以前ローカル環境でGPUを使ってPDFのパスワード解析してみたが、
実は、Google Colabを使えば、高性能GPU搭載PCを持っていなくても、GPUを使った解析を体験できてしまう。
ローカルよりも環境構築がとても楽なので、GPGPUの速度を手っ取り早く体感したい方におすすめ。
前記事同様、悪用厳禁。暗号化PDFは自分で検証用に準備すること。

準備するもの

ブラウザが開けるPC(chrome bookでもok)

環境構築

1. ブラウザでGoogle Colabを開く。

• https://colab.research.google.com/

2. ヘッダーメニューのファイル→新規作成をクリック。
3. ヘッダーメニューのランタイム→ランタイムのタイプを変更→GPUを選択。
4. 以下をコードセルにペースト、実行するとHashcatが導入できる。

   1	!apt install cmake build-essential -y && apt install checkinstall git -y && git clone https://github.com/hashcat/hashcat.git && cd hashcat && git submodule update --init && make && make install

検証

今回はGPGPUの速度を手っ取り早く体感するのが目的であるため、ハッシュの抽出にWebサービスを利用する。
以下のサイトに暗号化PDFをアップロード。

• https://www.onlinehashcrack.com/tools-pdf-hash-extractor

ハッシュをコピーしてtxt形式で保存。

ハッシュが保存してあるtxtファイルをGoogle Colabにアップロード。

新しいコードセルを作成し、Hashcatを実行する。ColabではUnixコマンドは頭に!をつける必要がある。
例えば、

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! hashcat -m 10500 -a 3 -w 4 hash.txt '?d?d?d?d?d?d'

-w 4 を付けることで全力で探索することができる。以前ローカル環境で-w 4をつけたらクラッシュしたが、Colabでは正常に動いた。
詳しい使い方は以下のサイトやWikiを参照。

• https://netwiz.jp/hashcat/

Google ColabではGPUは3種類(K80 T4 V100)あり自動で割り振られる。今回は、中くらいの性能であるT4が割り当てられた。(性能順は K80 < T4 < V100)
解析速度を見てみると12000kH/s～16000kH/sであり、ローカルの2070sとほぼ変わらない速度であった…
運よくV100が割り当てられたら、更に早くなるに違いない。
この環境を無料で使えてしまうGoogle Colab恐るべし…

オンライン授業やリモートワークでパスワード付きのPDFを扱うことが増えてきたと思う。
適切な強いパスワードを設定する人もいると思うが、大多数はパスワードを適当に設定しているだろう。
今回パスワード解析ツールHashcatとGPUを用いてPDFのパスワードを解析してみる。
実際に解析することで、どのようなパスワードが強いか、検証する。
悪用厳禁。

準備するもの

• グラボ付きPC
  • 検証で使用したPCのスペック
    • CPU: i7 8700
    • GPU: 2070 super
    • RAM: DDR4-2400 24GB

環境構築

今回、Windows 10 home (1909)環境下で行った。一部WSLを使用している。
Hashcatをソースコードからビルドしないといけないため、パッケージ提供のあるUbuntuや、デフォルトツールとして導入済みのKali Linuxを用いた方が楽かも。
Windows ver2004だとWSL2上でCUDAが使えるので、Windows環境下であればWSL2上でKaliを使うのが一番楽かな？

CUDA Toolkitの導入

CUDAToolkit 9.0以降を導入する。
古いCUDAToolkitが入っている人は、一度アンインストールしてから、新しいToolkitを導入しよう。
異なるバージョンのToolkitが複数あると正常に動かなかった。

• CUDA Toolkit 11.0

Jown the ripperの導入

PDFからハッシュを抜き出すために使う。
64-bit Windows binariesをDLして解凍。pdf2john.plを用いる。

• John the Ripper

Hashcatの導入

ハッシュ文(暗号文)が分かれば、PDF MSOffice ZIP ありとあらゆるファイルのパスワードを解析できるちょっと怖いツール。
使い慣れている人が脆弱性を利用して、計算量を削減して実行すると、22.7ゼッタ(1垓)ハッシュ毎秒というとんでもないスピードで解析も可能。

