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WIFI WPA1/2 Crack for Windows

0x00 前言

目前WIFI WPA破解主要 以“aircrack-ng”为代表,运行于Linux系统( 如Kali Linux ),Windows系统比较少见,主要是Windows系统下WIFI网卡收发原始包比较困难,且缺少有主流WIFI网卡开源代码可参考。因此WPA破解通常流程是先在Linux机器(或Linux虚拟机)在抓取WPA 四次握手包,然后再通过以“Elcomsoft Wireless Security Auditor”为代表的密码字典爆破软件在Windows下进行破解。

0x01 WIFI协议基础

  • AP (Access Point): WIFI热点,通常是一个WIFI路由设备
  • SSID(Service Set Identity): AP的名称,0-32个字符组成
  • BSSID(Basic Service Set Identity): 基本服务集标识,通常是AP的MAC
  • STA(STATION): 连接到AP的客户端
  • DS: 分布式系统,多个AP可以组成分布式无线系统。
  • DA: 目标MAC地址
  • SA: 源MAC地址
  • WIFI数据帧: WIFI数据帧主要分为物理层、MAC层、数据层。物理层通常

由具体硬件处理,实际只需要考虑MAC(Media Access Control)和LLC(逻辑链路控制),具体数据帧如下:

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MPDU是MAC层的协议头,其中常用的是FrameControl字段和Addr1、Addr2、Addr3等。

  • ToDs/FromDS: 指明了MPDU地址格式,具体组合如下。

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WIFI协议的MPDU头长度不是固定的,是可变的。

Type/SubType:共同指明了接下来的数据帧的格式,其中Type 2bits,指明了帧类型,SubType 4bits,进一步指定了数据的具体格式。

Type 00/管理帧 01/控制帧 10/数据帧 11/保留

WPA破解时用到的主要有WIFI管理帧和数据帧,其中管理帧对应的SubType情况见下表:

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STA在登录AP前,首先需要通过一系列的管理帧,建立同AP的数据联系,然后才能实施登录并启用加密数传,同时WIFI管理帧是不加密的,具体流程如下:

序号 SubType 说明
1 8 Beacon,STA接受AP信标帧,感知到AP,获取SSID及AP参数
2 4 STA主动发送Probe探测请求
3 5 AP应答STA Prob Response
4 11 STA发送Authentication请求认证
5 11 AP应答Authentication请求,指示STA认证成功或失败
6 STA发送Association请求
7 1 AP应答Association Response

一旦STA完成上述流程后,STA和AP之间即可进行数据帧传输,以便接下来的WPA用户认证。

0x02 WPA密码破解原理

WPA-PSK(WPA个人版)在STA和AP建立数传后,使用了EAPOL(Extensible Authentication Protocol OVER LAN)协议处理用户的登录认证,具体由四次握手组成,如下图。

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AP首先向STA发送一个32字节的ANonce随机数(实际上一般是累加计数器),STA收到该随机数后,自己也产生一个32字节的SNonce随机数,同时根据这两个随机数以及登录密码计算出一个PTK(Pairwise Transient Key),具体计算过程如下:

1、PMK = PBKDF2(HMAC−SHA1, pwd, ssid, 4096, 256)

首先使用PBKDF2(Password-Based Key Derivation Function 2)算法生成一个32字节的PMK key,该算法需要执行4096*2轮,WPA破解时运算量主要集中在该key的计算,同时由于使用了SSID(0-32字符)进行salt,导致很难使用彩虹表进行预计算。

2、PTK = PRF-512(PMK, “Pairwise key expansion”, Min(AP_Mac, Sta_Mac) ||Max(AP_Mac, Sta_Mac) || Min(ANonce, SNonce) || Max(ANonce, SNonce))

PTK使用PRF-512(pseudo random functions 512bits)算法产生,通过PMK、固定字符串、AP_Mac、Sta_Mac、ANonce、SNonce六个输入参数得到一个64字节PTK。

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PTK由5部分组成,如下:

