FragAttacks缝隙分析
颁布功夫 2021-05-18布景
近日，，纽约大学阿布扎比分校的安全钻研员Mathy Vanhoef发现了一系列影响巨大的Wi-Fi缝隙，，这一系列缝隙被统称为FragAttacks，，FragAttacks影响了1997年Wi-Fi技术诞生以来的所有Wi-Fi设备（蕴含推算机、 、智能手机、 、园区网络、 、家庭路由器、 、智能家居设备、 、智能汽车、 、物联网等等）。。 。
其中三个缝隙影响大无数WiFi设备，，属于Wi-Fi 802.11尺度帧聚合和帧分片职能中的设计缺点，，而其他缝隙是Wi-Fi产品中的编程谬误。。 。
黑客只有在指标设备的Wi-Fi领域内，，就能利用FragAttacks缝隙窃取敏感用户数据并执行恶意代码，，甚至能够收受整个设备。。 。
OG东方厅ADLab第一功夫对缝隙进行了分析，，并提出了相应的缓解建议。。 。由于WiFi产品的和谈栈，，蕴含了Soft Mac及Full Mac多种实现规划。。 。FragAttacks系列缝隙不仅存在影响操作系统内核、 、WiFi驱动，，还影响WiFi的SOC芯片，，所以缝隙的影响持久存在。。 。请实时关注并更新设备供给商的安全更新。。 。
修复及缓解建议
● 实时更新设备供给商颁布的FragAttacks缝隙安全更新。。 。
● 确保您接见的所有网站和在线服务都启用了安全超文本传输和谈HTTPS(好比装置HTTPS Everywhere插件)。。 。
● 例如在Wi-Fi 6（802.11ax）设备中禁用分片，，禁用成对重新天生密钥以及禁用动态分片。。 。
缝隙列表及具体影响
Wi-Fi设计缺点有关的缝隙蕴含：：
| CVE编号 | 缝隙介绍 | 缝隙影响 |
|---|---|---|
| CVE-2020-24588 | 针对A-MSDU聚合的注入攻击（无效的SPP A-MSDU�；；；せ疲� | 攻击者可插入恶意帧，，篡改数据包 |
| CVE-2020-24587 | 混合密钥攻击（重组时使用分歧密钥加密的分片 | 密取用户的敏感数据 |
| CVE-2020-24586 | 分片缓存攻击（重新衔接到网络时不断根分片缓存） | 窃取用户敏感数据或篡改肆意数据包 |
Wi-Fi实现有关的缝隙蕴含：：
| CVE编号 | 缝隙介绍 | 缝隙影响 |
|---|---|---|
| CVE-2020-26145 | 在加密通讯中，，仍接受未加密广播分片作为齐全帧 | 独立于网络配置，，插入肆意帧，，从而篡改数据包 |
| CVE-2020-26144 | 在加密通讯中，，仍接受未加密的A-MSDU帧 | |
| CVE-2020-26140 | 在受�；；；さ耐缰薪邮芪醇用苁葜� | |
CVE-2020-26143 | 在受�；；；さ耐缰薪邮芊制奈醇用苁葜� | |
CVE-2020-26139 | 转发EAPOL帧时未验证发送端的身份 | 和CVE-2020-24588结合起来，，插入任攻击者可插入恶意帧，，篡改数据包 |
CVE-2020-26146 | 对于非陆续数据包编号的加密分片依然进行重新组合 | 窃取用户敏感数据 |
CVE-2020-26147 | 对分片进行重新组应时不分辨加密或未加密 | 攻击者可插入恶意帧，，篡改数据包 |
CVE-2020-26142 | 将分片帧作为齐全帧进行处置 | |
CVE-2020-26141 | 不验证分片帧的TKIP MIC |
通过这一系列缝隙，，攻击者齐全能够获得用户的敏感信息或直接节制智能设备，，如节制智能电源插座，，甚至直接管受网络中存在缝隙的推算机，，拜见下文参考资料[2]。。 。
缝隙分析
我们拔取了在所有设备普遍存在的CVE-2020-24586、 、CVE-2020-24587、 、CVE-2020-24588三个设计缝隙进行分析。。 。由于CVE-2020-24588的缝隙影响较大，，我们着重进行介绍CVE-2020-24588。。 。
