Анализ содержимого QR кодов в документах электронного правительства РК во фронтенде

https://habr.com/ru/post/503574/
  • Криптография
  • JavaScript


Я продемонстрирую как с помощью JavaScript прямо в браузере можно извлечь и проанализировать данные из QR кодов содержащихся в документах сформированных порталами электронного правительства Республики Казахстан (к примеру https://egov.kz).


В электронных документах присутствует следующая формулировка:


*штрих-код содержит данные, полученные из информационной системы ГБД РН и подписанные электронно-цифровой подписью Филиала НАО «Государственная корпорация «Правительство для граждан».

На сколько мне известно, готовых инструментов для извлечения и анализа данных в QR кодах не существует.


Конечную цель ставлю следующую: извлечь подписанные данные и подпись, проверить целостность подписанных данных. О проверке цифровой подписи в этой заметке речи идти не будет, только о проверке хеша. Детали проверки цифровых подписей могут быть описаны в будущем, в том случае, если публика проявит интерес к этой тематике.


Важно: эта заметка не описывает методик взлома и не помогает получать несанкционированного доступа к данным, речь будет идти о конвертации данных из одних представлений в другие.


Я покажу как обрабатывать оригинальные PDF файлы которые формируют и предоставляют для скачивания порталы электронного правительства РК. Эти PDF файлы содержат QR коды как отдельные внедренные изображения.


Экспериментировать я буду на справке об отсутствии судимости.


Я воспользуюсь следующими библиотеками:


  • PDF.js для извлечения изображений из PDF документа;
  • jsQR для декодирования QR кодов;
  • JSZip для распаковки ZIP файлов;
  • XMLDSIGjs для обработки XML;
  • WebCrypto GOST (gostCrypto) для вычисления хешей и кодирования/декодирования данных.

0. Считывание PDF файла в ArrayBuffer


Получить доступ к PDF файлу возможно стандартными средствами HTML с помощью тега <input type="file"> и его атрибута files.


В современных браузерах получить содержимое файла в виде ArrayBuffer можно следующим образом:


const fileContents = await fileInput.files[0].arrayBuffer();

1. Извлечение изображений из PDF документа


Библиотеку PDF.js необходимо инициализировать перед началом работы, примеры приведены в документации https://mozilla.github.io/pdf.js/examples/index.html#interactive-examples


const pdfjsLib = window['pdfjs-dist/build/pdf'];
pdfjsLib.GlobalWorkerOptions.workerSrc = 'pdf.worker.js';

В PDF.js объекты описываются с точки зрения выполняемых над ними операций. Так как меня интересуют изображения, то нужно искать следующие операции:


const ops = [
  pdfjsLib.OPS.paintJpegXObject,
  pdfjsLib.OPS.paintImageXObject,
];

Реализация извлечения изображений со всех страниц PDF документа:


const loadingTask = pdfjsLib.getDocument(fileContents);
const pdf = await loadingTask.promise;

const objIDs = [];
const images = [];

await (async function () {
  for (let pageIndex = 1; pageIndex <= pdf.numPages; pageIndex += 1) {
    const page = await pdf.getPage(pageIndex);

    // Страница содержит набор операторов, нужно найти интересующие.
    const operators = await page.getOperatorList();
    for (let i = 0; i < operators.fnArray.length; i++) {
      const fn = operators.fnArray[i];

      if (ops.indexOf(fn) !== -1) {
        // По индексу оператора можно получить его параметры, первый параметр - идентификатор объекта.
        const objID = operators.argsArray[i][0];

        // Над одним и тем же объектом могут выполняться несколько операций, дубликаты не нужны.
        if (objIDs.indexOf(objID) === -1) {
          objIDs.push(objID);

          // Объект изображения можно получить по его идентификатору.
          try {
            const imageInfo = page.objs.get(objID);
            images.push(imageInfo);
          } catch (err) {
            console.log(err);
          }
        }
      }
    }
  }
})()

