EFS加密破解

原文地址：EFS加密破解 作者：小野

    今天解决了一个非常棘手的数据恢复问题，相当得有成就感。网上看到有专业的数据恢复公司对这种情况的数据恢复报价是2000元/次！具体情况是这样的：用户C盘上很多文件设置了EFS文件加密（误操作？病毒？），系统出现问题后进行了重装，重装前将这些文件备份到了D盘。重装后问题随之产生，这些加密文件都无法打开！上网搜索解决办法，基本都说无法补救。尝试了很多办法，后来终于在网上找到一篇有用的文章，转载如下，并作补充说明：

EFS加密的一线生机－加密帐户被删的补救方法
引子：看到新闻组里那么多网友“哭诉”EFS问题，早就想写一篇EFS的文章。但是苦于手头资料太少，很多概念尚未圆润贯通，匆匆草就之下，这误人子弟的罪责，怕是逃不过的。声明：本文参考了国外一篇“牛”文，由于要掌握这篇国外文章，读者必须具备一些NTFS底层知识，否则难窥其堂奥。故此笔者四处网罗资料，加上穿凿附会，希望能帮助读者诸君更方便省时地领会这篇文章，舞好EFS这把双刃剑。文章链接如下：
http://www.beginningtoseethelight.org/efsrecovery/index.php
这里需要提醒用户注意：本文并非为了证明微软的EFS存在 “漏洞”，也不是专为马大哈们准备的包治百病的“后悔药”。事实上如果没有导出EFS证书和私钥，那么一旦删除用户、或者重装系统，EFS加密文件就不属于你了。
提示 本文适用于Windows XP Professional单机环境，并假设没有恢复代理(DRF)和共享访问帐户(多个DDF)。
任务描述
如果某个用户把自己的登录帐户删除，那么其他用户将无法访问其EFS加密文件。更可恶的是，一旦公司里的某个用户心怀怨气，恶意加密了本属于别的用户的重要文件，将会导致严重问题。一般情况下，这些EFS加密文件已经被判了死刑，但是实际上只要满足以下条件的话，我们还是可以在末日来临之前打开逃生的天窗：
(1) 必须知道该被删帐户的密码。
(2) 该被删帐户的配置文件必须存在。如果使用“本地用户和组”管理单元删除帐户，则配置文件保留的机会很大，如果使用“用户帐户”控制面板删除帐户，则有一半机会保留配置文件。如果配置文件不幸被删，则只能祈祷可以借助Easy Recovery之类的数据恢复工具进行恢复。
可能有些朋友会觉得这两个条件比较苛刻，此处卖个关子先……
EFS加密原理
大家知道，EFS加密实际上综合了对称加密和不对称加密：
(1) 随机生成一个文件加密密钥(叫做FEK)，用来加密和解密文件。
(2) 这个FEK会被当前帐户的公钥进行加密，加密后的FEK副本保存在文件$EFS属性的DDF字段里。
(3) 要想解密文件，首先必须用当前用户的私钥去解密FEK，然后用FEK去解密文件。
看到这里，似乎EFS的脉络已经很清晰，其实不然，这样还不足于确保EFS的安全性。系统还会对EFS添加两层保护措施：
(1) Windows会用64字节的主密钥(Master Key)对私钥进行加密，加密后的私钥保存在以下文件夹：
%UserProfile%Application DataMicrosoftCryptoRSASID[/i]
提示 Windows系统里的各种私有密钥，都用相应的主密钥进行加密。Windows Vista的BitLocker加密，也用其主密钥对FVEK(全卷加密密钥)进行加密。
(2) 为了保护主密钥，系统会对主密钥本身进行加密(使用的密钥由帐户密码派生而来)，加密后的主密钥保存在以下文件夹：
%UserProfile%Application DataMicrosoftProtectSID[/i]
整个EFS加密的密钥架构如图1所示。

