[系统安全] 二十.PE数字签名之(上)什么是数字签名及Signtool签名工具详解
作者前文介绍了宏病毒相关知识，它仍然活跃于各个APT攻击样本中，具体内容包括宏病毒基础原理、防御措施、自发邮件及APT28样本分析。本文将详细介绍什么是数字签名，并采用Signtool工具对EXE文件进行签名，后续深入分析数字签名的格式及PE病毒内容。这些基础性知识不仅和系统安全相关，同样与我们身边常用的软件、文档、操作系统紧密联系，希望这些知识对您有所帮助，更希望大家提高安全意识，安全保障任重道远。本文参考了参考文献中的文章，并结合自己的经验和实践进行撰写，也推荐大家阅读参考文献。
文章目录：
一.PE文件的数字签名
1.概念普及
2.Github网站证书验证过程
二.阮一峰老师告诉大家什么是数字签名
三.Signtool签名PE文件
从2019年7月开始，我来到了一个陌生的专业——网络空间安全。初入安全领域，是非常痛苦和难受的，要学的东西太多、涉及面太广，但好在自己通过分享100篇“网络安全自学”系列文章，艰难前行着。感恩这一年相识、相知、相趣的安全大佬和朋友们，如果写得不好或不足之处，还请大家海涵！
接下来我将开启新的安全系列，叫“系统安全”，也是免费的100篇文章，作者将更加深入的去研究恶意样本分析、逆向分析、内网渗透、网络攻防实战等，也将通过在线笔记和实践操作的形式分享与博友们学习，希望能与您一起进步，加油~推荐前文：网络安全自学篇系列-100篇
https://blog.csdn.net/eastmount/category_9183790.htm
作者的github资源：
逆向分析：https://github.com/eastmountyxz/
SystemSecurity-ReverseAnalysis
网络安全：https://github.com/eastmountyxz/
NetworkSecuritySelf-study
声明：本人坚决反对利用教学方法进行犯罪的行为，一切犯罪行为必将受到严惩，绿色网络需要我们共同维护，更推荐大家了解它们背后的原理，更好地进行防护。该样本不会分享给大家，分析工具会分享。（参考文献见后）
一.PE文件的数字签名
1.概念普及
(1) PE文件
PE文件的全称是Portable Executable，意为可移植的可执行的文件，常见的EXE、DLL、OCX、SYS、COM都是PE文件，PE文件是微软Windows操作系统上的程序文件（可能是间接被执行，如DLL）。后续文章会详细分析PE文件格式。
(2) 为什么要对PE文件进行数字签名呢？
防篡改：通过对数字签名的验证，保证文件未被非法篡改。
降低误报：安全软件通过验证文件是否有正规厂商的数字签名来降低误报。
(3) PE文件数字签名及验证过程
签名：
软件发布者使用散列算法（如MD5或SHA）计算PE文件的散列值。
软件发布者使用私钥对散列值进行签名得到签名数据。
将签名私钥对应的公钥和签名数据等以证书的形式附加在PE文件之中，形成经过数字签名的PE文件。
软件发布者将经过数字签名的PE文件进行发布。
验证：
从PE文件证书中提取软件发布者的公钥、使用的散列算法、签名算法、原始散列值的签名数据。
使用提取的公钥和对应签名验证算法将签名数据还原为原始PE文件的原始散列值。
对现有PE文件使用同样的散列算法计算出对应的散列值。
对比两个散列值是否一致，从而判断数据是否被破坏和篡改。
(4) PE文件数字签名的总体结构
PE文件数字签名信息存放在Certificate Table位置，同时PE文件可选文件头DataDirecotry第5项记录文件偏移及大小。
下一篇文章作者尝试详细讲解PE文件结构及签名解析。
使用PEView查看签名前后对比图，可以看到Certificate Table存储相关签名信息。
(5) PE文件数字签名查看
这里以Zoomit.exe程序为例，我们可以看到经过数字签名后的PE文件还会多出一个“数字签名”的属性，点击详细信息可以查看对应的证书。
对应的证书信息及证书路径如下图所示，包括签名算法、哈希算法、有效期、颁发者信息等。
(6) 微软数字签名证书查看
接着，我带领大家看看Windows证书。运行中输入“certmgr.msc”，可以看到这里面有5个系统默认的ECC签名的根证书，如下图所示。
我们随意导出其中一个根证书，导出直接选择Base64编码那个就行。
可以看到导出的ECC密钥证书如下图所示，包括证书的有效期等信息。这就是微软在实现椭圆曲线加密（ECC）算法的数字证书，位于CryptoAPI.dll文件，也是被我们利用来伪造可信任来源的签名漏洞。
(7) 数字签名常用算法及应用领域
数字签名常用算法包括：
RSA数字签名算法
基于大整数分解问题，MD5、SHADSA数字签名算法
