软件加密技术及实现
摘 要 当今盗版软件的泛滥成灾几乎已经成为了我们中国民族软件的灾难，为了防止软件的非法复制、盗版，保护软件开发商的利益，就必须对软件进行加密保护。现在市面上有许多反盗版软件，但这类软件多是单机处理，并且只使用简单的加密手段，很容易被解密者破解。
本文描述了一个通过Internet，集加密和电子注册于一身的完善的软件保护方案。该方案基于多种密码学意义上可靠的算法，如对称加密算法，散列算法，数字签名，密钥交换等等。通过对Windows下PE可执行文件的结构及载入机制进行深刻的剖析, 巧妙的使用这些密码学算法及多种反破解方案对PE文件进行加密保护。http://www.16sheji8.cn/
在该方案的实现中，使用CryptoAPI中的数字签名算法RSA，加密算法RC2和RC4，散列算法SHA，同时自己编写了使用了MD5算法用于快速计算大量数据的摘要；网络接口使用WinSocket；编程语言选用汇编语言和C++混合编程方式；反破解方案有检测文件完整性、检测代码完整性、反跟踪、反－反汇编、反Dump、代码变形等等。
由于使用了可靠的密码学算法，使软件加密的强度大大提高；由于使用了Internet在线注册方式，用户使用也非常方便。
关键词 加密 ；数字签名 ；散列；反跟踪 ；电子注册
Software Protection technique and its realization
LEI Peng
（ GuiLin Institute of Electronic Technology . The Department of Computing ）
Abstract The flooding of pirate software has been a calamity of our national software industry . In order to prevent software from pirate , and protect the profit of the software developer , they must encrypt their software to get a protection . There are several software protection tools in the market currently , but these tools were standalone nine tenths , and they only used simple encryption algorithms , so they could be cracked easily by the crackers .
This thesis describes a perfect software encryption and protection scheme which integrate the encryption and electronic register . This scheme is based on multiple reliable cryptographic algorithms such as symmetric encryption algorithm , digital signature , hashing and key exchange . The PE file format (Portable Executable File Format) and its loading mechanism under Windows are dissected thoroughly in this thesis . Then these cryptographic algorithms and several anti-crack method are used gracefully to encrypt and protect the PE file .http://www.16sheji8.cn/
Within the realization of this scheme , the RSA digital signature algorithm , RC2 and RC4 encryption algorithm , SHA hasing algorithm etc in MicroSoft CryptoAPI are used . In order to increase the performace of caculate the digest of large number of data, MD5 hashing algorithm was rewritten . WinSocket API is used as the network interface . The blend of C++ and assembly are used for easily contoling the bottom layer of the system and simplify the programming . The anti-crack method consits the integralization of the file checking , the integralization of the code checking , and anti-debug , anti-disassembly , anti-dump and code metamorphose etc .
The reliable cyrpto algorithms guarantee the crypto strength . As a result of online register , the retail users and the software developers get convenience .
Key words Encrypt ; Digital Signature ; Hashing ; Anti-Debug ; Electronic Register
目 录
1 概述 1
2 密码学简介
2.1 概念 3
2.2 对称密码算法 6
2.3 公开密码算法 6
2.4 单向散列函数 7
2.5 数字签名 8
3 Windows 环境下 PE 文件简介
3.1 WIN32 与 PE 基本概念 10
3.2 PE首部 12
3.3 PE文件的导入表 14
4 当前流行的一些软件保护技术
4.1 序列号保护 21
4.2 时间限制 22
4.3 Key File 保护 23
4.4 CD-check 23
4.5 反跟踪技术（Anti-Debug） 23
4.6 反－反汇编技术（Anti- Disassmbly） 24
4.7 软件狗 25
4.8 Vbox 保护技术 25
4.9 SalesAgent 保护技术 26
4.10 SecuROM 保护技术 26
4.11 软盘加密 26
4.12 将软件与机器硬件信息结合 26
4.13 加壳 27
