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KeePass kdbx4 檔案解密

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AI 生成的摘要
KDBX解密過程包括對密碼進行SHA256哈希計算，再與key文件內容進行SHA256哈希計算，從文件頭獲取加密算法KDF相關參數，使用二次SHA256密碼得到的哈希值和KDF的Salt/seed和Rounds進行AES-KDF計算，得到最終的解密密鑰，再將解密密鑰應用於AES解密和Gzip解壓縮。創建kdbx文件時，使用KeePass客戶端並根據KDBX文件格式規範進行操作。文件開頭包含固定值和不同字段，並使用小端序字節序。

KDBX 解密過程#

為了簡化解密步驟，解密過程沒有進行數據校驗

  1. 輸入密碼，對密碼進行 sha256 哈希計算得到密碼哈希值
  2. 密碼哈希值加上 key 文件內容再次進行 sha256 哈希計算，如果沒有 key 文件就密碼哈希值再次進行 sha256 哈希計算得到新的密碼哈希值，也就是 SHA256 (SHA256 (password) + keyfile)
  3. 從文件頭得到加密算法 KDF 相關參數，默認是 AES-KDF, 從 KDF parameters 中得到 KDF 的 Salt/seed 和 Rounds
  4. 使用二次 sha256 密碼得到的哈希值，還有 KDF 的 Salt/seed 和 Rounds, 進行 AES-KDF 計算，得到轉換後的密鑰
  5. 從文件頭得到 Master salt/seed 和轉化後的密鑰再次進行 sha256 計算，得到最終的解密密鑰
  6. 從文件頭得到 Encryption IV/nonce, 加上解密密鑰對加密數據進行 AES 解密
  7. 解密後的數據進行 Gzip 解壓，得到 Inner Header 和 XML 內容，XML 中的密碼默認使用 ChaCha20 加密
  8. 從 Inner Header 中得到 Inner encryption key, 使用 sha512 進行哈希計算，哈希字符串索引從 0 到 31 字節為 ChaCha20 的 key, 32 到 43 為 ChaCha20 加密的 nonce
  9. 根據 ChaCha20 的 key 和 nonce 解密加密字符串得到明文密碼，由於是流密碼，所以需要根據加密字符串順序依次進行解密

創建 kdbx 文件#

使用 KeePass 客戶端創建 kdbx 文件，全部使用默認參數，使用 Hex 編輯器打開 kdbx 文件，根據 KeePass 文檔KDBX File Format Specification - KeePass將文件頭部拆分如下圖

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十六進制詳細分析#

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1. header#

文件開頭 12 個字節分成三組，每組都是 UInt32 類型，占用四個字節，之後為多個 Fields

Fields 由 id, 值長度，值組成，id 為 1 個字節，值長度為 Int32 類型，占用 4 個字節，根據值長度截取對應字節數據作為值

詳細文件格式說明參考KDBX File Format Specification - KeePass

kdbx 文件使用小端序字節序，數字類型需要從右至左讀取

Signature1#

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Signature1 是固定值0x9AA2D903, 類型為 UInt32, 占用 4 字節

Signature2#

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Signature2 是固定值0xB54BFB67, 類型為 UInt32, 占用 4 字節

Format version#

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Format version 是文件格式版本，類型為 UInt32, 占用 4 字節，當前為類型為0x00040000, 當前版本為 4

Encryption algorithm#

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0x02轉 Int32 為 2, id 為 2 對應 Encryption algorithm, 表示加密算法，類型為 UUID, 長度0x00000010轉 Int32 為 16, 表示長度為 16 個字節，UUID 為 16 進制字符串，值為31C1F2E6BF714350BE5805216AFC5AFF, 對應上圖中的 AES-256

Compression algorithm#

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0x03轉 Int32 為 3, id 為 3 對應 Compression algorithm, 表示壓縮算法，類型為 UInt32, 長度0x00000004轉 Int32 為 4, 表示值長度為之後 4 個字節，16 進制0x00000001轉 UInt32 為1, 表示使用 GZip 壓縮

Master salt/seed#

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0x04轉 Int32 為 4, id 為 4 對應 Master salt/seed, 表示加密的鹽 / 種子，類型為 32 個字節的數組，長度0x00000020轉 Int32 為 32, 表示值長度為之後 32 字節，對應字節數組為[0xFA, 0xC9, 0x50, 0x39, 0x79, 0x5F, 0x19, 0x83, 0x21, 0x22, 0x8F, 0x24, 0x8F, 0x59, 0x63, 0xD5, 0x30, 0x38, 0x7A, 0x55, 0xD8, 0x08, 0xD5, 0x19, 0xC4, 0xD6, 0xEC, 0xEC, 0xEE, 0xDF, 0xA8, 0x24], 這是 AES 加密用的鹽

KDF parameters#

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0x0B轉為 Int32 為 11, 對應 KDF parameters, 表示密鑰派生函數 (KDF) 的參數，長度0x0000005D轉 Int32 為 93, 表示值為之後 93 個字符，值類型為 Variant Dictionary, 翻譯為變體詞典，可以理解為特殊的對象結構，可以拆分為版本信息和多個詞典對象組成的數組，詞典對象由值類型，名稱長度，名稱，值長度，值組成

