6.3.3 EAP-WSC介绍

由图6-7所示的RP协议交互流程可知，Discovery Phase阶段之后，STA和AP将通过EAP包交换来完成安全信息协商。WSC规范利用EAP的扩展功能新定义了一种EAP算法，即EAPWSC。EAP-WSC的包格式如图6-22所示。 :-:  图6-22　EAP-WSC包格式 对于EAP-WSC来说，图6-22中各字段取值情况如下。 * Type取值为254，代表EAP包中的内容由Vendor定义。 * 对于WSC来说，Vendor-Id取值为0x00372a，Vendor Type取值为0x0000-0001（WFA中，该值表示Simple-Config）。 * Op-Code及以后的内容由EAP-WSC定义，其取值有六种情况（见表6-5）。 * Flags包含两个标志位，一个是MF标志位（More Fragments，取值为0x01，代表EAP分片包），另一个是LF标志位（Length Field，值为0x02）。 * 如果LF标志位被设置，则Message Length字段存在。该字段表示Message data的长度。 * Message data为WSC定义的Attribute。和WSC IE类似，WSC规范对不同EAP-WSC包携带的Attribute有严格要求。 表6-5所示为EAP-WSC Op-Code的取值。 :-:  表6-5 EAP-WSC Op-Code取值说明 EAP-WSC和第4章介绍的4-Way Handshake类似，STA和AP双方要派生一些Key用于加密所传输的信息。 在STA和AP双方开展EAP-WSC流程前，AP需要确定STA的Identity以及使用的身份验证算法。该过程涉及三次EAP包交换（参考图3-38）。这三次包交换的内容分别如下。 * AP发送EAP-Request/Identity以确定STA的ID。 * 对于打算使用WSC认证方法的STA来说，它需要在回复的EAP-Response/Identity包中设置Identity为"WFA-SimpleConfig-Enrollee-1-0"。 * AP确定STA的Identity为"WFA-SimpleConfig-Enrollee-1-0"后，将发送EAPRequest/WSC_Start包以启动EAP-WSC认证流程。这个流程讲涉及M1～M8相关的知识。 下面我们将结合实例来介绍。 >[info] 注意　这些知识也是后续分析代码时的理论依据，请读者务必认真体会。 **1、M1和M2** M1消息由STA发送给AP。图6-23所示为Galaxy Note 2发送的M1消息。 如前文所述，EAP-WSC消息的组成结构也是一个一个Attribute。图6-23所示的大部分Attribute在前文都已见过了，此处仅介绍黑框中所列的几个Attribute。 :-:  图6-23　M1消息示例 * Message Type：代表Enrollee和Registrar发送的消息类型，其可取值从0x01（代表Beacon帧）到0x0F（代表WSC_DONE）。该属性一般只在EAP-WSC帧中用到。对于M1消息而言，其Message Type取值为0x04。 * UUID-E：代表STA的UUID。MAC Address代表STA的MAC地址。 * Enrollee Nonce：代表STA产生的一串随机数，它用于后续的密钥派生等工作。 * Public Key：STA和AP的密钥派生源头也是PMK。不过和第4章介绍的PSK不同的是，在WSC PIN法中并没有使用PSK（PIN码的作用不是PSK）。双方采用了Diffie-Hellman[6]（D-H）密钥交换算法。该算法使得通信的双方可以用这个方法确定对称密钥。注意，D-H算法只能用于密钥的交换，而不能进行消息的加密和解密。通信双方确定要用的密钥后，要使用其他对称密 * 钥操作加密算法以加密和解密消息。Public Key属性包含了Enrollee的D-H Key值。 * Authentication Type Flags和Encryption Type Flags：表示Enrollee支持的身份验证算法以及加密算法类型。 * Connection Type Flags：代表设备支持的802.11网络类型，值0x01代表ESS，值0x02代表IBSS。 图6-24所示为Galaxy Note 2中Authentication Type Flags和Encryption Type Flags两个属性的取值情况。 :-:  图6-24　Authentication/Encryption Type Flags取值示例 图6-24左图所示为Authentication Type Flags的取值情况。其中，"WPA"和"WPA2"标志位是"WPA-Enterprise"以及"WPA2-Enterprise"之意。 AP收到并处理M1后，将回复M2。M2的内容如图6-25所示。 :-:  图6-25　M2消息示例 图6-25中，AP的M2将携带以下信息。 * Registrar Nonce：Registrar生成的随机数。 * Public Key：D-H算法中，Registrar一方的D-H Key值。 * Authenticator：由HMAC-SHA-256及AuthKey（详情见下文）算法得来一个256位的二进制串。注意，Authenticator属性只包含其中的前64位二进制内容。 >[info] 提示　AP发送M2之前，会根据Enrollee Nonce、Enrollee MAC以及Registrar Nonce并通过DH算法计算一个KDK（Key Derivation Key），KDK密钥用于其他三种Key派生，这三种Key分别用于加密RP协议中的一些属性的AuthKey（256位）、加密Nonce和ConfigData（即一些安全配置信息）的KeyWrapKey（128位）以及派生其他用途Key的EMSK（Extended Master Session Key）。 **2、M3和M4** STA处理完M2消息后，将回复M3消息，其内容如图6-26所示。 :-:  图6-26　M3消息示例 图6-26中： * Registrar Nonce值来源于M2的Registrar Nonce属性。 * E Hash1和E Hash2属性的计算比较复杂，详情见下文。 * Authenticator是STA利用AuthKey（STA收到M2的Registrar Nonce后也将计算一个AuthKey）计算出来的一串二进制位。 根据WSC规范，E Hash1和E Hash2的计算过程如下。 1. 利用AuthKey和PIN码利用HMAC算法分别生成两个PSK。其中，PSK1由PIN码前半部分生成，PSK2由PIN码后半部分生成。 2. 利用AuthKey对两个新随机数128 Nonce进行加密，以得到E-S1和E-S2。 3. 利用HMAC算法及AuthenKey分别对（E-S1、PSK1、STA的D-H Key和AP的D-H Key）计算得到E Hash1。E Hash2则由E-S2、PSK2、STA的D-H Key和AP的D-H Key计算而来。 AP收到并处理完M3后将回复M4，其内容如图6-27所示。 :-:  图6-27　M4消息示例 由图6-27可知： * AP将计算R Hash1和R Hash2。其使用的PIN码为用户通过AP设置界面输入的PIN码。很显然，如果AP设置了错误PIN码的话，STA在比较R Hash 1/2和E Hash 1/2时就会发现二者不一致，从而可终止EAP-WSC流程。 * Encrypted Settings为AP利用KeyWrapKey加密R-S1得到的数据。 **3、M5和M6** M5消息和M4消息类似，如图6-28所示。 :-:  图6-28　M5消息示例 图6-28所示的Encrypted Settings为STA利用KeyWrapKey加密E-S1得来。 M6消息如图6-29所示。 :-:  图6-29　M6消息示例 图6-29所示的M6消息中，Encryped Settings为AP利用KeyWrapKey加密R-S2而来。 **4、M7和M8** 由M5、M6的内容可知，STA的M7将发送利用KeyWrapKey加密E-S2的信息给AP以进行验证，如图6-30所示。 :-:  图6-30　M7消息示例 当AP确定M7消息正确无误后，它将发送M8消息，而M8将携带至关重要的安全配置信息，如图6-31所示。 :-:  图6-31　M8消息示例 图6-31中，安全配置信息保存在Encrypted Settings中，它由KeyWrapKey加密。WSC规范规定，当Enrollee为STA时（对Registrar来说，AP也是Enrollee），Encrypted Settings将包含若干属性，其中最重要的就是Credential属性集合，该属性集的内容如表6-6所示。 :-:  表6-6 Credential属性集合的内容 由表6-6可知，当STA收到M8并解密其中的Credential属性集合后，将得到AP的安全设置信息。很显然，如果不使用WSC，用户需要手动设置这些信息。使用了WSC后，这些信息将在M8中由AP发送给STA。 接下来，STA就可以利用这些信息加入AP对应的目标无线网络了。 **5、EAP-WSC总结** EAP-WSC M1～M8一共涉及8次EAP包交换，每次帧交换的内容如图6-32所示。 :-:  图6-32　EAP-WSC帧交换内容 图6-32对前面几小节所提到的EAP-WSC帧内容进行了简化，其中： * Description代表UUID、Manufacturer、MAC地址等信息。 * PKE和PKR代表D-H算法的Enrollee方的Key以及Registrar方的Key。 * M*x代表没有包含HMAC-SHA-256结果的第X次消息内容。 * HMACAuthenKey代表利用AuthenKey和HMAC-SHA-256算法进行计算。 * ENCKeyWrapKey代表利用KeyWrapKey进行加密。 * “[…]”中的内容为可选信息。 * N1和N2分别代表Enrollee和Registrar的Nonce。 STA处理完M8消息后，将回复WSC_DONE消息给AP，表示自己已经成功处理M8消息。接下来的工作就如图6-7所示一样。 * AP发送EAP-FAIL以及Deauthentication帧给STA。STA收到该帧后将取消和AP的关联。 * STA将重新扫描周围的无线网络。由于STA以及获取了AP的配置信息，所以它可以利用这些信息加入AP所在的无线网络。 以上对WSC理论知识进行了一番介绍。其中有一些知识点请读者注意。 * WSC的组成结构。规范中定义了AP、Enrollee和Registrar三大组件。日常生活中比较常见的实体是作为Enrollee的智能手机，以及集成了AP和Registrar功能的无线路由器（StandaloneAP）。 * WSC拓展了802.11 IE的内容，而WSC IE包含了由WSC定义的不同Attribute。了解这些Attribute的作用对于理解WSC非常重要。另外，规范还对管理帧包含什么样的Attribute有严格规定。 * STA和Standalone AP使用RP协议交互的流程如图6-7所示。另外，请读者掌握EAP-WSCM1到M8帧包含的属性及作用。 >[info] 注意　完整的WSC规范所包含的知识点比本节阐述得要多。在此，建议读者先学完本章内容后再去研读WSC规范。 下面来看Android中WSC相关的实现代码。如果读者真正掌握本节所示知识点的话，下面一节的学习过程将非常轻松。