5 该软件的设计思想
5.1 传统保护的不足 28
5.2 网络的流行 29
5.3 我的方案 29
5.4 该方案的可行性分析 29
6 该软件的整体构架、开发工具及方法
6.1 需求分析 32http://www.16sheji8.cn/
6.2 整体框架 35
6.3 各取所长（汇编与 C/C++ 各取所长） 35
6.4 C/C++ 与汇编语言混合编程时的互调协议 36
6.5 该软件中各模块对语言特性的限制及解决方法 40
6.6 C/C++ 和汇编语言的预编译 45
7 该软件的实现及技术细节
7.1 CryptoAPI 简介 47
7.2 几个公共函数和宏 49
7.3 模块共用的结构体定义 54
7.4 Shield 模块 56
7.4.1 壳程序中API和库函数的处理 59
7.4.2 壳程序主体 62
7.4.3 加密壳程序 63
7.4.4 运行中修改自身代码 64
7.4.5 代码散列校验 64
7.4.6 跳转到客户程序入口 65
7.4.7 载入并销毁 Client 程序的 ImportTable 66
7.4.8 自毁壳程序代码 69
7.4.9 编译方法 70
7.5 Merge 模块 71
7.6 Register 模块 76
7.7 Server 模块 77
7.8 软件授权协议的实现 78
7.9 Client的代码（数据）的加密/解密流程图示 82
8 使用说明及演示
8.1 使用说明 83
8.2 演示及效果 83
9 限制、不足与展望
9.1 使用该软件的限制 86
9.2 该软件的不足 86
9.3 对该软件的展望 87
10 结束语
10.1 总结 91
10.2 致谢 91http://www.16sheji8.cn/
参考文献 92
1 概述
我引用《应用密码学》作者Bruce Schneier的话：
世界上有两种密码：一种是防止你的小妹妹看你的文件；另一种是防止当局者阅读你的文件资料。
如果把一封信锁在保险柜中，把保险柜藏在纽约的某个地方…，然后告诉你去看这封信。这并不是安全，而是隐藏。相反，如果把一封信锁在保险柜中，然后把保险柜及其设计规范和许多同样的保险柜给你，以便你和世界上最好的开保险柜的专家能够研究锁的装置。而你还是无法打开保险柜去读这封信，这样才是安全的。
意思是说，一个密码系统的安全性只在于密钥的保密性，而不在算法的保密性。
对纯数据的加密的确是这样。对于你不愿意让他看到这些数据（数据的明文）的人，用可靠的加密算法，只要破解者不知道被加密数据的密码，他就不可解读这些数据。
但是，软件的加密不同于数据的加密，它只能是“隐藏”。不管你愿意不愿意让他（合法用户，或 Cracker）看见这些数据（软件的明文），软件最终总要在机器上运行，对机器，它就必须是明文。既然机器可以“看见”这些明文，那么 Cracker，通过一些技术，也可以看到这些明文。
于是，从理论上，任何软件加密技术都可以破解。只是破解的难度不同而已。有的要让最高明的 Cracker 忙上几个月，有的可能不费吹灰之力，就被破解了。
所以，反盗版的任务（技术上的反盗版，而非行政上的反盗版）就是增加 Cracker 的破解难度。让他们花费在破解软件上的成本，比他破解这个软件的获利还要高。这样 Cracker 的破解变得毫无意义——谁会花比正版软件更多的钱去买盗版软件 ？
然而，要做到“难破解”，何尝容易？ Sony 曾宣称的超强反盗版（Key 2 Audio音乐 CD反盗版），使用了很尖端的技术，然而最近却被一枝记号笔破解了，成为人们的饭后笑料！
所以，很多看上去很好的技术，可能在 Cracker 面前的确不堪一击。就像马其诺防线一样，Cracker 不从你的防线入手，而是“绕道”。这样，让你的反盗版技术在你做梦也想不到的地方被 Crack 了。
为什么会这样呢 ？归根到底是因为软件在机器上运行，并且软件和机器是分离的——这一点是关键，如果软件和硬件完全绑定，不能分离，是可以做到象 IDEA 之类几乎不可破解的系统的。这将在后面谈传统软件保护技术时详细说明。
对我的这个解决方案，我不能保证Crack高手在几天之内不能破解它，我只能说：“在这个软件中，我尽量堵住了当前破解者普遍使用的方法以及“我想得到”的可能的缺口。”但是我相信，倾注了我三个月心血的反盗版软件，决不是一个“玩具式”的反盗版软件。
2 密码学简介http://www.16sheji8.cn/
2.1 概念
(1) 发送者和接收者
假设发送者想发送消息给接收者，且想安全地发送信息：她想确信偷听者不能阅读发送的消息。
(2) 消息和加密
消息被称为明文。用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密，加了密的消息称为密文，而把密文转变为明文的过程称为解密。图2-1表明了这个过程。
图2-1 加密和解密
明文用M（消息）或P（明文）表示，它可能是比特流（文本文件、位图、数字化的语音流或数字化的视频图像）。至于涉及到计算机，P是简单的二进制数据。明文可被传送或存储，无论在哪种情况，M指待加密的消息。
密文用C表示，它也是二进制数据，有时和M一样大，有时稍大（通过压缩和加密的结合，C有可能比P小些。然而，单单加密通常达不到这一点）。加密函数E作用于M得到密文C，用数学表示为：
E（M）=C.
相反地，解密函数D作用于C产生M
D（C）=M.
先加密后再解密消息，原始的明文将恢复出来，下面的等式必须成立：
D（E（M））=M
(3) 鉴别、完整性和抗抵赖
除了提供机密性外，密码学通常有其它的作用：.
(a) 鉴别
消息的接收者应该能够确认消息的来源；入侵者不可能伪装成他人。
(b) 完整性检验
消息的接收者应该能够验证在传送过程中消息没有被修改；入侵者不可能用假消息代替合法消息。
(c) 抗抵赖
发送者事后不可能虚假地否认他发送的消息。
(4) 算法和密钥
密码算法也叫密码，是用于加密和解密的数学函数。（通常情况下，有两个相关的函数：一个用作加密，另一个用作解密）
如果算法的保密性是基于保持算法的秘密，这种算法称为受限制的算法。受限制的算法具有历史意义，但按现在的标准，它们的保密性已远远不够。大的或经常变换的用户组织不能使用它们，因为每有一个用户离开这个组织，其它的用户就必须改换另外不同的算法。如果有人无意暴露了这个秘密，所有人都必须改变他们的算法。
更糟的是，受限制的密码算法不可能进行质量控制或标准化。每个用户组织必须有他们自己的唯一算法。这样的组织不可能采用流行的硬件或软件产品。但窃听者却可以买到这些流行产品并学习算法，于是用户不得不自己编写算法并予以实现，如果这个组织中没有好的密码学家，那么他们就无法知道他们是否拥有安全的算法。http://www.16sheji8.cn/
尽管有这些主要缺陷，受限制的算法对低密级的应用来说还是很流行的，用户或者没有认识到或者不在乎他们系统中内在的问题。
现代密码学用密钥解决了这个问题，密钥用K表示。K可以是很多数值里的任意值。密钥K的可能值的范围叫做密钥空间。加密和解密运算都使用这个密钥（即运算都依赖于密钥，并用K作为下标表示），这样，加/解密函数现在变成：
