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本篇文章為大家展示了怎樣借助Python理解WPA四次握手過程，內(nèi)容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。
環(huán)境準備
在正式開始分析之前，先要準備一下軟件和分析對象。
本次使用的操作系統(tǒng)是Windows10 1909，部分需要Linux的使用虛擬機安裝的Kali進行。
代碼部分，解釋器版本為Python 2.7。
數(shù)據(jù)包分析工具使用經(jīng)典的Wireshark。
由于不同的加密方法和參數(shù)對握手包的影響較大，因此分析對象使用了Wireshark官方給出的WPA數(shù)據(jù)包。
該數(shù)據(jù)包可以在https://wiki.wireshark.org/HowToDecrypt802.11頁面上進行下載：
額外說明一下，如果想自己捕獲設備的WPA握手包，則需要額外的軟件，并將網(wǎng)卡置為Monitor Mode。下面簡單介紹一下。
Windows平臺：在Windows平臺下想要捕獲802.11管理幀，需要使用微軟官方的軟件Microsoft Network Monitor。它的安裝和使用也相對比較方便，網(wǎng)上也有相當多的教程，如《windows下抓取802.11管理包》。有一點需要注意，該軟件在“掃描設置（Scanning Options）”中開啟Monitor Mode后，該窗口不能關閉，否則會退出：
Linux平臺：在Linux平臺下，可以借助我們熟悉的aircrack-ng套件來設置網(wǎng)卡的Monitor Mode，并使用Wireshrak來獲取和查看數(shù)據(jù)。此處以Kali為例，其他Linux系統(tǒng)可以自行安裝相關套件。
設置監(jiān)聽模式的命令為：
root@kali:~# airmon-ng start wlan0
其中wlan0是網(wǎng)卡的名稱。若出現(xiàn)以下情況：
root@kali:~# airmon-ng start wlan0
Found 2 processes that could cause trouble.
If airodump-ng, aireplay-ng or airtun-ng stops working after
a short period of time, you may want to run 'airmon-ng check kill'
PID Name
1959 NetworkManager
1989 wpa_supplicant
PHY Interface Driver Chipset
phy0 wlan0 rt2800usb Ralink Technology, Corp. RT2870/RT3070
(mac80211 monitor mode vif enabled for [phy0]wlan0 on [phy0]wlan0mon)
(mac80211 station mode vif disabled for [phy0]wlan0)
說明網(wǎng)卡被占用，需要使用airmon-ng check kill命令來結束占用進程：
root@kali:~# airmon-ng check kill
Killing these processes:
PID Name
1989 wpa_supplicant
root@kali:~# airmon-ng start wlan0
PHY Interface Driver Chipset
phy0 wlan0mon rt2800usb Ralink Technology, Corp. RT2870/RT3070
這里網(wǎng)卡名稱會變成wlan0mon，需要注意。
但是，直接設置后抓包有時只能抓到部分，比如僅有AP側(cè)的數(shù)據(jù)，設備端的數(shù)據(jù)包都丟失了，原因是未指定信道。此時需要使用airodump-ng工具查看目標AP的信道：
root@kali:~# airodump-ng wlan0mon
上圖中第一行所示的信息中，CH表示信道，我們想對該AP進行四次握手的捕獲，則需要將網(wǎng)卡監(jiān)聽的信道固定為11：
root@kali:~# airmon-ng start wlan0mon 11
PHY Interface Driver Chipset
phy0 wlan0mon rt2800usb Ralink Technology, Corp. RT2870/RT3070
(mac80211 monitor mode already enabled for [phy0]wlan0mon on [phy0]11)
