WPA2 “KRACK” 误差简介与重现
宣布时间 2018-01-241、概述
2017年10月，，比利时清静研究员Mathy Vanhoef披露了无线网络协议WPA2保存高危误差，，误差允许攻击者监听AP和接入点STA之间传输的Wi-Fi数据流量 。。作者宣布了误差验证演示视频[1][2] 。。由于误差保存于WiFi协议层，，理论上所有支持WPA2的客户端（桌面操作系统、移动OS、路由器、物联网装备等）都将受到“KRACK”攻击的影响（其透过WiFi传输的数据保存被改动、嗅探的危害，，诸如被攻击者的支付、工业账号、用户名、密码、邮件、照片等敏感信息可被截获，，危害大影响规模广） 。。
凯旋国际游戏ADLab通过对全零密钥误差的剖析乐成重现“KRACK”攻击 。。
2、协议简介
802.11i是IEEE事情组为无线网络802.11协议组界说的清静标准 。。WPA实现了IEEE 802.11i标准的大部分，，是在802.11i完整之前替换WEP的过渡计划，，后被WPA2取代[3] 。。WPA和WPA2都是基于802.11i，，区别在于WPA2要求支持更清静的CCMP 。。WPA和WPA2均使用802.11i中界说的四次握手 。。
下图是客户端（Station, STA）毗毗邻入点（Access Point, AP）的新闻交互历程 。。
STA和AP在四次握手中协商会话密钥PTK（Pairwise Transient Key），，PTK是由PMK和PKE盘算天生，，而PMK由ANonce、SNonce和双方MAC地点等盘算天生 。。PTK分为KCK，，KEK和TK三部分，，其中，，KCK用于MIC校验，，KEK用于加密GTK，，TK为数据加密密钥 。。四次握手完成后，，传输数据使用TK举行加密 。。
3、误差原理
wpa_supplicant是linux系统下WiFi客户端，，用于毗连无线网络，，Android WiFi系统引入了wpa_supplicant，，它的整个WiFi系统是以wpa_supplicant为焦点来界说上层用户接口和下层驱动接口 。。
下图为wpa_supplicant版本宣布时间线 。。Android 6.0 WiFi系统是基于v2.5，，Android 6.0+ WiFi系统是基于v2.6 。。
v2.4版本引入了一个全零密钥误差 。。这个误差是由802.11标准中的一句话引起的，，该标准间接建议在装置了TK之后从内存扫除TK；；2016年10月宣布的V2.6对这个误差举行了一次修复，，由于思量不周全，，代码仍然保存误差；；在2017年10月宣布的补丁中，，最终修复了这个误差 。。下面连系代码对误差举行详细剖析 。。
3.1. V2.4(2.5)
wpa_supplicant 2.4(2.5) 四次握手中的状态转移如下图所示：
（1）当毗连到无线网络举行四次握手的时间，，首先进入PTK_INIT状态 。。
（2）当吸收到Msg1时，，进入PTK-START阶段 。。wpa_supplicant会随机天生一个SNonce，，盘算一个暂时PTK（TPTK），，并且在Msg2中将SNonce发送给AP 。。
（3）当吸收到Msg3时，，若是MIC和replay counter校验乐成，，进入PTK-NEGOTIATING状态 。。然后将TPTK赋值给PTK，，并发送Msg4 。。
（4）接着进入PTK-DONE阶段，，装置PTK和GTK，，并且翻开802.1x的端口，，使wpa_supplicant和AP正常吸收和发送数据包 。。
由于无线网络保存滋扰，，可能会造成数据帧的丧失，，因此在802.11i划定若是AP没有收到Msg2和Msg4，，会响应的重传Msg1和Msg3 。。从图中可以看出，，当完成PTK装置后，，若是收到重传的Msg3，，会重新装置PTK 。。
当wpa_supplicant收到Msg3后，，会挪用wpa_supplicant_install_ptk函数装置PTK，，其中wpa_sm_set_key函数认真将密钥PTK.TK装置到驱动 。。在supplicant v2.4(v2.5)中，，在挪用wpa_sm_set_key函数完成PTK的装置后，，执行os_memset(sm->ptk.tk, 0, WPA_TK_MAX_LEN)，，对PTK.TK举行清零操作 。。
若是攻击者挟制Msg3或Msg4，，造成Msg3的重传，，凭证状态转移图，，STA会重新装置PTK，，而PTK.TK之前已经被清零，，导致STA装置全零加密密钥 。。
3.2. V2.6
