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Lab de Processos

Em um Sistema Operacional, por razões de segurança, as senhas dos usuários não são armazenadas em texto simples, mas sim como um hash. Quando um usuário tenta fazer login a senha digitada é criptografada (gerado um hash) para ser comparado com o hash armazenado. Dessa forma, não há necessidade de armazenar sua senha real.

Caso o usuário tenha utilizado letras maiúsculas e minúsculas, caracteres especiais e numeros é praticamente impossível restaurar a senha a partir do hash. No entanto, se a senha for simples, e estivermos dispostos a gastar algum tempo de CPU, é possível tentar todas as combinações de caracteres possíveis em uma senha (ataque de força bruta) até gerar um hash igual ao hash armazenado.

Neste lab você deve implementar o programa cracker_insper.c que recupera as senhas perdidas de usuários, a partir de uma parte conhecida da senha. Para tanto, utilizaremos a ferramenta hashcat que gera o hash de uma senha (o nome da ferramenta é uma brincadeira com o comando cat do Linux com préfixo hash). A ferramenta tem como entrada um hash da senha original, a parte conhecida da senha e uma string (semente), com pelo menos dois caracteres, usada no algoritmo de criptografia para iniciar o gerador de hash.

O programa hashcat quebra o hash utilizando um algoritmo de criptografia, que gera várias combinações de caracteres, começando com a parte conhecida da senha. Caso a ferramenta tenha sucesso, a senha é impressa no terminal. Abaixo um exemplo de chamada e saída do executável hashcat:

$ ./hashcat xxhx0AsVpMTMU sysx???? aa
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxhx0AsVpMTMU].
./hashcat: senha [sysxpert] recuperada.

No exemplo acima é informado o hash "xxhx0AsVpMTMU", associado a uma senha, e a parte conhecida da senha "sysx", seguida de caracteres de interrogação (?), representando os caracteres desconhecidos, e por fim a string "aa" que representa a semente para o inicializar algoritmo de criptografia. Para entrada do exemplo acima o executável hashcat consegue recuperar a senha a partir da parte conhecida da senha.

Ao finalizar o executável hashcat pode retornar os seguintes valores:

  • -1: quando a quantidade ou tamanho dos argumentos está incorreta ou errada

  • 0: quando consegue finalizar normalmente e quebrar a senha

  • 1: quando não consegue quebrar a senha

Ultimamente o executável hashcat está um pouco instável, com falhas e travamentos inesperados, culpa talvez do último estagiário que deu manutenção no código. Essa manutenção fez com que, as vezes, a ferramenta trave indefinidamente, nem Ctrl+C o finaliza. O executável também tem um erro inexplicável de acesso à memória, finalizado pelo SO com um sinal de segmentation fault (Falha de segmentação).

O estagiário que fez a manutenção informou que quando o hashcat falhar por acesso à memória ou ficar travado indefinidamente, o usuário pode executar novamente a programa alterando a semente usada para o inicializar algoritmo de criptografia. Acreditem, essa gambiarra funciona. Veja uma sequencia desses erros:

$ ./hashcat xxqJ7cKzV3v4E zip????? aa 
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxqJ7cKzV3v4E].
Falha de segmentação (imagem do núcleo gravada)

Para semente "ab" o programa trava indefinidamente, sendo necessário enviar um sinal de kill a partir do Shell para finalizá-lo. Para descobrir o número do processo execute ps -C hashcat e depois kill -9 <pid>.

$ ./hashcat xxqJ7cKzV3v4E zip????? ab

Mas se passar a semente para "ac", o executável consegue recuperar a senha:

$./hashcat xxq5aBqiB66j2 xz???? ac
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxqJ7cKzV3v4E].
./hashcat: senha [xzzzzy] recuperada.

Entrega

O programa fonte cracker_insper.c já está na pasta lab/02-lab-processos em seu repositório de atividades (github), na branch principal, para entregar você só precisa fazer upload (git add . & git commit -m "fase#" & git push) do arquivo fonte no seu repositório a cada fase finalizada. Não precisa criar tag.

Lembre-se de se atentar ao prazo de entrega definido aqui!.

