无线加密技术_wpa3-sae transition

无线加密技术概述

随着信息技术的不断发展，人们对通信的要求也在不断提升。近年来，由于无线局域网(Wireless LAN)可以提供灵活方便的网络接入而倍受各厂商和众多消费者的青睐。越来越多的机场、餐厅、酒吧都可提供无线接入互联网的服务。使用者只要持有配备WLAN上网卡的笔记本电脑、PDA等移动终端，就可以随时随地地获取信息，实现移动办公。与此同时，保证WLAN的安全性也就成了这项技术的焦点

加密算法

1. WEP加密：最早期的加密，十分容易破解
2. tkip的加密算法：增加了key的生成、管理及传递的机制，不再是全网用户共享密钥，而是每个用户使用独立的key，并且通过安全的传递方法（四次握手）来传递用户数据所使用的key。使用Michael来实现MIC（消息完整性校验）
3. ccmp的加密算法
   采用AES的加密算法，比RC4的保密性好，但是需要升级硬件。
   与TKIP使用相同的密钥分发和管理机制，使用128bit密钥。

其实加密就是将一个密钥和一种加密算法形成密文，图中的Key即是WEP加密的密钥，IV是初始向量，主要是为了防止相同的明文加密成相同的密文，增强加密的安全性而生成的一串随机数，IV和Key可以通过RC4算法生成密钥流，密钥流和明文采用逐比特异或的方式，生成密文流，之后将IV和密文放入报文中传输。

加密方式

1. 最早的使用的是wep（有线等效加密,2003 wpa出现迅速被淘汰）
   WPA 标准作出了一些重大变革，其中包括消息完整性检查（确定接入点和客户端之间传输的数据包是否被攻击者捕获或改变），和临时密钥完整性协议（TKIP）
2. WPA2 标准于2006年正式被 WPA2 取代。 WPA 和 WPA2 之间最显着的变化之一是强制使用 AES 算法和引入 CCMP （计数器模式密码块链消息完整码协议）替代 TKIP
3. 2017年WIFI联盟推出了WPA3，他的特征是保护公共/开放WiFi网络，正向加密，对抗Brute-Force（暴力破解），具有192位加密功能的WPA3-Enterprise。他的关键技术中改变了认证流程，使用SAE的认证方式，同时他禁止了wps这个风险很高的连接方式

Hostapd配置方式

在hostapd中配置为四个字段

1. wpa字段，主要规定加密方式
2. wpa_key_mgmt，为认证方式
3. wpa_passphrase为wpa的密码，sae_password为wpa3的密码
4. rsn_pairwise，为加密算法

加密报文==》beacon

前部分是密码锁集合选项(cipher suite selector) 长度为四个字节，由厂商的 OUl （Group cipher OUI）以及代表密码锁的编号（Group cipher type）所组成。802.11i所使用的 OUI 为00-OF-AC，为 802.11工作小组所拥有。Group cipher type=2 为TKIP，Group cipher type=4 为CCMP

加密报文==》Association request

这个报文发生在关联阶段，是为了验证两方设备是否支持加密方式

同beacon 的格式类似，也是RSN字段

加密报文==》eapol-key

简单理解：四次握手的目的就是为了传递密钥GTK，同时计算出PTK，用来后面数据的加密

同时在第二次握手的时候会校验密码的正确性（校验PTK）

注：
PTK：四次握手后用于加密单播数据的密钥
GTK：四次握手后用于对组播和广播数据的加解密





双方完成认证以后，authenticator 的控制端口将会被打开，这样 802.11 的数据帧将能够正常通过

所有的单播数据帧将会被 PTK 保护，所有的组播数据以及广播数据将会被 GTK 保护。

每个sta的PTK都不同（因为ptk是根据ap mac sta mac ap随机数 sta随机数生成，参数和双方都有关）

所有与该AP建立关联的STA均使用相同的GTK（gtk是根据ap的随机数，mac，gmk生成，参数只和ap有关），AP用这个GTK来加密所有与它建立关联的STA的通信报文， STA则使用这个GTK来解密由AP发送的报文并检验其MIC。

WPA3的模式

WPA3-Personal模式针对不同的网络环境提供了两种模式：
WPA3-SAE模式：仅支持SAE认证
WPA3-SAE transition模式：支持SAE和PSK认证（混合加密，wap2+wpa3）

WPA3-SAE模式特点

“对等实体同时验证（Simultaneous Authentication of Equals，简称SAE）”取代了“预共享密钥（Pre-Shared Key，简称PSK）”，提供更可靠的、基于密码的验证。WPA3-Personal通过证实密码信息，用密码进行身份验证，而不是进行密钥导出，从而为用户提供了增强的安全保护；
要求AP和客户端支持PMF（管理帧保护），RSN IE中的必须支持管理帧保护（Management Frame Protection Required）”位=1

WPA3-SAE的认证流程

WPA3—sae修改了认证的流程，变为了4次交互

Commit：提供计算PMK需要的素材
Confirm：确认和验证双方的计算结果

1)STA->AP Auth commit Message
手机将生成的PMK需要信息，通过SAE auth commit Message中的value字段传送给热点网络，热点网络结合接收到手机的信息生成PMK和KCK。如下图所示。

2)AP->STA Auth commit Message

热点网络通过SAE Auth commit message响应连接手机发送的SAE Auth commit message，并将连接手机需要生成PMK需要的信息通过value字段传输。如下图

3)STA->AP Auth Confirm Message
经过第一次交换后，连接手机将计算生成的信息通过Auth Confirm Message传输给热点网络。如下图Advertisement Protocol字段内容所示。

4)AP->STA Auth Confirm Message

热点网络收到连接手机的 Auth Confirm Message，获取连接手机提供的信息，按原约定计算方式确认是否正确。确认完成后，发送SAE Auth Confirm Message 携带信息给连接手机，连接手机确认信息是否正确

WPA3-SAE transition模式

特点：

1. 过渡模式，允许逐步向WPA3-Personal网络迁移，同时保持与WPA2-Personal设备的互操作性，且不会干扰到用户；
2. 网络配置为能够支持PMF（“能够支持管理帧保护（Management Frame Protection
   Capable）”位=1和“必须支持管理帧保护（Management Frame Protection
   Required）”位=0），而不是必须支持PMF。
3. 过渡模式中，WPA3-Personal接入点（AP）在单个“基本服务集（Basic Service
   Set，简称BSS）”上同时支持WPA2-Personal和WPA3-Personal

WPA3-SAE transition帧格式