WPA 4次握手
WPA 4-way handshake
dlmu2001
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一、why EALOP 4-way handshake
????為了解決無線傳輸不安全，需要對無線連接的接入進行控制，并實現(xiàn)幀傳播的加解密。?
????WPA 4-way handshake有點相當(dāng)于一個“安全”地協(xié)商“交換”秘鑰的過程。
????這個秘鑰就是PTK（PairwiseTransient Key）,成對傳輸秘鑰。
二、WPA 4-way handshake過程
1.?????一個簡單的4-way handshake圖
圖1 4-wayshake overview
以WPA/WPA2-PSK為例，AP/STA在4-wayshake前各自都知道密碼（也就是用戶連接某SSID輸入的密碼）
1)AP(Authenticator)在1/4的時候把自己的隨機數(shù)(ANonce)傳給STA，STA在收到ANonce后，已經(jīng)可以生成PTK
2)2/4的時候把自己的隨機數(shù)(SNonce)傳給AP，同時加了MIC(對應(yīng)于PTK中的KCK，也就是秘鑰確認(rèn)秘鑰)。AP收到SNonce以后，就可以生成PTK了，將收到的MIC和自己生成的MIC比較進行完整性校驗，如果校驗失敗，握手失敗。校驗成功，AP生成PTK和GTK(GroupTransient Key，用來加密組播和廣播)
3)3/4中將GTK和MIC一起發(fā)給STA，因為此時雙方都已經(jīng)知道PTK，所以會對??
????GTK進行KEK加密。
4)STA發(fā)送ACK進行確認(rèn)
4次握手完成以后，之后的幀傳播就都會以加密的方式進行。
2 . 4-way shake在AP/STA通訊中的位置
??????1) open方式下的connect
圖2 open方式的connect過程
a.?????Open System AuthencicationProcess ,就好比把網(wǎng)線插入AP的有線口
b.?????Association:完成802.11layer-2的negotiation，建鏈，成功后AP會分配給STA一個AssociationID
c.?????開始真正的數(shù)據(jù)傳輸
2) wpa/wpa2-psk方式下的connect
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圖3wpa/wpa2-psk方式下的connect
a.Authenciation,同上
b. Association，同上
c EAPOL 4-way shake
d.真正的數(shù)據(jù)傳輸
3）wpa/wpa2-eap方式下的connect
圖4wpa/wpa2-eap方式下的connect
在2）的基礎(chǔ)上，wpa/wpa2-eap有個802.1x的auth過程，用于在認(rèn)證服務(wù)器上認(rèn)證，以獲取MSK
三、具體
1.?????PTK的生成
生成PTK，需要5個必要元素，PMK，ANonce（Nonce 1，AP生成的隨機數(shù)），SNonce(Nonce2,STA生成的隨機數(shù))，AuthenticateMAC(MAC1,如AP的MAC),SupplicantMAC(MAC2，如STA的MAC)。
圖5 PTK的生成
圖的四個輸出里面，DataEncr和DataMIC合起來就是前面提到的TK，EAPOLEncr/MIC分別對應(yīng)KEK和KCK。
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2.?????PTK的組成
圖4的輸出就是PTK的組成。主要產(chǎn)生兩種秘鑰，一種在EAPOL4-way shake的時候用，一種在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候用。每種又分成加密用和計算完整性用。PTK共64位，具體可以分成如下4個部分
1） EAPOLKCK(key confirmation key),16位，對應(yīng)于圖5中的EAPOLMIC,以及圖1中的MIC，用來在EAPOL4-way shake時校驗完整性
2） EAPOLKEK(key encryption key),16位，對應(yīng)于圖5中的EAPOLEncr，用于在EAPOL4-way shake的3/4的時候來加密GTK等數(shù)據(jù)
3） TK(TemporaryKey),16位，對應(yīng)于圖5中的DataEncr，用于加密單播數(shù)據(jù)
4） ?Data Mic，16位，對應(yīng)于圖5中的DataMIC，具體又可分為8位的Tx key和8位的Rx key，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候TKIP方式的Michael完整性校驗。CCMP不用。
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3.?????PMK的生成
PMK，PairwiseMaster Key
在WPA-PSK中，PMK=pdkdf2_SHA1(passphrase,SSID, SSID length, 4096)
而在802.1x+EAP中，PMK=L(MSK,0,256)
其中MSK(Mastersession key)由802.1x交換獲得
在4-wayhandshake前，AP/STA已經(jīng)知道了PMK。
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4.?????GTK
GTK，GroupTransient Key，用于對組播和廣播加解密
在圖5中，AP在3/4的時候會生成GTK，傳給STA
GTK由GMK(Groupmaster key)和成對秘鑰擴展獲得
GTK=PRF-X(GMK,”Group key expanision”,AA|GN)
其中GN是Authenticator生成的Nonce，AA是Authenticator的MAC
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GMK=MMK?
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GTK只包含數(shù)據(jù)傳輸部分的Key，也就是GroupEncryption Key（加解密）和Michael Authenticator MIC Key（完整性校驗）,沒有包含EAP-Key部分，所以只有32位。
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參考
1.?????https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11i-2004
2.?????https://supportforums.cisco.com/document/9879826/80211-wlan-roaming-and-fast-secure-roaming-cuwn#WPAWPA2-PSK
3.?????http://blog.csdn.net/kyokowl/article/details/8500557
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總結(jié)
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