基于离散对数问题ECDSA椭圆曲线数字签名算法
ECC+DSA，椭圆加密算法，属于DSA的一个变种，基于椭圆曲线上的离散对数问题
其应用领域包括：
PE文件数字签名
HTTPS数字签名
电子邮件数字签名
Office文档数字签名
代码数字签名
2.Github网站证书验证过程
接着看看Github网站进行微软证书验证的过程。
在Windows系统访问一个网站(例Github.com)时，该网站会向Windows系统发送由第三方权威机构(CA)签署的网站证书。
Windows系统则会验证该证书是否由CA颁发，若验证通过，则Windows系统与网站成功建立TLS链接。
为了方便下一次更快的访问，Windows将验证成功的证书放入内存中一块Certificate Cache（证书缓存）中。在下一次校验时，如果该证书存在于缓存中，则直接取缓存中的值进行校验。这里利用CVE-2020-0601。
在成功缓存证书数据后，根据下面描述的Windows证书缓存机制，恶意网站可以伪造虚假的网站（例github.com）证书且通过Windows验证，将自身伪装成合法网站。
当 Windows 接收到新的证书时，Windows 将新接收的证书与已缓存证书的证书的公钥进行遍历对比，寻找匹配的值。
伪造的恶意证书与Windows系统中的缓存证书有同样的公钥，但Curve项没有在校验范围内，所以可以通过构造自定义Curve来伪造证书。使得证书验证流程依然成立，但通过验证的证书已经不是之前成功验证的安全证书。
在第23篇文章中，我们将详细复现微软证书CVE-2020-0601漏洞。
二.阮一峰老师告诉大家什么是数字签名
参考文章：
数字签名是什么？- 阮一峰
What is a Digital Signature? - 原始网站
写到这里，您可能还是很疑惑“什么是数字签名”？下面我通过阮一峰老师的博客进行讲解，个人认为这是一篇讲得比较清晰的原理文章，同时也包含了网络安全中加密解密、信息传输等知识。
(1) 假设鲍勃有两把钥匙，一把是公钥，另一把是私钥。
(2) 鲍勃把公钥送给他的朋友们----帕蒂、道格、苏珊----每人一把。
(3) 苏珊要给鲍勃写一封保密的信。她写完后用鲍勃的公钥加密，就可以达到保密的效果。
(4) 鲍勃收信后，用私钥解密，就看到了信件内容。这里要强调的是，只要鲍勃的私钥不泄露，这封信就是安全的，即使落在别人手里，也无法解密。
(5) 鲍勃给苏珊回信，决定采用"数字签名"。他写完后先用Hash函数，生成信件的摘要（digest）。
(6) 然后，鲍勃使用私钥，对这个摘要加密，生成"数字签名"（signature）。
(7) 鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发给苏珊。
(8) 苏珊收信后，取下数字签名，用鲍勃的公钥解密，得到信件的摘要。由此证明，这封信确实是鲍勃发出的。
(9) 苏珊再对信件本身使用Hash函数，将得到的结果，与上一步得到的摘要进行对比。如果两者一致，就证明这封信未被修改过。
(10) 复杂的情况出现了。道格想欺骗苏珊，他偷偷使用了苏珊的电脑，用自己的公钥换走了鲍勃的公钥。此时，苏珊实际拥有的是道格的公钥，但是还以为这是鲍勃的公钥。因此，道格就可以冒充鲍勃，用自己的私钥做成"数字签名"，写信给苏珊，让苏珊用假的鲍勃公钥进行解密。
(11) 后来，苏珊感觉不对劲，发现自己无法确定公钥是否真的属于鲍勃。她想到了一个办法，要求鲍勃去找"证书中心"（certificate authority，简称CA），为公钥做认证。证书中心用自己的私钥，对鲍勃的公钥和一些相关信息一起加密，生成"数字证书"（Digital Certificate）。
(12) 鲍勃拿到数字证书以后，就可以放心了。以后再给苏珊写信，只要在签名的同时，再附上数字证书就行了。
(13) 苏珊收信后，用CA的公钥解开数字证书，就可以拿到鲍勃真实的公钥了，然后就能证明"数字签名"是否真的是鲍勃签的。
(14) 下面，我们看一个应用"数字证书"的实例：https协议。这个协议主要用于网页加密。首先，客户端向服务器发出加密请求。
(15) 服务器用自己的私钥加密网页以后，连同本身的数字证书，一起发送给客户端。
(16) 客户端（浏览器）的"证书管理器"，有"受信任的根证书颁发机构"列表。客户端会根据这张列表，查看解开数字证书的公钥是否在列表之内。
(17) 如果数字证书记载的网址，与你正在浏览的网址不一致，就说明这张证书可能被冒用，浏览器会发出警告。
(18) 如果这张数字证书不是由受信任的机构颁发的，浏览器会发出另一种警告。如果数字证书是可靠的，客户端就可以使用证书中的服务器公钥，对信息进行加密，然后与服务器交换加密信息。
