PDF签名系列(1):PDF签名机制的漏洞分析

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研究PDF文件的签名机制有一段时间了，刚开始学习的时候就看到有提到说，被签名的PDF内容的Range gap，会成为这个机制的漏洞，但是一直不能完全参透。直到昨天看到一篇文章的分析，才对这个问题有了一个更清晰的认识，所以做一个小小总结整理。

这里假设读者对PDF文件格式和数字签名的原理有一定了解。

首先，我们来看一下PDF文档里的Signature Dictionary：

我们知道，PDF文件是由一系列Objects组成的，通过objects的互相引用，组织成了一个文档的appearance. 对于一个签过名的文档来说，最重要的就是上图这样一个dictionary类型的object.

用一张图来简单说明一下PDF的签名机制。

上图是一个加入了数字签名的PDF文档内容。被签名的文档内容是整个文档，但是除去了Contents入口下面的具体值。简单来说，是对图中蓝色部分的所有内容做哈希，然后对哈希做签名，最后把签名值以及相关内容写进图中粉色部分。

好了，这样的方法，有什么漏洞呢？

先简单描绘一下PDF文档的签名流程：

1. 把文档序列化成一个字节串，中间预留出合适的空间存放签名值，此步骤称为preliminary serialization

2. 将字节串预留的空间去掉，生成新的字节串，称为signing serialization

3. 根据signing serilization生成签名数据块写入步骤一的preliminary serialization。签名完毕。

下面来详细描述下这个机制隐含的一个漏洞：

假设生成两个preliminary serilization字节串A1，A2；可以看到文档里包含两个catalog.

Note：一般来说，catalog是整个PDF的入口，所有用来显示PDF所用到的内容object都是从catalog开始逐级引用的。所以理论上来说，文档内容里允许有冗余的object，也就是说，此object虽然在文档中定义了，但是在显示的时候，并没有被引用到。

另外，我们可以知道，object的相对位置是可以改变的，只要修改了xreftable里对object的offset的描述，那么最终显示的效果是一样的。

我们可以看到，通过将A1和A2中的gap去掉，生成signing serialization B1和B2之后，B1和B2可以是完全一样的字节串。因此最终的签名值也会是一样的。

当签名值被嵌入回原来的A1和A2之后，生成了最终签名文件C1和C2.

可以看到，C1和C2是两个不同的文档了，虽然是相同的xreftable，相同的catalog的offset，但是C1索引到了catalog1，C2索引到了catalog2，所以C1和C2渲染出来的文档可以是totally不同的内容。但是签名值确实对两个文档都是合法的签名值，这有悖于数字签名的原则。

思考下这个问题的根源来自PDF文档允许冗余的object存在，所以这个漏洞能否存在取决于是否认为这是PDF符合语法规范的。

参考文档：

Collisions in PDF Signatures

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