Avaliação

O programa será avaliado de forma manual pelo professor da disciplina, utilizando rubricas que descreve as funcionalidades implementadas. Quanto maior o número de funcionalidades implementadas, maior será a nota.

Caso necessário, para validação das fases, poderá ser realizada uma entrevista sobre a implementação desse laboratório.

Restrições

Esta atividade tem com objetivo avaliar dos conceitos vistos na disciplina. Portanto, algumas restrições serão aplicadas ao código:

  • Todo o trabalho com arquivos deverá ser realizado utilizando as APIs POSIX vistas em aula. Não é permitido o uso de funções da Standard I/O para manipulação de arquivos, como, por exemplo, fopen(), fdopen(), fread() e fclose().

  • As impressões no terminal da sua implementação devem seguir rigorosamente os exemplos apresentados nas fases.

  • Caso você utilize algum trecho de código da documentação (ou de outra fonte), inclua a devida atribuição em um comentário no código.

  • É proibido o uso de ferramentas de geração automática de código por IA, como, por exemplo, o ChatGPT.

O não cumprimento dessas restrições resultará na atribuição de nota zero para este laboratório.

Fase 0

  • O programa cracker_insper.c não compila ou compila com warnings. Para compilar use: 

    gcc cracker_insper.c -Wall -Wno-unused-result -g -Og -o cracker_insper
    - O programa não implementa algum dos requisitos da rubrica da Fase 1.

NOTA desta fase: 0.0

Fase 1

  • O programa cracker_insper.c compila SEM warnings.

  • Não preencheu o arquivo README.md

  • O programa roda na linha de comando como abaixo, recebendo os argumentos para o executável conforme abaixo, informando o nome do usuário, o hash da senha e parte da senha conhecida.

    $./cracker_insper fabio xxhx0AsVpMTMU sysx????

  • Para recuperar a senha do usuário fabio o seu programa cracker_insper.c deve realizar uma chamada ao executável hashcat utilizando a função execvp conforme visto em aula. Você não pode, por exemplo, usar a chamada da função system.

  • Caso seja informado o número de parâmetros incorreto no seu programa, este deve finalizar com uma mensagem de orientação.

    $ ./cracker_insper fabio
./cracker_insper: quantidade de argumentos informados errados.
USE:
./cracker_insper <usuario> <hash> <prefixo_da_senha>

  • As chamadas do executável hashcat você deve começar a string aa como a primeira semente para o algoritmo de criptografia.

  • Caso o hashcat tenha sucesso, ou seja, o hashcat retornou 0, o seu programa, você deverá mostrar, após a mensagem do executável hashcat a mensagem abaixo:

    $ ./cracker_insper fabio xxhx0AsVpMTMU sysx????
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxhx0AsVpMTMU].
./hashcat: senha [sysxpert] recuperada.
./cracker_insper: senha do usuario {fabio} recuperada.

    Se a recuperação falhar por acesso à memória ou não for possível recuperar a senha o seu programa deverá mostrar uma mensagem informando o usuário e qual foi a falha ocorrida, por exemplo:

    $ ./cracker_insper paulo xxHUf9zUctXNA miss???? 
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxHUf9zUctXNA].
./cracker_insper: falha de memoria na recuperacao da senha do usuario {paulo}.

    Ou quando não é possível recuperar a senha, como o retornou igual 1 do executário hashcat.

    $ ./cracker_insper andre xxGGPN89YLcGY cse????
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxGGPN89YLcGY].
./hashcat: nao eh possivel recuperar a senha.

  • Caso o seu programa cracker_insper fique travado devido à execução do hashcat, finalize-o com Ctrl+C e encerre o processo hashcat com o comando kill no Shell, a fim de evitar sobrecarga no sistema operacional.

    $ ./cracker_insper fabio xxC4UjY9eNri6 hello??? 
^C
$

  • Para essa e as outras fases, o programa cracker_insper.c deve imprimir exclusivamente as mensagens especificadas nos exemplos. Mensagens de depuração ou quaisquer saídas adicionais devem ser removidas antes da entrega.