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WPA1 TKIP的PTK长度512bits,WPA2 CCMP的PTK长度为384bits,其中KCK用来计算WPA EAPOL KEY消息的MIC;AP使用KEK加密WPA EAPOL KEY消息的额外Key Data数据;TEK用于单播数据加密。

WPA破解最关键的部分就是通过KCK计算MIC,其算法如下:

WAP MIC= HMAC( EVP_sha1() , KCK , 16, eapol_data,eapol_size) WAP2 MIC = HMAC( EVP_md5() , KCK , 16, eapol_data,eapol_size)

总结一下WPA具体破解流程如下:

序号 说明
1 抓取4-way握手包,实际上只需要前两次即可
2 通过密码字典计算PMK
3 通过PMK、ANONCE、SNONCE、MAC1、MAC2计算PTK
4 通过PTK得到KCK,计算第2次EAPOL报文对应的MIC
5 同第2次EAPOL报文中MIC比较,匹配则密码正确

0x03 Window WIFI数据包收发

目前Windows下比较成熟的WIFI数据包收发软件是CommView for WiFi,该软件是一款商业软件,兼容的网卡较多,功能也比较强大。该软件的BMD目录下有一个比较通用的WiFi Capture Driver,结合互联网搜集整理的资料发现,Windows NDIS6框架下能够实现WIFI数据包收发功能,决定使用NDIS6 Filter Driver进行WIFI数据包收发。

调试开发环境

使用VirtualBox + VirtualKD + Windbg + RTL8187 USB WIFI网卡,目标系统Window7 x86,注意VirtualBox需要安装VirtualBox扩展包,否则无法将主机USB网卡切换到虚拟机中调试。 Windows WDK 7600编译环境,WDK中的filter、usbnwifi示例源码极具参考价值,filter是NDIS 6 NDIS Filter示例代码,usbnwifi是usb wifi网卡驱动的一个参考代码,在没有实际USB网卡驱动源码的情况下,可以大致了解底层网卡的一些实现细节。

WIFI数据嗅探

NDIS6框架下底层网卡最终通过调用NdisMIndicateReceiveNetBufferLists指示上层NDIS驱动接受数据包,查看该函数调用情况如下:

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主要有三个地方调用了该函数,分别是 MpHandleRawReceiveInterrupt 、MpHandleDefaultReceiveInterrupt、MpHandleSafeModeReceiveInterrupt,重点看前两个函数,在 MpAdjustReceiveHandler 函数中有如下初始化代码:

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很明显,这两个函数对应了不同网卡模式下WIFI网卡的数据接受函数,在WIFI破解时需要将网卡设置成monitoring mode。

MpAdjustReceiveHandler在 MpSetCurrentOperationMode 时被调用,在MpSetInformation函数中:

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OID_DOT11_CURRENT_OPERATION_MODE 是NDIS 标准WIFI OID请求,用来设置WIFI网卡的工作模式,定义的模式有:

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总结一下WIFI破解时,数据接受的处理流程就是:首先设置网卡为监控模式(混杂模式),然后在网卡驱动之上的Filter驱动里,处理原始数据包接受,通常可以先接受到临时队列里,再在应用层使用IoControl读取该队列,实现WIFI数据包嗅探。

WIFI数据发送

NDIS小端口驱动通过NdisMRegisterMiniportDriver注册驱动程序,注册的同时需指明Ndis数据发送函数。

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该函数中会首先检查网卡的状态,如果状态不合适就不会继续发送数据包,具体检查代码如下:

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MP_ADAPTER_CANNOT_SEND_PACKETS 宏定义如下:

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MP_ADAPTER_CANNOT_SEND_MASK 掩码定义如下:

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注意其中高亮的部分,很明显,微软的NDIS USB WIFI驱动示例代码默认是不允许在监控模式下发包的,鉴于WDK示例代码的权威性,有理由相信,采用该WDK模版代码修改的USB WIF驱动都不能在监控模式下发包,这也是Windows WIFI破解需要面临的一个大问题。

既然官方驱动不能在监控模式下发包,那么就只能自己动手了,直接给官方驱动打个简单的Patch,找到关键的检测位置,然后手动patch一下好了。当然实际厂商的驱动可能会有所不同,需要多调试和测试好。