看到命令行中最后一行括號里的提示，表示已經(jīng)設置為固定監(jiān)聽信道11。
此時打開wireshark，選中網(wǎng)卡wlan0mon即可捕獲。
在上一篇文章《Wi-Fi攻擊方式簡述》中，已經(jīng)對WPA的握手過程進行過簡單講解，總結起來WPA的四次握手完成了：
1）Wi-Fi密碼的驗證
2）后續(xù)通信加密的密碼的計算（注意這里是“計算”不是“傳輸”）
而在其握手過程中，會生成一些過程產(chǎn)物，如加密握手數(shù)據(jù)的密鑰、完整性校驗數(shù)據(jù)等。密鑰計算的總覽視圖如下：
四次握手的簡單示意圖：
接下來會逐步介紹每一步的計算過程。
PMK(Pairwise Master Key) 是整個WPA認證過程中非常核心的一個密鑰，是由Wi-Fi的SSID和Pre-Shared-Key（即Wi-Fi密碼）計算而來，其算法被稱為Password-Based Key Derivation Function 2 (PBKDF2) ，是一種使用HMAC-SHA1，使用SSID作為鹽值來進行哈希的一種算法。
在默認的Python環(huán)境中，需要安裝pbkdf2庫來支持這種算法，可以使用pip install pbkdf2命令來安裝 。
= = = (, , ).()
此外，可以利用Linux系統(tǒng)中的wpa_passphrase工具來計算PMK，其命令為：
pentest@DESKTOP-2AE07FJ:~$ wpa_passphrase Coherer Induction
這里可以看出來，計算出來的值是一致的。
在WPA的第一次握手時，由AP向STA發(fā)送ANonce：
在這個數(shù)據(jù)包中，除了 ANonce 以外，在頭部包含了雙方的MAC地址。此時STA本地生成SNonce，滿足了PTK計算的全部條件，因此進行PTK的計算。
由于SNonce在第二次握手的數(shù)據(jù)包中，因此這部分計算的演示在下一節(jié)進行。
第二次握手時，STA向AP發(fā)送SNonce：
PTK（Pairwise Transient Key）的計算需要使用PRF512算法，其實現(xiàn)是參照《Understanding WPA/WPA2 Hash (MIC) Cracking Process In Python》文章中給出的算法進行：
(, , ): = = = = (( ) ): = .(, () (), .) += = .() [:]
從前兩次握手包中提取的ANonce、SNonce 以及雙方的MAC地址，拼接起來作為計算PTK的部分：
= .() = .() = .() = .() = (, ) (, ) (,) (,)
PRF512需要3個參數(shù)，PMK，PKE 和上面計算出來的 key_data。其中PKE是一個固定字符串，PMK在前文中有過計算：
= = (, , ).() = (, , )
到這里，AP和STA各自都計算出了PTK（正常情況下雙方算出的PTK內(nèi)容是一致的）。
上一步驟中，計算出來的PTK是一個512bit的字符串（64字節(jié)），這是由于我們下載的Wireshark官方提供的樣例包中的WPA采用的是TKIP加密，如果是CCMP加密，這里的算法會有所區(qū)別，因為計算出的PTK應當為384bit。
此處以TKIP加密為例，512bit的字符串可以分割為3個部分：KCK、KEK 和 TK。
KCK (Key Confirmation Key)：用于計算WPA EAPOL密鑰消息的MIC（完整性驗證）
KEK (Key Encryption Key)：用于加密發(fā)送到客戶端的附加數(shù)據(jù)（在“密鑰數(shù)據(jù)”字段中）
TK (Temporal Key)：用于后續(xù)通信數(shù)據(jù)加密
TKIP加密模式下，PTK共512bit，其中按順序為：KCK（128bit），KEK（128bit），TK（256bit）
CCMP加密模式下，PTK共384bit，其中按順序為：KCK（128bit），KEK（128bit），TK（128bit）
如上節(jié)中計算的PTK，按照長度劃分，應為：
KCK = b1cd792716762903f723424cd7d16511
KEK = 82a644133bfa4e0b75d96d2308358433
TK = 15798d511beae0028313c8ab32f12c7ecb71c893482669daaf0e9223fe1c0aed
比較第一次和第二次握手，在數(shù)據(jù)包中會發(fā)現(xiàn)在WPA Key MIC字段中由原來的全0變成了一串字符：
MIC (Message Integrity Code)：消息完整性代碼 是校驗數(shù)據(jù)是否被篡改，以及PSK是否正確（因為MIC是由PTK參與計算，PTK由是由PSK生成）。
