5.21 无线局域网的安全性（WPA2） · 波仔的计算机网络课

📄 一句话概括

空气是共享介质，谁都能"听见"——所以无线必须给数据上锁。WPA2（IEEE 802.11i）用一套"密码不上线"的四步握手验明双方都知道密码，再用 AES 逐帧加密保护数据；它统治了无线安全二十年，WPA3 换掉的是"猜密码"那扇最后的门。

📝 本节和前面几节的关系

5.16 把无线的零件与入网四步摆了出来，其中"认证"一步一直只有半句话：真验证密码在关联之后的 WPA 四步握手（5.18 补了位置、本节补机制）。5.16 还留下了"空气共享、隐蔽站"的物理事实——安全问题的根源正是它们。本节也顺带回收 5.8/5.20 的对照：有线以太网靠"物理隔离"天然省掉一整层安全设计，无线没有这个奢侈。

一、为什么无线天生需要安全，有线不需要

插网线的安全模型是物理的：想偷听，得先摸进机房把线搭上——物理隔离本身就是第一道锁。而空气是 5.16 讲过的共享介质，半径几十米内任何人都能收下你的每一帧，他只是不被允许"看懂"而已。

所以无线安全的任务被精确地拆成两件事：

准入（谁配上网）——证明你知道密码，且证明 AP 也真的属于这个网络（防"假 AP"钓鱼）；
保密与完整（数据不让看、不让改）——每帧加密 + 完整性校验，抓包只能拿到密文，篡改会被当场识破。

记住这个拆分，后面所有机制都能各归其位。

二、演进四代：从"补丁"到"换地基"（第一张配图）

世代	年份	引擎	致命伤 / 定位
WEP	1999	RC4 + 静态密钥	IV 字段太短必然重复，几分钟可破解，早已报废
WPA	2003	TKIP（仍是 RC4）	赶工的过渡补丁：换包装不换引擎
WPA2	2004	AES-CCMP（802.11i）	本节主角，二十年主力
WPA3	2018	SAE 换掉 PSK 握手	堵死"抓包离线猜密码"，弱密码也难破解

读这张表的正确姿势：前两代和后两代的差别不在"算法新旧"，而在"地基换没换"。WEP/WPA 的地基是"把共享密码直接当加密钥匙用"；WPA2 起地基改成"密码只用来推导钥匙，密码本身永不上线"。

三、四步握手：密码从头到尾不上线（第二张配图）

开局之前有一件事双方各自独立完成：PSK（密码）+ SSID → PMK。注意 SSID 参与运算——改 SSID 名字等于换锁，这也是同密码不同 SSID 不共享密钥的原因。

握手四步（发生在 5.18"关联"成功之后）：

AP → STA：随机数 ANonce。"我要开始验证了，这是我的随机数。"
STA → AP：随机数 SNonce + MIC。STA 用 PMK 加两个随机数和双方 MAC 算出 PTK（逐帧加密真正用的钥匙），并用它做校验值——自证"我持有 PMK"。
AP → STA：GTK（用 PTK 加密下发）。AP 同样算出 PTK、校验 MIC 通过（双方互验），再把组播/广播用的组密钥交给 STA。
STA → AP：确认 + MIC。双方装好密钥，之后的每一帧都用 PTK/GTK 加密。

设计精髓一句话：密码从未出现在空中，出现的只有"用密码算出来的证据"。四帧全被抓走也推不出密码——但攻击者可以离线猜：猜一个密码 → 本地算 PMK/PTK → 对 MIC，对上了就是密码。这就是 5.18 说的"门禁"的完整原理，也是 WPA2 的安全性最终落在密码强度上的原因（WPA3 的 SAE 就是把"可离线验证"这个口子焊死）。

四、数据面：AES-CCMP 逐帧加密

握手只解决"钥匙怎么安全地成立"，数据面的保护靠 CCMP（基于 AES）：

逐帧加密：每帧用 PTK 派生的临时密钥加密，编号（Packet Number）逐帧递增、绝不重复——重放旧帧会被编号直接识破（对照 5.6：以太网帧的 FCS 只防"传输出错"，防不了"人为篡改"；CCMP 的 MIC 两样都防）。
MIC 完整性校验：改一个字节都对不上——这就补上了"FCS 只防意外、不防恶意"的缺口。
为什么 AES 能随便用：它是公开算法、人人可查——安全靠密钥保密，不靠算法保密（柯克霍夫原则，一句很值钱的话）。

五、两个版本：Personal 与 Enterprise

路由器设置页里的"WPA2-Personal / WPA2-Enterprise"不是营销词：

Personal（PSK）：全家共用一个密码。安全性上限＝密码强度，且一人泄露全员沦陷。
Enterprise（802.1X）：每人一个账号，认证交给后台 RADIUS 服务器——人手一把钥匙、可单独吊销。你在公司连 Wi-Fi 输的是"账号+密码"而不是"WiFi 密码"，就是它。

