WPA/WPA2无线网络密码破解原理与实践

前言

本文详细解析WPA/WPA2无线网络密码的破解原理，通过分析802.11协议、四次握手过程以及实际抓包破解过程，揭示无线网络安全的脆弱性。研究源于智能家居IoT安全讨论，发现通过特定技术手段可以捕获并破解WPA/WPA2握手包中的密码信息。

技术原理

802.11协议基础

IEEE 802.11是无线局域网标准，定义了MAC帧结构：

1. MAC帧组成：

   • 帧头（包含帧控制字段）
   • 可变长度帧体
   • 32位CRC校验（FCS）

2. 帧类型：

   • 管理帧：网络管理（Beacon、Authentication、Association等）
   • 控制帧：协助数据传输（ACK、RTS/CTS）
   • 数据帧：传输实际数据

3. 关键帧：

   • Beacon帧：AP周期性广播网络信息
   • Deauthentication帧：断开STA与AP的连接
   • Authentication帧：认证请求/响应

WPA/WPA2安全机制

WPA/WPA2采用802.1X认证框架和加密算法：

1. 认证方式：

   • 企业版：802.1X/EAP
   • 个人版：PSK（预共享密钥）

2. 加密算法：

   • TKIP（WPA）
   • CCMP（WPA2，基于AES）

3. 密钥层次：

   • PMK（Pairwise Master Key）：由PSK和SSID生成
   • PTK（Pairwise Transient Key）：用于加密单播数据
   • GTK（Group Temporal Key）：用于加密组播/广播数据

破解过程详解

1. 抓包准备

工具：

• 支持监听模式的无线网卡
• Scapy（Python网络包处理库）
• Aircrack-ng套件

步骤：

1. 将网卡设置为监听模式
2. 扫描周围AP，获取目标BSSID和信道
3. 监控目标AP下的STA设备

2. 强制断开连接

通过发送Deauthentication帧使STA与AP断开连接，原理：

• 伪造AP向STA发送断开指令
• 或伪造STA向AP发送断开请求
• STA会尝试重新连接，产生握手包

Scapy实现：

from scapy.all import *
# 发送Deauth帧（AP→STA）
sendp(RadioTap()/Dot11(addr1=target_sta, addr2=ap_bssid, addr3=ap_bssid)/Dot11Deauth(), count=100, iface="wlan0mon")

3. 捕获四次握手

四次握手过程：

1. AP→STA：发送ANonce（随机数）
2. STA→AP：发送SNonce和MIC（消息完整性校验）
3. AP→STA：发送GTK和安装密钥指令
4. STA→AP：确认密钥安装

关键点：

• 第二次握手包含由密码生成的MIC
• 捕获完整的四次握手证明密码验证成功

4. 密码破解原理

MIC计算流程：

1. 根据SSID和密码生成PMK：
   PMK = PBKDF2(passphrase, ssid, 4096, 32)
2. 结合Nonce和MAC地址生成PTK：
   PTK = PRF(PMK, "Pairwise key expansion", min(AP_Mac, STA_Mac) + max(AP_Mac, STA_Mac) + min(ANonce, SNonce) + max(ANonce, SNonce))
3. 提取KCK（PTK前16字节）计算MIC

破解方法：

• 暴力破解：尝试字典中的每个密码，计算MIC并与捕获的比对
• 优化：使用GPU加速（如EWSA）、彩虹表等

实际攻击限制

1. 必要条件：

   • 网络使用WPA/WPA2-PSK
   • 捕获到完整的四次握手
   • 密码在字典中或可被暴力破解

2. 防护措施：

   • 使用WPA3（SAE认证）
   • 设置复杂密码（>12字符，大小写+数字+符号）
   • 启用MAC地址过滤
   • 定期更换密码

WPA3改进

WPA3通过SAE（Simultaneous Authentication of Equals）替代PSK：

• 每次连接生成不同的PMK
• 防止离线字典攻击
• 提供前向保密性

防御建议

1. 升级到WPA3
2. 禁用WPS功能
3. 隐藏SSID（有限效果）
4. 使用企业级认证（802.1X）
5. 监控异常Deauth帧

法律与道德

请注意：

• 未经授权攻击他人网络是违法行为
• 本文仅用于安全研究和防御目的
• 测试请确保在授权环境中进行

参考工具

1. Aircrack-ng套件
2. Scapy
3. Hashcat（GPU破解）
4. EWSA（商业破解工具）
5. Wireshark（协议分析）

通过深入理解WPA/WPA2的认证机制和密钥交换过程，可以更好地保护无线网络安全，同时也有助于安全研究人员发现和修复潜在漏洞。