针对WPA3认证的802.11协议分析
i 一、对管理帧的关键参数分析
AP的认证方式，可通过802.11管理帧（Beacon帧、Probe Response帧）中的相关参数进行判断，以WPA/WPA2-Persoanl类型的AP为例进行具体说明：
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧（被动扫描）中的关键参数：
1、WPA（Wi-Fi访问保护）关键字段说明：
有这个字段说明该AP支持WPA安全认证
• Multicast cipher OUI：多播数据加密协议
• Unicast cipher OUI：单播数据加密协议
这个字段常用的OUI值有：
02 - TKIP
04 - CCMP
2、RSN Information（强健安全网络信息）关键字段说明：
• Group Cipher Type：组密钥类型
• Pairwise Cipher Count：成对密钥种类总数
• PairwiseKey Cipher List：可支持的成对密钥种类列表，该列表中列出了该AP可支持的加密协议种类OUI值。
• AuthKey Mngmnt Count：可支持的认证方式总数
• AuthKey Mngmnt Suite List ：可支持的认证方式列表，该列表中列出了该AP可支持的认证方式，其中的AKMP Suite OUI值说明了具体的认证方式，该参数常用取值有：
02 - PSK
08 - SAE Authentication with SHA-256 or using PMKSA caching with SHA-256 key derivation
AKMP Suite OUI参数的其他值可查阅IEEE 802.11标准协议（Table 8-101—AKM suite selectors）
二、对AP可支持的常见认证方式说明
- WPA/WPA2-Persoanl
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧（被动扫描）中的关键参数：
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说明：
- 有WPA字段说明该AP支持WPA认证方式，采用的加密方式为CCMP；
- 在RSN Information参数中可看出该AP可支持WPA2-PSK认证方式，采用的加密方式为CCMP；
- 综上，该AP支持WPA认证以及WPA2-PSK认证。
- WPA2-Personal
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧（被动扫描）中的关键参数：
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说明：
- 无WPA字段说明此AP不支持WPA认证方式；
- 在RSN Information参数中可看出该AP可支持WPA2-PSK认证方式，采用的加密方式为CCMP；
- 综上，此AP仅可支持WPA2-PSK认证方式。
- WPA2/WPA3-Personal
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧（被动扫描）中的关键参数：
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说明：
- 无WPA字段说明此AP不支持WPA认证方式；
- 在RSN Information参数中可看出该AP可支持WPA2-PSK认证方式和SAE认证方式（支持PMKSA caching），采用的加密方式为CCMP；
- 综上，该AP可支持WPA2-PSK认证方式和SAE认证方式。
- WPA3-Personal
该AP有两种类型：WPA3-SAE Mode和WPA3-SAE Transition Mode，分别说明如下：
• WPA3-SAE Mode
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧（被动扫描）中的关键参数：
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说明：
- 无WPA字段说明此AP不支持WPA认证方式；
- 在RSN Information参数中可看出该AP仅可支持SAE认证方式（支持PMKSA caching），采用的加密方式为CCMP；
- 综上，该AP仅可支持SAE认证方式（支持PMKSA caching）。
• WPA3-SAE Transition Mode
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧（被动扫描）中的关键参数：
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说明：
- 无WPA字段说明此AP不支持WPA认证方式；
- 在RSN Information参数中可看出该AP支持WPA2-PSK认证方式和
SAE认证方式（支持PMKSA caching）；
3）综上，该AP可支持WPA2-PSK认证方式和SAE认证方式（支持PMKSA caching）。
三、WPA3-Personal认证过程及策略说明
- STA与AP建立连接的各阶段简述
