WIFI 企业级认证手段 EAP-TLS介绍

EAP-TLS（EAP-Transport Layer Security）被认为是WLAN网络里最安全的认证方法，因此被企业广泛采用。本文会针对EAP-TLS的基本原理进行介绍。

在介绍原理之前，先介绍下WLAN网络里认证加密手段涉及到的一些基本概念。

1 802.1x

 IEEE 802.1X 使用认证服务器在无线网卡和无线访问点（AP）之间提供基于端口的访问控制和相互认证。采用EAP作为认证消息交互协议。 如下图所示：

• 三元结构

• Supplicant ：要访问网络的设备，通常是 802.11 客户端；

• Authenticator ：客户端和认证服务器的中间设备，在客户端和认证服务器之间传递信息。对于无线网络来说通常为无线访问点（ AP ）

• Authentication Server （认证服务器）：对 Supplicant 进行实际身份验证的设备，通常 RADIUS ）服务器

•业务端口为受控端口，初始处于关闭状态，鉴权通过后打开，终端可使用该业务端口鉴权完成后，终端与鉴权服务器协商生成主密钥 PMK ，该主密钥由鉴权服务器分发给 AP

总结一下，WLAN的企业级认证都需要一个认证服务器，充当Authenticator Server的角色。终端（Supplicant）只有通过认证服务器的认证，才能打开受控的业务端口，进行正常网路的访问。AP充当了Authenticator的角色。

 2 EAP 和 EAPOL

    上面提到了802.1x协议使用EAP协议进行认证消息的传递，因此EAP主要充当消息传递的功能。常见的EAP-TLS，EAP-TTLS，EAP-MSCHAPv2等，都是基于EAP来传递认证协议。

    EAP（RFC2284/3748）需要封装在WLAN的数据帧里进行传输，因此EAPOL（EAP over Lan）作为一种封装格式，用来在Wlan数据帧里传送EAP消息，具体封装格式如下图：

    

 EAP的格式定义如下：

其中code有四种取值：

EAPOL(802.1x authentication)的code有5种取值:

3  各种KEY的生成原理 

  我们家庭里面的WIFI最常用的是密码方式的认证，也就是AP上预先配置一个密码，手机去连接AP的时候，输入正确的密码即可连接AP并传输加密数据。其实这个背后有一些列的密码处理过程。WLAN的802.11i协议定义了一个完整的密钥生成体系，如下图：

Ø MSK: Master Session Key

Ø PMK  Pairwise Master Key

Ø PTK  Pairwise Transient Key

Ø KCK Key Confirmation Key ,EAPOL-Key 用于四次握手的消息完整性保护

Ø KEK Key Encryption Key ， EAPOL-Key 用于四次握手的消息加密

Ø TK   Temporal Key ， 用于后续的 单播 数据加密

Ø GMK:  Group master key

Ø GTK: groupTransient Key

Ø TK  Temporal Key,

   用于组播数据加密

 从上图可以看出，首先要生成最顶层的MSK；MSK对于家庭的AP，可以简单理解为就是连接AP时候需要输入的不少于8位密码。而对于企业级的Wlan网络，则需要通过EAP-TLS，EAP-TTLS，EAP-MSCHAPv2等认证方法来生成。

 其次，要生成第二层的PMK，对于家庭AP，PMK=pdkdf2_SHA1(passphrase，SSID，SSID length，4096)；Passphrase（8-63字符），就是连接AP用的密码；

对于企业级的wlan网路，PMK =L(MSK, 0, 256)，MSK前256bit。对于AP来说，每一个终端S都有各自的PMK，用PMKID来管理：PMKID = HMAC-SHA1-128(PMK, "PMK Name" || AA || SPA)

 最后，就是第三层的PTK的生成，

Ø PTK  Pairwise Transient Key

Ø 通过 4 次握手过程，从 PMK 衍生

Ø PTK ← PRF-X(PMK, “Pairwise key expansion”, Min(AA,SPA) || Max(AA,SPA) ||Min( ANonce,SNonce ) || Max( ANonce,SNonce ))；PTK是由 PMK+   MAC （ AA ）＋无线网卡 MAC （ SPA ）＋ AP 产生的随即值（ ANonce ）＋ wifi 产生的随机值（ SNonce ），五个值通过 SHA256 和 MD5 算法得到的，这种算法是不可逆的；

4 EAP-TLS 

所以从上面的介绍可以看出，EAP-TLS主要利用在客户端和服务器端的证书来生成MSK。有了MSK后，再通过算法映射为PSK，然后再通过4次握手的协商过程完成PTK/KCK/KEK/TK的生成。

因此，EAP-TLS最重要的就是确保证书要在客户端和服务器端都正确可靠的安装。

认证服务器和AP之间采用Radius协议传输认证报文

AP和客户端之间使用EAP传输TLS交互报文；

整个交互流程其实就是TLS的报文交互过程（生成MSK）和四步握手过程（生成其他Key）这两部分的组合,如下图：