图1
提示 EFS密钥的结构部分，参考自《Windows Internals 4th》的第12章。
回到“任务描述”部分所述的两个条件，现在我们应该明白原因了：
(1) 必须知道该被删帐户的密码：没有帐户密码，就无法解密主密钥。因为其加密密钥是由帐户密码派生而来的。
提示 难怪Windows XP和2000不同，管理员重设帐户密码，也不能解密EFS文件。
(2) 该被删帐户的配置文件必须存在：加密后的私钥和主密钥(还包括证书和公钥)，都保存在配置文件里，所以配置文件万万不可丢失，否则就会彻底“鬼子不能进村”。重装系统后，原来的配置文件肯定被删，这时候当然不可能恢复EFS文件。
可能有用户会想，只需新建一个同名的用户帐户，然后把原来配置文件复制给新帐户，不就可以解密EFS文件了？原因在于帐户的SID，因为新建用户的SID不可能和老帐户一样，所以常规方法是不可能奏效的。我们必须另辟蹊径，让系统再造一个完全一样的SID！
恢复步骤
为了方便描述，这里假设被删帐户的用户名为Admin，Windows安装在C盘。
1．再造SID
注意 本方法取自“声明”部分提到的那篇文章。
首先确认被删帐户的SID，这里可以进入以下文件夹：
C:Documents and SettingsAdmin[/i]Application DataMicrosoftCryptoRSA
在其下应该有一个以该被删帐户的SID为名的文件夹，例如是S-1-5-21-4662660629-873921405-788003330-1004(RID为1004)
现在我们要设法让新建帐户同样具有1004的RID，这样就能达到目的。
在Windows 中，下一个新建帐户所分配的RID是由HKEY_LOCAL_MACHINESAMSAMDomainsAccount注册表项的F键值所确定的。F键值是二进制类型的数据，在偏移量0048处的四个字节，定义下一个帐户的RID。那么也就是说，只需要修改0048处的四个字节，就能达到目的(让新建帐户获得1004的RID)！
确认好以后，别忘记把Admin帐户的配置文件转移到别的地方！
(1) 默认情况下，只有system帐户才有权限访问HKEY_LOCAL_MACHINESAM，这里在CMD命令提示符窗口，运行以下命令，以system帐户身份打开注册表编辑器：
psexec -i -d -s %windir%regedit.exe
提示 可以在以下网站下载psexec：
http://www.sysinternals.com/Utilities/PsExec.html
(2) 定位到HKEY_LOCAL_MACHINESAMSAMDomainsAccount注册表项，双击打开右侧的F键值。
(3) 这里要说明一下，Windows是以十六进制、而且以反转形式保存下一个帐户的RID。什么意思呢？也就是说，如果是1004的RID，对应十六进制就是03EC，但是我们必须把它反转过来变成EC03，再扩展为4个字节，就是EC 03 00 00。
所以，我们应该把F键值的0048偏移量处，把其中四个字节改为“EC 03 00 00”，如图2所示。

图2
(4) 重要：别忘了重启计算机！
(5) 重启以后，新建一个同名帐户Admin，它的SID应该和以前是完全一样。如果不相信的话，可以借助GetSID或者PsGetSID等工具测试一下。
2．“破解”EFS
接下来的方法就非常简单了，用新建的Admin帐户身份登录系统，随便加密一个文件，然后注销，用管理员帐户登录系统，把原来保留的配置文件复制到C:Documents and SettingsAdmin[/i]文件夹下。
再用Admin帐户登录系统，现在可以解密原来的EFS文件了。
疑难解答
1．如果已经重装系统，那怎么办？
“声明”部分提到的那篇文章里提到，如果还记得原来帐户的密码，并且配置文件没有被删除的话，还有希望。这时候可以借助sysinternals的 NEWSID工具把系统的计算机SID重设为原来的值，再用前面描述的方法构造所需的RID，这样就可以获得所需的帐户SID。剩余步骤完全一样。
http://www.sysinternals.com/Utilities/NewSid.html
2．有用户曾经遇到这样的问题：登录系统时收到提示说密码过期，需要重设，重设密码登录后发现打开EFS文件。
KB890951提到这个问题。其解释是因为在修改密码时，系统还没有加载配置文件
(有点语焉不详)，原文如下：
This problem occurs because the user profile for the current user is not loaded correctly after you change the password.
配置文件和EFS有何相干？看完本文，大家应该知道，EFS的私钥和主密钥都是保存在配置文件里的。由于配置文件没有加载，所以主密钥的加密版本没有得到更新(没有跟上帐户密码的变化)，导致主密钥无法正确解密，从而无法解密私钥和FEK。这就是问题的真正原因。
该KB提供了一个内部补丁，可以解决这个问题。KB890951的链接如下：
http://support.microsoft.com/kb/890951
3．有关公钥的问题
为了容易理解，笔者故意忽略了公钥。公钥保存也保存在帐户的配置文件里：
%UserProfile%Application DataMicrosoftSystemCertificatesMyCertificates
在EFS恢复的操作中，必须确保公钥也要复制到新帐户的配置文件里。尽管看起来公钥与EFS解密无关(它负责加密)。

