【网络安全】一篇文章带你了解CTF那些事儿

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一、什么是CTF？

CTF（Capture The Flag）中文一般译作夺旗赛，在网络安全领域中指的是网络安全技术人员之间进行技术竞技的一种比赛形式。CTF起源于1996年DEFCON全球黑客大会，以代替之前黑客们通过互相发起真实攻击进行技术比拼的方式。已经成为全球范围网络安全圈流行的竞赛形式，2013年全球举办了超过五十场国际性CTF赛事。CTF竞赛模式具体分为解题模式、攻防模式和混合模式。在解题模式下，参赛者需要通过互联网或现场网络参与解决网络安全技术挑战题目，以获取分数和时间排名；在攻防模式下，参赛者需要攻击对方团队的系统并防止自己的系统被攻击；在混合模式下，参赛者需要在解题和攻防两种模式下切换。CTF是网络安全竞赛中的一种基本形式，有助于提高网络安全技术的水平和增强网络安全意识。

二、CTF需要学习那些知识？

参与CTF比赛需要掌握以下知识：

• 编程语言：如C、Python、Java等，用于编写破解程序，攻破目标。
• 计算机网络协议、端口和IP地址：在解决网络相关的挑战时必不可少。
• 操作系统：需要熟悉操作系统的基本概念和知识，如进程、文件系统和权限管理等。
• 算法：如对称加密、非对称加密和哈希函数等，在解决与加密相关的挑战时非常关键。
• 网络安全理论：如缓冲区溢出、栈和堆溢出、Shellcode等，这些都是CTF比赛中常见的知识点。
• 攻击手段：了解常见的恶意软件类型和攻击方法，比如病毒、蠕虫和木马等，可以更好地防范和应对攻击。
• web安全：了解Web应用程序的基本原理和常见的安全漏洞，比如SQL注入、跨站点脚本攻击等，可以更好地保护自己的Web应用程序。

此外，参加CTF比赛也需要良好的团队协作能力和精神集中力。除了这些基础技能外，还需要不断学习和尝试，积累更多的知识和经验，才能更好地参与CTF比赛并取得好成绩。

新书推荐

适合新手自学的网络安全基础技能“蓝宝书”：《CTF那些事儿》

CTF比赛是快速提升网络安全实战技能的重要途径，已成为各个行业选拔网络安全人才的通用方法。但是，本书作者在从事CTF培训的过程中，发现存在几个突出的问题：

• 1）线下CTF比赛培训中存在严重的“最后一公里”问题，线下培训讲师的水平参差不齐。
• 2）国内高等院校和职业院校的网络空间安全学科与专业缺乏实战型、系统化的教材和配套实验课程。例如，Base64编码是网络安全行业必备的基础知识，但是学校的教材并不涉及该知识点，也没有专门的实验课对该知识进行讲解。
• 3）大部分CTF比赛书籍对想学习网络空间安全技术的新人不够友好，很多初学者找不到快速、有效的学习方法。

为了解决上述问题，帮助零基础的学习者快速掌握基本技能，同时吸引更多的人关注网络空间安全技能的学习，推进CTF比赛的发展，本书创新性地提出新的CTF知识学习框架，并在每一章附有大量实操练习，即使是没有网络空间安全知识基础的新手，也能按照书中的操作独立复现实验内容。

本书不仅讲授了网络空间安全相关的基础知识和操作技能，还探讨了CTF赛题的本质，着重阐述了面对不同类型题目时的分析思路和方法。比如，我们首次提出“图像隐写三板斧”“逆向真经”等解题思维模式，并较为全面地总结了CTF比赛中对工控安全相关知识的考查方式。从线下培训的效果来看，这些方法的实用性极强。

《CTF那些事儿》通过喜闻乐见的方式，以通俗易懂、幽默风趣的语言普及网络空间安全的知识，从而提高公众的网络空间安全意识，进而促进全行业水平的提高，为我国成为网络安全强国打下坚实的基础。

内容简介

本书由顶级CTF战队Lancet的指导教师李舟军教授和核心团队成员历时4年打磨而成，创新性地提出了新的CTF知识学习框架，体现了李舟军教授多年的教学精髓和带队经验。书中涵盖PWN、逆向、Web等常见题目，并系统性总结了CTF比赛中工控安全的考察方式。不仅讲授基础知识和操作技能，还探讨CTF赛题的本质，着重阐述了面对不同类型题目时的分析思路和方法。