Support for PKZIP Master Key added to #hashcat with an insane guessing rate of 22.7 ZettaHash/s on a single RTX 2080Ti. All passwords up to length 15 in less than 15 hours with only 4 GPUs! Excellent contribution from @s3inlc and @EU_ScienceHub https://t.co/kVUDBrQWM3 pic.twitter.com/iqVoszaqEi

— hashcat (@hashcat) May 17, 2019

今回Windows環境下で使うので、公式サイト若しくはgithubからソースコードをDLしてビルドする。gitcloneしてもいい。

• hashcat(github)
• hashcat(公式)

WSL上でビルドするためMinGWを導入。

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$ sudo apt install  mingw-w64 win-iconv-mingw-w64-dev

エディタでHashcatフォルダ内のsrc/Makefileを開く。


573行目のopt/win-iconv-64を/usr/x86_64-w64-mingw32にパス変更。
ビルドする。

1

$ make win -j 5

hashcat.exeができる。

解析作業

環境構築が終わったので、実際に解析してみよう。

ハッシュの抽出

John the Ripperのpdf2john.plを使う。
WSLにはperl実行環境はデフォルトでインストールされていると思うので、WSL上で実行。

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$ Perl john-1.9.0-jumbo-1-win64/run/pdf2john.pl MyPDF.pdf > MyPDF-Hash.txt

MyPDF.pdfには解析したいPDFのパスを入力、MyPDF-Hash.txtに抽出したハッシュが保存される。

John the Ripperの代わりにハッシュ抽出サイトを使ってもよいが、大切なファイルはアップロードしない方がいいかも。

• PDF HASH EXTRACTOR

Hashcatで解析

WSLではなくcmdでhashcat.exeを実行する。
例えば

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C:/Users/user/hashcat>hashcat.exe -m 10500 -a 3 -w 4 C:/Users/user/Desktop/Mypdf-Hash.txt

のように入力。

-mオプションで、適切なハッシュを選択。

-aオプションでアタックモード選択。

詳しい使い方は、wikiや下のサイトを参照。

• https://netwiz.jp/hashcat/

結果

今回Acrobatの有料版を持っていなかったため、MSWordからパスワード付きpdfを作成した。
ハッシュを見た感じ128bitAESであったため、PDF1.6だと思われる。
最新のPDF、Acrobat9以降(PDF1.7)では256bitAESが標準であるため、PDF1.6よりも解析難易度は高いと思われる。

数字6桁総当たり攻撃

pass:324913
数字6桁だと100万通り。
1秒以下で解析できた。
速度が14687.6kH/s=1468.7万回/sなので当たり前かな…
数字8桁でも1億通りなので、10秒かからないと思われる。

小文字英語数字6桁総当たり攻撃

pass:gewr39
今度は(26+10)^6=2176782336通り
2分くらいだと思われる。
実際は30秒で解析できた。

小文字英語数字8桁総当たり攻撃

pass:hoge1200
36^8=2.28兆通り。
ちょっと厳しいかなー
全て探索が終わるまで1日と13時間かかるが…
まさかの1分45秒で解析できてしまった…
総当たりなので、前半で当たれば解析は可能。

大文字小文字英語数字8桁総当たり攻撃

pass:Hksg1532
62^8=218兆通り。
全て探索が終わるまで117日かかるので、少し絞ってみる。
大文字小文字英語と数字をつかって8桁というのはよく使われるパスワードだが、1文字目を大文字にする人が多いだろう。
1文字目のみ大文字、2~8文字目は小文字英語数字と絞り込んでみると117日を27時間まで減らすことができた。
さらに絞り込んで、1文字目は大文字英語、2～4文字目小文字英語、5～8文字目を数字と仮定して総当たりしてみる。これにより、3分まで減らすことができた。
実際、30秒程度で解析できた。

