Wi-Fi сети: проникновение и защита. 1) Матчасть

Синоптики предсказывают, что к 2016 году наступит второй ледниковый период трафик в беспроводных сетях на 10% превзойдёт трафик в проводном Ethernet. При этом от года в год частных точек доступа становится примерно на 20% больше.

При таком тренде не может не радовать то, что 80% владельцев сетей не меняют пароли доступа по умолчанию. В их число входят и сети компаний.

Этим циклом статей я хочу собрать воедино описания существующих технологии защит, их проблемы и способы обхода, таким образом, что в конце читатель сам сможет сказать, как сделать свою сеть непробиваемой, и даже наглядно продемонстрировать проблемы на примере незадачливого соседа (do not try this at home, kids). Практическая сторона взлома будет освещена с помощью Kali Linux (бывший Backtrack 5) в следующих частях.

Статья по мере написания выросла с 5 страниц до 40, поэтому я решил разбить её на части. Этот цикл — не просто инструкция, как нужно и не нужно делать, а подробное объяснение причин для этого. Ну, а кто хочет инструкций — они такие:

Используйте WPA2-PSK-CCMP с паролем от 12 символов a-z (2000+ лет перебора на ATI-кластере). Измените имя сети по умолчанию на нечто уникальное (защита от rainbow-таблиц). Отключите WPS (достаточно перебрать 10000 комбинаций PIN). Не полагайтесь на MAC-фильтрацию и скрытие BSSID.

Но сначала — матчасть.

Передайте мне сахар

Представьте, что вы — устройство, которое принимает инструкции. К вам может подключиться каждый желающий и отдать любую команду. Всё хорошо, но на каком-то этапе потребовалось фильтровать личностей, которые могут вами управлять. Вот здесь и начинается самое интересное.

Как понять, кто может отдать команду, а кто нет? Первое, что приходит в голову — по паролю. Пусть каждый клиент перед тем, как передать новую команду, передаст некий пароль. Таким образом, вы будете выполнять только команды, которые сопровождались корректным паролем. Остальные — фтопку.

Именно так работает базовая авторизация HTTP (Auth Basic):

AuthType Basic
AuthName "My super secret zone!"
AuthUserFile /home/.htpasswd
Require valid-user 

После успешной авторизации браузер просто-напросто будет передавать определённый заголовок при каждом запросе в закрытую зону:

Authorization: Basic YWRtaW46cGFzcw==

То есть исходное:

echo -n 'admin:pass' | base64
# YWRtaW46cGFzcw==

У данного подхода есть один большой недостаток — так как пароль (или логин-пароль, что по сути просто две части того же пароля) передаётся по каналу «как есть» — кто угодно может встрять между вами и клиентом и получить ваш пароль на блюдечке. А затем использовать его и распоряжаться вами, как угодно!

Для предотвращения подобного безобразия можно прибегнуть к хитрости: использовать какой-либо двухсторонний алгоритм шифрования, где закрытым ключом будет как раз наш пароль, и явно его никогда не передавать. Однако проблемы это не решит — достаточно один раз узнать пароль и можно будет расшифровать любые данные, переданные в прошлом и будущем, плюс шифровать собственные и успешно маскироваться под клиента. А учитывая то, что пароль предназначен для человека, а люди склонны использовать далеко не весь набор из 256 байт в каждом символе, да и символов этих обычно около 6-8… в общем, комсомол не одобрит.

Что делать? А поступим так, как поступают настоящие конспираторы: при первом контакте придумаем длинную случайную строку (достаточно длинную, чтобы её нельзя было подобрать, пока светит это солнце), запомним её и все дальнейшие передаваемые данные будем шифровать с использованием этого «псевдонима» для настоящего пароля. А ещё периодически менять эту строку — тогда джедаи вообще не пройдут.

Первые две передачи (зелёные иконки на рисунке выше) — это фаза с «пожатием рук» (handshake), когда сначала мы говорим серверу о нашей легитимности, показывая правильный пароль, на что сервер нам отвечает случайной строкой, которую мы затем используем для шифрования и передачи любых данных.

Итак, для подбора ключа хакеру нужно будет либо найти уязвимость в алгоритме его генерации (как в случае с Dual_EC_DRBG), либо арендовать сотню-другую параллельных вселенных и несколько тысяч ATI-ферм для решения этой задачи при своей жизни. Всё это благодаря тому, что случайный ключ может быть любой длины и содержать любые коды из доступных 256, потому что пользователю-человеку никогда не придётся с ним работать.

