1.??WPA加密版本介紹

WPA加密算法的的兩個版本介紹

WPA = 802.1x + EAP + TKIP +MIC

= Pre-shared Key + TKIP + MIC

802.11i(WPA2)

= 802.1x + EAP + AES + CCMP

= Pre-shared Key + AES + CCMP

l??802.1x + EAP，Pre-shared Key是身份校驗算法（WEP沒有設置有身份驗證機制）

l??TKIP和AES是數據傳輸加密算法（類似于WEP加密的RC4 算法）

l??MIC和CCMP數據完整性編碼校驗算法（類似于WEP中CRC32算法）

2.??WPA 認證方式

802.1x + EAP （工業級的，安全要求高的地方用。需要認證服務器）

Pre-shared Key （家庭用的，用在安全要求低的地方。不需要服務器）

EAP 擴展認真協議，是一種架構。而不是定義了算法。常見的有LEAP，MD5，TTLS，

TLS，PEAP，SRP，SIM，AKA 其中的TLS 和TTLS 是雙向認證模式。這個和網絡銀行的

安全方式差不多。這個認證方式是不怕網絡劫持和字典攻擊的。而md5 是單向認證的。不

抗網絡劫持，中間人攻擊。關于企業級的如何破解就不討論了。因為論壇上也很少提到。本

身EAP模式是個協議，不是算法。

3.??WPA-PSK

論壇上破解WPA 也主要是集中在這個模式上的。我們都知道破解WPA-PSK 不是和

WEP一樣抓很多包就能破解的。關鍵是要獲取握手包，這個握手包叫4way-handshake 四次

握手包。那么我們就從這個四次握手包開始。

4.??四次握手

通信過程如下

3.4.1 WPA-PSK 初始化工作

使用 SSID 和passphares使用以下算法產生PSK 在WPA-PSK 中

PSK=PMK=pdkdf2_SHA1(passphrase，SSID，SSID length，4096)

3.4.2 第一次握手

AP廣播SSID，AP_MAC(AA)→STATION

STATION 端

使用接受到的SSID，AP_MAC(AA)和passphares使用同樣算法產生PSK

PSK=PMK=pdkdf2_SHA1(passphrase，SSID，SSID length，4096)

3.4.3 第二次握手

STATION 發送一個隨機數SNonce，STATION_MAC(SA)→AP

AP端

接受到SNonce，STATION_MAC(SA)后產生一個隨機數ANonce

然后用PMK，AP_MAC(AA)，STATION_MAC(SA)，SNonce，ANonce 用以下算法產生PTK

PTK=SHA1_PRF(PMK， Len(PMK)，"Pairwise key expansion"，MIN(AA，SA) ||Max(AA，SA) || Min(ANonce，SNonce) || Max(ANonce，SNonce))

MIC Key=PTK前16個字節

提取這個PTK 前16 個字節組成一個MIC KEY

3.4.4 第三次握手

AP發送上面產生的ANonce→STATION

STATION 端

用接收到ANonce 和以前產生PMK，SNonce，AP_MAC(AA)，STATION_MAC(SA)用同樣的算法產生PTK。提取這個PTK 前16 個字節組成一個MICKEY使用以下算法產生MIC值用這個MIC KEY 和一個802.1x data 數據幀使用以下算法得到MIC值

MIC = HMAC_MD5(MIC Key，16，802.1x data)

3.4.5 第四次握手

STATION 發送802.1x data ，MIC→AP

STATION 端

用上面那個準備好的802.1x 數據幀在最后填充上MIC值和兩個字節的0（十六進制）讓后發送這個數據幀到AP。

AP端

收到這個數據幀后提取這個MIC。并把這個數據幀的MIC部分都填上0（十六進制）這時用這個802.1xdata 數據幀，和用上面AP產生的MIC KEY 使用同樣的算法得出MIC’。如果MIC’等于STATION發送過來的MIC。那么第四次握手成功。若不等說明則AP 和STATION 的密鑰不相同，或STATION 發過來的數據幀受到過中間人攻擊，原數據被篡改過。握手失敗了。

5.??MIC的派生過程

l??PSK=PMK=pdkdf2_SHA1(passphrase， SSID， SSID length，4096)

l??PTK=SHA1_PRF(PMK， Len(PMK)，"Pairwise key expansion"，MIN(AA，SA) || Max(AA，SA) || Min(ANonce，SNonce) || Max(ANonce，SNonce))

l??MIC KEY=提取PTK 的前16 個字節

l??MIC = HMAC_MD5(MIC Key，16，802.1x data)

6.??AP和STATION 之間的加密通信

?

（有待補充）

?