大文字小文字英語数字記号8桁総当たり攻撃

6634兆通り。

全て探索が終わるまで10年47日かかるらしい。現実的な時間では総当たりでの解析は不可能。
最近記号を含めないとパスワード登録できないサービスが増えたが、脆弱性がない限り、理にかなっていることが分かる。

まとめ

今回誰でも手軽に手に入れることができる2070superで解析してみたが、小文字英語数字8桁程度なら、総当たりでも現実的な時間で解析できることが分かった。
従ってtesla v100等、最新のgpgpu専用gpuを複数台使用したら、更に早く解析できると思われる。
また、hashcatには、辞書列攻撃と総当たり攻撃を組み合わせたハイブリット攻撃が可能である。これを利用すると8文字以上のパスワードの解析可能性が大幅に向上すると思われる。
例えば、power1342というパスワードで、powerという単語が辞書に含まれていたら、数字4桁総当たり攻撃とほぼ変わらない速度で解析ができる。従って、8文字以上でも単語と適当な数字の組み合わせでは強いパスワードとは言えない。
辞書列攻撃が不可能なランダム文字列で、大文字小文字英語数字記号を含む8桁以上がやはり強いパスワードと言える。

暇なので積読していた「12ステップで作る組み込みOS自作入門」に手を出してみました。
書籍に紹介されていたwindowsでの開発環境ではCygwinの使用が推奨されていましたが、今はWSLがあるのでこれを使ってみようと思いました。
WSLはおろかLinux自体まともに使ったことがなかったので、環境構築に丸一日かかった…

モノの準備

とりあえず、自分の環境の紹介から。

• デスクトップPC(Win10pro 1903 64bitに WSLでUbuntu 18.04.4LTS導入済み)
  

次にマイコン関連

• 12ステップで作る組み込みOS自作入門
• H8/3069F マイコンボード
• スイッチングＡＣアダプター　５Ｖ２Ａ
• ＵＳＢシリアル変換ケーブル

ボードのシリアルポートとケーブルを固定する金属部分が、邪魔で接続できないので外しました。



私は、問題なく書き込みできましたが、公式ページでは延長ケーブルを買って、ねじ止めして接続することが推奨されています。

• 公式ページ-シリアルコネクタのねじについて
• RS-232C延長ケーブル
  

環境構築

WSL導入済みという前提のもとで書きます。
折角、ネイティブLinuxではなくWSLを使うので、ファイル編集とシリアル通信テストはWindows側から行ってみます。
エディタはVSCode、シリアル通信テスタはSeristerを使用します。

• 補足
  VSCodeは「右クリックでvscodeを開く」を有効にしておくことをお勧めします。
  • Windowsの右クリックメニューに「VSCodeで開く」を追加する
    

一応、自分が構築したディレクトリ構造を記します。(gccなどのコンパイラとコードはディレクトリ分けてもいいかも)

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home
|---user
|   |---12step
|       |---src
|           |---binutils-2.19.1
|           |---gcc-3.4.6
|           |---kz_h8write-v0.2.1
|           |---01 (以下書籍のコード)
|           |---02
|           |---

今回、gcc、binutilsのconfigureスクリプト実行時に、ファイル場所を指定しません。その場合、h8マイコンのツール類(h8300-elf-hoge)は、make install時に以下にインストールされます。

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Ubuntu
|---bin
|---boot
|---dev
|---etc
|---home
|   |---user
|       |---12step
|           |---src
|---usr
|   |---local
|       |---bin
|           |---h8300-elf-gcc
|           |---h8300-elf-as
|           |---
|           |---

binutils

初めにbinutilsを導入します。

バージョンは2.19.1を選択。最新のバージョン入れたらビルド時エラーはいたので書籍に掲載されているバージョンをお勧めします。

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$ cd ~/ 
$ mkdir 12step     
$ cd 12step
$ mkdir src
$ cd src 
$ wget http://core.ring.gr.jp/pub/GNU/binutils/binutils-2.19.1.tar.gz
$ tar zxvf binutils-2.19.1.tar.gz
$ cd binutils-2.19.1
$ mkdir build
$ cd build
$ ../configure --target=h8300-elf --disable-nls --disable-werror
$ make
$ sudo make install

