JamesBrahmReturns.cs

using System;
using System.Linq;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using CTFLibrary.TCP;

class Program
{
    static TCPStream stream = null;
    static string flag = "";
        
    const int FLAG_BLOCK = 8;
        
    static void Main()
    {
        //flagに文字を追加するとそこから始められるようにした (フラグが途中まで出てプログラムが落ちた時用)
        for (int i = flag.Length; true; i++)
        {
            byte res;
            while (true)
            {
                Task<byte> task = null;
                try
                {
                    //Byteを調べるタスクを作成、実行
                    task = new Task<byte>(() => TryFindByte(i));
                    task.Start();

                    //タイムアウト処理(5秒で処理が終わらなかったらAbort
                    task.Wait(5000);

                    //完了していなかったら(タイムアウトだったら)
                    if (!task.IsCompleted)
                    {
                        Debug.WriteLine("time out");
                        continue;
                    }

                    //失敗の場合(失敗だと0を返す)
                    if (task.Result == 0) continue;

                    //成功していたらここまで来るので抜ける
                    res = task.Result;
                    break;
                }
                catch
                {
                    Debug.WriteLine($"Error : {task.Exception.Message}");
                    continue;
                }
                    
            }

            //フラグの前にASCIIでresをエンコードしたのを付ける
            flag = Encoding.ASCII.GetString(new byte[] { res }) + flag;

            //現在のフラグを出力
            Console.WriteLine(flag);
        }
    }

    //後ろからi番目のbyteに対して攻撃を実行する
    //例外を投げるとハンドルが面倒くさいので、結果が出なかった場合は0x00を返している。(これはnullバイトを表すので、確実にフラグに含まれない)
    static byte TryFindByte(int i)
    {
        try
        {
            //長く繋いでいると切られてしまうので、各イテレーション前にストリームを切る
            ResetStream();
                
            //暗号文
            string[] cipherBlocks = GetFlagCipherBlocks(i);

            //パディングブロック平文の最終ビット
            byte padBlockPlaneLast = 0x10;
            //解読したいブロック
            string targetBlock = cipherBlocks[FLAG_BLOCK];
            //解読したいブロックにXORで作用するブロック(解読したいブロックの一つ前)
            string targetOperateBlock = cipherBlocks[FLAG_BLOCK - 1];
            //パディングブロックに作用するブロック
            string padOperateBlock = cipherBlocks[cipherBlocks.Length - 2];
                

            //解読したいブロックをpadding部分に挿入
            cipherBlocks[cipherBlocks.Length - 1] = targetBlock;

            //現在検索しているバイト
            byte searchedByte = (byte)(padBlockPlaneLast ^ ConvertFromHexString(padOperateBlock).Last() ^ ConvertFromHexString(targetOperateBlock).Last());


            if (VerifyMessage(cipherBlocks))
            {
                //デコードが成功した場合、デコード後の最終byteが0x10であるということ
                Debug.WriteLine($"success targetBlock : {targetBlock} targetOperateBlock : {targetOperateBlock} padOperateBlock : {padOperateBlock}");
                return searchedByte;
            }
            else
            {
                Debug.WriteLine("failed");
                return 0;
            }
        }
        catch(Exception e)
        {
            //Console.WriteLine($"Error : {e.Message}");
            return 0;
        }
    }

    //フラグの後ろからi文字目がFLAG_BLOCK番目のブロックの先頭になっているような暗号文を取得
    static string[] GetFlagCipherBlocks(int i)
    {
        try
        {
            //endで挿入する文字数を増やして、Paddingをいい感じで増やしていく
            string[] blocks = EncryptMessage(GetStrWithLength(17 + i - 2), GetStrWithLength(16 - ((i + 17) % 16)));
            return blocks;
        }
        catch (Exception e)
        {
            throw e;
        }
            
    }

    //与えられるアプリケーションのWrapper関数(自前TCPライブラリマシマシなので読みにくい)
    #region AppWrapper
    //ストリームを再接続する
    static void ResetStream()
    {
        stream = new TCPStream("2018shell2.picoctf.com", 15596, Encoding.ASCII);
        stream.ReadToEnd();
    }

    //Encrypt messageを実行する関数
    static string[] EncryptMessage(string rep, string ps)
    {
        try
        {
            stream.ReadToEnd();    //Select an option:
            stream.WriteLine("e"); //select "Encrypt" option
            stream.ReadToEnd();    //Please enter your situation report:
            stream.WriteLine(rep); //write report
            stream.ReadToEnd();    //Anything else?
            stream.WriteLine(ps);  //write ps

            //encrypted: xxxxxxのパース
            string res = stream.ReadToEnd().Split()[1];
            string[] resArr = new string[res.Length / 32];
            for (int i = 0; i < resArr.Length; i++) resArr[i] = res.Substring(i * 32, 32);
            return resArr;  
        }
        catch
        {
            throw new Exception();
        }
    }

    //VerifyMessage(string s) をstring配列でも実行可能にするWrapper関数
    static bool VerifyMessage(string[] s)
    {
        try
        {
            return VerifyMessage(string.Join("", s));
        }
        catch (Exception e)
        {
            throw e;
        }
    }

    //Send & verifyを実行する関数
    static bool VerifyMessage(string s)
    {
        try
        {
            string s1 = stream.ReadToEnd();
            stream.WriteLine("s");
            string s2 = stream.ReadToEnd();
            //decode
            stream.WriteLine(s);
            string res = stream.ReadToEnd();
            return res.Contains("Successful");
        }
        catch (Exception e)
        {
            throw e;
        }
    }
    #endregion

        
    #region util
    //特定の長さの文字列を返す()
    static string GetStrWithLength(int len) => "".PadLeft(len, '_');
        
    //hexの文字列をbyteに区切って返す
    static byte[] ConvertFromHexString(string s)
    {
        List<byte> res = new List<byte>();
        for (int i = 0; i < s.Length; i += 2)
        {
            res.Add(Convert.ToByte(s.Substring(i, 2), 16));
        }
        return res.ToArray();
    }
    #endregion
}