Windows XP激活机制分解初步
引言
Windows产品激活（Windows Product Activation, WPA）是微软在Windows XP中引入的反盗版技术。尽管其设计初衷是保护软件许可，但实现细节曾长期处于保密状态。本文基于2001年发布的《Fully Licensed Paper》，结合技术细节与实例，初步探讨WPA的核心原理，包括安装ID生成、硬件信息哈希、产品密钥验证等关键环节。
安装ID的构造与解密
安装ID的格式
安装ID是一个50位的十进制数字，格式为： 002666-077894-484890-114573-XXXXXX-XXXXXX-XXXXXX-XXXXXX-XX
每组6位，最后一位为校验位。校验位的计算规则如下：
- 计算前5位之和：例如，第一组
00266的前5位为0, 0, 2, 6, 6，总和为$14$。 - 二次累加偶数位：偶数位（位置2、4）的值分别为$0$和$6$，累加后总值为$14 + 0 + 6 = 20$。
- 取余运算：$20 \div 7 = 2$，余数为$6$，因此校验位为$6$。
数学表达为：
$$ \text{校验位} = \left( \sum_{i=1}^{5} d_i + \sum_{j \text{ even}} d_j \right) \mod 7 $$
安装ID的解码与解密
去除校验位后，安装ID转化为41位十进制数，对应136位二进制数据。其结构为17字节的字节数组，其中前16字节加密，最后一字节明文。加密算法采用四轮Feistel网络，轮函数基于SHA-1哈希算法。
Feistel解密过程
设左半部分为$L$，右半部分为$R$，密钥为$Key$，单轮解密公式为：
$$ L' = R \oplus \text{First-8}(SHA-1(L + Key)) \\ R' = L $$
解密后得到17字节明文，结构如下：
| 字段 | 大小 | 偏移量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| H1 | 双字（4B） | 0 | 硬件配置信息（高位） |
| H2 | 双字（4B） | 4 | 硬件配置信息（低位） |
| P1 | 双字（4B） | 8 | 产品ID（高位） |
| P2 | 双字（4B） | 12 | 产品ID（低位） |
| P3 | 字节（1B） | 16 | 产品ID扩展 |
产品密钥与产品ID的映射
产品密钥的编码
产品密钥格式为FFFFF-GGGGG-HHHHH-JJJJJ-KKKKK，共25字符，使用Base24编码（字符集：B C D F G H J K M P Q R T V W X Y 2 3 4 6 7 8 9）。解码后为15字节数据，后4字节为原始产品密钥（Raw Product Key）。
解码示例
以密钥FFFFF-GGGGG-HHHHH-JJJJJ-KKKKK为例，解码后得到：
0x6F 0xFA 0x95 0x45 0xFC 0x75 0xB5 0x52
0xBB 0xEF 0xB1 0x17 0xDA 0xCD 0x00原始产品密钥为后4字节（小端序）：0x4595FA6F，左移1位后得到十进制值583728439。
产品ID的生成
产品ID格式为AAAAA-BBB-CCCCCCC-DDEEE，各部分含义如下：
| 字段 | 来源 | 示例值 |
|---|---|---|
| AAAAA | 固定值（Windows XP RC1为55034） | 55034 |
| BBB | Raw Product Key的前3位 | 583 |
| CCCCCCC | Raw Product Key的后6位 + 校验位 | 7284392 |
| DD | 验证产品密钥的公钥索引 | 0 |
| EEE | 随机值 | 123 |
校验位计算
以728439为例：
$$ 7 + 2 + 8 + 4 + 3 + 9 = 33 \\ \text{校验位} = (35 - 33) = 2 \quad (\text{因} 33 + 2 = 35 \div 7 = 5) $$
硬件信息的哈希与位域
硬件位域结构
硬件信息由双字H1和H2表示，分为12个位域：
| 位域 | 长度（bit） | 说明 |