• 補足
  makeコマンドを打つとき、オプション-j 5(数字はcpuのコア数+1?)をつけるとビルドを高速化出来ます。実行時間が早くなるのでお勧めです。
  • makeの並列オプションは何を指定するべきか

gcc

次にgccを導入します。
バージョンは3.4.6を選択。こちらも書籍と同じバージョンをお勧めします。

今回、64bit環境ですので、パッチの適応が必要です。

• 64ビットマシンの利用について

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$ cd ~/12step/src
$ wget http://core.ring.gr.jp/pub/GNU/gcc/gcc-3.4.6/gcc-3.4.6.tar.gz
$ tar zxvf gcc-3.4.6.tar.gz
$ cd gcc-3.4.6
$ vi gcc/collect2.c /* 本で解説されている修正を行う */
$ wget http://kozos.jp/books/makeos/patch-gcc-3.4.6-x64-h8300.txt
$ patch -p0 < patch-gcc-3.4.6-x64-h8300.txt /* 64bit環境用のパッチを適用 */
$ mkdir build
$ cd build
$ ../configure --target=h8300-elf --disable-nls --disable-threads --disable-shared --enable-languages=c --disable-werror
$ make -j 5
$ sudo make install

kz_h8write

シリアル通信でH8/3069FのフラッシュROMに書き込みを行うツールです。h8writeの改良版とのことでこちらを使用します。

• H8/3069F writer for KOZOS (kz_h8write)
  zip形式での配布のため上記サイトからだとwgetコマンドが使えません。試してみたところhtmlがダウンロードされてしまいました。
  そこで、Windows側でブラウザからkz_h8write-v0.2.1.zipをダウンロードし、解凍、エクスプローラーを開きWSLの該当ディレクトリにコピーします。
  
  コピー出来たら以下のようにコマンドを打ちます。

  1 2	$ cd ~/12step/src/kz_h8write-v0.2.1/PackageFiles/src $ make

  kz_h8write というバイナリがビルドされブートローダーが生成されます。
  これは書き込み時に、プロジェクトのMakefileから直接参照させるのでmake installする必要はないです。
  
  とりあえず、環境構築は出来ました。
  次にHello World!してみます。
  
  

Hello World!

まず、公式サイトからソースコードをダウンロードします。

• 「12ステップで作る 組込みＯＳ自作入門」のソースコード

01というフォルダが、Hello World!のプロジェクトだと思います。
このフォルダを先ほどと同じように、エクスプローラーからWSLにアクセスして、作業ディレクトリにコピーします。

次に、プロジェクト内のMakefileを編集します。




16行目20行目を書き換えます。



16行目は上記のように書き換えればいいですが、20行目は、シリアルポート接続先なので、環境によって異なります。
Windows 10 のアップデートBuild 16176でWSLから直接シリアルポートを利用できるようになりました。

• Serial Support on the Windows Subsystem for Linux
  
  デバイスマネージャーからマイコンで使用しているシリアルポートを確認します。
  
  
  
  COM1なら/dev/ttyS1
  COM2なら/dev/ttyS2
  と指定します。
  
  上記の場合COM3なので/dev/ttyS3と指定します。
  
  後は書籍通り

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  $ cd ~/12step/src/01/bootload $ make $ make image $ make write

  と打てば書き込めると思います。書き込めない場合、マイコンのスイッチをチェックしてみてください。
  
  最後にseristerで監視してみようと思います。
  
  マイコンのスイッチを切り替えた後、書籍に書いてありますが、ボーレートを9600、バリティなし、バイトサイズ8、ストップビット1と設定します。
  ポート番号は先ほどデバイスマネージャーで確認したポート番号を入力してください。
  
  監視開始ボタンを押し、マイコンボードのリセットボタンを押すと以下のように、Hello World!が出力されると思います。
  
  
  
  

• 注意
  Seristerの監視をオンにしたままマイコンに書き込むとエラーが出るので、書き込む際にはSeristerの監視をオフにしましょう。