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可將 Variant Dictionary 進行如下拆分，最後一個字節0x00沒有實際用途

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KDF Format version#

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首先是 UInt16 類型的版本信息，值為0x0100, 占用 2 字節

KDF UUID#

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0x42表示 [] byte 類型，0x000005轉 Int32 為 5, 表示名稱長度 5 個字節，0x2455554944對應 ASCII 字符串為$UUID, 之後0x00000010轉 Int32 為 16, 表示 UUID 長度為 16 個字符，對應 16 進制字符串是C9D9F39A628A4460BF740D08C18A4FEA, 默認使用 AES-KDF

KDF Rounds#

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0x05表示 UInt64 類型，0x000001轉 Int32 為 1, 表示名稱長度為 1 個字節，0x52對應 ASCII 字符為R, 值長度0x000008轉 Int32 為 8, 表示 Rounds 值為之後 8 個字節，0x00000000000927C0轉 UInt64 為 600000, 表示迭代次數為 600000

KDF Salt/seed#

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0x42表示 [] byte 類型，0x000001轉 Int32 為 1, 表示名稱長度 1 個字節，0x53對應 ASCII 字符串S, 之後0x00000020轉 Int32 為 32, 表示 Salt/Seed 長度為 32 個字符，對應字節數組為[0x0C, 0x34, 0x88, 0x19, 0x8E, 0x90, 0xA3, 0x65, 0x40, 0xB4, 0x1C, 0x4E, 0xCC, 0x85, 0x5D, 0x11, 0xC3, 0x0A, 0x20, 0xD6, 0xF4, 0xAA, 0x20, 0xE4, 0xEC, 0xF3, 0xCF, 0xF3, 0xD9, 0x81, 0xC5, 0xED], 也是就是 KDF 加密用的鹽

Encryption IV/nonce#

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0x07轉為 Int32 為 7, id 為 7 對應 Encryption IV/nonce, 表示加密算法的初始化向量或隨機數，長度0x00000010轉 Int32 為 16, 表示值為之後的 16 個字節組成的數組，初始化向量為字節數組[0x6C, 0x77, 0x12, 0xF7, 0xE2, 0xD0, 0x2E, 0xAE, 0x63, 0x9D, 0x53, 0x92, 0xD6, 0x03, 0xFD, 0x08]

End of header#

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0x00轉 Int32 為 0, id 為 0 對應 End of header, 表示頭部結束，長度0x00000004轉 Int32 為 4, 值為之後的 4 個字節，是固定值[0x0D, 0x0A, 0x0D, 0x0A]

2. SHA-256 hash of the header#

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在[0x0D, 0x0A, 0x0D, 0x0A]之後的 32 個字節為 header 的 SHA-256 哈希值，用來校驗頭部信息的完整性

3. HMAC-SHA-256 hash of the header#

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在 hash of the header 之後的 32 個字節為 header 的 HMAC-SHA-256 值，需要主密鑰才能完成校驗

4. In HMAC-protected block stream#

Unknown Data#

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未知部分，解密與校驗未使用這部分數據，文檔沒有相關說明，解密需要跳過這部分，否則會出錯

Encrypted Data#

之後到文件結尾為加密部分 (需要去掉最後四個字節0x00000000)
解密後得到 Gzip 壓縮的數據，Gzip 壓縮內容的頭部是0x1F8B

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Gzip Decompress#

進行 Gzip 解壓後得到 Inner Header 和 XML 內容

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Inner Header#

Inner encryption algorithm#

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0x01轉 Int32 為 1, id 為 1 對應 Inner encryption algorithm, 表示內部加密算法，長度0x00000004轉 Int32 為 4, 表示值長度為 4 字節，值0x0000003轉 Int32 為 3, 表示使用 ChaCha20 加密

Inner encryption key#

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0x02轉 Int32 為 2, id 為 2 對應 Inner encryption key, 表示內部加密密鑰，長度0x00000040表示長度為 64 字節的數組，也就是[0x68, 0x34, 0xD6, 0x1D, 0xFA, 0x98, 0x64, 0xB1, 0x8A, 0x51, 0x05, 0xAB, 0x26, 0x10, 0x35, 0xC8, 0xB0, 0x22, 0xF5, 0x14, 0x91, 0x0F, 0x47, 0x8C, 0x3D, 0xE7, 0x63, 0x86, 0x9C, 0x87, 0xC1, 0x26, 0xC6, 0xB7, 0xDE, 0x59, 0x77, 0x3B, 0xC6, 0x13, 0xF7, 0x17, 0x6C, 0x05, 0x7E, 0x1C, 0xF3, 0xDC, 0x78, 0x25, 0x64, 0xCA, 0x44, 0x7E, 0xFD, 0xB4, 0x6F, 0xEB, 0x4D, 0xDC, 0xD5, 0x91, 0x7B, 0x5C]

此處的值需要進行 sha512 哈希計算，然後哈希值數組索引從 0 到 31 是 key, 32 到 43 是 nonce

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XML document#

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XML 文檔中密碼包含Protected="True"屬性，需要將該字符串先進行 Base64 解碼，然後進行 ChaCha20 解密，由於是流密碼，所以解密後面的密碼需要之前的密碼流

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