|---|---|---|
| H1[0:9] | 10 | 系统卷序列号哈希 |
| H1[10:19] | 10 | 网卡MAC地址哈希 |
| H1[20:26] | 7 | CD-ROM硬件标识哈希 |
| H1[27:31] | 5 | 显卡硬件标识哈希 |
| H2[0:2] | 3 | 未使用（固定为001） |
| H2[3:8] | 6 | CPU序列号哈希 |
| H2[9:15] | 7 | 硬盘硬件标识哈希 |
| H2[16:20] | 5 | SCSI适配器哈希 |
| H2[21:24] | 4 | IDE控制器哈希 |
| H2[25:27] | 3 | 处理器型号哈希 |
| H2[28:30] | 3 | 内存大小分类 |
| H2[31] | 1 | 是否支持扩展坞 |
哈希算法
硬件标识字符串通过MD5哈希后，从特定位置提取指定位数，并通过模运算调整范围：
$$ \text{Hash} = (\text{MD5}(\text{字符串}) \gg \text{偏移}) \& \text{Mask} \\ \text{最终值} = (\text{Hash} \% \text{Max}) + 1 $$
内存分类
内存大小映射为3位值：
| 值 | 内存范围 |
|---|---|
| 1 | <32MB |
| 2 | 32MB–63MB |
| 3 | 64MB–127MB |
| 4 | 128MB–255MB |
| 5 | 256MB–511MB |
| 6 | 512MB–1023MB |
| 7 | >1023MB |
硬件修改与重新激活
激活数据库（wpa.dbl）
文件system32\wpa.dbl存储激活信息，包括：
- 当前硬件配置（动态更新）。
- 激活时硬件快照（静态存储）。
修改容忍策略
- 非扩展坞设备：最多允许3个位域变化。
- 扩展坞设备：忽略SCSI、IDE、显卡位域，允许最多3个其他位域变化。
示例场景
- 更换硬盘和CD-ROM（2个位域变化） → 无需重新激活。
- 更换CPU、内存、网卡（3个位域变化） → 无需重新激活。
- 更换4个及以上组件 → 需重新激活。
关于互联网上广为流传的初代 Windows XP 算号器
事实上，Windows XP 的产品密钥（CD-Key）生成算法基于椭圆曲线密码学（ECC），这是一种非对称加密算法。ECC 的核心在于利用椭圆曲线上的数学特性来实现加密和签名。微软在 Windows XP 中采用了 ECC 来生成和验证产品密钥，从而提高了密钥的安全性和复杂度。
椭圆曲线密码学基础
椭圆曲线密码学基于以下方程：
$$ y^2 = x^3 + ax + b \quad (\text{mod } p) $$
其中，$a$ 和 $b$ 是曲线参数，$p$ 是一个大素数，定义了有限域的大小。椭圆曲线上的点可以通过加法和数乘运算形成一个群，这些运算在密码学中用于生成公钥和私钥。
产品密钥生成流程
- 选择私钥：随机选择一个私钥 $k$，这是一个小于曲线阶数 $n$ 的整数。
- 生成公钥：通过椭圆曲线上的点乘运算，计算公钥 $K = k \cdot G$，其中 $G$ 是基点（生成元）。
- 生成产品密钥：将私钥 $k$ 和其他相关信息（如序列号、哈希值等）组合，生成产品密钥。
- 签名和验证：使用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）对产品密钥进行签名，以确保其真实性。
Windows XP 算号器实现
Windows XP 的算号器（Keygen）通过以下步骤生成有效的产品密钥：
- 提取 BINK 资源：从
pidgen.dll中提取 BINK 资源，该资源包含了椭圆曲线的参数（如 $p$, $a$, $b$, $G$ 等）和公钥 $K$。 - 计算私钥：利用 ECDLP（Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem）求解器，通过已知的公钥 $K$ 和基点 $G$，计算出对应的私钥 $k$。
- 生成产品密钥：使用计算出的私钥 $k$ 和其他相关信息（如序列号、哈希值等），生成产品密钥。
- 验证产品密钥：通过 ECDSA 验证生成的产品密钥是否有效。
