关于成对密钥与组密钥的结构
1.成对密钥
PMK 是基本元素
然后通过 supplicant MAC(SA), supplicant nouces(SN),authenticator MAC(AA),authenticator nouces(AN)进行扩展获得PTK (Pairwise Transient Key) 成对传输密码.
公式如下:
PTK=SHA1_PRF(PMK,Len(PMK),"Pairwise key expansion",MIN(AA,SA)||MAX(AA,SA)||MIN(AN,SN)||MAX(AN,SN))
公式参考了:http://blog.csdn.net/gueter/article/details/4812822
PTK 有两种格式:TKIP,和CCMP.其中TKIP是动态WEP所用RC4+Michael完整性校验的组成;CCMP是全新的组密码AES方式
TKIP和CCMP的PTK被分成下面部分
1.EAPOL KCK(key confirmation key) 密钥确认密钥,用来计算密钥生成消息的完整性
2.EAPOL KEK(key Encryption key) 密钥加密密钥,用来加密密钥生成消息
3.TKIP TK(CCMP TK) 这部分是正真用来进行数据加密的
4.TKIP MIC key 用于Michael完整性校验的(只有TKIP有)
2.组密钥
GMK主组密钥(group master key)以作为临时密钥的基础和成对密钥一样扩展获得GTK (groupTransient Key)
公式如下:
GTK=PRF-X(GMK,"Group key expansion",AA||GN)
GN - Authenticator生成的 Nonce
AA - Authenticator MAC地址
注意和成对密钥扩展不同的是没有supplicant的 AA,AN
其中并没有密钥确认密钥,和密钥加密密钥,因为密钥交换是以成对EAPOL密钥,来分配密钥的
更新成对密钥的4次握手
在更新成对密钥前需要进行4次握手,成对密钥是用来加密单播帧的(就是AP与工作站之间的通讯帧),4次握手就是为了完成密钥的交换,成对密钥只有1个,通过交换让双方都知道
在WPA-PSK中 PMK=PSK 由ssid,和密码等导出,公式如下:
PMK=PSK= pdkdf2_SHA1(passphrase,SSID,SSID lenth,4096)
所以第1次Autenticator 将自己的nonce 传给supplicant ,这时候supplicatn 就可以计算PTK了.接下来supplicant 将自己的nonce和第1次和网络关联是所取得的安全参数传给Authenticator,这样Authenticator 获得了supplicant 的nonce ,就可以计算PTK了.注意 第2步的整个消息是用EAPOL密钥确认密钥(KCK)来进行完整性校验值校验的,如果authenticator根据已经算出的PTK中的KCK对整个消息进行完整性校验未成功,握手就失败了这时消息还不能通过KEK加密,是因为还没有计算出PTK
到了第3步双方的PTK都已经就绪,这时authenticator将一个消息传送给supplicant,次消息包含成对密钥的序列号,(可能是生成TK的次数?)并且包含GTK(组临时密钥),注意这时authenticator已经可以生成GTK了.GTK 通过EAPOL KEK加密,然后整个消息通过KCK来认证
第4步supplicant 再次确认,并告诉authenticator已经接收到密钥生成消息,可以开始使用TK了,次消息通过KCK认证(因为是ACK,不需要再用KEK加密了)
更新组密钥握手:
1.Authenticator送出GTK,这个GTK是利用前面成对密钥4次握手的成果PTK中的EPAOL KEK 来加密,EAPOL KCK 来验证
2. supplicant 送出ACK消息,此消息通过KCK 验证
PTK的生成元素中的PMK获得
1. WPA-PSK
PMK=PSK= pdkdf2_SHA1(passphrase,SSID,SSID lenth,4096),其中passphrase,SSID ,是身份验证前authenticator,和supplicant都应该知道的
2. 802.1X+EAP中
PMK =L(MSK, 0, 256)
MSK 需要通过802.1X交换获得
其中EAP-Request/Method 中Method 表示EAP认证的方式,如下:
4 - MD5 Challenge EAP 中类似CHAP的认证方式
6 - GTC 原本打算与RSA SecurID之类的token card 一起使用