7.??WPA安全規則

針對于WEP的安全漏洞WPA 也相應更新了安全規則：

A． 增強至48bit的IV。

B．Sequence Counter，防止IV重復。

C．Dynamic key management，動態key管理機制。

D．Per-Packet Key加密機制，每個包都使用不同的key加密。

E．MIC (Message IntegrityCode )<Michael>，信息編碼完整性機制。

解說：動態key管理機制

在通訊期間：

如果偵測到MIC錯誤，將會執行如下程序。

記錄并登錄MIC錯誤，60 秒內發生兩次MIC錯誤。

反制措施會立即停止所有的TKIP通訊。

然后更新數據加密的用的TEK。

8.???WPA 安全機制作用

a. 加密通信流程圖、Per-PacketKey 加密機制、動態key 管理機制使得使用類似于WEP中分析子密碼攻擊的方案，在WPA 中將變得異常困難，和不可實現。

b. 身份驗證機制杜絕了-1fakeauth count attack mode，建立偽連的攻擊。

c. 增強至48bit 的IV、防止IV 重復、MIC 信息編碼完整性機制。使得要偽造一個合法數據包變得異常的困難。同時也致使-2 Interactive，-4 Chopchop，5 Fragment 此類攻擊對于WPA 無效。

解說：

a. 雖然TKIP使用的是和WEP一樣的加密算法RC4，但是TKIP中使用Per-Packet Key加密機制配合RC4。這樣彌補了RC4 加密算法的不足。抵抗基于RC4 漏洞的攻擊。WPA2 中的AES比TKIP有更高的安全性，對他的破解難度就更高了。

b. 使用非線性的MIC信息編碼完整性算法，取代線性的CRC-32。增加了攻擊者偽造合法數據的難度。

9.??針對WPA的破解攻擊

a)??抓取數據傳輸包進行破解

上面已經明確的指出無論數據傳輸算法是TKIP還是AES。使用類似于WEP中捕獲數據包進行分析破解的方式對于WPA幾乎是不可能的。

b)??抓取WPA-PSK 的四次握手包進行破解

可以說 WPA-PSK 安全體系是十分完善的。但他始終是用一個密碼保護的。對于這種用密碼保護的安全體系。一般情況下我們都可以用一種叫字典攻擊的常規攻擊手段。所以針對WPA-PSK 可以進行的直接攻擊，目前就只有字典攻擊這一種方式。而這種常規的攻擊方式將在字典攻擊里詳細討論。當然我們WPA-PSK 的設計者也很明確這點，所以在WPA-PSK 的安全體系中加入了潛規則加以對抗。這點將在攻擊預算里做詳細的討論。在WPA-PSK 的四次握手包中包含著和密碼有聯系的信息，依靠這個信息進行字典攻擊。

c)??斷線攻擊

由于 WPA-PSK 是單向認證的。所以可以使用-0 Deautenticate攻擊。這樣有助于我們獲取握手包。在獲得握手包時-0 攻擊不要太多，否則適得其反的。有些AP幾次握手不成就會認為有攻擊。禁止客戶端和AP的鏈接30秒。（可能基于WPA EAP TLS 這樣雙向認證的就不怕斷線攻擊了）

10. WPA的竊聽

WP-PSK 沒有密碼幾乎沒法竊聽他的通信。在有了密碼的情況下WPA 的竊聽也不具有WEP 中竊聽的隨意性。在WPA 中SNonce，ANonce 也很好的起到了加密數據防止竊聽的作用，所以作為攻擊者我們必須從握手開始竊聽。而且會同步更替數據加密密鑰。所以WPA-PSK 的安全性都依賴于密碼。

11. 字典攻擊

a)??尋找可以攻擊的信息元素

字典攻擊作為一種常用的攻擊手段要明白的是從那里開始攻擊。要尋找和密碼有有聯系的信息元素。在WPA中和密碼有聯系的信息有數據的傳送包和四次握手包。由于無法知道明文，和WPA的數據加密算法的復雜性。在數據傳輸包上要找到可以攻擊的信息元素基本上很難實現。所以只能在握手包里尋找有密碼有聯系的信息。在上面的四次握手包的圖片中很清楚的表明，在四川握手中主要傳遞的有如下數據：SSID，AP_MAC，STATION_MAC，SNonce，ANonce，802.1xdata，MIC。前面6 個元素很清楚，一般不會和密碼有聯系的。只有最后一個MIC和密碼有所聯系。通過MIC的派生圖我們知道，MIC是通過上面六個信息元素和密碼通過三個主要的算法派生出來的。那么我們是不是只要找到這三個算法的逆反算法就可以根據上面的7 個信息元素把密碼計算出來了呢。的確實這樣。但是這三個算法有一個共同的名字叫HASH 函數。

