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：
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。
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：
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。
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。
PTK由5部分组成，如下：
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：
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：
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：
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：
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。
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：
MP_ADAPTER_CANNOT_SEND_PACKETS宏定义如下：
MP_ADAPTER_CANNOT_SEND_MASK掩码定义如下：
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：
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。
WlanSetInterface的OpCode码为12，对应：
wlan_intf_opcode_current_operation_mode（12），具体代码如下：
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：
WIFI信标帧格式如下
| DOT11_MGMT_HEADER | DOT11_BEACON_FRAME | DOT11_INFO_ELEMENT | INFO... |
其中DOT11_MGMT_HEADER、DOT11_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：
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：
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：
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：
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。
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：
其中ProType=3表示是Key，Key描述数据结构如下：
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。