实际应用与工具
XPKeygen
XPKeygen 是一个开源的 Windows XP / Windows Server 2003 VLK（Volume Licensing Key）生成器，它基于上述原理实现了产品密钥的生成。以下是 XPKeygen 的主要功能和特点：
- BINK 资源提取：从
pidgen.dll中提取 BINK 资源，解析其中的椭圆曲线参数和公钥。 - 私钥计算：使用 ECDLP 求解器计算私钥。
- 产品密钥生成：基于计算出的私钥生成有效的产品密钥。
- 产品密钥验证：验证生成的产品密钥是否有效。
使用方法
- 下载 XPKeygen：从 GitHub 下载最新版本的 XPKeygen。
- 提取 BINK 资源：使用 BINK Reader 提取
pidgen.dll中的 BINK 资源。 - 计算私钥：使用 ECDLP 求解器计算私钥。
- 生成产品密钥：运行 XPKeygen，输入计算出的私钥和其他相关信息，生成产品密钥。
Windows XP 算号器后续发展
Windows XP 离线（电话）激活的进展
近年来，随着微软对 Windows XP 激活机制的研究逐渐深入，社区开发者在离线（电话）激活方面取得了显著进展。这些进展主要集中在以下几个方面：
- xp_activate32.exe 的出现：根据 Windows XP Activation: GAME OVER 的报道，开发者 u/retroreviewyt 分享了一个名为
xp_activate32.exe的工具，该工具能够离线计算安装 ID 并生成对应的确认 ID，从而实现 Windows XP 的激活。这一工具的出现使得即使在微软关闭激活服务器的情况下，用户仍然可以激活 Windows XP 系统。 - WindowsXPKg 的发展：WindowsXPKg 是一个基于命令行的 Windows XP 算号器，它允许用户生成无限的 Windows XP 产品密钥，并可以检查已有的密钥。该工具基于微软的椭圆曲线加密算法，通过破解私钥来生成有效的产品密钥。WindowsXPKg 的出现为用户提供了另一种离线激活 Windows XP 的方法。
- 椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）求解器的应用：开发者 Endermanch 在其项目 XPKeygen 中提到了 ECDLP 求解器的应用。通过利用 ECDLP 求解器，开发者可以计算出私钥，从而生成有效的产品密钥。这一技术的应用使得生成 Windows XP 产品密钥变得更加可行。
- 社区的贡献与改进：社区开发者对 Windows XP 激活机制的研究和改进做出了重要贡献。例如，Neo-Desktop 对
WindowsXPKg进行了改进，使其能够在 Linux 系统上编译和运行。此外，开发者 diamondggg 曾经发布了xp_activate32.exe的源代码，尽管该代码后来被删除，但它为社区进一步研究和改进 Windows XP 激活工具提供了重要的参考。
结论
Windows XP 的 WPA 机制通过精彩绝伦的哈希、加密和位域设计，平衡了反盗版与用户隐私的权重。MSFT容忍硬件修改的策略表明，官方也未过度限制用户的硬件升级自由。但是，重新安装系统就会丢失激活快照，导致必须重新激活，这一点在实际使用中需注意。同时，WPA 也尊重用户的隐私权，不会过度收集用户的硬件信息。
近年来，随着社区开发者对 Windows XP 激活机制的深入研究，离线（电话）激活的方法不断得到改进和完善。这些进展为用户在微软关闭激活服务器后继续使用 Windows XP 提供了支持。特别是 xp_activate32.exe 和 WindowsXPKg 等工具的出现，使得即使在没有网络连接的情况下，用户也能够无障碍地激活 Windows XP 系统。
笔者认为，Windows XP 的 WPA 机制在设计上兼顾了安全性与用户体验，尽管存在一些限制，但通过社区的努力，这些限制在很大程度上得到了弥补。
参考文献
Fully Licensed WPA Paper
Windows XP 算号器原理
XPKeygen
Windows XP Activation: GAME OVER
WindowsXPKg