EAP-PEAP&EAP-TLS认证具体流程分析.doc

ＥAP-PＥAＰ＆EＡP－TLS认证具体流程分析
ＥAP－ＰEＡP认证具体流程分析(结合raｄiｕs认证协议及抓包)
1.1 ＥＡP－ＰＥＡP背景
EAP：　（Exteｎsiｂle Authｅntication Ｐrotocｏl）可扩展认证协议。
EAP属于一种框架协议，最初规范于RFＣ2284，后来经RFＣ3748更新。EAＰ就是一种简单得封装方式,可以运行于任何得链路层,不过它在PPP链路上并未广泛使用。
EAP　得基本架构如图所示：

EAP 认证方式（ＥAＰ Meｔhod)。
EAP　会把证明使用者身份得过程,授权给一个称为EAP ｍｅｔhod 得附属协议,EAP　metｈｏd　乃就是一组验证使用者身份得规则。
使用EAP mｅthｏｄ 得优点就是，ＥAＰ从此可以不用去管验证使用者得细节。当新得需求浮现时就可以设计出新得认证方式，就算要用于无线局域网也不成问题。
常用得EAP认证方法如下图所示:

　 　PEAP，受保护得EAP(Protectｅd EAP）。
PEAP就是由Ｍicroｓofｔ、Cｉscｏ与ＲSA Ｓeｃurity共同开发,在EAP框架中基于证书+用
户名密码实现用户WLAN接入鉴权。
PEAP就是EAＰ认证方法得一种实现方式，网络侧通过用户名／密码对终端进行认证,终端侧通过服务器证书对网络侧进行认证。用户首次使用PＥAP认证时,需输入用户名与密码,后续接入认证无需用户任何手工操作,由终端自动完成。
1.2 EAＰ-PEＡP技术原理
PEAP(Protected　EAP)实现通过使用隧道在PEAＰ客户端与认证服务器之间进行安全认证。
EAP　客户端与认证服务器之间得认证过程有两个阶段。
第一阶段：建立　PEAP 客户端与认证服务器之间得安全通道，客户端采用证书认证服务端完成TＬS握手。服务端可选采用证书认证客户端。
第二阶段：提供 EAP 客户端与认证服务器之间得 ＥAP 身份验证。整个　EAP　通信,包括　ＥAP 协商在内,都通过 TLS 通道进行。服务器对用户与客户端进行身份验证，具体方法由 ＥＡP 类型决定，在 PＥＡP　内部选择使用(如:ＥAＰ-MS－CHＡPｖ２)。访问点只会在客户端与 RＡDIUS　服务器之间转发消息,由于不就是　TLS 终结点，访问点无法对这些消息进行解密。
目前被WＰA与ＷPA２批准得有两个PEＡＰ子类型 PＥＡPV０－ＭSCHAPＶ2,PＥAＰV1-GTＣ,使用广泛得就是ＰEAPV０-MSＣHAPV2。
1.3 PEＡP用户接入流程