1、 、技术布景
由于802.11MAC层和谈耗费了相当多开销用作链路的守护，，为了提高MAC层的效能，，802.11n引入帧聚合技术，，报文帧聚合技术蕴含：：A-MSDU(MAC服务数据单元聚合) 及 A-MPDU(MAC和谈数据单元聚合)。。 。
A-MSDU允许对主张地及利用都一样的多个A-MSDU子帧进行聚合，，聚合后的多个子帧只有一个共同的MAC帧头，，当多个子帧聚合到一路后，，从而削减了发送每一个802.11报文所需的PLCP Preamble、 、PLCP Header和802.11MAC头的开销，，同时削减了应答帧的数量，，从而提高无线传输效能。。 。A-MSDU报文帧聚合技术是802.11n和谈的强制要求，，所有支持802.11n和谈的设备都必须支持。。 。
下图示意了在802.11和谈栈中，，发送端和接管端是若何处置A-MSDU数据的。。 。
图1. 802.11和谈数据处置流程
在802.11和谈栈中，，发送端将来自3-7层的网络数据经过数据链路层的LLC子层增长LLC/SNAP头后封装成MSDU(MAC服务数据单元），，MSDU经过增长DA、 、SA、 、长度及pading后，，封装成A-MSDU子帧，，在MAC子层的顶层将多个A-MSDU子帧封装成A-MSDU，，经MAC子层后，，帧数据被增长上MAC头及帧尾封装成802.11数据�。。 。∕PDU），，MPDU/PSDU经过物理层增长PLCP Preamble（PLCP前导码）及PLCP Header（PHY头），，无线侧最后通过射频口将二进制流发送到接管端。。 。
接管端通过相反蹊径对802.11数据帧进行拆解，，最后获得发送端的3-7层的网络数据。。 。
A-MSDU的和谈数据组成如图2所示，，我们从上到下进行别离注明：：
（1）一个MSDU由LCC/SNAP头、 、IP头、 、TCP/UDP头及和谈数据Data组成。。 。
（2）MSDU增长DA(主张地址)，，SA(源地址)，，后续数据长度及Padding(四字节对齐)组成一个MSDU子帧。。 。
（3）多个MSDU子帧组成一个802.11帧的A-MSDU域。。 。
（4）802.11数据帧通过QOS Control的A-MSDU Present位来暗示这是一个蕴含A-MSDU域的数据帧。。 。
图2. A-MSDU数据组成示意
在802.11和谈中，，一个通常的802.11数据帧与A-MSDU数据帧的结构是一样的，，只是QOS Control域的A-MSDU Preset位 为1，，则标示了该数据帧是一个A-MSDU数据帧。。 。A-MSDU Preset位为0，，则标示这是通常802.11数据帧。。 。
在802.11和谈中WEP及CCMP只�；；；�802.11MAC的有效载荷，，至于802.11帧头以及基层和谈的标头则原封不动，，也就是说802.11和谈中数据帧中QOS Control并没有加密，，这为攻击者提供了攻击入口。。 。
图3. CCMP加密的802.11数据帧体式
为预防中央人攻击，，IEEE在2011年设计了SPPA-MSDU机制来�；；；-MSDU Preset位及A-MSDU的Payload。。 。SPP A-MSDU通过在RSN capabilities 域中增长SPP A-MSDU Capable及SPP A-MSDU Required来标示是否支持SPP A-MSDU机制及是否选取SPP A-MSDU机制。。 。
图4. RSN Capabilities 域数据体式
2、 、针对A-MSDU聚合的帧注入攻击(CVE-2020-24588)
固然有SPP A-MSDU机制来�；；；-MSDU Preset位不被篡改，，但是在现实的测试中，，险些所有的设备都不遵循SPP A-MSDU机制，，这使得中央人攻击成为可能。。 。
我们如果发送端发送了一个正常的802.11数据帧，，这是一个里面封装的是一个通常TCP包，，其dst=“192.168.1.2", src="1.2.3.4", id=34
