• 从本节开始，我们将重点关注安全主题中最后一个重要部分，即身份验证。首先介绍EAP，然后介绍802.1X。

    提示　wpa_supplicant很大一部分内容就是在处理身份验证，所以本节也将花费较多的笔墨来介绍相关内容。

    （1）EAP[31][32][33]

    目前身份验证方面最基础的安全协议就是EAP（Extensible Authentication Protocol），协议文档定义在RFC3748中。EAP是一种协议，更是一种协议框架。基于这个框架，各种认证方法都可得到很好的支持。下面来认识 EAP协议。首先介绍其中涉及的几个基本概念。

    Authenticator（验证者）：简单点说，Authenticator就是响应认证请求的实体（Entity）。对无线网络来说，Authenticator往往是AP。

    Supplicant（验证申请者）发起验证请求的实体。对于无线网络来说，Supplicant就是智能手机。

    BAS（Backend Authentication Server，后端认证服务器）：某些情况下（例如企业级应用）Authenticator并不真正处理身份验证，它仅仅将验证请求发给后台认证服务器去处理。正是这种架构设计拓展了EAP的适用范围。

    AAA（Authentication、Authorization and Accounting，认证、授权和计费）：另外一种基于EAP的协议。实现它的实体属于BAS的一种具体形式，AAA包括常用的RADIUS服务器等。 在RFC3748中，AAA和BAS的概念可互相替代。

    EAP Server：表示真正处理身份验证的实体。如果没有BAS，则EAP Server功能就在Authenticator中，否则该功能由BAS实现。

    EAP架构如图3-36所示。
    802.1X EAP 认证_服务器
     

    由图3-36所示，Supplicant通过EAPOL（EAP Over LAN，基于LAN的扩展EAP协议）发送身份验证请求给Authenticator。图中的身份验证由后台验证服务器完成。如果验证成功，Supplicant就可正常使用网络了。

    下面来认识EAP的协议栈，如图3-37所示。
    802.1X EAP 认证_服务器_02
     

    由图3-37可知，EAP没有强制定义位于最底层（Lower Layer，LL）的传输层。目前支持EAP协议的网络有PPP、有线网（EAPOL，也就是802.1X协议）、无线网络（即802.11 WLAN）、TCP、UDP等。另外，LL本身的特性（例如以太网和无线网都支持数据重排及分片的特性）会影响其上一层EAP的具体实现。

    EAP Layer用于收发数据，同时处理数据重传及重复（Duplicate）包。

    EAP Supplicant/Authenticator Layer根据收到EAP数据包中Type字段（见下文介绍）的不同，将其转给不同的EAP Method处理。

    EAP Method属于具体的身份验证算法层。不同的身份验证方法有不同的Method Type。

    EAP协议的格式非常简单，如图3-38所示。
    802.1X EAP 认证_无线网络_03
     

    Code：EAP协议第一字节，目前仅有四种取值，分别为1（Request）、2（Response）、3（Success）、4（Failure）。

    Identifier：消息编号（ID），用于配对Request和Response。

    Length：2字节，用于表示EAP消息包长度（包括EAP头和数据的长度）。

    Data：EAP中具体的数据（Payload）。当Code为Request或Response的时候，Data字段还可细分为Type以及Type Data。Type就是图3-37中的EAP Method Type。

    EAP Method Type取值如下。

    1：代表Identity。用于Request消息中。其Type Data字段一般将携带申请者的一些信息。一般简写为EAP-Request/Identity或者Request/Identity。

    2：代表Notification。Authenticator用它传递一些消息（例如密码已过期、账号被锁等）给Supplicant。一般简写为Request/Notification。

    3：代表Nak，仅用于Response帧，表示否定确认。例如Authenticator用了Supplicant不支持的验证类型发起请求，Supplicant可利用Response/Nak消息以告知Authenticator其支持的验证类型。

    4：代表身份验证方法中的MD5质询法。Authenticator将发送一段随机的明文给Supplicant。Supplicant收到该明文 后，将其和密码一起做MD5计算得到结果A，然后将结果A返回给Authenticator。Authenticator再根据正确密码和MD5质询文做 MD5计算得到结果B。A和B一比较就知道Supplicant使用的密码是否正确。

    5：代表身份验证方法为OTP（One Time Password，一次性密码）。这是目前最安全的身份验证机制。相信网购过的读者都用过它，例如网银付费时系统会通过短信发送一个密码，这就是OTP。

    6：代表身份验证方法为GTC（Generic Token Card，通用令牌卡）。GTC和OTP类似，只不过GTC往往对应一个实际的设备，例如许多国内银行都会给申请网银的用户一个动态口令牌。它就是GTC。

    254：代表扩展验证方法（Expanded Types）。

    255：代表其他试验性用途（Experimental Use）。

    图3-39所示为一个简单的EAP交互。第三和第四步时，Authenticator要求使用MD5质询法进行身份验证，但Supplicant不 支持，故其回复NAK消息，并通知Authenticator使用GTC方法进行身份验证。第六步中，如果Supplicant回复了错误的GTC密码 时，Authenticator可能会重新发送Request消息以允许Supplicant重新尝试身份验证。一般认证失败超过3次才会回复 Failure消息。
    802.1X EAP 认证_无线网络_04
     

    EAP的基本情况就介绍到此，读者可通过RFC3748了解它的详细情况。下面介绍802.1X。

    提示　可阅读参考资料[32]以了解EAP的其他几种验证方法。

    （2）802.1X[34][35]