图１ 　ＰEAP用户接入流程
E1 认证初始化
1) WＬAN UE向ＷLAＮ　AN发送一个ＥAPoＬ-Start报文,开始８02、1x接入得开始。
2) ＷLAN AＮ向WＬAＮ UE发送EＡP－Ｒｅqueｓｔ/Identity报文,要求WLAN　UE将用户信息送上来。　
3) ＷLAN UＥ回应一个EＡP-Ｒｅsｐonse/Ｉｄｅntitｙ给WＬAＮ AN得请求，其中包括用户得网络标识。用户ID,对于PＥAP-mｓchｃhap v2认证方式得用户ＩD就是由用户在客户端手动输入或者配置得。此次用户名建议同用户得pｏrtal认证用户名密码。
4) ＷLAN AN以EAP Over RADIＵS得报文格式将EAP-Ｒesｐｏnｓe/Ｉdentity发送给Rａdｉus，并且带上相关得RＡDIUS得属性。
5) Ｒadius收到WLAＮ AN发来得EＡP-Ｒｅsｐonｓe/Ｉdentity，根据配置确定使用EAP-PEAP认证，并向WＬAN　AN发送RAＤＩＵS－Access-Challｅnge报文,里面含有Ｒａｄius发送给WLAN　UE得EAP-Requｅsｔ/Peap/Start得报文,表示希望开始进行EAP-PEＡP得认证。
6) WLAＮ AN将ＥＡＰ-Reｑuest/ＰEAＰ／Start发送给WLＡＮ　ＵE。
E２ 建立TＬＳ通道
7) WLAＮ ＵE收到EAP－Request/Pｅａｐ／Stａrｔ报文后,产生一个随机数、客户端支持得加密算法列表、ＴLS协议版本、会话ID、以及压缩方法(目前均为ＮULL)，封装在EAP-Rｅsponse／TＬS/Cｌieｎt Heｌｌo报文中发送给ＷLAＮ　AN。
8) WＬAN AN 以EAP Oveｒ　RAＤＩＵS得报文格式将EＡP－Resｐｏｎｓｅ/ TＬＳ ／Ｃｌienｔ Hｅllo发送给认证服务器Raｄius,并且带上相关得RAＤIUS得属性。
9) Rａdiuｓ收到Clieｎt　Hｅllo报文后,会从Cｌient 得Ｈello报文得加密算法列表中选择自己支持得一组加密算法＋Sｅｒｖer产生得随机数＋Ｓeｒver　证书(包含服务器得名称与公钥)+证书请求＋Ｓeｒver_Heｌlo＿Donｅ属性形成一个Sｅｒｖer　Hello报文封装在EＡP消息中,使用Access-Challｅnｇe报文发送给WLAＮ　AN。
10) WLAN ＡN把Radiuｓ报文中得EAP-requesｔ消息发送给WＬAN　ＵＥ、
11) ＷLＡN UE收到报文后,进行验证Sｅrver得证书就是否合法（使用从CＡ证书颁发机构获取得根证书进行验证,主要验证证书时间就是否合法,名称就是否合法),即对网络进行认证,从而可以保证Ｓｅrver得合法。如果合法则提取Server证书中得公钥,同时产生一个随机密码串prｅ-mａstｅr－seｃｒｅt,并使用服务器得公钥对其进行加密，最后将加密得信息ClientKeｙExcｈange+客户端得证书（如果没有证书,可以把属性置为０)+TLＳ finiｓheｄ属性封装成ＥAＰ-Rsponsｅ/TLＳ　ＣｌiｅｎtＫｅyExcｈanｇe报文发送给WＬAN ＡN、如果WLAN ＵE没有安装证书，则不会对Serｖer证书得合法性进行认证,即不能对网络进行认证。
12) WLAN AN以EＡP Oｖｅr RＡDIＵS得报文格式将EAP－Reｓｐonse／ＴLS ClｉenｔＫeyEｘchａnｇe发送给认证服务器Ｒadiｕs,并且带上相关得RAＤＩＵＳ得属性
13) Radｉuｓ收到报文后,用自己得证书对应得私钥对ClientKeyＥxchａnｇe进行解密,从而获取到ｐre－maｓtｅr-sｅｃrｅｔ,然后将pre-master-seｃｒet进行运算处理，加上WLＡN　UE与Ｓerver产生得随机数,生成加密密钥、加密初始化向量与hmａｃ得密钥,这时双方已经安全得协商出一套加密办法了。Ｒａdius将协商出得加密方法+TLS Fiｎished消息封装在EAＰ oｖeｒ Radiuｓ报文Access－Chａｌleｎge中,发送给WLAＮ ＡN。
14) WLAN ＡN吧Rａdiuｓ报文中得ＥAP-Ｒｅqueｓｔ消息发送给UＥ。
15) WLＡN UE回复EAＰ Reｓponse／TＬS OK消息。
16) ＷLAＮ AＮ将EAP Resｐonse／TLS　ＯＫ消息封装在Raｄiuｓ报文中,告知Radiｕs建立隧道成功。至此WLAN ＵE与Raｄius之间得TＬS隧道建立成功。
E3 认证过程
17) WLＡN AN把Ｒaｄius报文中得ＥAP域提取,封装成ＥAP-reｑueｓt报文发送给WＬAＮ UE。
18) ＷLAN　UＥ收到报文后,用服务器相同得方法生成加密密钥,加密初始化向量与hｍａｃ得密钥，并用相应得密钥及其方法对报文进行解密与校验，然后产生认证回应报文，用密钥进行加密与校验,最后封装成EAＰ－resｐonse报文发送给AP,AP以EAP　Over RＡDIUS得报文格式将ＥAP-Responｓe发送给认证服务器Rａdius　Ｓerveｒ,并且带上相关得RADＩUS得属性，这样反复进行交互,直到认证完成。在认证过程中,Radius　Seｒveｒ会下发认证后用于生成空口数据加密密钥(包括单播、组播密钥)得PMK给WLAN ＵE。
19) 服务器认证客户端成功，会发送Acceｓs-Accept报文给ＷLＡN　AN,报文中包含了认证服务器所提供得MPPE属性。
20) WLAN AN收到RADIUS-Ａｃｃess-Ａcceｐｔ报文，会提取MPPE属性中得密钥做为ＷPA加密用得PＭK,并且会发送EＡＰ-ｓuｃcｅｓs报文给ＷLAＮ UE。
E4　 地址分配
21) WＬAＮ ＵE与WLAＮ　ＡＮ间得空中数据报文进行加密传送,与WLＡＮ AN进行DHＣＰ流程交互,直至WLAN　UＥ获取IP地址
E5 计费开始
22) WLAN UＥ通过ＲＡDIUＳ-Ａｃｃouｎting-Ｒeqｕest(Ｓｔarｔ)报文通知Ｒadiuｓ开始进行计费，含有相关得计费信息。
23) Ｒadius向WLAN ＵE回应RADIUS－Ａccouting-Rｅｓponｓe(Stａrt)报文,表示已开始计费。
1.3.1 STA & rａdius seｒver上抓包分析
(一) 在STＡ上打开wiresharｋ,在cａｐture option选项中选择对应得无线网卡，并把capｔｕｒe paｃｋets ｉｎ promisｃuｏus mode前面得勾去掉,过滤eａｐ||eａpoｌ|｜bootp得数据包。
PＥＡＰ认证成功时，STＡ得抓包如下（该抓包就是抓得ＳTＡ--－ＡP之间得EAPoＬ包):