同时，书中针对CTF比赛学习的编排方式，符合我国主流的计算机学科知识体系结构，李舟军教授结合学生的实战经验，为网络安全空间爱好者提供了一本教科书式的实践指导手册。关注“IT阅读排行榜”，回复72991

读者对象

• 1）想系统学习网络安全基础技能的读者。本书作者的初衷，是希望以通俗易懂的方式呈现网络安全基础知识和技能，凡是对网络安全感兴趣的人都可以学习本书。

• 2）政府机关、事业单位、国企及其他企业的技术人员。对于各类企业中需要参加CTF比赛的读者而言，本书可以作为赛前训练的指导书，帮助他们在短时间内快速掌握网络安全技能。

• 3）高等院校和职业院校学生。对于高等院校和职业院校的学生，本书可以作为他们学习网络安全知识的“准教材”，有效补充理论知识与实操技能的不足。

• 4）网络安全培训和比赛从业人员。我们希望抛砖引玉，使本书成为网络安全培训的基础教材和重要参考书，促进CTF比赛和培训行业的进一步发展。

专家推荐

李舟军教授长期从事网络与信息安全领域的研究与教学工作，为国家培养了一批高水平网络安全人才。同时，作为国务院学位委员会网络空间安全一级学科研究论证工作组成员，在该学科创建和发展中发挥了重要作用。由李舟军教授指导的Lancet战队在“网鼎杯”“强网杯”“鹏程杯”等CTF比赛中取得了优异的成绩。本书由Lancet战队倾力打造，创造性地提出新的网络安全基础技能的体系化学习框架，是一本非常适合“小白”入门的网络安全基础技能自学手册。同时，书中以严谨的态度介绍了网络安全相关理论和技术的历史脉络，并配以大量实操练习和离线工具包，兼顾知识性、趣味性与实战性，对读者将大有裨益。我认为，该书是CTF培训以及网络安全实战技能教学的一本难得的佳作，特此推荐。

——方滨兴，中国工程院院士，网络与信息安全专家，国务院学位委员会网络空间安全学科评议组召集人，教育部网络空间安全专业教学指导委员会副主任

由于网络安全鲜明的实战性质和对抗特色，CTF成为学习和实践网络安全技术的重要途径，也是考察和选拔网络安全专业人才的重要手段。在众多的网络安全技术书籍，甚至专门介绍CTF的书籍中，李舟军教授主编的这本书独具特色，体现了他多年来教学的精髓。书中涵盖了PWN、逆向、Web等CTF常见的题目，也包括工控系统安全这样专业且实用的领域。它不仅是网络安全专业学生和爱好者学习CTF的重要指南，也是网络安全从业人员难得的学习资料。

——段海新，清华大学网络研究院教授，博士生导师，蓝莲花战队联合创始人，现任国务院学位委员会网络空间安全学科评议组成员

这本书虽然以 CTF 为线索来组织内容，但也是一份不错的网络安全入门学习资料。书中对每一个技术门类都从零讲起，并配有大量便于读者理解的图例，可谓手把手教学。此外，本书在技术内容之外还讲述了技术发展的历史和文化，非常值得一读。

——于旸，腾讯杰出科学家，玄武实验室负责人

李舟军教授和他所带领的Lancet战队是我国CTF竞赛演练领域的先锋。过去几年中，Lancet战队在李老师指导下斩获了几乎所有国内顶级竞赛的大奖。本书以李老师扎实的理论和教学实践为锚点，结合指导学生实战的经验，为所有网络空间安全爱好者提供了一本教科书式的实践导学手册，也为通过组织CTF战队进行教学工作的老师们提供了一部路径清晰、内涵丰富的参考教案。

——蔡晶晶，北京永信至诚科技股份有限公司董事长，教授级高级工程师，入选国家“万人计划”，国家网络安全实验平台项目专家，公安部网络安全专家

这本书全面而系统地介绍了CTF的重要知识点，读者可以通过阅读本书，获得广泛而深入的安全领域知识。对信息安全专业的学生来说，这本书既是入门的绝佳指南，又是提升技能和精通CTF的宝贵资源。对于那些希望进入安全领域从事研究工作的读者来说，阅读这本书也会有极大的收获。作为我的研究生导师，李舟军教授的专业指导和悉心培养对我产生了深远的影响，让我受益匪浅。

