神州數碼802.1x認證協議簡析
一. 前言
本次神州數碼802.1x認證協議的分析有這麼幾個前提:
1. 使用神州數碼客戶端進行上網認證。
2. 協議選擇的是神州數碼私有報文。
3. 使用的靜態IP地址而不是DHCP分配。
4. 不涉及計時計費。
5. 分析的版本基於3.3/3.4
二．基本認證流程
1. 客戶端向認證系統發送EAPOL-Start數據包發起認證。
2. 認證系統向客戶端發送EAP-Request/Identity數據包，請求客戶端發送身份標示。
3. 客戶端接收到認證系統發來的EAP-Request/Identity後，發送包含身份標示信息（用戶名）的EAP-Response-Identity數據包。
4. 認證系統接收到客戶端發送的EAP-Response/Identity後，查詢用戶名，如果驗證成功，繼續，否則返回錯誤信息，客戶端執行步驟11。
5. 認證系統向客戶端發送EAP-Request/Md5-Challenge數據包，數據包中包含客戶端進行Md5加密時所需的16字節Md5-Challenge。
6. 客戶端接收到認證系統發送的EAP-Request/Md5-Challenge，從中取出所需要的Md5-Challenge字段和Id字段，結合密碼，運算得到16字節的加密結果，用於合成EAP-Response/Md5-Challenge數據包。合成完畢，發送數據包。
7. 認證系統接收到客戶端發送的EAP-Response/Md5-Challenge，進行驗證，如果通過，則繼續，否則返回錯誤信息，執行步驟11。
8. 認證系統向客戶端發送EAP-Success數據包，同時將Port狀態置爲Enable，客戶端所在的電腦就此得到上網權限。
9. 認證系統每隔一段時間主動向客戶端發送EAP-Keepalive數據包。
10. 客戶端接收到EAP-Keepalive數據包後（與EAP-Request/Identity數據包內容相同），客戶端執行步驟3，完成連接的保持工作。重複步驟10。
11. 接收到錯誤信息，發送EAP－Logoff數據包，中止認證。
三．協議具體分析
神州數碼802.1x認證協議並不是完全的私有協議,只是在標準協議的基礎上進行了自己的擴展,爲了敘述方便,對於標準802.1x的描述,附上一部分關於標準802.1x，EAP，EAPOL的相關說明,不再贅述:
1．以太網協議幀頭描述：
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destination
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6字節
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目的MAC地址
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source
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6字節
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源MAC地址
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type
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2字節
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協議類型，802.1x的類型是88 8E
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神州數碼客戶端在發送認證包的時候，無論是否可以得到認證服務器的MAC地址，都採用802.1x協議分配的組播地址01-80-c2-00-00-03作爲目的MAC地址。
4.神州數碼私有報文部分的分析
在標準802.1x認證協議的基礎上,神州數碼進行了擴展。具體表現如下：
A．從EAP-Response-Identity數據包開始，客戶端發送的數據包中均包含一段45字節的私有數據。與標準數據之間用一個值爲0的字節進行分隔【當該字節爲01時表示是DHCP認證模式……後面的IP地址就是網卡信息中那個非法IP，子網掩碼是FF FF 00 00，後面八個字節全零，這種認證方式目前還沒有好好研究】。該數據段的意義如下：
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IpAdress
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4字節
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Ip地址
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SubnetMasks
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4字節
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子網掩碼
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GateWay
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4字節
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網關
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Dns
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4字節
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Dns地址
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UsernameMd5
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16字節
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用戶名的Md5
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VerInfor
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13字節
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版本信息的ASCII碼
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例如，我見到的最新的版本號是：0x33 ,0x2e ,0x34 ,0x2e ,0x32 ,0x30 ,0x30 ,0x36 ,0x2e ,0x31 ,0x30 ,0x32 ,0x37
相應的文本就是：
3 . 4 . 2 0 0 6 . 1 0 2 7
B．EAP-Response/Md5-Challenge數據包中加密信息的形成
在EAP-Response/Md5-Challenge數據包中，有16字節的數據是通過md5加密形成的，該過程用C語言描述如下：
//讀取md5 challenge，存儲於m_digiMd5中
memmove(m_digiMd5,pkt_data+0x18,16);
//計算md5值
MD5_CTX md5;
md5.MD5Update(pkt_data+0x13,1);
md5.MD5Update(m_password,strlen((const char*)m_password));
md5.MD5Update(m_digiMd5,16);
md5.MD5Final(m_digiMd5);
//結果保留在m_digiMd5中
其中pkt_data是EAP-Request/Md5-Challenge數據包的起始位置，pkt_data+0x18起的16個字節是Md5-Challenge，pkt_data+0x13起的一個字節是Id，也就是對Id+密碼＋Md5-Challenge進行md5運算。
C．神州數碼反饋信息的解析（目前只瞭解了少量信息的格式）
1．認證成功時的信息格式：
認證成功時，認證系統有可能返回相關信息，該信息的格式目前不是很清楚，只知道有時在pkt_data[0x82]處出現0x12標誌，有時在pkt_data[0x99]處出現該標誌，所以現在程序中的考慮是這樣的：
if(pkt_data[0x82]==0x12)
{
char *msg=(char*)malloc(pkt_data[0x83]-2+1);
memmove(msg,pkt_data+0x84,pkt_data[0x83]-2);
msg[pkt_data[0x83]-2]=0;
printf(" 系統消息:/n[%s]/n",msg);
free(msg);
}
else
{
if(pkt_data[0x99]==0x12)
{
char *msg=(char*)malloc(pkt_data[0x9A]-2+1);
memmove(msg,pkt_data+0x9B,pkt_data[0x9A]-2);
msg[pkt_data[0x9A]-2]=0;
printf(" 系統消息:/n[%s]/n",msg);
free(msg);
}
}
標誌位0x12後面的那一個字節就是附加信息的長度，但是這個長度是包含標誌位以及長度自身的，所以信息真正的長度應該是pkt_data[0x83]-2或者pkt_data[0x9A]-2。因爲協議使用一個字節來表示信息長度，所以信息的最大有效長度爲254字節。信息使用GB2312編碼，所以在linux下直接顯示的話，可能會出現問題。
2．失敗信息的格式。