2. Декодирование QR кодов


Библиотека jsQR поддерживает изображения только в RGBA в то время как в PDF файлы они могут быть внедрены и как RGB, потребуется функция приводящая RGB к RGBA:


function extractRGBAData(image) {
  if (image.kind === 3) { // ImageKind.RGBA_32BPP из https://github.com/mozilla/pdf.js/blob/master/src/shared/util.js
    return image.data;
  }

  if (image.kind !== 2) { // ImageKind.RGB_24BPP из https://github.com/mozilla/pdf.js/blob/master/src/shared/util.js
    throw new Error(`Image kind "${image.kind}" is not supported.`);
  }

  const data = new Uint8ClampedArray(image.width * image.height * 4);

  let destPosition = 0;
  for (let srcPosition = 0; srcPosition < image.data.length;) {
    data[destPosition++] = image.data[srcPosition++];
    data[destPosition++] = image.data[srcPosition++];
    data[destPosition++] = image.data[srcPosition++];
    data[destPosition++] = 255;
  }

  return data;
}

Попробую декодировать все полученные изображения:


const qrCodes = [];
images.forEach((image) => {
  if (image.data) {
    const data = extractRGBAData(image);

    try {
      const code = jsQR(data, image.width, image.height);
      console.log(code);
      qrCodes.push(code);
    } catch (err) {
      console.log(err);
    }
  }
});

В результате в консоль браузера выведено 7 сторк — по одной на каждый QR код на странице. Одна из строк содержит URL документа — QR код с ней размещен в верхней правой части документов, она меня не интересует. Остальные 6 строк содержат XML следующего формата (персональные данные удалены):


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="yes"?>
<BarcodeElement xmlns="http://barcodes.pdf.shep.nitec.kz/">
  <creationDate>...</creationDate>
  <elementData>...</elementData>
  <elementNumber>1</elementNumber>
  <elementsAmount>6</elementsAmount>
  <FavorID>...</FavorID>
</BarcodeElement>

Из этого меня интересуют следующие теги:


  • <elementData>...</elementData> — часть данных
  • <elementNumber>1</elementNumber> — индекс текущей части
  • <elementsAmount>6</elementsAmount> — общее количество частей на которые разделены данные

3. Извлечение частей данных


Для распределения частей данных по соответствующим позициям я воспользуюсь следующей функцией:


const qrCodesBlocks = [];

function addQRCodeBlock(code) {
  if (!code || !code.data) {
    return;
  }

  // Получу общее количество частей.
  const elementsAmountRegexp = /<elementsAmount>((.|\r|\n)+?)<\/elementsAmount>/;
  const elementsAmountResult = elementsAmountRegexp.exec(code.data);
  if (!elementsAmountResult || elementsAmountResult.length <= 2) {
    return;
  }
  const elementsAmount = +elementsAmountResult[1];
  if (!Number.isSafeInteger(elementsAmount)) {
    throw new Error('Не удалось извлечь общее количество частей из тега <elementsAmount>');
  }

  // При обработке первой части нужно инициализировать массив.
  if (qrCodesBlocks.length === 0) {
    for (let i = 0; i < elementsAmount; i++) {
      qrCodesBlocks.push('');
    }
  } else {
    if (qrCodesBlocks.length !== elementsAmount) {
      throw new Error(`В разных QR кодах указано разное общее количество QR кодов: "${qrCodesBlocks.length}" и "${elementsAmount}"`);
    }
  }

  // Получу индекс части.
  const elementNumberRegexp = /<elementNumber>((.|\r|\n)+?)<\/elementNumber>/;
  const elementNumberResult = elementNumberRegexp.exec(code.data);
  if (!elementNumberResult || elementNumberResult.length < 2) {
    throw new Error(`В QR коде отсутствует "<elementNumber>"`);
  }
  const elementNumber = +elementNumberResult[1];
  if (!Number.isSafeInteger(elementNumber)) {
    throw new Error(`"<elementNumber>" в QR коде не является числом`);
  }

  // Защита от внештатных ситуаций.
  if (elementNumber > elementsAmount) {
    throw new Error(`Индекс QR кода "${elementNumber}" больше общего количества QR кодов "${elementsAmount}"`);
  }

  if (qrCodesBlocks[elementNumber - 1] !== '') {
    throw new Error(`Индекс QR кода "${elementNumber}" обнаружен более одного раза`);
  }

  // Помещу часть в соответствую позицию.
  const elementDataRegexp = /<elementData>((.|\r|\n)+?)<\/elementData>/;
  const elementDataResult = elementDataRegexp.exec(code.data);
  if (!elementDataResult || elementDataResult.length < 2) {
    throw new Error('В QR коде отсутствует "<elementData>"');
  }
  const elementData = elementDataResult[1];

  qrCodesBlocks[elementNumber - 1] = elementData;
}

Осталось получить части и проверить что распределение прошло успешно.


qrCodes.forEach(addQRCodeBlock);

if (qrCodesBlocks.length === 0) {
  throw new Error('Ошибка при извлечении данных из QR кодов: не обнаружено ни одного QR кода с поддерживаемыми данными');
}

const foundBlocks = qrCodesBlocks.filter((block) => !!block);
if (qrCodesBlocks.length !== foundBlocks.length) {
  throw new Error('Ошибка при извлечении данных из QR кодов: не удалось получить данные всех QR кодов');
}

4. Восстановление данных


Анализ частей данных показал что это ZIP архив разрезанный на части каждая из которых закодирована в Base64.