NOTA desta fase: 2.0

Fase 2

  • A partir desta fase, e para todas as fases seguintes, você deverá entregar o arquivo README.md contendo as seguintes informações:

    • Seu nome e uma descrição das fases do laboratório que conseguiu completar;
    • Relato de quaisquer bugs ou erros identificados no seu programa;
    • Alguma decisão de design relevante que você gostaria de compartilhar.
    • Inclua também o link de um vídeo explicativo, com áudio e captura de tela visível, apresentando a execução da sua implementação.

  • Nesta fase, você deve melhorar a versão implementada na fase anterior. Agora caso a ferramenta hashcat falhe por acesso à memória (segmentation fault), o seu programa deverá realizar uma nova tentativa, modificando a semente do algoritmo de criptografia. Por exemplo: se a execução inicial utilizar a string aa, na próxima tentativa você pode utilizar ab. Em geral, a senha já é recuperada na segunda tentativa. Ao conseguir recuperar a senha, informe a semente utilizada. Veja o exemplo de execução a seguir:

    $ ./cracker_insper paulo xxHUf9zUctXNA miss????
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxHUf9zUctXNA].
./cracker_insper: falha de memoria na recuperacao da senha do usuario {paulo}.
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxHUf9zUctXNA].
./hashcat: senha [missudad] recuperada.
./cracker_insper: senha do usuario {paulo} recuperada com a semente {ab}.

  • Nesta fase você também deverá tratar o travamento indefinido da ferramenta hashcat. O seu programa cracker_insper.c deve aguardar alguns segundos (por exemplo, 5 segundos) pela finalização do processo filho (hashcat). Caso esse tempo seja excedido (timeout), o programa deve encerrá-lo utilizando o sinal SIGKILL, por meio da função kill() da biblioteca signal.h, em seguida, realizar uma nova tentativa com uma semente diferente. Dica de implementação: para que o seu programa aguarde a finalização do processo filho de forma não bloqueante, pesquise a utilização da função waitpid(-1,...) e leia atentamente o manual dessa função (man waitpid).

    $ ./cracker_insper fabio xxC4UjY9eNri6 hello??? 
./hashcat: recuperando a senha para o hash [xxC4UjY9eNri6].
./hashcat: senha [helloaac] recuperada.
./cracker_insper: senha do usuario {fabio} recuperada com a semente {ab}.

  • Programa cracker_insper.c roda sem erros no valgrind. Para testar use:

    $ valgrind --leak-check=yes ./cracker_insper fabio xxhx0AsVpMTMU sysx????

NOTA desta fase: 5.0

Fase 3

  • Nesta fase, além das funcionalidades da Fase 2, que devem ser mantidas na Fase 3, o programa cracker_insper.c tem a opção de receber uma flag -f seguida pelo nome de um arquivo de senhas, informado por linha de comando. Seu programa deverá ler o arquivo e recuperar as senhas dos usuários armazenados dentro do arquivo, exemplo:

    $ ./cracker_insper -f senhas1.in

  • Cada linha do arquivo deve ser tratado como um processo independente, e a recuperação das senhas pode ser realizada de forma sequencial, assim seu programa pode ler uma linha do arquivo de entrada, chamar o executável hashcat, receber a resposta e imprimir no terminal. Cada linha do arquivo conterá:

    • Nome de usuário (de 1 a 8 caracteres)
    • Hash de senha (13 caracteres)
    • Parte conhecida da senha (mais interrogações que representam caracteres desconhecidos), contém de 0 a 8 letras minúsculas seguidas de 0 a 8 pontos de interrogação. Importante: a soma da parte conhecida + os pontos de interrogação terão no máximo 8 caracteres.

  • Esses três campos são separados por um único espaço. Todas as informações que fornecemos estão garantidas neste formato. Não se preocupe com nomes de usuário duplicados ou prefixos duplicados. Exemplo de arquivo de entrada (senhas1.in):

    fabio xxhx0AsVpMTMU sysx????
paulo xxHUf9zUctXNA miss????
andre xxGGPN89YLcGY cse????
jose xxC4UjY9eNri6 hello???

  • A partir desta fase você deverá utilizar o executável hashcat em modo silencioso, no qual não há saída no terminal. Para isso, basta colocar no final da chamada o argumento -f, que fará com que o hashcat gere um arquivo com a senha encontrada. O nome do arquivo será o hash informado com extensão .txt, veja um exemplo de execução do hashcat com esse argumento. 