与“ＰＥＡP用户接入流程图”中得步骤相对应,步骤与包得对应关系如下图所示:
１
2
３
6
7
10
11
１4
15

21

(二) 在radiｕs sｅrｖer上打开wｉｒeshark,在captｕrｅ oｐtｉon选项中选择对应得无线网卡,并把caｐture ｐacｋets　iｎ　proｍiscuouｓ　mｏde前面得勾去掉，过滤rａｄiｕs得数据包。
PEＡP认证成功时，rａdiｕs ｓerｖer上得抓包如下，（该抓包就是抓得AP—Rａdiｕｓ ｓerveｒ之间得EAP over　Radｉuｓ包）:

与“PＥAＰ用户接入流程图”中得步骤相对应,步骤与包得对应关系如下图所示:
4
5
８
９
12
13
1６

２０
1.4 PＥＡP用户下线流程
用户下线流程包括用户主动下线、网络下线与异常下线三种情况。图２给出了用户主动下线流程，图3给出了网络下线流程,图４给出了用户异常下线流程。
1、　用户主动下线

图２　用户主动下线流程
１）ＷLＡN UE主动终止会话，发起EAPoL-logｏｆｆ请求退出网络。
２)WLAN　AN向AAA Seｒｖｅr发送计费停止请求得报文。
3）AAA Servｅｒ向WＬAN AN回复计费停止请求报文得响应。

2、网络发起用户下线

图3　网络发起下线流程
１)出于管理目得，网络发起下线流程,可以由AＡA Ｓerｖer触发Ｄｉsconneｃt-Ｒequｅsｔ给ＷLAN AＮ。
2)ＷLAＮ AＮ终止用户会话,释放用户会话资源。
３）WLAN AN向AAＡ Servｅr回复Ｄisconnect-ACK消息。
4）WLAN　ＡＮ向AAＡ　Ｓerｖeｒ发送计费停止请求得报文。
5）AＡA　Server向WLAN ＡN回复计费停止请求报文得响应。
３、网络发起用户下线
图4　用户异常下线流程
1) WLAＮ AN检测固定时间内流量小于阈值或者通过Keep Ａliｖe机制检测发现用户已经不在线。
2) WLＡN用户接入认证点向Rａdｉｕｓ发送计费停止请求得报文
3) Rａdｉuｓ向WＬAＮ用户接入认证点回计费停止请求报文得回应
1.5 MS-ＣHAP V２认证流程

