WPA/WPA2 安全协议

WPA（Wi-Fi Protected Access）

WPA 是 Wi-Fi Alliance 在 802.11i 标准完成之前推出的过渡性安全方案（2003年）。

TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）

WPA 使用 TKIP 替代 WEP 的 RC4：

每帧密钥混合：将传输密钥与发送方 MAC 地址和包计数器结合，生成唯一的每帧密钥
消息完整性检查：MIC（Michael）算法，检测篡改
重放攻击防护：每帧包含序列号，接收端丢弃旧序号的帧

TKIP 密钥派生:
Per-Packet Key = PRF+((TA || TxTLK || PacketNumber) mod 4096, "TKIP", 128)

加密:
Ciphertext = RC4(TKIP_Key) ⊕ Plaintext
MIC = Michael(Key_MIC, Plaintext)

TKIP 的局限

仍基于 RC4：只是增加了密钥混合层，未解决 RC4 根本问题
向后兼容 WEP 硬件：通过固件升级实现
已被攻破：Klein（2008）和 Pyshkin（2008）攻击可恢复 TKIP 密钥

WPA2（Wi-Fi Protected Access II）

WPA2 基于完整的 IEEE 802.11i 标准（2004年），使用 AES-CCMP 替代 TKIP。

AES-CCMP（Counter Mode with CBC-MAC Protocol）

特性	CCMP
加密模式	AES-CTR（计数器模式）
完整性保护	AES-CBC-MAC（CMAC）
密钥长度	128-bit / 256-bit
安全关联	PTW（Pairwise Transient Key）+ GTK（Group Temporal Key）

CCMP 帧格式

┌──────────┬──────────────┬───────────┬──────────┐
│ PN (8B)  │ Ciphertext   │ MIC (4/8B)│ Header   │
│          │              │           │ (明文)   │
└──────────┴──────────────┴───────────┴──────────┘

PN = Packet Number（64-bit，防止重放）
MIC = Message Integrity Code（CCMP-128: 4B, CCMP-256: 8B）

四次握手（4-Way Handshake）

WPA/WPA2 使用 EAPOL（Extensible Authentication Protocol over LAN）完成密钥协商：

Personal 模式（PSK）

Step 1: AP → STA
  ANonce (AP 生成的随机数)

Step 2: STA → AP
  STNonce (STA 生成的随机数)
  MIC(ANonce || STNonce || ... )
  ── STA 已计算 PTK = PRF(PMK, "PTK", AA || SA || ANonce || SNonce)

Step 3: AP → STA
  GTK (Group Temporal Key，用于组播/广播加密)
  MIC(...)
  ── AP 已验证 STA 的 MIC（确认 STA 拥有正确的 PMK）
  ── AP 安装 PTK 用于解密

Step 4: STA → AP
  Acknowledge (确认收到 GTK)
  ── STA 安装 PTK 用于加密

密钥层次结构

                        PSK / Authenticator
                           │
                         PMK (Pairwise Master Key)
                           │
              ┌────────────┴────────────┐
              ▼                         ▼
         PTK (Pairwise               GTK (Group
         Transient Key)              Temporal Key)
              │                         │
    ┌─────────┼─────────┐              │
    ▼         ▼         ▼              ▼
 KCK(128)  KEK(128)  TK(128/256)   组播加密
 (MIC密钥) (密钥封装) (数据加密)     (所有STA共享)

Enterprise 模式（802.1X）

Enterprise 模式的四次握手与 Personal 相同，区别在于 PMK 的来源：

Personal:    PMK = PBKDF2-PRF(password, SSID, 4096 iterations)
Enterprise:  PMK = MSK[0:128] (来自 EAP 认证过程，由 RADIUS 服务器提供)

WPA2 的已知漏洞

KRACK（Key Reinstallation Attack, 2017）

原理：强制 STA 重新安装已使用的 PTK，将重放计数器重置为零
影响：可解密部分流量、注入数据包
修复：补丁确保密钥只安装一次（不重复安装）

PMKID Attack（2019）

原理：利用 802.11w PTSA（Pairwise Transient SA）建立过程中的 PMKID
影响：无需捕获完整四次握手即可离线破解 PSK
PMKID = PRF(PMK, "PMK Name", Min(AA,SPA) || Max(AA,SPA))

Dragonblood（2019）

针对 GCMP（WPA3 使用的加密模式）的实现漏洞
影响部分 WPA3 设备的实现

WPA2 配置建议

设置	推荐值
加密套件	AES-CCMP（禁用 TKIP）
密钥长度	192-bit 或 256-bit PSK
PMF (802.11w)	Required（强制）
WPS	Disabled（禁用）
Beacon 间隔	100 TU（默认）