总结下WIFI破解时,数据发送的处理流程如下:首先找一款支持监控模式下能发包的网卡和驱动(CommView for WIFI自带的驱动应该都可以),或者手动Patch好官方驱动,然后在应用层IoControl写Raw WIFI数据到Filter驱动,Filter构造NET_BUFFER_LIST,最后使用NdisFSendNetBufferLists将数据发送给底层WIFI网卡驱动。

0x04 WPA破解流程

WPA破解主要分为如下几个具体步骤,一是开启网卡嗅探模式,对周围WIFI数据包进行捕获,二是分析周围AP和STA的分布情况,为Deauth攻击做好准备,三是实施Deauth攻击,四是捕获EAPOL握手数据包。

开启网卡嗅探

NDIS6通过 OID_DOT11_CURRENT_OPERATION_MODE 设置网卡的工作模式,因此直接通过驱动发送OID设置网卡模式即可,该OID对应的参数数据结构为 DOT11_CURRENT_OPERATION_MODE ,具体如下:

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通过内核直接发送OID会出现一些问题,主要是Windows WIFI应用层不能即时获取通知,导致Windows应用层在嗅探模式设置功能后,尝试连接网络,出现模式干扰,但CommView就不会出现该情况。

分析CommView驱动后发现,CommView并没有在驱动里面进行具体模式的设置,而是在应用层ca2k.dll调用了Wlan API设置监控模式。

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WlanSetInterface的OpCode码为12,对应:

wlan_intf_opcode_current_operation_mode (12),具体代码如下:

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AP/STA探测

WPA破解时需要用到AP的SSID以及MAC地址,AP探测主要通过信标帧以及探测应答帧来实现,具体如下:

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WIFI信标帧格式如下

DOT11_MGMT_HEADER DOT11_BEACON_FRAME DOT11_INFO_ELEMENT INFO…

其中 DOT11_MGMT_HEADERDOT11_BEACON_FRAME 是固定的,AP的MAC地址可以从 DOT11_MGMT_HEADER 中获取,固定头后跟了一个 DOT11_INFO_ELEMENT 的列表,定义如下:

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需要依次遍历其中 ElementID ,获取AP的一系列属性,一些常用的ID定义如下:

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分别对应AP的SSID、当前频道、WPA2参数等。

STA的探测主要通过数据帧来实现,WPA破解目前只用到了STA的MAC地址,根据每个数据帧的FromDS、ToDS情况,解析数据包MAC地址,即可实现抓取在线通信的STA地址,具体如下:

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Deauth攻击

根据WIFI协议规定,客户端在接受到Deauth管理帧后,应该主动断开同AP的连接,一旦断开后,STA会自动尝试重连,这时就方便抓取EAPOL四次握手包了,因此成功实施Deauth攻击可以极大提高WPA破解的效率。

Aircrack里面的Deauth攻击模版如下:

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其中 /xC0/x00 指明了该帧是Deauth管理帧,最后的 /x02/00 指定了本次Deauth的Code码,Aircrack里是 /x06/x00 ,区别起见,修改了下。

发送Deauth攻击时,将DA替换成目标STA的MAC地址(或广播),SA、BSSID填上AP的MAC即可。

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EAPOL捕获

EAPOL帧的识别比较简单,因为802.1x数据帧前,LLC(逻辑链路控制)头会有一个标识0x888e,直接内存搜索即可定位EAPOL帧,稍微麻烦一点的是要确定当前EAPOL包在四次握手中次序,因为在实际网络嗅探时,有很大可能出现漏抓的情况。

EAPOL数据包格式如下:

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其中ProType=3表示是Key,Key描述数据结构如下:

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其中 KEY_INFO 数据定义了一系列的标志位,EAPOL四次握手时,各个阶段的标志位会不尽相同,通过分析这些标志位情况,可以获取其在四次握手时的次序。一旦监控到一次的完整四次握手,即可认为当前AP握手包抓取成功。

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