原来，加密文件$EFS属性的DDF字段里除了有帐户SID和加密的FEK副本外，还有公钥的指纹信息(Public Key Thumbprint)和私钥GUID信息(私钥的某种散列值)。系统在扫描加密文件$EFS属性中的DDF字段时，根据用户配置文件里的公钥中所包含的公钥指纹和私钥GUID信息，当然还有帐户的SID，来判断该帐户是否具有对应的DDF字段，从而判断该用户是否属于合法的EFS文件拥有者。
所以公钥也很重要。
当然公钥是可以“伪造”的(可以伪造出所需的公钥指纹和私钥GUID)，以欺骗EFS系统，具体方法可以参考国外的那篇原稿，此处不再赘述。

加强EFS的安全
由于EFS把所有的相关密钥都保存在Windows分区，所以这可能给EFS带来一定的安全隐患。目前有一些第三方工具号称可以破解EFS，这些工具首先攻击SAM配置单元文件，尝试破解帐户密码，从而破解帐户密码→主密钥的加密密钥→主密钥→EFS私钥→FEK的“密钥链”。
为了防止攻击者窥视我们的EFS文件，可以借助以下三种方法：
1．导出删除私钥
可以用证书向导导出EFS加密证书和私钥，并且在“证书导出向导”对话框里选择删除私钥，如图3所示。

图3
删除私钥以后，攻击者就没有办法访问EFS加密文件了，而我们需要访问时，只需导入先前备份的证书和私钥即可。
2．System Key提供额外的保护
System Key可以对SAM配置单元文件和EFS私钥提供额外保护。Windows XP的System Key默认保存在本地，我们可以运行syskey命令，强制系统将System Key保存在软盘里，或者用启动密码(startup password)来生成System Key。
由于EFS“密钥链”的根密钥(System Key)没有保存在本地计算机中， 所以攻击者将更加难以破解EFS加密。
提示 BitLocker加密的recovery key，类似于syskey的startup password，都是借助启动时所输入的一串密码来生成所需的密钥。
3．BitLocker提供更彻底的保护
本方法仅适用于Windows Vista(Enterprise和Ultimate Edition)。
最彻底的保护方法，首推Windows Vista新引入的BitLocker加密，这时候Windows分区的所有内容全部被加密(包括SAM配置单元、EFS密钥)。
BitLocker(TPM1.2)
加密可以看成是Windows启动保护器。在系统启动时，TPM芯片会负责分析各个重要的启动组件，以判断自己是否位于原来的计算机环境。如果是的话，就依次释放BitLocker
加密所需的密钥链，我们才能顺利地访问Windows，才能访问EFS文件。
如果攻击者企图把硬盘挂接到别的计算机上，系统就会拒绝释放密钥，整个Windows Vista分区处于加密状态。
如果攻击者窃取了计算机，并且窃取了BitLocker所需所有条件(TPM芯片自不必说，假设也获得密钥U盘)。这时候系统能够顺利引导，并且成功释放 BitLocker密钥链。但是攻击者还必须想办法知道帐户的密码，否则无法登录系统，Windows分区依然处于加密状态。
EFS额外保护的原理如图4所示。

图4
4．题外话：为什么释放BitLocker密钥以后，Windows分区依然处于加密状态？
所以尽管BitLocker密钥已经释放，但是Windows分区并没有被立即全部解密。否则每次启动，都要解密整个Windows分区，得花多少时间(笔者的Vista分区完全解密，共花3小时)！
原来BitLocker加密是以一个FVE Filter Driver来实现加密和解密，该Filter Driver处于文件系统驱动的下层。登录系统以后，用户需要访问文件时，文件系统会自动请求FVE Filter Driver进行解密，猜想应该是一次解密一个Block，每个Block可能是512字节(和EFS一样)，不敢确定。对于用户来说，这个过程是完全透明的，同时对性能的影响很小，几乎可以忽略不计。EFS加密的情况有点类似。

写在最后
这里非常敬佩国外微软技术爱好者的执着，事实上该作者还有一篇经典的文章(描述SAM配置单元文件的二进制结构)，链接如下，非常值得推荐。很难想象，要编写这样的文章，得花费多少的人力和时间，要做多少的实验才能在SAM数据库逐个字节地找出其对应的含义！
本文的目的，也是为了向这些国外的作者致敬。

 

    此文中的疑难解答非常重要，特别是重装系统后，必须新建SID，同时公钥也必须一并恢复。至于能否恢复一直格式化了的用户配置信息则完全看运气了，也是数据恢复的关键所在。使用windows自带EFS加密一定要谨慎，否则恢复起来非常麻烦。