——龚广，360 首席安全研究员兼数字安全集团漏洞研究院院长，研究员级高级工程师

目录

前言

第0章　开启CTF之旅  1

0.0　CTF比赛的历史  1

0.1　CTF比赛的常见赛制  1

0.2　国内外知名的CTF比赛  3

0.3　国内外知名的CTF战队  4

0.4　学习前的实验环境准备  7

0.4.0　虚拟机运行软件  7

0.4.1　搭建Python脚本运行环境  9

0.4.2　搭建Docker使用环境  11

第1章　安全杂项  12

1.0　安全杂项类赛题简介  12

1.1　常见的编码与解码  13

1.1.0　ASCII编码  13

1.1.1　Base64编码  15

1.1.2　Base32编码  18

1.1.3　Base16编码  19

1.1.4　其他Base系列编码  19

1.1.5　Shellcode编码  21

1.1.6　Quoted-printable编码  22

1.1.7　UUencode编码  22

1.1.8　XXencode编码  23

1.1.9　URL编码  24

1.1.10　摩斯码  24

1.1.11　JSFuck编码  25

1.1.12　Brainfuck编码  26

1.1.13　编码类题目的通用解题方法  28

1.2　网络流量分析  30

1.2.0　网络协议的基础知识  31

1.2.1　Wireshark的基本使用方法  33

1.2.2　CTF流量分析的通用方法  42

1.2.3　ICMP  44

1.2.4　Telnet  45

1.2.5　FTP  47

1.2.6　DNS  48

1.2.7　HTTP  50

1.2.8　USB  59

1.2.9　TLS  60

1.2.10　IEEE 802.11  62

1.3　日志分析  65

1.3.0　Web日志及分析方法  65

1.3.1　系统设备日志及分析方法  70

1.4　电子取证分析  75

1.4.0　电子取证的常用技术  75

1.4.1　文件恢复  77

1.4.2　磁盘取证分析方法  79

1.4.3　内存取证分析方法  81

1.5　压缩文件格式与破解  84

1.5.0　ZIP压缩包格式  84

1.5.1　伪加密  87

1.5.2　压缩包密码爆破  89

1.5.3　CRC碰撞破解压缩包  91

1.5.4　已知明文攻击  93

1.6　信息搜集与搜索引擎的高级用法  95

1.6.0　信息搜集方法  95

1.6.1　搜索引擎的高级用法  97

第2章　安全杂项——隐写术专题  99

2.0　隐写术简介  99

2.1　图像隐写方法及信息提取  100

2.1.0　常见的图像隐写方法  101

2.1.1　PNG文件格式及隐写方法  102

2.1.2　JPG文件格式及隐写方法  106

2.1.3　GIF文件格式及隐写方法  110

2.1.4　图像隐写三板斧  115

2.1.5　图像隐写三板斧2.0  124

2.1.6　图像和像素值的转换  133

2.2　音频隐写方法及信息提取  135

2.2.0　常见的音频文件格式解析  135

2.2.1　基于波形图的隐写  137

2.2.2　基于频谱图的隐写  138

2.2.3　音频LSB隐写  139

2.2.4　MP3文件隐写  141

2.2.5　拨号音识别  144

2.2.6　音频隐写总结  146

2.3　视频隐写方法及信息提取  147

2.4　文本隐写方法及信息提取  148

2.4.0　基于文本内容的隐写  149

2.4.1　基于Word文档的隐写  149

2.4.2　基于PDF文档的隐写  151

2.5　二维码  155

2.5.0　QR码的基础知识和常用工具  156

2.5.1　QR码画图  158

2.5.2　QR码修复  159

第3章　密码学基础  161

3.0　密码学简介  161

3.1　古典密码  165

3.1.0　栅栏密码  165

3.1.1　凯撒密码  169

3.1.2　ROT位移密码  170

3.1.3　Atbash密码  172

3.1.4　猪圈密码  172

3.1.5　培根密码  173

3.1.6　简单替换密码  175

3.1.7　仿射密码  177

3.1.8　单表代换密码总结  178

3.1.9　多表代换密码  179

3.1.10　维吉尼亚密码  179

3.1.11　希尔密码  184

3.2　对称密码  185

3.2.0　对称密码的基本模型  185

3.2.1　流密码和分组密码的本质区别  186

3.2.2　xor密码  186

3.2.3　RC4  190

3.2.4　Feistel密码结构  191

3.2.5　DES  194

3.2.6　AES  195