13 - EAP-TLS 以数字证书相互认证
21 - TTLS 隧道式TLS;以TLS加密保护较弱的身份验证方式
25 - PEAP 防护型EAP;以TLS加密保护较弱的EAP验证方式
18 - EAP-SIM SIM卡方式进行身份验证
29 - MS-CHAP-V2
Method 之后如果认证成功,authenticator会发出EAP-Success表示授权使用连接端口,再接下来AP就可以立即使用EAPOL-Key消息将MSK发给supplicant,以后就和WPA-PSK一样用MSK最终导出PTK(MSK,PMK就是PTK的密钥生成密钥)
其中EAPOL(EAP over lan)的帧格式如下
-------------------------------------------------------------------------------
| 802.11 header | SNAP header | Ethernet Type (88-8E) | Version |Packet Type |
-------------------------------------------------------------------------------
EAPOL 是EAP 的扩展,除了P156相关EAP信息,EAPOL还加入了一些额外的消息让EAP 能够适用于基于连接端口的LAN环境
EAPOL 消息的类型:
EAP-Packet 包含了1个经过封装的 EAP帧
EAPOL-Start 申请者可以主动送出EAPOL-Start帧,不必等候来自认证者的质询
信息,认证者会送出1个 EAP-Request/Identity帧作为响应
EAPOL-Logoff 当某个系统不再需要使用网络时,便可以发出1个EAPOL-Logoff帧
让连接端口回到未授权状态
EAPOL-Key EAPOL 可以用来交换加密密钥信息 （0000 0011）
EAPOL-Encap-sulated-ASF-Alert
WPA/RSN使用四次握手（4-Way Handshake）的方式生成所需的密钥。
作用
四次握手通过一系列的交互，从PMK（Pairwise Master Key）生成PTK（Pairwise Transient Key）。PMK来自MSK（Master Session Key），是MSK的前256位，32字节。
本文的主要目的是讲PTK，所以暂时忽略PMK和MSK。
PTK的内容
PTK包含3个部分，KCK（Key Confirmation Key），KEK（Key Encryption Key），TK（Temporal Key）。
PTK的总长度根据加密方式不同而不同:
当加密方式是TKIP时，PTK长512位，按顺序分别为KCK占128位，KEK占128位，TK占256位。
当加密方式是CCMP时，PTK长384位，按顺序分别为KCK占128位，KEK占128位，TK占128位。
KEK和KCK是给EAPOL-Key，也就是四次握手时，加密和完整性验证用的。TK用于后续的数据加密。
四次握手的报文都是基于EAPOL-Key的。EAPOL-Key的结构如下：
PTK的生成
生成PTK，需要5个必要元素，PMK，ANonce（Nonce 1），SNonce（Nonce 2），Authenticate MAC（MAC 1），Supplicant MAC（MAC 2）。如下图：
2个Nonce分别是Authenticator和Supplicant生成的随机数。
这张图里的输出包含4个部分，其实Data Encr和Data MIC合起来就是前面提到的TK。而EAPOL Encr/MIC分别对应前面的KEK和KCK。
四次握手的交互过程
下面的交互仅仅是一个流程，对内部的一些数据的处理就不细说了。
1/4：Authenticator -> Supplicant
Authenticator把ANonce送给Supplicant。Supplicant收到1/4后，就有了生成PTK的所有元素。因为1/4里同时也包含了Authenticator的MAC地址。
2/4：Supplicant -> Authenticator
Supplicant计算出PTK，把SNonce和自己的MAC地址送给Authenticator。同时，从2/4报文开始，后面的每个报文都会有MIC。1/4没有。
3/4：Authenticator -> Supplicant
Authenticator向Supplicant证明自己有有效的，同样有MIC加入其中
4/4：Supplicant -> Authenticator
仅是对3/4的一个ACK。说明PTK已经装好，后面的数据可以加密了。