下面连系V2.5和V2.6的源代码举行剖析 。。
（1）V2.6在wpa_sm结构体中添加了一个标记位tk_to_set 。。
（2）V2.6修改了wpa_supplicant_install_ptk函数 。。在装置完PTK后，，将tk_to_set赋值为0，，当再次进入该函数时，，若是tk_to_set==0，，直接return，，不再重装PTK 。。
（3）V2.6修改wpa_supplicant_process_1_of_4函数 。。当每次收到Msg1时，，盘算tptk，，并将tk_to_set重置为1 。。
针对V2.6，，攻击者通过在重传的Msg3之前插入一个伪造的Msg1，，仍然可以实现全零密钥的装置 。。虽然STA首次装置PTK后对tk_to_set举行清零，，可是紧接处置惩罚伪造的 Msg1时，，将tk_to_set重置为1，，因此在最后处置惩罚重传Msg3时，，乐成绕过wpa_supplicant_install_ptk函数的tk_to_set条件判断代码 。。
在2017年10月宣布的补丁中，，删除了wpa_supplicant_process_1_of_4函数中的sm->tk_to_set = 1;语句，，修复了全零密钥误差 。。
4、误差重现
凯旋国际游戏ADLab “KRACK”重现视频地点为：https://v.qq.com/x/page/m0538vcwqbb.html 。。
视频中泛起的办法及提醒字幕：
1.本实验使用Nexus6手机作为被攻击装备 。。
2.首先，，Nexus毗连到真实AP(SSID=wap，，加密方法是WPA2，，信道10，，频率2457) 。。
3.接着，，运行Hostapd建设克隆AP(SSID=wap，，加密方法是WPA2，，信道3，，频率2422) 。。
4.同时，，启动wireshark监听克隆AP网卡，，捕获客户端数据 。。
5.运行攻击剧本，，指定AP的SSID和Nexus的Mac地点 。。
6.运行ssltrip,举行Https降级 。。
a.wireshark显示了建设毗连的数据包 。。
b.攻击乐成，，Nexus毗连到克隆wap，，频率2422 。。
c.会见uk.match.com 显示目今毗连为http毗连，，输入测试用户名和密码 。。
d.wireshark可以乐成捕获用户名和密码 。。
e.关闭Hostapd（频率2422） 。。
f.重新毗连到真实wap（频率2457），，再次会见uk.match.com 显示毗连为https毗连 。。
下表中列出了重现视频中使用的装备：
5、误差编号及修复情形
“KRACK”涉及的相关误差编号：
CVE-2017-13077: 在四次握手中重装成对加密密钥（PTK-TK）
CVE-2017-13078: 在四次握手中重装组密钥（GTK）
CVE-2017-13079: 在四次握手中重装完整组密钥（IGTK）
CVE-2017-13080: 在组密钥握手中重装组密钥（GTK）
CVE-2017-13081: 在组密钥握手中重装完整组密钥（IGTK）
CVE-2017-13082: 接受重新传输的快速BSS切换（FT）重新关联请求，，重装成对加密密钥（PTK-TK）
CVE-2017-13084: 在PeerKey握手中重装STK密钥
CVE-2017-13086: 在TDLS（Tunneled Direct-Link Setup）握手中重装TDLS PeerKey（TPK）
CVE-2017-13087: 处置惩罚无线网络治理（WNM）休眠模式响应帧时重装组密钥（GTK）
CVE-2017-13088: 处置惩罚无线网络治理（WNM）休眠响应帧时重装完整组密钥（IGTK）
修复情形：
2017年10月2日，，Linux的hostapd和wpa_supplicant 补丁已宣布，，详见 https://w1.fi/security/2017-1/ 。。
2017年10月10日，，微软在Windows 10 操作系统中宣布补丁 KB4041676 。。
苹果在最新的 beta 版本iOS、macOS、 tvOS和 watchOS中修复了无线网络清静误差 。。
6、参考链接
[1]https://www.krackattacks.com/
[2]https://papers.mathyvanhoef.com/ccs2017.pdf
[3]https://zh.wikipedia.org/wiki/WPA
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