b)??HASH 函數

HASH 函數是不可能從生產的散列值來唯一的確定輸入值。

l??單向性(one-way)。HASH 函數是沒有反函數的。

l??抗沖突性(collision-resistant)。要尋找兩個hash值相同的原值十分困難。

l??映射分布均勻性和差分分布均勻性。不像普通函數那樣數值分布有一定規律。

c)??HMAC(HASH Message Authentication Code)哈希消息校驗算法

pdkdf2_SHA1,SHA1_PRF,HMAC_MD5是HMAC算法。不是HASH 函數。HMAC算法就是用一個密碼，和一個消息。最后生成一個HASH值。由上面的介紹，我們可以看出，HMAC算法更象是一種加密算法，它引入了密鑰，其安全性已經不完全依賴于所使用的HASH 算法。所以上面對HASH 的攻擊，對于HMAC 是沒有效果的。HMAC 特別是象“挑戰/響應”身份認證應用中，由于攻擊者無法事先獲得HMAC 的計算結果，對系統的攻擊只能使用窮舉或“生日攻擊”的方法，但計算量巨大，基本不可行。所以，在目前的計算能力下，可以認為HMAC算法在“挑戰/響應”身份認證應用中是安全的。

HMAC算法

　　定義

　　定義HMAC需要一個加密用散列函數（表示為H，可以是MD5或者SHA-1）和一個密鑰K。我們用B來表示數據塊的字節數。（以上所提到的散列函數的分割數據塊字長B=64），用L來表示散列函數的輸出數據字節數（MD5中L=16,SHA-1中L=20）。鑒別密鑰的長度可以是小于等于數據塊字長的任何正整數值。應用程序中使用的密鑰長度若是比B大，則首先用使用散列函數H作用于它，然后用H輸出的L長度字符串作為在HMAC中實際使用的密鑰。一般情況下，推薦的最小密鑰K長度是L個字節。我們將定義兩個固定且不同的字符串ipad,opad：（‘i','o'標志內部與外部）

　ipad = the byte 0x36 重復 B 次

　opad = the byte 0x5C 重復 B 次.

　計算‘text'的HMAC：

　HMAC　＝???H( K XOR opad, H(K XOR ipad, text))

即為以下步驟:

(1) 在密鑰K后面添加0來創建一個字長為B的字符串。(例如，如果K的字長是20字節，B＝64字節，則K后會加入44個零字節0x00)

(2) 將上一步生成的B字長的字符串與ipad做異或運算。

(3) 將數據流text填充至第二步的結果字符串中。

(4) 用H作用于第三步生成的數據流。

(5) 將第一步生成的B字長字符串與opad做異或運算。

(6) 再將第四步的結果填充進第五步的結果中。

(7) 用H作用于第六步生成的數據流，輸出最終結果

d)??四次握手包

有上面的HMAC 的特性我們也不難得出SSID，AP_MAC，STATION_MAC，SNonce，ANonce，802.1x data，這些信息元素都是上面的HMAC算法里的消息。HMAC算法里的密碼在pdkdf2_SHA1 算法里是WPA 的密碼，在SHA1_PRF 算法里是PMK，在HMAC_MD5算法里是PTK。最后才得出MIC值。由于這些消息和這個MIC值都有關聯性。所以四次握手吧的后面三次是缺一不可的。而且是有時效性的。不能把不是同一次的握手包拼起來使用的。當然第一次握手包的SSID 和AP-MAC是可以后獲取的。這里你也明白了四次握手中根本是不是在傳遞一個簡單的HASH 值。而是要傳遞一個HMAC 值。如果是傳遞一個簡單的HASH 值，那么我們只要獲取后重播這個值就可以欺騙AP 獲得認證了。都不要知道這個HASH 值對應的原值。但我的這么好的想法被HMAC給打破了。

e)??面向于四次握手包的字典攻擊。

字典攻擊，就是把密碼的可能性羅列起來組成一個密碼字典。然后把字典里的密碼和SSID，AP_MAC，STATION_MAC，SNonce，ANonce，802.1x data，這些信息元素。通過pdkdf2_SHA1,SHA1_PRF,HMAC_MD5 這些算法最后生成MIC’（具體過程看上面MIC派生圖）。當在字典里找到一個密碼他的MIC’等于握手包中的MIC。這時字典破解成功。這就是我們要的那個密碼。如果把字典里的所有密碼都找遍了還有沒有符合上述條件的。那么破解失敗。

12. ?WPA-PSK 密碼規范和可能的密碼空間

a)??HEX 模式

64 個的十六進制數字。

b)??ASCII模式

密碼至少8位最大不能超過63位。字符要求a～z，A～Z，任意字符包括空格。所以一共可是使用的字符個數為95 個。
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總結

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