图5. 原始的802.11数据帧
由于偏移0x18的QOS Control(0200）不受�；；；�，，攻击者能够将 QOS Control域中的A-MSDU Preset翻转为1，，使得QOS Control的值为8200，，同时在帧末尾注入恶意的A-MSDU子帧2（如下图的红色线标示），，最后发送给接管端。。 。
图6. 篡改后的802.11A-MSDU数据帧
由于QOS Control域中的A-MSDU Preset翻转为1，，当接管端接管到数据帧后，，会按A-MSDU体式来拆解里面的数据。。 。数据被鉴别成两个A-MSDU子帧。。 。A-MSDU子帧1中的数据是原始的MSDU数据，，所以会被和谈栈抛弃，，但第二个子帧会被正确解析并处置。。 。这上面的例子中第二个子帧会被鉴别成ICMP ping包，，接管端会回复一个ICMP echo Reply给发送端。。 。
视频1. 发送端收到ICMP echo Reply
下图示意了中央人帧注入流程：：
图7. 中央人帧注入流程
（1）STA（终端）和AP（热点/无线路由器）信道A（如信道6）, 成立关联
（2）MITM利用多信道中央人技术使得STA以为AP已经切换到信道B（如信道11）。。 。
（3）STA在信道11给 MITM发送加密的Wifi正常数据帧。。 。
（4）MITM将 接管到的Wifi帧QOS域的A-MSDU Preset标示设为1，，同时插入篡改的A-MSDU数据。。 。把一个正常的Wifi帧改成一个A-MSDU帧，，并注入一个ICMP要求包，，并在通道6发给AP。。 。
（5）AP接管到A-MSDU数据帧，，AP拆解A-MSDU，，分成多个A-MSDU子帧，，其中第一个A-MSDU子帧为犯法包，，会被抛弃，，但后续的MSDU子帧会被系统正常处置。。 。AP会回复收到一个ICMP Echo 应答给MITM。。 。
（6）MITM收到AP的回复后，，将接管到的WIFI帧转发给STA，，这样STA收到AP回复的ICMP应答。。 。
CVE-2020-24588的修复
今年3月Windows颁布了相应的补丁，，修复了FragAttacks系列缝隙，，5月11日Linux也颁布了FragAttacks系列缝隙补丁[6]，，Linux针对CVE-2020-24588的修复如下：：
---
net/wireless/util.c | 3 +++
1 file changed, 3 insertions(+)
diff --git a/net/wireless/util.c b/net/wireless/util.c
index 39966a873e40..7ec021a610ae 100644
--- a/net/wireless/util.c
+++ b/net/wireless/util.c
@@ -771,6 +771,9 @@ void ieee80211_amsdu_to_8023s(struct sk_buff *skb, struct sk_buff_head *list,
remaining = skb->len - offset;
if (subframe_len > remaining)
goto purge;
+/* mitigate A-MSDU aggregation injection attacks */
+if (ether_addr_equal(eth.h_dest, rfc1042_header))
+goto purge;
offset += sizeof(struct ethhdr);
last = remaining <= subframe_len + padding;
--