在神州數碼的失敗信息，已經瞭解的有兩個：用戶名驗證失敗，用戶名或密碼錯誤。與成功的消息一樣，都是在找到一個標誌位0x12後，讀取接下來一個字節中存儲的長度信息，從而獲取消息字符串。
在用戶名驗證失敗的消息中，標誌位位於pkt_data[0x2A]
在用戶名或密碼錯誤消息中，標誌位位於pkt_data[0x42]
目前爲止對神州數碼802.1x認證協議的瞭解就是這些。
附加材料:
1．EAP協議
802.1x協議在實現整個認證的過程中，其三個關鍵部分（客戶端、認證系統、認證服務器）之間是通過不同的通信協議進行交互的，其中認證系統和認證服務器之間是EAP報文。
EAP幀結構如下表所示：
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字段
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字節
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Code
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1
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Identifier
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2
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Length
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3-4
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Data
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5-N
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EAP幀格式中各字段含義如下：
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字段
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佔用字節數
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描述
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Code
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1個字節
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表示EAP幀四種類型：1．Request；2．Response
3．Success；4．Failure
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Identifier
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1個字節
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用於匹配Request和Response。Identifier的值和系統端口一起單獨標識一個認證過程
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Length
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2個字節
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表示EAP幀的總長度
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Data
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0或更多字節
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表示EAP數據
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其中Code的取值如下：
1： Request
2： Response
3： Success
4： Failure
2．EAPoL協議
802.1x協議定義了一種報文封裝格式，這種報文稱爲EAPoL（EAP over LANs局域網上的擴展認證協議）報文，主要用於在客戶端和認證系統之間傳送EAP協議報文，以允許EAP協議報文在LAN上傳送。
標準EAPoL幀結構如下表所示：
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字段
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字節
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PAE Ethernet Type
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1-2
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Protocol Version
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3
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Packet Type
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4
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Packet Body Length
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5-6
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Packet Body
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7-N
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EAPoL幀格式中各字段含義如下：
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字段
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佔用字節
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描述
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PAE Ethernet Type
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2個字節
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表示協議類型，802.1x分配的協議類型爲888E
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Protocol Version
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1個字節
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表示EAPOL 幀的發送方所支持的協議版本號。本規範使用值爲0000 0001
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Packet Type
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1個字節
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表示傳送的幀類型，如下幾種幀類型：
a) EAP-Packet. 值爲 0000 0000
b）EAPOL-Start.值爲0000 0001
b) EAPOL-Logoff. 值爲0000 0010
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Packet Body Length
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2個字節
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表示Packet Body的長度
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Packet Body
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0/多字節
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如果Packet Type爲EAP-Packet,取相應值。對於其他幀類型，該值爲空。
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EAPOL幀在二層傳送時，必須要有目標MAC地址，當客戶端和認證系統彼此之間不知道發送的目標時，其目標MAC地址使用由802.1x協議分配的組播地址01-80-c2-00-00-03。