无线网络安全

目的

1.数据的完整性（Integrity）：用于检查数据在传输过程中是否被修改。
2.数据的机密性（Confidentiality）：用于确保数据不会被泄露。
3.身份验证和访问控制（Authentication and Access Control）：用于检查受访者的身份

数据加密

数据加解密由硬件完成

WEP

数据加密：使用流密码对数据加密，所有数据使用同一个wep key加密，采用CRC完整性校验。
身份认证：支持open和share key两种。
open可以在后续使用安全性更高的RSNA
share key即AP发送challenge text，但不能在后续使用安全性更高的RSNA

RSN

支持两种TKIP和CCMP数据加密及完整性校验算法

TKIP加密：每一帧使用不同key（流密码），采用MIC完整性校验。使用MAC地址等的信息进行加密，更加安全

CCMP加密：采用AES安全块协议，使用PN和keyid的CCMP头信息加密，更加安全。

身份认证

EAP

定义在协议RFC3748

组件：

• Authenticator（验证者）：简单点说，Authenticator就是响应认证请求的实体（Entity）。对无线网络来说，Authenticator往往是AP。
• Supplicant（验证申请者）发起验证请求的实体。对于无线网络来说，Supplicant就是智能手机。
• BAS（Backend Authentication Server，后端认证服务器）：某些情况下（例如企业级应用）Authenticator并不真正处理身份验证，它仅仅将验证请求发给后台认证服务器去处理。正是这种架构设计拓展了EAP的适用范围。
• AAA（Authentication、Authorization and Accounting，认证、授权和计费）：另外一种基于EAP的协议。实现它的实体属于BAS的一种具体形式，AAA包括常用的RADIUS服务器等。在RFC3748中，AAA和BAS的概念可互相替代。
• EAP Server：表示真正处理身份验证的实体。如果没有BAS，则EAP Server功能就在Authenticator中，否则该功能由BAS实现
  

架构

• EAP Method：（算法）属于具体的身份验证算法层。不同的身份验证方法有不同的Method Type。
• EAP Supplicant/Authenticator Layer：（分发）根据收到EAP数据包中Type字段（见下文介绍）的不同，将其转给不同的EAP Method处理
• EAP Layer：（收发）用于收发数据，同时处理数据重传及重复（Duplicate）包
• Lower Layer（LL）：传输层

802.1X（EAPOL）

802.1X讨论了EAP在Wired LAN上的实现

定义了受控端口和非受控端口。非受控端口只允许少量类型的数据流通，如EAPOL认证帧；受控端口认证通过前不允许传输任何数据。

EAPOL数据格式：
0x888e代表EAPOL在802.11帧中的类型。
Key Descriptor Type值为2，表示EAPOL RSN Key。
Descriptor Body的内容就是大括号中所包含的信息。

RSNA

流程

• 发现阶段：选择AP。扫面过程中检查接收的beacon和probe是否包含RSNE信息元素，选择合适AP进行802.11Authentication和Association。
• 802.1X认证阶段：身份认证。分配该次会话所需要的一系列密钥（PMK）用于后续通信的保护。
• 密钥管理：生成单播，组播密钥。通过4-Way Handshake和Group Key Handshake协议。确认上一阶段分配的密钥是否存在，以及确认所选用的加密套件，并生成单播数据密钥和组播密钥用于保护数据传输。

数据加密和完整形校验：采用TKIP和CCMP
密钥派生和缓存：4-Way Handshake和Group Key Handshake

密钥派生

目的：RSNA中要求不同的STA和AP关联后使用不同的Key进行数据加密

PMK（Pairwise Master Key，成对主密钥）：在STA中设置的密码。

PMK来源：

• 在soho网络环境中，无专门的验证服务器。来源于双方事先配置好的预共享密钥（Pre-Shared Key，PSK）。
• 在企业网络环境中：PMK和Authenticator Server（如RADIUS服务器）有关，通过EAPOL消息和后台AS经过多次交互来获取。

PTK（Pairwise Transient Key，成对临时Key）：PMK密匙派生以得到PTK，安装到硬件中加密数据。PTK利用EAPOL Key帧即4-Way Handshake过程进行信息交换生成。每次关联PTK均重新生成。

密钥派生方法

输入PMK长256位（如果用户设置的密钥过短，规范要求STA或AP将其扩展到256位），通过PRF（Pseudo RandomFunction，伪随机数函数）并结合S/A（Supplicant/Authenticator）生成的Nonce（这两个Nonce将通过4-Way Handshake协议进行交换）以及S/A MAC地址进行扩展，从而派生出TKIP和CCMP用的PTK。

KCK（Key Confirmation Key）用于计算密钥生成消息的完整性校验值
KEK（Key Encryption Key）用来加密密钥生成消息

密钥派生流程

四次握手流程

1.AP生成Anonce，并发送给STA
2.STA生成Snonce,结合PMK、Anonce和MAC地址生成ptk。
STA发送Snonce和KCK计算出的MIC给AP。
AP接收Snonce,并派生出PTK计算MIC校验。
3.AP发送install、GTK、MIC
4.STA发送MIC

4-Way Handshake完成后，STA和AP安装PTK

密钥缓存

目的：由于802.1X协商步骤涉及多次帧交换，故其所花费时间往往较长。在这种情况下，STA缓存这个得来不易的PMK信息就可消除以后再次进行802.1X协商步骤的必要，从而大大提升认证速度。

PMKSA（PMK Security Association）：PMK缓存信息。包括AP的MAC地址、PMK的生命周期（lifetime），以及PMKID。
其中PMKID包含（PMK IDentifier，用于标示这个PMKSA，其值由PMK、AP的MAC地址、STA的MAC地址等信息用Hash计算得来）。

密钥缓存流程

STA首先根据APMAC地址判断自己是否有缓存了的PMKSA，如果有则把PMKID放在RSNE中然后通过Association/Reassociation Request发送给AP。
AP根据这个PMKID再判断自己是否也保持了对应的PMKSA。如果是，双方立即进入4-Way Handshake过程，从而避免802.1X协商步骤