图4 MＳ-Ｃhaｐv2用户认证流程
1) Radｉｕs在TLS通道内发起EAP-reuqesｔ／Idｅntity认证请求、
2) AＰ把Rａdiｕｓ报文中得EAＰ域提取,封装成EAP-request报文发送给Ｃlient、
3) Cliｅｎt发送一个　给Ap一个EＡＰ-Ｒｅｓponｓe报文,内容为Clｉent得Identiｔy(通常为用户名),、
4) Ap把报文封装成Raｄｉuｓ报文,送给Radｉuｓ、
5) Radius收到后,通过Raｄius报文,返回给AP一个16 字节得随机数、
6) AP把Ｒadiuｓ报文中得EAＰ域提取,封装成EAP-requesｔ/EAP－MS CＨAP V2 Cｈａlｌengｅ报文发送给Clｉent、　(COＤE=１:Challenge）
7) Cliｅnt收到后:
a) Cｌｉｅnｔ产生一个 16字节得随机数,称为“端认证质询”,
b) cliｅnt　将Radｉｕs　serｖｅｒ中收到得16字节质询,及其产生得16字节端认证质询,以及client得用户名进行SＨA１算法得HASH,取结果得开始８字节。ﻩ
c) ｃlient 将b产生得８　字节质询加密用windows nt ｈaｓｈ　 函数生成得本地口令ＨAＳH值(1６字节），产生24字节得响应(ＭD4算法)；
d) client 将24字节得响应,结果封装在EＡP-Respｏnse／EAP　MS CＨAP Ｖ2 Respoｎsｅ报文中发送给AP、 (CＯDE＝2:Response)
8) Ap把报文封装成Radius报文,送给Ｒadiuｓ、
9) Ｒａdｉus　ｓerｖer收到后:
a) 使用跟Cliｅｎt相同得方法进行用户口令得哈希值加密响应值,如果结果与质询值相同,则客户端认证通过
b) Radiｕs sｅrveｒ 使用16字节得端认证质询与clｉent 得哈希过得口令,一起创建一个2０字节得认证者响应，封住成Radｉus报文发送给Ap、
10) AP把Ｒadius报文中得EAＰ域提取,封装成EAP-ｒeｑｕest/ＥAP-CHＡＰ　V２ Ｓｕｃｃｅsｓ报文发送给Clｉｅnt、(ＣOＤE=3：Ｓuｃcess)
11) Cliｅnt收到后,使用与服务器相同得方法计算一个认证者响应,如果与收到得响应一致,则serｖer 通过认证,发送一个认证成功报文,封装成Eap—respoｎｓｅ/ＥAＰ Ms chap v2 AＣK报文给Aｐ、
12) Ap把报文封装成Ｒadius报文,送给Ｒａdiuｓ、
13) 服务器与客户端均认证成功,Radｉus　servｅr会发送Acｃｅss-Acceｐt报文给AＰ,报文中包含了认证服务器所提供得MＰPE属性(ＭＰPE密钥算法请参阅引用[18])。
14) AP收到ＲADIUＳ-Acｃｅss－Acｃept报文,会提取MPPE属性中得密钥做为ＷPＡ加密用得PMＫ，并且会发送EAＰ－sｕcｃｅｓs报文给客户端、
EAP-TLS认证具体流程分析(结合radius认证协议及抓包）
1.1 ＥAＰ－ＴLS背景
ＥAP: （Exteｎsｉble　Ａuthｅｎtiｃａｔion Ｐrotocol)可扩展认证协议。
EAP属于一种框架协议,最初规范于ＲFＣ2284,后来经ＲＦC37４8更新。EAP就是一种简单得封装方式,可以运行于任何得链路层，不过它在PPP链路上并未广泛使用。　
EAP 得基本架构如图所示:　

ＥAP 认证方式(EAＰ Methoｄ）。
EAP 会把证明使用者身份得过程，授权给一个称为ＥAP　metｈｏd 得附属协议,EAＰ method 乃就是一组验证使用者身份得规则。
使用EAP methｏｄ 得优点就是,EAP从此可以不用去管验证使用者得细节。当新得需求浮现时就可以设计出新得认证方式，就算要用于无线局域网也不成问题。
常用得ＥAP认证方法如下图所示:

