WiFi安全与攻击案例分析

PMK = PSK = key_derivation_func(wifi_passwd)

本文旨在分享与WiFi安全相关的研究，并分析几个实际的攻击案例，如PMKID、KARMA和Krack等。WiFi起源于无线局域网协议（WLAN），经过多年的发展，WLAN基本上等同于WiFi。LAN的起源可以追溯到1971年ALOHAnet提出的多址接入思想。然而，我们将直接跳到1985年，当时美国联邦通信委员会（FCC）首次开放2.4GHz等频段，允许节点在这些频段上使用扩频技术进行通信，为无线局域网的发展奠定了基础。扩频通信有许多方法，其中蓝牙使用跳频，而WiFi使用直序扩频。

随后，在1989年，第一个无线局域网产品WaveLAN问世；次年，IEEE 802.11委员会正式成立，开始构建无线局域网的专用协议。期间，WaveLAN经历了许多部署尝试，在产业界积累了实践基础。WiFi，正确写法应该是Wi-Fi（Wireless-Fidelity），即无线高保真。WiFi最初是一个独立的完整协议，其主要内容后来被IEEE 802.11委员会接受，并成为802.11a标准。

1999年，Wi-Fi联盟成立，这是一个由多个厂商发起的非盈利联盟，致力于解决工业界的兼容性和统一问题，填补学术界和工业界之间的实现差异。同年，IEEE颁布了802.11b协议，这是WiFi协议的里程碑，早期笔记本电脑和PS游戏机中的无线功能都基于802.11b。同时，苹果也推出了基于WiFi原理的Airport技术。一年后的2000年，802.11a才正式通过，但由于当时5GHz开放的信道有限，802.11a并没有得到广泛推广。

2003年，802.11g协议标准颁布，修正了802.11a的不足，采用了2.4GHz频段上的OFDM技术。2004年，802.11i标准颁布，关注WiFi安全性。2009年，802.11n标准发布，引入了MIMO（多输入多输出）技术。2014年，802.11ac标准发布，引入了下行MU-MIMO技术。2019年，802.11ax标准发布，也被称为WiFi6，引入了双向MU-MIMO技术。当然，这只是其中几个关键的标准。我们可以在802.11_Timelines中查看所有802.11标准的发布时间。根据演进的方向，可以概括为下图：

WPA/WPA2/WPA3是WiFi的常见安全保护访问方式。WPA是WiFi联盟为解决WEP中存在的安全问题而推出的解决方案。最初，WPA只是作为草案发布，并为后续更完善的WPA2铺平道路，这两者都定义在802.11i标准中。目前，我们广泛使用的WiFi安全保护访问是WPA2标准。在2018年1月，WiFi联盟推出了WPA3，在WPA2的基础上进行了一些安全增强。WPA是标准，而我们常见的WPA-PSK TKIP/AES-CCMP是具体的加密模式和加密方法。

在WiFi安全中，四路握手起着重要的作用。四路握手的目的是安全地验证和交换密钥，验证对端的合法性，防止中间人攻击。四路握手涉及的一些术语如下所示：

握手1/4：AP向客户端发送随机数ANonce。
握手2/4：客户端生成PTK并发送SNonce给AP。
握手3/4：AP使用SNonce计算PTK，并将加密的组播秘钥GTK发送给客户端。
握手4/4：客户端告知AP秘钥已收到。

根据秘钥的唯一性，可以分为两种类型：Pairwise Key（单播秘钥）和Group Key（组播秘钥）。根据秘钥的类型，可以分为两类：PSK（预共享密钥）和EAP（扩展认证协议）。

除了四路握手，本文还介绍了一些常见的WiFi安全攻击案例。暴力破解是一种常见的攻击方式，通过不断尝试不同的密码来获取PSK/PMK。PMKID攻击是一种利用握手包中的RSN PMKID字段进行本地暴力破解的攻击方法。KARMA和MANA攻击利用伪造的热点信息诱使客户端连接恶意热点。Krack攻击利用重放握手信息来重新安装秘钥，从而解密加密的数据。Kr00k攻击是一种利用芯片驱动实现中的漏洞，通过解密置零的PTK来获取数据的攻击方法。

总结起来，WiFi安全问题是一个复杂的领域，涉及协议设计和实现的安全性。通过了解这些问题，我们可以更好地保护自己的WiFi网络安全。同时，无线网络的安全性也在不断提升，得益于学者、开发者和安全研究人员的共同努力。

参考资料：