IEEE 801.11i

Zum Beispiel das ein User zu hause kein 256 bit key als PSK verwendet. Da der User ein Passwort verwendet. wird dann aus diesem Passwort ein 256 PSk generiert. Dies erfolgt nach den standard PKCS #5

Somit landet jeder STA welches den passwort verwendet auf den gleichen PSK. 

Der 4 way Handshake wird verwendet um die Sesssion keys abzuleiten. Dies muss bevor die erste verschlüsselte Nachricht übertragen werden kann abgeschlossen sein. 

Der AP sendet den einem random generierten 256bits APNonce an den Client 

Der STA verwendet den APNonce und PMK um den PTK zu generieren, sendet anschliessend den SNonce und MIC an den AP 

Der AP senden den MIC und der GTK an den STA

Der STA sendet einen ACK mit dem MIC

Dieser protokoll ist nicht sicher wenn der PSK den PMK entspricht...

SNonce = client Nonce 

GTK = Group Temporal key

MIC = wird aus dem KCK generiert 

Message 1: Authenticator -> Client
An EAPOL-Key message is sent that contains ANonce. This message is not encrypted
or integrity-verified. After this message is sent, the client has all the pieces necessary
to generate the PTK.
PTK = PRF-512(PMK, "Pairwise key expansion", Min(AP_Mac, Client_Mac) ||
Max(AP_Mac, Client_Mac) || Min(ANonce, SNonce) || Max(ANonce, SNonce))
The PTK is a keyed-HMAC function using the PMK on the two MAC addresses and the
two nonces from the first two packets of the 4-Way Handshake.

Message 2: Client -> Authenticator
An EAPOL-Key message is sent that contains SNonce. This message is not encrypted,
but contains a MIC (Message Integrity Check) encrypted using the EAPOL Integrity Key.
MIC = HMAC(KCK, 16, 802.1X Data)
A MIC value is calculated, using the KCK from the PTK and the EAPoL message.
After this message is sent, the authenticator now can also compute the PTK. It then
verifies the MIC using the newly-generated EAPOL Integrity Key (KCK).
If this step succeeds, the authenticator has verified that the client has the correct PMK
and PTK, and that there is no man-in-the-middle.

Message 3: Authenticator -> Client
This message tells the client that the AP is ready to begin encryption. The message is
not encrypted, but contains a MIC (Message Integrity Check) encrypted using the
EAPOL Integrity Key.
If this step succeeds, the client has verified that the authenticator has the correct PMK
and PTK and that there is no man-in-the-middle.

Message 4: Client -> Authenticator
Finishes the handshake. Indicates that the client is ready to begin data encryption.
Serves no useful cryptographic purpose, but is there because the 802.1X port will
change state. After this message is sent, both sides install the PTK.

Der 4-way Handshake crack ist eine Variante welche verwendet wurde um den PSK zu erraten anhand der 4-wayhandshake messages.

4-way handshake is parsed to get AP and STA addresses, AP and STA nonces, and
EAPOL payload and MIC from 4th frame;
● SOHO password is used to compute PMK;
● PTK is computed from PMK, AP and STA addresses and nonces;
● KCK from computed PTK is used to compute MIC of the EAPOL payload obtained
at step 1;
● Computed MIC is compared to the MIC obtained at step 1. If they match then
candidate password is reported as correct.

Das KRACK ist eine Key reinstallation Attake. Hierbei wird eine Nonce reuse provoziert

Normalerweise wird nach der 3. Message im Handshake der KEy übertragen. dieser wird dann auf dem Station installiert und dann einen erste verschlüsselte Nachricht zurück an den AP gesendet. Falls aber diese Nachricht bei AP nicht eingeht dann wird der AP die Nachricht 3 erneut senden. Dabei wird der key aus der neuen Nachricht installiert und die counter nonce etc zurück gesetzt. Also zwingt man einen nonce reuse. 

Mit einem Man in the middle kann man dafür sorgen dass die ACK von der 3. Nachricht nicht zum AP gelangt und dann wird AP die Nachricht 3 erneut senden. und der Client installiert den Key und resetet die Nonce etc. 

Es gibt 2 obligatorische und eine optionale

obligatorische

-TKIP Temporal key Integrity

-CCMP CTR CBC-MAC protocol

optional 

-WRAP Wireless robust Authentication Protocol

The Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) is a new protocol that will fix the known
problems with WEP. TKIP uses the same ciphering kernel as WEP (RC4) but adds a
number of additional functions.

The CTR with CBC-MAC Protocol (CCMP) is the long term solution and is based on the
Advanced Encryption Standard(AES). AES is a block cipher that can be used in different
modes of operation. In 802.11i, Counter mode with CBC-MAC(CCM) is adopted. CCM
based on AES can provide robust encryption and message integrity. CCM uses the
Counter mode for encryption and CBC MAC for integrity.

The Wireless Robust Authenticated Protocol (WRAP) is optional due to intellectual
property issues and possible licensing fees. In 802.11i, two modes have been
discussed: Offset Codebook (OCB) and Countermode with CBC-MAC (CCM). CCMP was
then adopted as mandatory. These two modes use AES differently to provide
encryption and message integrity. OCB is a mode that provides both encryption and
integrity in one run.

eine multi gigabit per second wireless network 

bringt theoretisch bis zu 7 gbps und im boost modus sogar 25gbps an daten durch

Das netzwerk hat aber nur einen reichweite von 10 meter anstelle der 300 meter reichweiter einer normalen WIFI netzwerks

WPS ist Wifi Protection Setup

Dies erlabt den User einfache konfiguration von sicherheits paramtern und erlaubt einfach neue Geräte in das Netzwerk zu integrieren. (entenring a PIN, pushing buttons on both side)

Hat aber schwachstellen und somit sollte WPS defaultmässig nie eingeschaltet sein. 

kann wireless geräte erkennen. 