3.2.7　填充  196

3.2.8　分组模式  197

3.3　非对称密码  206

3.3.0　RSA基础  206

3.3.1　模数N相关攻击  208

3.3.2　指数e相关攻击  212

3.3.3　私钥d相关攻击  214

3.3.4　广播攻击  215

3.3.5　ECC基础  217

3.3.6　ECC加密  218

3.3.7　Pohlig_Hellman攻击  219

3.3.8　Smarts攻击  220

3.4　哈希函数  221

3.4.0　哈希函数的基本模型  221

3.4.1　MD5  222

3.4.2　哈希长度扩展攻击  223

第4章　Web渗透基础  228

4.0　引言  228

4.0.0　概述  228

4.0.1　HTTP理论基础  229

4.0.2　环境搭建与工具使用  234

4.1　Web信息收集的技巧  241

4.1.0　端口扫描  241

4.1.1　目录探测  247

4.1.2　指纹识别  255

4.2　暴力破解  258

4.2.0　用户名/密码爆破  258

4.2.1　参数爆破  264

4.2.2　密钥爆破  268

4.2.3　随机数爆破  271

4.2.4　字典  275

4.3　PHP弱类型  277

4.3.0　PHP代码基础  277

4.3.1　PHP弱类型问题  280

4.4　上传漏洞  283

4.4.0　前端JavaScript绕过  287

4.4.1　MIME-Type绕过  288

4.4.2　黑名单绕过  288

4.4.3　.htaccess绕过  289

4.4.4　后缀名绕过  290

4.4.5　图片马  291

4.4.6　其他类型的问题  296

4.5　SQL注入漏洞  297

4.5.0　SQL注入  297

4.5.1　SQL注入漏洞的分类  300

4.5.2　SQL注入漏洞实战  301

4.5.3　SQLmap  307

4.5.4　宽字节注入  309

4.5.5　WAF绕过  310

4.5.6　利用SQL注入读写文件  313

4.5.7　报错注入  314

4.6　文件包含  317

4.6.0　php://filter进阶  321

4.6.1　文件包含的分类  322

4.6.2　文件包含中的截断和phar://  322

4.7　命令执行  324

4.7.0　危险函数  332

4.7.1　无参数RCE  333

4.8　CSRF与XSS  338

4.8.0　CSRF  338

4.8.1　CSRF防御  340

4.8.2　XSS  341

4.9　SSRF  344

第5章　软件逆向工程  347

5.0　软件逆向工程简介  347

5.0.0　软件是怎么生成的  347

5.0.1　软件逆向工程的定义及目标  349

5.0.2　软件逆向工程的发展历史  349

5.1　CTF软件逆向工程入门  350

5.1.0　逆向题目的特点  350

5.1.1　逆向真经  351

5.2　静态分析方法  352

5.2.0　静态分析的原理和技巧  352

5.2.1　静态分析的常用工具  355

5.2.2　静态分析实战  359

5.3　动态分析方法  383

5.3.0　动态调试的技巧  383

5.3.1　汇编  384

5.3.2　使用OllyDbg进行动态调试  392

5.3.3　使用GDB进行动态调试  399

5.3.4　使用IDA进行本地动态调试  403

5.3.5　使用IDA进行远程动态调试  407

第6章　进入 PWN 的世界  410

6.0　PWN简介  410

6.1　CTF中的PWN  410

6.2　栈溢出入门  414

6.2.0　认识栈结构  415

6.2.1　函数调用过程分析  415

6.2.2　Linux操作系统的基本保护

　　　?机制  418

6.2.3　覆盖返回地址  419

6.2.4　覆盖返回地址到Shellcode  421

6.2.5　编写单个函数的ROP链  423

6.2.6　编写两个函数的ROP链  427

6.2.7　编写多个函数的ROP链  431

6.2.8　ret2syscall  433

6.2.9　用动态链接动态泄露system

　　　?地址并利用  437

6.2.10　64位程序的栈溢出  442

6.2.11　未知远程libc的解法  443

6.3　格式化字符串  443

6.3.0　格式化字符串的原理  443

6.3.1　格式化字符串漏洞的利用  446

6.3.2　通过格式化字符串漏洞泄露

　　　?栈上内容  447

6.3.3　通过格式化字符串漏洞泄露

　　　?任意地址内存  448

