WIFI鉴权的过程

1.前言

当今手机连接WIFI热点普遍采用WPA2-PSK的方式。本文讨论这个方式的鉴权过程。

2. 鉴权过程

我们称需要连接的一方为station，简称STA。提供WIFI热点的一方为AP。

连接之前, station需要知道AP的名字（ssid）和密码(PSK)。

定义：

PMK = SHA1(ssid,psk), 显然 STA 和AP双方都知道PMK。

定义：

PTK = PRF（PMK + ANonce + SNonce + Mac（AA） + Mac （SA））

PTK的计算公式中：

PRF为公知的算法，SNonce和ANonce分别是STATION和AP生成的随机数。

在鉴权之前双方通过互相打招呼，已经都获知了对方的MAC地址，分别是Mac（AA）和Mac （SA）

STEP 1：

AP 首先发送第1条消息给STA，消息体是 ANonce，ANonce是AP生产的随机数。

STEP2:

STA 收到 ANonce，自己生成一个SNonce ，PMK 已知。此刻，STA 已具备计算 PTK 的所有五元组信息（PMK + ANonce + SNonce + Mac（AA） + Mac （SA）），能够计算得到 PTK。然后用 PTK 的前16位位对马上要发送的数据包（SNonce）进行HASH计算（其实计算还用到一个 802.1x data，为了便于理解，暂且不提）得到 MIC，并将 MIC 附着在包尾一同发送给 AP，这是第2条消息。

STEP 3：

AP 收到STA发过来的消息并从消息中提取SNonce，此时AP也具备了所有的五元组信息（PMK + ANonce + SNonce + Mac（AA） + Mac （SA）），也成功计算出了 PTK，并用 PTK 的前16 位对收到的数据进行计算得到 MIC，计算得到的 MIC 与收到的 MIC 进行对比，如果相等则代表 AP 和 STA 拥有相同的 PTK，进而可以确定两者拥有相同的 PMK（PMK是计算PTK的入参），进而可以确定两者拥有相同的密码。

AP 向 STA 发送第3条消息，包含被加密的 GTK(用于对广播数据帧和组播数据帧加密) 和 MIC。MIC是用PTK对GTK做的HASH摘要（HMAC-HASH的形式）。

STEP 4：

STA 收到被加密了的 GTK，因为手中已有 PTK，所以可以从中解出 GTK。然后 AP 和 STA 安装 PTK 和 GTK，整个认证和密钥交换过程至此结束。

以上四步可以表示为如下这张图：

看到一张更容易理解的图，贴出来了，如下：

大概

3.三个问题

关于WIFI连接，我想到两个问题，都通过学习整个流程图，得到了答案。

3.1 如果一个STA记住了一个AP热点的密码，设置同样名字和密码的热点，STA会不会连接成功？

答案：会，因为他们具有相同的PMK。为了证明这个结论。我从手机A连接热点B，并记住密码，然后创建热点C，设置为和B一样的SSID（用户名）和密码，降低B的信号强度，发现，手机A会自动连接到了热点C。

3.2 如果我们制作了一个和某实际热点相同名称的AP热点，那么能不能轻易从STA请求和AP连接的信息中找到实际AP热点的明文密码？

答案：不能。AP热点第一次接触与密码有关的消息是STEP2收到的消息里的MIC。MIC的生成过程利用到了密码。但是MIC生成过程密码参与了两次HASH计算，所以除了暴力破解毫无办法。

3.3 如果我们制作了一个和某实际热点相同名称的AP热点，STA会主动请求和AP连接。AP热点能不能假装密码正确，连接成功？

答案：不能。在STEP2，AP收到STA发送过来的消息，AP虽然可以生成GTK，但是因为不知道密码（PSK/PMK）无法计算得出PTK，这样的话STEP3的消息中需要的摘要MIC就无法计算出来。STEP3中STA一定无法收到正确的MIC。这样就不会有STEP4出现，进而，本次WIFI连接不会成功。