Zentralisierte verwaltung von AP und clients

hiermit lässt sich WLAN besser überwachen

kann AAA server ins netzwerk integrieren lassen

Ein station soll sich ins Netzwerk anhand seiner MAC adresse und eines shared secret authentisieren können

Der User soll ohne wissen des shared secret auf keinen Fall ins netz gelangen können.

ein erraten des shared secret soll auch nicht möglich sein.

Der session key welche für den sicheren Kanal verwendet wird sollte unabhängig von der shared secret und den vorherigen und nacherigen session keys sein

Ein user soll sich in einen public hotspot eintreten können ohne sich zu authentisieren und ein individueller data protection pro Gerät

replaced with Simultaneous Authentication of Equals (SAE)

SAE verwendet einen balanced PAKE Dragonfly welches WPA3 gegen offline wörterbuch attacken sicher macht und perfect forward secrecy gewährleistet und auch nur einen passwort erraten pro session erlaubt

SAE härtet die sicherheit von schwachen passwörter

Es verwendet DH key exchanges für die verschlüsselung key und gegenseitige authentifizierung. 

Es wird mit dem WiFi Device Provisioning Protocol ersetzt

möglichkeit via NFC oder BT geräte hinzufügen

QR code oder passwörter als zugang möglich

das gerät welches sich verbindet wird anhand einer Public key identifiziert

DPP beinhaltet 3 phasen 

• Bootstrapping, das identifizieren des geräts anhand der public key (publik key wird via qrcode, bluetooth, nfc, PKEX) übertragen und es wird auch kontrolliert ob das gerät auch den private key dazu hat. 
• 2. Authentication and provisioning: The now trusted
  ‘public key’ leads to a temporary authenticated
  connection over which other credentials will be
  exchanged connector
• 3. Network access: A connector is used to perform a
  DHKE to agree upon a Pairwise Master Key (PMK).

mithilfe von OWE Oppertunistic Wireless Encryption.

Dieser ist sicher gegen passiven attackern aber nicht gegen aktiven angreifen

Das OWE handelt einen PMK mit einem anonymen DHKE aus, dieser PMk wird anschliessend verwendet um einen 4-way handshake zu machen welche dann die frame encryption keys generiert. 

WPA3 unterstützt AES GCm mit bis zu 256 bit key vercshlüsselung und ECC mit 384 bit curves

RSA keys müssen mindestens 3072 bit keys haben

SHA384 muss verwendet werden

Dies führt zu einer 192 bit security

User authentizieren

Access Points authentifizieren

individual session keys for each user

integrity check with MAC

sequence number to avoid replay attacks

Ist ein Standard als erweitung für die IEEE 802.11 Standards. Umfasst WLAN. auch zusätzlich noch die Regeln für die anwendung von AES um die übertragenen Daten zu schützen

Authentication Server

Access point

Station

Master KEY

Pairwise Master Key

Die Teilnehmer sind 

• Station 
• Access Point
• Authentication Server

Die Phasen sind

• Discovery (STA -- AP)
• Authentication (STA -- AS)
• Key management (STA -- AP -- AS)
• data transfer (STA -- AP)

Die Kommunikation ist nicht verschlüsselt

Die Fähigkeiten der Geräte werden durch RSN Information Element (RSN IE) übertragen

Nach der Discovery Phase ist dem STA folgendes beaknnt. 

• STA kennt SSID of Network
• STA kennt authentication and cipher suites of Network
• AP kennt die capabilities of STA

STA und AP bauen einen 802.11 kanal auf. 

Falls STA und AP keine Schnittmenge an capabilities finden wird keine verbindung hergestellt.

Das ziel dieser Pahse ist eine Session zu generieren 

Ein masterkey wird gegenseitetig von STA und AS ausgehandelt (wenn EAP [extensible authentication prot.] dies gewährleistet)

• Nur die STA und AS haben zugriff auf diesen Key
• Dies ist der Symetrischen schlssel STA und AS

Ein PMK (Pairwise Master Key) wird erstellt

• Nur STA und AS können dies machen.
• AS verteilt den PMK zu AP
• der PMK wird zwischen STA und AP als symetrischer schlüssel verwendet (für den session)
• PMK wird als authorization token von AP gehandhabt

Extensible Authentication Protocol Over Lan

As the master key is negotiated between the STA and AS. This key will be also used for the encryption between STA and AP. Normaly you will derivate a sub key. But in this case not. So the AS will force the STA to reauthenticate after a while

So master key used for traffic encryption but this will be forced to change frequently by reauthentication of the client. 

If WPA is used then a data enc key will be derivated from the Masterkey for each packet. There is also a WEP2 and WEP3 which are much secure. 

The PMK is the Pairwise Masterkey

The PTK Pairwise Transient Key

THE PMK is negotiated between STA and AS, The AS will transfer the PMK to AP

The PTK is dericated from PMK from AP and STA. This is the base key for deriving keys which can be used for authentication and data encyrption.

Key Confirmation Key (KCK) : used to bind PTK to the AP and STA used to prove possession of PMK → Authentication
Key Encryption Key (KEK) : used to distribute Group Transient Key(GTK)
Temporal Key (TEK) : used to secure data traffic

Pre Shared Key