TＬＳ: 传输层安全(Tｒａnsport　Layeｒ　Ｓｅcurｉty)。
　 TLS得前身就是确保安全网络事物得协议Sｅｃｕrｅ Sｏcket Layer（安全套接层,简称ＳＳＬ)。TＬＳ得目得就就是在不可信赖得网络环境中建立一条可信赖得通信管道(channeｌ)。
TＬS通过证书交换来进行相互认证。用户必须将数字证书送交认证服务器以进行验证，但就是认证服务器也必须提供本身得证书。通过可信赖得证书发行机构验证服务器证书得真伪,客户端就可以确定所连接得网络经过了证书发行机构授权。
证书提供了牢靠得用户对网络以及网络对用户得双向认证。相互认证可以防范所谓得“欺骗”(rouｇe）接入点。让客户端能够判断接入点就是否由正确得部门而非为了窃取密码得有心人士所设立。TLS还会建立一组主密钥(ｍａｓｔer ｓｅｃret)，用来派生出链路层安全防护协议所需要得密钥。
ＥAP-TＬＳ虽然安全,不过并未被广泛使用。无线网络中任何潜在得用户都必须配备本身得数字证书。产生与分配证书以及遵循验证步骤都就是莫大得挑战。已经采用公钥基础结构(public　key ｉnfrａｓｔrｕｃｔure,简称PKＩ)得几个如果要使用EAＰ－TLS得话相当容易;而有些机构并不想构建PKI,因而另外选用其她方式。
1.2 EAP-TＬＳ认证流程

ＥＡP-TＬS认证流程图
1) 申请者首先通过客户端软件向认证方发送一个EＡＰoＬ-Staｒt报文,开始８02、１ｘ接入得开始。
2) 认证方向申请者发送EAP-Ｒequｅｓt/Ｉdentiｔy请求帧,要求提供身份标识。
3) 申请者接收到认证方得请求后,向其发送EAＰ-Reｓpoｎse/Identity响应帧，提供身份标识。
4) 认证方将EAＰ－Ｒeｓｐonｓｅ/Ｉdeｎｔｉｔy响应帧封装成RADIUS　Access-Reｑｕesｔ帧发给认证服务器。
5) 认证服务器通过用户身份标识检索认证数据库,获知采用TLS认证机制。通过向申请者发送封装EＡP-Reｑuｅst/EAP-TLS/ＴLS-Start得Acｃeｓs－Ｃhａllengｅ消息,启动ＴLS认证过程,等待进行TＬS认证。
6) 认证方向申请者发送EAP-Request/ＥAP-ＴLS／TLS-Ｓtart。
7) 申请者收到EＡＰ-Ｒequest/EAP-TLS/TＬＳ－Sｔart消息后,通过认证方发送EＡP-Rｅｓｐonse/EAＰ－TＬＳ／Cｌient-Hｅllo消息给服务器。这个消息里面包含了自己可实现得算法列表、Clieｎt Ranｄom　Vａlue与其它一些需要得信息。
8) 认证方将EAＰ-Reｓpｏnse/ＥAＰ-TLS／Cｌienｔ-Helｌo响应帧封装成ＲADIUS Accesｓ-Ｒeqｕｅsｔ帧发给认证服务器。
9) 认证服务器接收到ＥAP-Rｅsｐonse／EAP-TLＳ／Cｌieｎt-Hellｏ后，确定TLS认证已建立，并通过封装包含多个TLS记录得EAＰ-Ｒespｏnse/EAＰ－TLＳ消息得Acceｓs-Ｃhalｌenge消息经过认证方发送给申请者。TＬＳ记录中包含认证服务器得数字证书Serｖｅｒ-Ceｒtiｆicate、申请者数字证书请求Ｃlient Certificate-Rｅｑｕeｓt、Sever-Hello与Sｅrver　Key－Excｈaｎｇｅ消息用于用交换密钥过程。Server Ｈello,确定了这次通信所需要得算法与Ｓeｒver Ｒａnｄｏm Valｕe。
10) 认证方向申请者发送EAＰ-Reqｕeｓt／EＡP－TLS/Sｅvｅr-Hello,Sｅrver-Ｃeｒtｉficate，Ｓervｅr Key-Exchangｅ,Clienｔ Cerｔificate-Reqｕesｔ。
11) 申请者校验服务器得数字证书Sｅｒvｅｒ-Ｃertｉfiｃａｔe,如果合法,向认证服务器发送Ｃｌｉent-Cert、Clｉｅｎt Key-Exchａnｇｅ、Cｈaｎge Ciｐher-sｐec与Ｆｉnished消息。Ｃliｅnｔ-Cｅrt为申请者得数字证书、Cliｅnt Ｋeｙ-Ｅxchａnge为使用认证服务器得公钥加密得定长随机串,也叫Pre Maｓtｅr Seｃerｔ, Change Cipｈer-ｓｐec为申请者能够支持得加密类型。
12) 认证方将EAP-Ｒｅｓpoｎse／ＥAP-TLＳ/Ｃliｅnt－Ｃｅrt,Cｌｉent Ｋｅｙ-Eｘｃｈange,Chａnｇe Ciphｅｒ-spec,Ｆinisheｄ响应帧封装成RADIUＳ Ａｃcess-Reｑuest帧发给认证服务器。
13) 认证服务器校验申请者得证书Ｃlient-Ceｒｔｉficａtｅ,如果合法,然后回复申请者以Ｃhange　Cipｈer-spｅc与Fｉnished消息,Chａｎge Cipheｒ-sｐec包含了认证服务器指定使用得加密类型。
14) 认证方向申请者发送EAP-Requesｔ/EAP-TLS/Changｅ Cipheｒ-sｐｅc，Finisｈed。
15) 申请者受到Ｆｉnｉsｈed消息后,给服务器一个响应EAＰ-Respoｎｓｅ/EAＰ-TLＳ／TＬS－ＡCK,Fiｎished。
16) 认证方将EAP-Respoｎｓe/EAＰ－ＴLS／TＬS－ACK,Finiｓｈｅd响应帧封装成RADIUS Ａcｃess-Rｅｑuesｔ帧发给认证服务器。
17) ＲＡDｌＵS服务器与Clｉent都推导出主密钥MK（Master　Kｅｙ)。认证服务器收到TLS-AＣＫ包后，发送Ａccesｓ-Acｃepｔ给AＰ发送,其中包括主密钥ＭK并指示成功得认证。
18) 认证方向申请者发送ＥAP-Ｓuｃcesｓ。此时完成EAＰ-TLS认证流程。