在一个BSS中，STA与AP之间通过扫描相互识别，扫描方式有主动扫描（STA通过AP释放的Beacon帧进行识别）和被动扫描（STA发送嗅探请求，AP进行嗅探回复进行相互识别）；双方感知到对方存在后，首先进行认证阶段，WPA2在此阶段采用开放系统认证（并不会严格验证身份的真实性，真实的身份会放在四次握手阶段进行验证），WPA3在此阶段采用SAE认证（该认证阶段会利用相关算法产生PMK，用于后续四次握手阶段）；认证结束后进入关联阶段（关联即为两个空口进行匹配，相当于有线网络中将两个网口通过网线进行连接），关联成功后进入四次握手阶段，该阶段双方会协商生成用于后续数据帧加密的组密钥。四次握手成功后，AP会在IP地址池中选择可用的IP为STA分配IP地址（DHCP阶段）用于后续的局域网通信。
综上，WPA2和WPA3的区别主要在认证阶段采用了不同的认证方式，并且在四次握手阶段有着不同的PMK生成过程。
如下为WPA2认证流程的数据包：
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如下为WPA3认证流程的数据包：
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说明：
Probe Req和Probe Rsp为扫描阶段的管理帧，Auth为认证阶段的管理帧，Assoc Req和Assoc Rsp为关联阶段的管理帧，EAPOL-Key为四次握手阶段的数据帧。
Auth帧中的Auth Algorithm参数表明了当前采用的认证方式：
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常见取值如下：
0 - Open System（开放系统认证，WPA/WAP2采用）
1 - Shared Key（共享密钥认证，WEP采用）
3 - Simultaneous authentication of equals（SAE认证，WPA3采用）
- WPA3认证过程
WPA3采用SAE认证，该认证为双向同等身份认证，分为Commit和Confirm两个步骤，AP和STA可以同时发起Commit（AP和STA各发起一次），Confirm是对Commit中生成密钥的确认。
WPA3认证阶段的Auth帧分析：
• Commit：
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Auth Seq Num为1则说明此帧是Commit，AP和STA分别向对方发送一帧Commit。
• Confirm：
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Auth Seq Num为2则说明此帧是Confirm，AP和STA分别向对方回复一帧Confirm。
该认证过程采用椭圆曲线的相关算法生成PMK，算法细节请查阅IEEE 802.11协议标准。该认证也被称为“蜻蜓”握手过程。
- WPA3认证策略
Beacon帧（主动扫描）和Probe Response帧中的AKMP Suite OUI值为08时，说明该SAE认证支持PMKSA缓存机制，即AP与STA首次认证或Probe Response帧的RSN Capabilities中PMKID Count为0时（PMKID Count为0有以下触发条件：1、AP发送Deauth帧对STA解除认证；2、AP因为其他策略，强制要求STA清除之前已生成的PMK），采用标准的SAE认证，否则此次连接会采用Open System认证进行快连（因为此时AP中缓存了最近SAE认证产生的PMK，无需再进行标准SAE认证，可省去大量的计算资源和时间）。
注：PMKSA缓存机制允许PMK在AP端缓存1小时，超过1小时后，STA与该AP连接时，必须再次启动标准SAE认证流程。PMKID Count参数如下图所示：
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- WPA3-Personal（WPA3-SAE Mode）认证流程及常见问题总结
- 认证流程总结：在对WPA3-Personal（WPA3-SAE Mode）热点进行循环连接时，正常的认证流程为：首次连接时使用标准SAE认证，在其后一小时内（模组不断电）重连都使用Open System认证；
- 连接AP失败原因之一（WPA3版本还在更新适配中，芯片厂商还未形成标准做法，只能根据用户反馈进行逐步完善）分析：当AP回复Probe Response帧的RSN Capabilities中PMKID Count为0时，AP与STA再次连接需采用标准的SAE认证，否则AP会发送Death帧（该帧中的Reason Code值表明了解除认证的原因）与STA解除认证，或者在关联阶段AP会拒绝STA的关联请求（Assoc Response帧的Status Code值表明了被拒绝的原因），最终导致连接AP失败。
注：Reason Code与Status Code说明
• Reason Code：
该代码字段用于表明“解除关联”（Disassociation帧）、“解除认证”（Deauthentication帧）、DELTS、DELBA等具体的原因，具体的数值含义可参考IEEE 802.11标准协议中的Reason Codes Table。
• Status Code：
该代码字段用于表明请求操作的成功或失败的状态，比如Assoc Response帧等。具体的数值含义可参考IEEE 802.11标准协议中的Status Codes Table。
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