В первую очередь нужно декодировать части из Base64:


const zippedParts = qrCodesBlocks.map(block => new Uint8Array(gostCrypto.coding.Base64.decode(block)));

Далее соединить их:


const totalLength = zippedParts.reduce((accumulator, part) => accumulator + part.length, 0);

const zippedData = new Uint8Array(totalLength);
let zippedDataIndex = 0;
zippedParts.forEach((part) => {
  zippedData.set(part, zippedDataIndex);
  zippedDataIndex += part.length;
});

И распаковать архив:


const zip = await JSZip.loadAsync(zippedData, { checkCRC32: true });

В архиве находится единственный файл с именем one, его содержимое меня и интересует:


const file = zip.file('one');
if (!file) {
  throw new Error('В архиве отсутствует ожидаемый файл "one"');
}

const recoveredContents = await file.async("string");

5. Подготовка данных к анализу


Восстановленные данные — это XML следующего формата (персональные данные удалены):


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="yes"?>
<p1001Response>
    <SystemInfo>
        <messageId xsi:nil="true" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"/>
        <chainId>...</chainId>
        <messageDate>...</messageDate>
        `1`
        <responseInfoRu>Запрос обработан</responseInfoRu>
        <responseInfoKz>Запрос обработан</responseInfoKz>
        <digiSign>...</digiSign>
    </SystemInfo>
    <ResponseData>
        <ResponseType>UNJUDGED</ResponseType>
        <Person>
            <IIN>...</IIN>
            <SurName>...</SurName>
            <Name>...</Name>
            <MiddleName>...</MiddleName>
            <BirthDate>...</BirthDate>
            <BirthPlace>
                <Country>...</Country>
                <CountryKz>...</CountryKz>
                <District>...</District>
                <DistrictKz>...</DistrictKz>
                <City>...</City>
                <CityKz>...</CityKz>
                <Locality>...</Locality>
                <LocalityKz>...</LocalityKz>
            </BirthPlace>
        </Person>
        <Untried/>
        <CheckDate>...</CheckDate>
    </ResponseData>
</p1001Response>

Из всего перечисленного меня интересует только digiSign — это еще один XML закодированный в Base64. На остальные данные я не обращаю внимания, так как они будут продублированы глубже.


Извлеку и декодирую внутренний XML:


const regexp = /<digiSign>((.|\r|\n)+?)<\/digiSign>/;
const regexpResult = regexp.exec(recoveredContents);
if (!regexpResult && regexpResult.length !== 2) {
  throw new Error('В XML отсутствует "<digiSign>"');
}

const digiSignBytes = gostCrypto.coding.Base64.decode(regexpResult[1]);
const xmlDataAndSignature = gostCrypto.coding.Chars.encode(digiSignBytes, 'utf8');

6. Анализ данных


Содержимое внутреннего XML выглядит следующим образом (персональные данные удалены):


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<ResponseData>
  <ResponseType>UNJUDGED</ResponseType>
  <Person>
    <IIN>...</IIN>
    <SurName>...</SurName>
    <Name>...</Name>
    <MiddleName>...</MiddleName>
    <BirthDate>...</BirthDate>
    <BirthPlace>
      <Country>...</Country>
      <CountryKz>...</CountryKz>
      <District>...</District>
      <DistrictKz>...</DistrictKz>
      <City>...</City>
      <CityKz>...</CityKz>
      <Locality>...</Locality>
      <LocalityKz>...</LocalityKz>
    </BirthPlace>
  </Person>
  <Untried/>
  <CheckDate>...</CheckDate>
  <ds:Signature xmlns:ds="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">
    <ds:SignedInfo>
      <ds:CanonicalizationMethod Algorithm="http://www.w3.org/TR/2001/REC-xml-c14n-20010315"/>
      <ds:SignatureMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/04/xmldsig-more#gost34310-gost34311"/>
      <ds:Reference URI="">
        <ds:Transforms>
          <ds:Transform Algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/>
          <ds:Transform Algorithm="http://www.w3.org/TR/2001/REC-xml-c14n-20010315#WithComments"/>
        </ds:Transforms>
        <ds:DigestMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/04/xmldsig-more#gost34311"/>
        <ds:DigestValue>...</ds:DigestValue>
      </ds:Reference>
    </ds:SignedInfo>
    <ds:SignatureValue>...</ds:SignatureValue>
    <ds:KeyInfo>
      <ds:X509Data>
        <ds:X509Certificate>...</ds:X509Certificate>
      </ds:X509Data>
    </ds:KeyInfo>
  </ds:Signature>
</ResponseData>

Это XML подпись с внедренными данными в которых, судя по всему, указано что судимостей у субъекта нет <ResponseType>UNJUDGED</ResponseType>, а так же приведены данные для идентификации субъекта в теге <Person>...</Person>.