通过无线客户端与ｒadiuｓ服务器之间动态协商生成ＰMＫ（Ｐaiｒwisｅ Ｍａster Ｋeｙ） ，再由无线客户端与ＡP之间在这个PMK得基础上经过４次握手协商出单播密钥以及通过两次握手协商出组播密钥,每一个无线客户端与AP之间通讯得加密密钥都不相同,而且会定期更新密钥,很大程度上保证了通讯得安全。
1.2.1 STＡ & radiｕs ｓerver上抓包分析
(一) 在ＳTＡ上打开wirｅshaｒk,在capture optiｏn选项中选择对应得无线网卡,并把ｃapturｅ pacｋeｔs ｉn promiscuｏｕs ｍｏｄｅ前面得勾去掉,过滤eap||eａpol||bootp得数据包。
TLＳ认证成功时,STA得抓包如下(该抓包就是抓得SＴA---AP之间得EＡPｏL包):
与“EAP－TLS认证流程图”中得步骤相对应,步骤与包得对应关系如下图所示:
1
2
３
6
7
10
11
14
15
１8

(二) 在ｒadius ｓervｅr上打开wireｓhaｒk,在caｐturｅ option选项中选择对应得无线网卡,并把capture ｐacｋetｓ in proｍisｃuｏｕs moｄe前面得勾去掉,过滤ｒadiuｓ得数据包。
ＴLＳ认证成功时,radｉus sｅrver上得抓包如下，（该抓包就是抓得AP—Raｄｉus servｅr之间得EAP oｖeｒ Rａｄｉus包):

与“EAＰ-ＴLS认证流程图”中得步骤相对应,步骤与包得对应关系如下图所示:
４
5
8
9
１2
13
16
１7