206508716047860471557004098274123870337912664160290690918788335238938208868363602574049572982498078216870780634694750710402353203621500287688744360281985793220035763469368517282385600578060642616443360598043313771383051760844966304306373372936321033698037647769588864584716070117876256372995523669859957654373351077969273910814003682705611267982200795979916283790161349821926490496096284763527696746485527643315156665082531990553153495043841613
>>> d_n = 16939641902797542358954398454693773109828645853205801192220966778707379690160425812357360275630857752612391129705744211238057564114356027205464621658979245715243171261351328848491885377078864601014889472906967998503454246639030025900184373900964200415367983329654223213873342814827852864400395905048614694659842857369371845184915252563533413447471945691935551119149323541065035997716667873333295568018189682043599379592763126488255877418142891649422421776838694214872296853180292491137387225104189612300121323951103544193685306688963647668884425837634374966829437978854408218992213680164673972942664618735198830200420
>>> qX = pow(22386, -1, n) * (9 * d_n + 77 * b_n - 98 * c_n)
>>> q = gcd(n, qX)
>>> q
175803127724826213628253015866242180098615919773503938749518747101563429362503044434349263291624881773473394213047291140818142426601927392424693525893553913022578356625822237407780255755263642470678864638102273800804291156488217599390375904077613536831346388188680603737357334850800743672847839169281380228203
>>> p = n // q
>>> p
141476557596579833574668265391714090690337192180322027886044593295709932858584782075511294793548739215434755212948359663229724283952681236596748859748966677701274874954135379817920423421375005329923490408880041127221023498920731140628880767831913618754023389828289551122285903550392137095478916519269190379889

Descifrado

Una vez que tenemos esto, necesitamos calcular (el inverso de módulo el orden de en el grupo de los cuaterniones). Sin embargo, podemos aprovechar el hecho de que la flag está integrada en las coordenadas del cuaternión.

Primero, encontremos :

Y así,

Una vez que tenemos , podemos obtener el valor de , o y encontrar la flag:

Flag

Y esta es la flag:

>>> X = pow(12 * p - 300 * q, -1, n) * (c_n - b_n) % n
>>> b = b_n * pow(X, -1, n) % n
>>> m = (b - p - 337 * q) // 3
>>> bytes.fromhex(hex(m)[2:])
b'SECCON{pr0m153_m3!d0_n07_3ncryp7_p_0r_q_3v3n_w17h_r54_4.0}'