7. Проверка целостности подписанных данных


Проверка целостности данных будет заключаться в сравнении приведенного в XML подписи значения хеша с вычисленным.


Создание объекта XML документа:


const xml = XmlDSigJs.Parse(xmlDataAndSignature);

Значение хеша приведено в теге <ds:DigestValue>...</ds:DigestValue>:


const xmlSignatures = XmlDSigJs.Select(xml, "//*[local-name(.)='Signature' and namespace-uri(.)='http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#']");
if (xmlSignatures.length === 0) {
  throw new Error(`В распакованных данных отсутствует цифровая подпись (тег "<Signature>"): "${xmlDataAndSignature}"`);
}
if (xmlSignatures.length > 1) {
  throw new Error(`В распакованных данных присутствует несколько цифровых подписей (тег "<Signature>"): "${xmlDataAndSignature}"`);
}

const hashElementsInSignature = XmlDSigJs.Select(xmlSignatures[0], "//*[local-name(.)='DigestValue']");
if (hashElementsInSignature.length === 0) {
  throw new Error(`В XML подписи отсутствует хеш (тег "<DigestValue>"): "${xmlDataAndSignature}"`);
}
if (hashElementsInSignature.length > 1) {
  throw new Error(`В XML подписи присутствует несколько хешей (тег "<DigestValue>"): "${xmlDataAndSignature}"`);
}
const hashInSignature = hashElementsInSignature[0].textContent;

Данные необходимо подготовить к хешированию — выполнить над ними трансформации приведенные в теге <ds:Transforms>...</ds:Transforms> XML подписи:


const xmlDsigEnvelopedSignatureTransform = new XmlDSigJs.XmlDsigEnvelopedSignatureTransform();
xmlDsigEnvelopedSignatureTransform.LoadInnerXml(xml.documentElement);
xmlDsigEnvelopedSignatureTransform.GetOutput();

const xmlDsigC14NWithCommentsTransform = new XmlDSigJs.XmlDsigC14NWithCommentsTransform();
xmlDsigC14NWithCommentsTransform.LoadInnerXml(xml.documentElement);
const signedDataXML = xmlDsigC14NWithCommentsTransform.GetOutput();

const dataToHash = gostCrypto.coding.Chars.decode(signedDataXML, 'utf8');

В подписи указан алгоритм хеширования "http://www.w3.org/2001/04/xmldsig-more#gost34311", это ГОСТ 34.311-95 что аналогично GOST R 34.11-94 в библиотеке gostCrypto. В РК совместно с ним обычно используют набор параметров D-TEST.


Вычисление значения хеша:


const hashBytes = await gostCrypto.subtle.digest({name: 'GOST R 34.11-94', version: 1994, sBox: 'D-TEST'}, dataToHash);
const signedDataXMLHash = gostCrypto.coding.Base64.encode(hashBytes);

Проверка целостности данных в моем документе прошла корректно:


if (signedDataXMLHash !== hashInSignature) {
  throw new Error(`Хеш вычисленный из данных XML документа "${signedDataXMLHash}" не соответствует значению в подписи "${hashInSignature}"`);
}

Заключение


Эксперимент завершился успешно, поставленная цель достигнута. Но нужно упомянуть о том, что без проверки цифровой подписи говорить о целостности данных несколько лукаво — нет уверенности в том, что значение хеша данных в XML подписи не было изменено.


Еще одним нюансом оказалось то, что разные типы документов электронного правительства РК имеют разную структуру: в некоторых случаях восстановленный документ сразу является XML подписью, в других в digiSign подпись не закодирована в Base64, а вместо этого представлена в HTML кодировке, бывают и другие варианты. В связи с чем приведенный выше алгоритм не является универсальным и требует доработки под разные типы документов.


Полезные ссылки:


Currently unrated

Recent Posts

Archive

2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014

Categories

Authors

Feeds

RSS / Atom