6.3.4　通过格式化字符串漏洞覆盖

　　　?任意地址内存  450

6.3.5　64位格式化字符串  456

6.3.6　格式化字符串的综合利用  456

6.4　栈溢出进阶技术  457

6.4.0　栈劫持  457

6.4.1　ropchain  463

6.4.2　Canary保护机制及其利用

　　　?方式  463

6.4.3　__libc_csu_init的利用方式  472

6.4.4　ret2_dl_runtime_resolve  474

6.5　栈溢出和格式化字符串总结  484

第7章　PWN进阶  485

7.0　堆管理器  485

7.0.0　ptmalloc堆管理器的基本功能  485

7.0.1　malloc和free简介  486

7.0.2　内存分配背后的系统调用  487

7.1　堆相关的数据结构  488

7.1.0　malloc_chunk  488

7.1.1　bin  490

7.1.2　fast bin  492

7.1.3　small bin  493

7.1.4　large bin  495

7.1.5　unsorted bin  496

7.1.6　bin 的总结  497

7.2　malloc的基本算法  497

7.2.0　__libc_malloc  497

7.2.1　fast bin分配算法  498

7.2.2　small bin分配算法  499

7.2.3　large bin分配算法1  500

7.2.4　unsorted bin分配算法  501

7.2.5　large bin分配算法2  503

7.2.6　寻找更大的bin链  504

7.2.7　使用top chunk  505

7.2.8　总结  506

7.3　free函数的基本算法  506

7.4　堆利用的基本方法  507

7.4.0　House of Prime  507

7.4.1　House of Lore  508

7.4.2　House of Spirit  509

7.4.3　House of Force  512

7.4.4　House of系列方法总结  514

7.5　链表攻击  514

7.5.0　unlink  514

7.5.1　fast bin 攻击  520

7.5.2　unsorted bin 攻击  524

7.6　其他漏洞形式及其利用  526

7.6.0　off by one  527

7.6.1　off by null  530

7.6.2　fast bin 三重释放攻击  533

7.7　例题讲解  536

7.8　tcache机制及其利用方式  542

7.8.0　tcache的重要数据结构与

　　　?源码解读  542

7.8.1　tcache dup（glibc 2.27）  547

7.8.2　tcache 双重释放（glibc 2.27）  549

7.8.3　tcache dup（glibc 2.29）  551

7.8.4　tcache 双重释放（glibc 2.29）  551

7.8.5　tcache stash unlink（glibc 2.29）  557

7.8.6　tcache stash unlink plus

　　　?（glibc 2.29）  560

7.8.7　tcache stash unlink plus plus

　　　?（glibc 2.29）  562

7.8.8　large bin 攻击1（glibc 2.29）  564

7.8.9　large bin 攻击2（glibc 2.29）  568

7.8.10　tcache 攻击（glibc 2.31）  569

7.8.11　堆利用总结  572

7.9　PWN中的打补丁技术  572

7.9.0　change data  573

7.9.1　add segement  575

7.9.2　compress instruction  578

7.9.3　add logic  580

7.9.4　打补丁技术总结  582

第8章　工业控制系统安全  583

8.0　工业控制系统概述  583

8.0.0　工业控制系统的定义  583

8.0.1　工业控制系统安全概述  586

8.0.2　工业控制系统的组成  588

8.0.3　工业控制系统的架构  601

8.1　工业控制系统编程  607

8.1.0　读懂梯形图  608

8.1.1　学会指令表  633

8.1.2　其他编程语言  650

8.1.3　常见工程文件汇总  653

8.2　工业控制系统通信协议  659

8.2.0　Modbus协议  659

8.2.1　西门子S7协议  669

8.2.2　其他工控协议  680

8.2.3　PLC漏洞利用  691

参考文献  710