由于在A-MSDU聚合注入攻击中，，必要将通常加密Wi-Fi帧转换为A-MSDU帧。。 。这意味着第一个A-MSDU子帧的前6字节对应于RFC1042的帧头，，liunx内核通过增长判断DA（指标地址）是否和rfc1042_header(\xaa\xaa\x03\x00\x00\x00)一致，，若是相称则以为是恶意攻击，，能够把这个A-MSDU帧抛弃。。 。
混合密钥攻击(CVE-2020-24587)
图8.混合密钥攻击流程
在步骤1傍边，，攻击者诱导受害者接见受攻击者节制的服务器，，通过一些伎俩，，好比指定一个超长的URL，，从而使受害者发送的数据包不得不分成两段进行传输，，分片的数据包用秘钥k加密，，这两个数据包为和。。 。而攻击者通过多信道的中央人进行拦截，，一旦监测到攻击者指定IP数据包，，便将此数据包转发给AP，，即AP一旦收到此数据包后，，就将其解密后存在内存傍边。。 。
在步骤2进行之前，，受害者必要与AP重新进行四次握手并协商新的密钥。。 。之后攻击者期待受害者发送蕴含敏感信息的数据包，，即和。。 。攻击者将数据包号码为n+1的数据包拦截，，并将其序列号批改为s，，而后转发给AP，，即数据包。。 。而AP直接把他当作序列号s数据包的第二个分片信息，，将他解密后重组成新的数据包，，而新的数据包中蕴含受害者的敏感信息与攻击者指定的IP。。 。因而敏感信息就被发送到受害者节制的服务器上，，造成信息泄露。。 。
分片缓存投毒攻击(CVE-2020-24586)
图9.分片缓存投毒攻击流程
在步骤1中，，攻击者嗅探到受害者的MAC地址后，，伪造受害者MAC地址去衔接AP。。 。这样就能够合法的用受害者的身份在AP的内存中插入分片。。 。
在步骤2中，，受害者进行正常的认证工作，，此时攻击者发送数据包，，这个数据包中蕴含攻击者指定的IP数据包。。 。而后AP解密此数据包，，并保留在内存中，，以受害者的MAC地址作为标识。。 。而后攻击者通过发送解除认证的数据包并断开衔接，，随后在受害者和AP之间成立一个多信道的中央人。。 。把稳此时AP内存中的分片并没有被断根。。 。
之后受害者与AP之间进行正常的衔接。。 。此时攻击者只必要期待受害者发送第二个分片，，数据包号码为n+1，，攻击者将此数据包拦截后，，并将此数据包的序列号批改为s，，而后其转发给AP，，即数据包，，一旦AP收到此数据包，，和混合密钥缝隙类似，，AP会将此数据包解密，，并和之前保留在缓存中的数据包重组成新的数据包，，由于这两个数据包蕴含一样的MAC地址和序列号。。 。最后，，AP将重组后的数据包发送给攻击者节制的服务器，，从而造成敏感信息泄露。。 。
参考链接：：
【1】https://papers.mathyvanhoef.com/usenix2021.pdf
【2】https://www.youtube.com/embed/88YZ4061tYw
【3】https://www.fragattacks.com/#notpatched
【4】https://github.com/vanhoefm/fragattacks
【5】https://lore.kernel.org/linux-wireless/20210511180259.159598-1-johannes@sipsolutions.net/
OG东方厅积极防御尝试室（ADLab）
ADLab成立于1999年，，是中国安全行业最早成立的攻防技术钻研尝试室之一，，微软MAPP打算主题成员，，“黑雀攻击”概念首推者。。 。截止目前，，ADLab已通过CVE累计颁布安全缝隙近1100个，，通过 CNVD/CNNVD累计颁布安全缝隙1000余个，，持续维持国际网络安全领域一流水准。。 。尝试室钻研方向涵盖操作系统与利用系统安全钻研、 、智能终端安全钻研、 、物联网智能设备安全钻研、 、Web安全钻研、 、工控系统安全钻研、 、云安全钻研。。 。钻研成就利用于产品主题技术钻研、 、国度重点科技项目攻关、 、专业安全服务等。。 。
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