    $ ./hashcat xxhx0AsVpMTMU sysx???? aa -f
$ ls xxhx0AsVpMTMU.txt 
$ xxhx0AsVpMTMU.txt
$ cat xxhx0AsVpMTMU.txt 
sysxpert

  • Abaixo há um exemplo da chamada do seu programa com o flag -f com o arquivo senhas1.in, juntamente com a respectiva saída no terminal. Observe que cada linha do arquivo é processada sequencialmente. Em cada tentativa de execução do hashcat, deve ser informado a linha do arquivo, o nome do usuário e semente. Caso a senha seja recuperada com sucesso, o programa deve informar o usuário e a senha correspondente. Os casos de falha do executável hashcat devem ser reportados conforme exemplo a seguir:

    $ ./cracker_insper -f senhas1.in
linha 1: recuperando senha de {fabio} com semente {aa}.
linha 1: senha do usuario {fabio} recuperada {sysxpert}.
linha 2: recuperando senha de {paulo} com semente {aa}.
linha 2: falha de memoria na recuperacao da senha do usuario {paulo}.
linha 2: recuperando senha de {paulo} com semente {ab}.
linha 2: senha do usuario {paulo} recuperada {missudad}.
linha 3: recuperando senha de {andre} com semente {aa}.
linha 3: nao eh possivel recuperar a senha do usuario {andre}.
linha 4: recuperando senha de {jose} com semente {aa}.
linha 4: timeout de espera para senha de {jose}.
linha 4: recuperando senha de {jose} com semente {ab}.
linha 4: senha do usuario {jose} recuperada {helloaac}.
    - Importante: Como na Fase 2

NOTA desta fase: 7.5

Fase 4

  • Nesta fase, você deve paralelizar a solução da Fase 3. O arquivo de senhas deve ser processado em paralelo, e não mais sequencial. No início da execução, o programa cracker_insper.c deverá carregar todas as linhas do arquivo de entrada e, para cada linha, disparar a execução do hashcat, e depois aguardar a finalização de todas as execuções e apresentar as saídas correspondentes.

  • Abaixo um exemplo de execução do programa com o arquivo senhas1.in, juntamente com uma possível saída. Note que deve ser informado a linha que foi processada, bem como os casos em que ocorreu falha na recuperação da senha.

    $ ./cracker_insper -f senhas1.in
linha 1: recuperando senha de {fabio} com semente {aa}.
linha 2: recuperando senha de {paulo} com semente {aa}.
linha 3: recuperando senha de {andre} com semente {aa}.
linha 4: recuperando senha de {jose} com semente {aa}.
linha 1: senha do usuario {fabio} recuperada {sysxpert}.
linha 2: falha de memoria na recuperacao da senha do usuario {paulo}.
linha 2: recuperando senha de {paulo} com semente {ab}.
linha 2: senha do usuario {paulo} recuperada {missudad}.
linha 4: timeout de espera para senha de {jose}.
linha 3: nao eh possivel recuperar a senha do usuario {andre}.
linha 4: recuperando senha de {jose} com semente {ab}.
linha 4: senha do usuario {jose} recuperada {helloaac}.

  • Lembre-se que o programa cracker_insper.c deve imprimir exclusivamente as mensagens apresentadas nos exemplos. Mensagens de depuração ou quaisquer saídas adicionais devem ser removidas antes da entrega.

  • Por fim, ao pressionar Ctrl+C no terminal, o programa cracker_insper.c deve encerrar todos os processos do hashcat que ainda estão executando ou travados, e remove todos os arquivos de senhas gerados.

NOTA desta fase: 10.0

IMPORTANTE: Considere as fases como cumulativas, ou seja, cada versão deve manter as funcionalidades da fase anterior e acrescentar novas. Por exemplo, a versão da Fase 2, você deveria passar nos testes do valgrind, isso passa valer para todas as seguintes da Fase 2. E em caso de dúvida consulte o professor. Caso você não implemente alguma funcionalidade de uma determinada fase a nota atribuída será a da fase anterior.

Prazo:

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