WPA/WPA2-PSK认证过程

WEP是粗制滥造的临近Deadline的不合格品,而WPA则是设计精美的艺术品。以致目前没有真正可行的攻击方法。现行的WPS Pin法(针对路由器设置)和字典法(暴力,下面会讲到),都不算好的针对WPA攻击方法。

总感觉不自己试试就不知道WPA是否真的这么牛掰,所以我用python模拟了WPA的认证过程。这里说的WPA都是PSK(预共享密钥),不是Enterprise。主要区别是Enterprise是同时需要用户名和密码,然后要到RADIUS认证服务器上认证,是大学常里用的WiFi认证方法。而PSK是所有用户一个密码,就是家里用的那种。PSK的一个缺点就是Key固定,一旦被破解,整个家庭网络就跪了。


WPA 认证原理

首先是PSK产生方式。PSK不是我们输入的密码,而是以一个公式产生。我没认真看PBKDF2是怎么样的算法。反正是产生Key的标准。可以以一个命令产生: wpa_passphrase SSID PassPhrase 。当然也有python算法

然后还有个叫PMK的Key,在Personal模式下PSK就是PMK,就不详细说明了。这个PMK还不是实际中使用的,实际使用的是PTK(Pairwise Transient Key)。PTK计算方法也很奇特。 PTK = PRF (PMK + ANonce + SNonce + AA + SPA) 。参数从EAPOL四次握手过程中的前两次得到。而且PTK是有结构的,前16Bytes用来计算MIC,是我用到的。下面示意图和代码说明一切。抓包数据也在github上,有兴趣的可以自己实验。密码包含在代码里。

PTK
TKIP或CCMP的PTK结构,来自aircrack-ng

400px-4-way-handshake.svg
EAPOL四次握手过程,来自wikipedia


真实数据

我在自己的WiFi抓了流量,就是WireShark数据。因为WPA还有两种,一个是WPA一个是WPA2。主要区别是WPA用的是TKIP加密算法,WPA2是CCMP加密算法。下图是TKIP的认证过程。
WPA_TKIP
获取其中的数据,使用Python检验,能得到一致结果。检验的是用我产生的PTK对原始数据签名,看看获得的MIC是否与抓包得到的MIC一致。一致就说明我的模拟没有问题。

然后也有类似的WPA2的CCMP认证过程。认证过程主要区别是EAPOL的第三个帧是加密的,而且使用的是SHA1的hash签名,而TKIP是MD5的hash签名。为什么CCMP更安全,不止是认证过程,还有数据传输过程,我还没有搞清楚。先不管,只管认证过程。WireShark数据截图:具体代码和数据包见github.
WPA_CCMP

所以从上述步骤看,从始至终都没有交换密钥。要破解通信的话,必须捕获EAPOL中的ANouce和SNouce,这样就可以用字典暴力破解。可行性不大。因为一次测试要4096次HMAC,计算量还是可以的,还有PSK还加了盐,彩虹表也用处不大。貌似Linux的密码也是这样的方式。从认证过程来说,WPA还是很安全的。真实过程除了要生成PTK,还要生成GTK(Group Temporal Key)。过程类似,不赘述。

为了完整性,还有Enterprise的没搞。必需等我搞懂SSL/TLS再说。
有用链接:

  1. 非常详细的PPT
  2. 802.11 securityEAPOL细节计算PTKpython 计算PTK
  3. PSK产生方式
  4. 介绍WPA中各种key
  5. WPA攻击
  6. 论坛问题