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）。
酷游官网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地址等盘算天生。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。下面团结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
下面团结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
酷游官网ADLab “KRACK”重现视频地址为：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地址。
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: 处置惩罚无线网络管理（WNM）休眠模式响应帧时重装组密钥（GTK）
CVE-2017-13088: 处置惩罚无线网络管理（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
京公网安备11010802024551号