所属方向:L7 Upper MAC 与安全。无线信号谁都能收到,因此 Wi‑Fi 安全要解决三件事:只让合法用户接入(认证)、空口数据别人看不懂(加密)、管理帧不被伪造(完整性)。近年又加上第四件:防止用户被追踪(隐私)。
WPA2 与 WPA3
- WPA2:基于 802.11i,用 PSK(预共享密钥,家用)或 802.1X(企业)认证,CCMP 加密。PSK 模式的弱点是:抓到四次握手后,可以离线暴力破解弱口令。
- WPA3(Wi‑Fi Alliance,2018):个人版用 SAE 取代 PSK 握手,强制 PMF;企业版提供 192 位安全套件(GCMP‑256 等)。Wi‑Fi 6E/7 在 6 GHz 上只允许使用 WPA3 / OWE。
SAE 对等实体同时认证
- 原理:基于 Dragonfly 的口令认证密钥交换(PAKE)。双方用口令派生椭圆曲线上的点,交换承诺值与确认值,最终得到高熵的 PMK。攻击者即使截获全部交换,也无法离线猜口令,每猜一次都必须在线交互。同时提供前向保密。
- 历史问题:Dragonblood(2019)利用侧信道和降级攻击,促成了实现上的修正,例如 hash‑to‑element(H2E)。
PMF 受保护管理帧(802.11w)
- 原理:对解除认证、解除关联等管理帧做完整性保护(单播加密,广播加 MIC),防止攻击者伪造“踢下线”帧(Deauth 攻击)。WPA3 中为强制项。
CCMP 与 GCMP
- CCMP‑128:AES‑128 的 CCM 模式(CTR 加密 + CBC‑MAC 完整性),WPA2 的标准加密。
- GCMP‑256:AES‑256 的 GCM 模式,加密和认证可以并行,硬件吞吐更高,用于高速率与高安全场景(WPA3 企业 192 位、Wi‑Fi 7)。
OWE 机会性无线加密(Enhanced Open)
- 原理:开放网络(咖啡馆、机场)没有口令,但仍用 Diffie‑Hellman 为每个终端协商独立密钥,至少防止被动窃听(不能防中间人冒充 AP)。
802.1X / EAP 企业认证
- 原理:终端(Supplicant)经 AP(Authenticator)与 RADIUS 服务器做 EAP 认证(EAP‑TLS 证书、PEAP 用户名密码等),成功后服务器下发 PMK。每个用户有独立的凭据,可以按人撤销,这是企业网的标准做法。
MAC 地址随机化与 802.11bh / 802.11bi
- 随机化:手机为防追踪,对不同网络(甚至周期性地)使用随机 MAC 地址。这打破了运营商和企业网依赖 MAC 识别设备的做法(计费、白名单、分析)。
- 802.11bh:在 MAC 随机变化的情况下,为网络提供识别已知设备的标准机制(设备 ID)。
- 802.11bi:更进一步,对关联前后暴露身份的字段做保护,并支持关联期间周期性更换 MAC 地址。
KRACK 密钥重装攻击
- 原理(Vanhoef,2017):攻击者重放四次握手中的第 3 条消息,诱使终端重装已在使用的密钥,并重置随机数(nonce)计数器。nonce 被重用,加密就可能被破解或数据被重放。这是协议层面的漏洞,后来通过补丁修复(拒绝重装同一密钥)。
FragAttacks 分片与聚合攻击
- 原理(Vanhoef,2021):利用 A‑MSDU 标志未被认证、分片重组时混用不同密钥等设计缺陷,注入或窃取数据。影响自 1997 年以来的几乎所有 Wi‑Fi 设备,同样通过补丁与标准修订缓解。
Wi‑Fi Shield 与物理层安全
- 原理:厂商方案(例如华为的 Wi‑Fi Shield)利用多天线在合法用户方向正常发送、在其他方向叠加干扰信号,让窃听者收不到可解调的信号,属于物理层安全思路,是对密码学加密的补充。