MIC的計算是以KCK為密鑰（Key），整個802.1X報文為消息體（Message）進行HMAC運算得出的結果，共128bit。
順便一提，WPA的密碼離線破解也是利用PSK生成PMK，并根據(jù)握手包計算KCK，再生成MIC并對比原數(shù)據(jù)包中的MIC來確定密碼是否正確。
在我們手工驗證的時候，需要先將整個報文（這里以第二次握手為例）提取出來，并找到WPA Key MIC字段，將這部分內(nèi)容替換成0，再計算。
這部分代碼如下：
= .() = .([:], , .).()[:]
至此，大部分的計算和校驗任務已經(jīng)結束。
第三次握手，由AP向STA發(fā)送數(shù)據(jù)，其中MIC部分與上面的計算方式一致。STA接收到數(shù)據(jù)后，驗證MIC通過則說明AP是有效的，雙方PMK是一致的。
同時，在這個數(shù)據(jù)包中，包含了加密后的GTK。GTK (Group Temporal Key) 用于加密廣播和多播數(shù)據(jù)。GTK加密的密鑰為KEK，其解密和使用不在此詳述。
當STA接收到第三次握手包并驗證MIC通過后，會將計算出來的TK（PTK的最后一段）安裝到系統(tǒng)中，作為后續(xù)的通信加密密鑰。
最后一次握手僅為STA向AP發(fā)送的確認信息，表示密鑰已經(jīng)安裝完畢，此時AP端也會進行密鑰安裝，至此，雙方的密鑰安裝全部結束，后續(xù)通信中按照前面步驟中的密鑰進行通信。
上文中簡單梳理了一下WPA四次握手的過程，其中省略了一些部分。由于主要是想幫助對KRACK漏洞的理解，因此重點放在第三次握手的密鑰安裝部分，安裝的密鑰來源上。
關于這一漏洞，感興趣的可以參考《WPA2 密鑰重裝攻擊 KRACK Attacks 分析報告》，個人感覺這篇文章解釋的比較詳細，總結起來這個漏洞就是：
其中，wpa_supplicant 2.4及2.5版本實現(xiàn)了協(xié)議注釋內(nèi)容“一旦安裝后，就可從內(nèi)存中清除加密密鑰”，將導致客戶端會安裝值全為零的秘鑰。因此使用了這些wpa_supplicant版本的Linux及Android設備將遭受嚴重威脅。
這個漏洞是利用wpa_supplicant在第三次握手時對TK的處理來達到攻擊的目的的。由于TK是根據(jù)第一次和第二次握手包中的數(shù)據(jù)生成，因此STA會將該密鑰保存在本地的內(nèi)存中。當收到第三次握手的數(shù)據(jù)包時，STA會將該密鑰安裝，并從內(nèi)存中清除（“一旦安裝后，就可從內(nèi)存中清除加密密鑰”），因此再次收到該握手包時，程序會再次加載這部分已被清零的內(nèi)存，導致重新安裝的密鑰為全0。
由于目前未找到直接的利用EXP/POC，在Github上有一個檢測工具：https://github.com/vanhoefm/krackattacks-scripts，其官網(wǎng) https://www.krackattacks.com 上有對這個漏洞的演示。
從原理和演示來看，KRACK漏洞需要搭建Rogue AP做中間人，轉(zhuǎn)發(fā)握手數(shù)據(jù)幀。當發(fā)送第三次握手包時，進行重放。
由于多次接收到第三次握手包，STA會嘗試安裝全0的密鑰，并使用密鑰加密后續(xù)通信包。Rogue AP的通信密鑰預先就被置為0，這樣就可以正常的和STA通信。
目前沒有時間來實踐這個漏洞，僅從原理上對漏洞的利用方式進行分析，該漏洞更像是傳統(tǒng)的Evil Twin的攻擊方法，但Evil Twin需要知道目標AP的密碼，才能讓用戶的設備順利連入；而借助KRACK Attack，攻擊者無需知道目標AP的密碼即可實現(xiàn)中間人攻擊，監(jiān)聽受害者流量。
WPA的四次握手中，前兩次是在互相交換計算PTK的信息（ANonce、SNonce），AP驗證STA身份（利用MIC）并各自計算出PTK；第三次握手STA驗證了AP的身份，傳輸加密GTK，并將計算出的TK安裝；第四次握手確認密鑰安裝完成。
附：完整的計算MIC的 Python 代碼
, , , , (, , ): = = = = (( ) ): = .(, () (), ) += = .() [:] = = = (, , ).() = .() = .() = .() = .() = (, ) (, ) (,) (,) = = (, , ) ,.() ,[:].() ,[:].() ,[:].() = .() = .([:], , .).()[:] ,
上述內(nèi)容就是怎樣借助Python理解WPA四次握手過程，你們學到知識或技能了嗎？如果還想學到更多技能或者豐富自己的知識儲備，歡迎關注億速云行業(yè)資訊頻道。
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