家庭场景记住判据即可：输一个共享密码的是 Personal，输个人账号的是 Enterprise。

六、顺手清一批"伪安全"

隐藏 SSID ≠ 安全：5.18 已证只挡被动扫描，点名即应答。
MAC 过滤 ≠ 安全：MAC 是 5.13 说的"自报、无人验证"的号，抓包抄一个就能仿冒。
WEP 更不能用：不是"弱"，是"等于没锁"。
"信号收不到就安全"不成立：定向天线、灵敏度差异都在——安全设计必须假设攻击者听得比你清楚。

七、动手 Demo70：亲手看握手的四个"门牌"

Win+R → cmd → 回车，打开命令提示符。
敲 netsh wlan show profiles，回车——列出本机存过密码的 Wi-Fi 名字，这就是 Personal 模式的"密码库"（存在系统里，不是存网上）。
敲 netsh wlan show profile name="你家的WiFi名" key=clear，回车——关键内容一栏就是你家的密码。看到它你就明白了：密码"不上线"只保护空中那一段，拿到设备本体密码一览无余。
敲 netsh wlan show interfaces，回车——找"身份验证"一行：显示 WPA2-Personal + CCMP，这正是本节的两个主角同框。
浏览器开 192.168.1.1（或路由器背面标注的地址）登录管理页，找到"无线设置 → 安全/加密方式"——确认选的是 WPA2/WPA3-Personal，加密方式 AES。
30 秒实验：看一眼这个密码的长度——教材共识是 WPA2 密码至少 12 位、别用纯单词。回想第三节："离线猜"唯一的门槛就是密码强度。
（选做）把安全模式临时切到 WEP 或"开放"，手机重连时系统会警告"不安全"——亲眼看一次"报废标准"的现代待遇，看完切回 WPA2/WPA3。
关掉管理页。手机开飞行模式再关，重新连一次 Wi-Fi——你刚刚亲历了一次完整的"认证 + 四步握手"（5.18 的③④之间）。
全部完成。你现在能对着任何一台路由器的安全设置页，说出每一栏在防什么。

八、常见误区

"密码会通过空气发给路由器"——不会。密码只在你的设备内部参与运算，上线的是算出来的证据（MIC）和随机数。
"WPA2 被破了"——KRACK（2017）攻击的是握手实现漏洞、可注入解密重放，不等于能拿到密码或密钥；打补丁即修复。协议地基至今未被攻破。
"连了别人的开放 Wi-Fi 只要不上网银就没事"——开放网络连浏览了什么都能被看见（明文 HTTP 时代尤甚），和做不做敏感操作无关。
"改了 WiFi 密码蹭网的就进不来了"——对，但注意改 SSID 名也会踢掉所有设备（SSID 参与派生 PMK），这是"换 SSID 等于换锁"的实操含义。

九、动手自测

点开自测（先自己答，再展开）

1. 无线安全拆成哪两件事？各对应什么机制？ 2. WEP/WPA 与 WPA2/WPA3 的本质差别用"地基"怎么说？ 3. PMK 由什么算出来？为什么改 SSID 名等于换锁？ 4. 四步握手里 STA 自证持密靠什么？AP 验它靠什么？ 5. GTK 和 PTK 各管什么？ 6. 抓到完整四帧握手能干什么、不能干什么？WPA3 补的是哪一步？ 7. CCMP 的逐帧编号防的是什么攻击？FCS 为什么防不了它？ 8. Personal 与 Enterprise 的判据一句话？ 9. 三条"伪安全"分别错在哪？ 10. 柯克霍夫原则一句话？它在无线上怎么体现？

答案：① 准入（四步握手/802.1X）+ 保密完整（AES-CCMP）。② 前者把密码当钥匙直接用，后者密码只用来推导钥匙、永不上线。③ PSK+SSID；SSID 参与派生。④ 第②帧的 MIC；AP 同样算出 PTK 校验。⑤ PTK 管单播逐帧加密，GTK 管组播/广播帧。⑥ 能离线猜密码、不能直接得到密码；WPA3 的 SAE 堵"离线验证"。⑦ 重放攻击；FCS 只防传输错误、不防恶意重放。⑧ 输共享密码＝Personal，输个人账号＝Enterprise。⑨ 隐藏 SSID 只挡被动扫描、MAC 自报可仿冒、WEP 已破。⑩ 安全靠密钥不靠算法保密；AES 公开却安全。

十、下一步学什么

☑ 6.1 将数据传输到远程网络（路由）（第六章开篇，跳过 5.22 小结预留位）✅ 已完成 —— 将数据传输到远程网络（路由）：第五章的边界正是它的起点——交换机服务半径只有同网段，跨网段交给路由器逐跳接力