数字签名是为了保证数据完整性。通过它可以判断数据是否被篡改，私钥加密完的数据所有知道公钥的都可以解密，这样不安全。私钥加密的作用是为了确认身份，用对应的公钥解密摘要，则证明摘要来自谁，起到签名的作用。
三.Signtool签名PE文件
逆向分析：https://github.com/eastmountyxz/
SystemSecurity-ReverseAnalysis
软件安全：https://github.com/eastmountyxz/
Software-Security-Course
该test.exe程序后续文章也会分享，均上传至Github。
第一步，通过makecert.exe生成需要的证书，生成两个文件分别是test.cer和test.PVK。
cd SignTool
makecert -$ "individual" -r /sv "test.PVK" /n "CN=Windows,E=microsoft,O=微软" test.cer
创建过程中需要输入私钥密码，这里设置为“123456789”。
第二步，查看证书信息，如果未信任需要点击“安装证书”。
安装并信任该证书。
第三步，利用signcode.exe工具进行数据签名，选择需要签名的“test.exe”程序。
第四步，自动选择自定义选项，然后点击从文件中选择test.cer文件，test.cer文件在第一个步骤生成的目录中，然后下一步。
第五步，点击浏览按钮，添加文件test.PVK，test.PVK文件也是在第一步生成的目录中，点击下一步，哈希算法可以选md5，也可以选sha1，点击下一步。
第六步，默认点击下一步，出现数据描述框，自己可以填写，也可以不填。点击下一步。
第七步，填写时间戳服务器URL：http://timestamp.wosign.com/timestamp，也可以不选添加时间戳，点击下一步，完成，弹出签名成功框。
第八步，此时test.exe文件完成数字签名，打开该exe文件属性，如下图所示，可以看到签名相关信息。注意，该数字签名正常且颁发者为Windows。
最后我们使用PEView软件打开PE文件，可以看到签名前和签名后的结构存在“CERTIFICATE Table”区别。
下一篇文章将详细分析数字签名的结构。
四.总结
文章写到这里，就介绍完毕，希望文章对您有所帮助。这篇文章主要讲解：
PE文件数字签名
分享阮一峰老师的博客，告诉大家什么是数字签名
结合SignTool工具对EXE文件进行签名
作者作为网络安全初学者的慢慢成长路吧！希望未来能更透彻撰写相关文章。同时非常感谢参考文献中的安全大佬们的文章分享，感谢小伙伴和师傅们的教导。从网络安全到系统安全，从木马病毒到后门劫持，从恶意代码到溯源分析，从渗透工具到二进制工具，还有Python安全、顶会论文、黑客比赛和漏洞分享。未知攻焉知防，人生漫漫其路远兮，作为初学者，自己真是爬着前行，感谢很多人的帮助，继续爬着，继续加油！
学安全一年，认识了很多安全大佬和朋友，希望大家一起进步。这篇文章中如果存在一些不足，还请海涵。作者作为网络安全和系统安全初学者的慢慢成长路吧！希望未来能更透彻撰写相关文章。同时非常感谢参考文献中的安全大佬们的文章分享，感谢师傅、实验室小伙伴的教导，深知自己很菜，得努力前行。编程没有捷径，逆向也没有捷径，它们都是搬砖活，少琢磨技巧，干就对了。什么时候你把攻击对手按在地上摩擦，你就赢了，也会慢慢形成了自己的安全经验和技巧。加油吧，少年希望这个路线对你有所帮助，共勉。
前文回顾（下面的超链接可以点击喔）：
[系统安全] 二十.PE数字签名之(上)什么是数字签名及Signtool签名工具详解
2020年8月18新开的“娜璋AI安全之家”，主要围绕Python大数据分析、网络空间安全、人工智能、Web渗透及攻防技术进行讲解，同时分享CCF、SCI、南核北核论文的算法实现。娜璋之家会更加系统，并重构作者的所有文章，从零讲解Python和安全，写了近十年文章，真心想把自己所学所感所做分享出来，还请各位多多指教，真诚邀请您的关注！谢谢。2021年继续加油！
(By:Eastmount 2021-02-07 周日夜于1点)
参考文献：
[1] 武大《软件安全》课程
[2] 数字签名是什么？- 阮一峰
[3] What is a Digital Signature? - 原始网站
[4] Windows 平台下PE文件数字签名的一些研究 - DoveFeng
[5] https://docs.microsoft.com/zh-cn/
windows/win32/debug/pe-format
[6] 哈希 HASH·数字签名 - Phant
[7] 恶意文件分析系统中的数字签名验证 - 绿盟科技
[8] [翻译]Windows PE文件中的数字签名格式 - 看雪银雁冰大神
[9] PE文件数字签名工具 - ahuo