一文带你领略 WPA3-SAE 的 “安全感”

引入

WPA3-SAE也是针对四次握手的协议。

四次握手是 AP （authenticator）和（supplicant）进行四次信息交互，生成一个用于加密无线数据的秘钥。

这个过程发生在 WIFI 连接的过程。

为了更好的阐述 WPA3-SAE 的作用和凸显其优点。我们需要借助 WPA2-psk 来做对比。

先来简单阐述一下 WPA2-psk …

WPA / WPA2 中的四次握手

这是一次连接过程：

WPA认证

其中四次 eapol key 属于四次握手的过程。
具体过程请参考: Wifi_认证、关联和四次握手（WPA/WPA2）

注意：WPA 系列协议描述的不仅仅是握手过程。

握手过程采用的算法优点为：

秘钥的生成具有隔离性
- 不同的 STA 与同一个 AP 不会生成相同的秘钥
- 同一个 STA 连接 AP 的不同过程也不会产生相同的秘钥
预共享WIFI密码 PSK，使得 WIFI 网络有了不错的可控性

优点可圈可点，但缺点也相对明显。

WPA2-psk 最大的问题就是不在安全了！！

破解教程层出不穷，安全升级迫在眉睫。

WPA2-psk 的安全性

迫在眉睫：2017年10月，802.11协议中，沿用了 13年的 WPA2 加密协议被完全破解了。

先理解 WPA2-psk 的简要过程：(四次握手)

WPA2-psk简约版
从这个过程中我们看出：

预共享 PSK 参与了生成 PTK 的计算
PTK 也负责了对 PSK 的验证
双方都有随机数的产生，赋予了 PTK的不唯一性。

最终由 PTK 负责后续 Data 数据的加密。

PTK的保密性直接决定着用户数据的安全性

由此可见，窥探者 除了 PSK 和 PTK 不能从空中抓到，其他参与计算的值都能抓到。

PMK = SHA-1（ESSID + PSK）
PTK = PRF（PMK + ANonce + SNonce + Mac（AA） + Mac （SA））

SHA-1 和 PRF 这两个函数是公开的

攻击者一旦抓到 4次握手的包，便能离线暴力破解 PSK

之后便可以利用PSK去生成 PTK，进而窥探用户数据。

WPA2-psk 破解原理

核心：想办法抓到四次握手的包

大致分为一下几个步骤：

明确破解目标 AP 之后，针对某个已连接的 STA 伪造出一个 Deauthentication 帧，扰乱现有 STA 与目标AP 的连接。
Deauthentication（取消身份验证帧）会让目标AP 将当前 STA 从自己的关联表中踢出（也就是断开连接了）
AP 主动断开 STA 之后，会给 STA 发一个确认包，STA收到确认包之后便会进行重连（毕竟不是 STA 自己真的想断开）
触发重连之后，趁机抓取四次握手的空口包，带回家分析。
然后用字典法暴力破解

由此可见对 WPA2-PSK 的安全性已经支离破碎，对其的改进也是箭在弦上。

WPA3

WPA3-Personal 基于IEEE Std 802.11-2016 中定义的 SAE。

SAE 采用了“互联网工程任务组(IETF)”RFC7664 规范中定义的 “蜻蜓（Dragonfly）” 握手协议，将其应用于 Wi-Fi 网络以进行基于密码的身份验证。

针对 WPA2 的通病，WPA3 在各个场景下都给出了不错的解决方案。

比如针对 WPA2-psk 的协议 ——WPA3-SAE 做了两点具有革命性的优化。

针对暴力破解攻击的防护得到了提升。

即使用户没有设置较为复杂的密码。
提供了正向加密，即使攻击者知道了PSK 也无法窥探用户的数据。

WPA3-Personal 的连接交互过程

WPA3-SAE
从上图我们能看出与 WPA2 最明显的差别就是 认证过程

WPA3-SAE 的认证过程变得繁琐了，从两帧变成了四帧

SAE 认证过程（Authentication）

WPA3-Personal 基于IEEE Std 802.11-2016 中定义的 SAE。SAE 采用了“互联网工程任务组(IETF)”RFC7664 规范中定义的 “蜻蜓（Dragonfly）” 握手协议，将其应用于 Wi-Fi 网络以进行基于密码的身份验证。

这个认证过程会校验 PSK 的正确性，也会生成 PMK，供后续握手使用。

Authentication

上图只是WPA3-SAE的认证过程，但似乎这已经完成了信息的校验和秘钥关键元素的生成。

站在用户的角度，设备连接这两种协议（WPA2-personal 和 WPA3-SAE）的热点没有任何操作上的区别。

都是要预先得知PSK（也就是AP密码）

那么让我们对比着 WPA2-personal 的“不安全”，来看看 WPA3-SAE 的“安全”。

详细阐述一下上图的过程：

首先 STA 和 AP 都有预留的 PSK，并且兵分两路生成各自的产物。
先通过ECC 对原始 PSK 进行映射。

这算是第一层保护，如若攻击者不清楚椭圆函数的参数，便无法进行下一步。
STA 生成随机数 rS ；AP 生成随机数 rA 。
STA 将 P · rS 传给 AP
Ap 将 P · rA 传给 STA
" · " 这里的运算符不是 “乘法”，是一种特殊的算法，正因如此，WPA3 - SAE 才安全。
- 这种算法似乎遵循一定程度的“结合性”，但又不可逆。
  
  就是说 : P · rS 推不出 rS, 抓到包了也没用。但 P · rS · rA 在三个元素的顺序不影响整体的结果。（妙啊！！！）
后续就是进行一个 Hash 算法，再进行对比。当然在这个过程中也顺便生成了核心秘钥数据（PMK）
校验通过之后，双方用各自生成的 PMK 进行 “四次握手” 来生成用来给 Data 数据加密的秘钥。