    802.1X是802.1规范家族中的一员。简单来说，802.1X详细讨论了EAP在Wired LAN上的实现，即EAPOL。先来认识802.1X中的两个重要概念，如图3-40所示。

    由图3-40可知，802.1X定义了：Controlled Port和UnControlled Port（受控和非受控端口）。

    Port是802.1X的核心概念，其形象和我们常见的以太网中网口很类似。Port的定义和图3-4中所述的定义一样。802.1X定义了两种 Port，对于UnControlled Port来说，只允许少量类型的数据流通（例如用于认证的EAPOL帧）。Controlled Port在端口认证通过前（即Port处于Unauthorized状态），不允许传输任何数据。

    802.1X身份验证通过后，Control Port转入Port Authorized状态。这时，双方就可通过Controlled Port传递任何数据了。

    提示　802.1X-2010文档只有200来页，但难度不小，引用的参考资料也非常多。建议读者看完本节后再结合实际需求去阅读它。另外 802.1X中还定义了一个很重要对象叫PAE （Port Access Entity）。Entity的概念在3.3.1节曾介绍过，它代表封装了一组功能的模块。在802.1X中，PAE负责和PACP（Port Access Control Protocol）协议相关的算法及处理工作。PAE分为Supplicant PAE和Authenticator PAE两种。

    下面来看EAPOL的数据格式，如图3-41所示。
    802.1X EAP 认证_服务器_05
     

    由图3-41可知EAPOL消息格式如下。

    Protocol Version：占1字节，代表当前使用的802.1X版本号。值为0x03代表802.1X-2010，值为0x02则表示802.1X-2004，值为0x01表示802.1X-2001。

    Packet Type：EAPOL对EAP进行了扩展，该字段取值详细内容见表3-14。

    Packet Body Length：指明Packet Body的长度。

    EAPOL消息中最重要的是Packet Type，目前规范定义的几种常见取值如表3-14所示。

    表3-14　EAPOL Packet Type常见取值
    Packet Type取值（二进制） 名　　称 说　　明
    0000-0000 EAPOL-Packet 以前叫EAP-Packet，用于携带EAP消息帧
    0000-0001 EAPOL-Start Supplicant发起认证请求
    0000-0010 EAPOL-Logoff Supplicant退出身份验证以停止使用网络
    0000-0011 EAPOL-Key 用于交换加密密钥信息，其对应的数据格式见下文

    EAPOL-Key用于交换身份验证过程中使用的密钥信息，其对应的Packet Body格式如图3-42所示。Descriptor Type表示后面Descriptor Body的类型。802.1X中，Descriptor Type值为2时，Descriptor Body的内容由802.11定义。此处给读者展示一个实际的例子，如图3-43所示。
    802.1X EAP 认证_主题_06802.1X EAP 认证_无线网络_07
    图3-43中：

    0x888e代表EAPOL在802.11帧中的类型。

    Key Descriptor Type值为2，表示EAPOL RSN Key。

    Descriptor Body的内容就是大括号中所包含的信息。其细节请读者阅读802.11第11.6.2节。

    最后，看看用MD5质询算法作为身份验证的EAPOL认证流程，如图3-44所示。
    802.1X EAP 认证_服务器_08
     

    Supplicant主动向Authenticator发送EAPOL-Start消息来触发认证。注意，EAPOL-Start消息不是必需的。

    Authenticator收到EAPOL-Start消息后，将发出EAP-Request/Identity消息以要求Supplicant输 入用户名。由于EAPOL-Start消息不是必需的，所以一个未经验证的Supplicant发送了其他数据包也将触发Authenticator发送 EAP-Request/Identity消息。

    Supplicant将用户名信息通过EAP-Response/Identity消息发送给Authenticator。 Authenticator再将它经过封包处理后（转换成RADIUS Access-Request消息）送给AS（Authenticator Server）进行处理。

    AS收到Authenticator转发的用户名信息后，将其与数据库中的用户名表对比，找到该用户名对应的密码信息。然后随机生成的一个MD5质询文并通过RADIUS Access-Challenge消息发送给Authenticator，最后再由Authenticator转发给Supplicant。

    Supplicant收到EAP-Request/MD5 Challenge消息后，将结合自己的密码对MD5质询文进行处理，处理结果最终通过EAP-Response/MD5 Challenge消息经由Authenticator返回给AS。

    AS将收到RADIUS Access-Request消息和本地经过加密运算后的密码信息进行对比，如果相同，则认为该Supplicant为合法用户，然后反馈认证成功消息（RADIUS Access-Accept和EAP-Success）。

    Authenticator收到认证通过消息后将端口改为授权状态，允许Supplicant访问网络。注意，有些Supplicant还会定期向 Supplicant发送握手消息以检测Supplicant的在线情况。如果Supplicant状态异常，Authenticator将禁止其上线。

    Supplicant也可以发送EAPOL-Logoff消息给Authenticator以主动要求下线。

    至此，我们对EAP和802.1X进行了简单介绍，EAP和802.1X的目前是为了进行身份验证，二者有自己的数据格式。如果没有特殊需要，掌握上述知识就可以了。

    提示　后续分析wpa_supplicant时还将对802.1X进行更为详尽的介绍。

    下面介绍安全部分最后一个内容，RSNA。