Именно такая схема с временным ключом (сеансовый ключ, session key или ticket) в разных вариациях и используется сегодня во многих системах — в том числе SSL/TLS и стандартах защиты беспроводных сетей, о которых будет идти речь.

План атаки

Внимательные читатели, конечно, заметили, что как бы мы не хитрили — от передачи пароля и временного ключа в открытой или хэшированной форме нам никуда не деться. Как результат — достаточно хакеру перехватить передачу на этой фазе, и он сможет читать все последующие данные, а также участвовать в процессе, вставляя свои пять копеек. И отличить его невозможно, так как вся информация, которой бы мог руководствоваться сервер для выдачи временного ключа или проверки доступа базируется именно на том, что было в начале передачи — handshake. Поэтому хакер знает всё то же, что и сервер, и клиент, и может водить обоих за нос, пока не истечёт срок действия временного ключа.

Наша задача при взломе любой передачи так или иначе сводится к перехвату рукопожатия, из которого можно будет либо вытащить временный ключ, либо исходный пароль, либо и то, и другое. В целом, это довольно долгое занятие и требует определённой удачи.

Но это в идеальном мире…

Механизмы защиты Wi-Fi

Технологии создаются людьми и почти во всех из них есть ошибки, иногда достаточно критические, чтобы обойти любую самую хорошую в теории защиту. Ниже мы пробежимся по списку существующих механизмов защиты передачи данных по радиоканалу (то есть не затрагивая SSL, VPN и другие более высокоуровневые способы).

OPEN

OPEN — это отсутствие всякой защиты. Точка доступа и клиент никак не маскируют передачу данных. Почти любой беспроводной адаптер в любом ноутбуке с Linux может быть установлен в режим прослушки, когда вместо отбрасывания пакетов, предназначенных не ему, он будет их фиксировать и передавать в ОС, где их можно спокойно просматривать. Кто у нас там полез в Твиттер?

Именно по такому принципу работают проводные сети — в них нет встроенной защиты и «врезавшись» в неё или просто подключившись к хабу/свичу сетевой адаптер будет получать пакеты всех находящихся в этом сегменте сети устройств в открытом виде. Однако с беспроводной сетью «врезаться» можно из любого места — 10-20-50 метров и больше, причём расстояние зависит не только от мощности вашего передатчика, но и от длины антенны хакера. Поэтому открытая передача данных по беспроводной сети гораздо более опасна.

В этом цикле статей такой тип сети не рассматривается, так как взламывать тут нечего. Если вам нужно пользоваться открытой сетью в кафе или аэропорту — используйте VPN (избегая PPTP) и SSL (https://), и даже всё вместе. Тогда ваших котиков никто не увидит.

WEP

WEP — первый стандарт защиты Wi-Fi. Расшифровывается как Wired Equivalent Privacy («эквивалент защиты проводных сетей»), но на деле он даёт намного меньше защиты, чем эти самые проводные сети, так как имеет множество огрехов и взламывается множеством разных способов, что из-за расстояния, покрываемого передатчиком, делает данные более уязвимыми. Его нужно избегать почти так же, как и открытых сетей — безопасность он обеспечивает только на короткое время, спустя которое любую передачу можно полностью раскрыть вне зависимости от сложности пароля. Ситуация усугубляется тем, что пароли в WEP — это либо 40, либо 104 бита, что есть крайне короткая комбинация и подобрать её можно за секунды (это без учёта ошибок в самом шифровании).

WEP был придуман в конце 90-х, что его оправдывает, а вот тех, кто им до сих пор пользуется — нет. Я до сих пор на 10-20 WPA-сетей стабильно нахожу хотя бы одну WEP-сеть.

На практике существовало несколько алгоритмов шифровки передаваемых данных — Neesus, MD5, Apple — но все они так или иначе небезопасны. Особенно примечателен первый, эффективная длина которого — 21 бит (~5 символов).

Основная проблема WEP — в фундаментальной ошибке проектирования. Как было проиллюстрировано в начале — шифрование потока делается с помощью временного ключа. WEP фактически передаёт несколько байт этого самого ключа вместе с каждым пакетом данных. Таким образом, вне зависимости от сложности ключа раскрыть любую передачу можно просто имея достаточное число перехваченных пакетов (несколько десятков тысяч, что довольно мало для активно использующейся сети).

К слову, в 2004 IEEE объявили WEP устаревшим из-за того, что стандарт «не выполнил поставленные перед собой цели [обеспечения безопасности беспроводных сетей]».

Про атаки на WEP будет сказано в третьей части.

WPA и WPA2

WPA — второе поколение, пришедшее на смену WEP. Расшифровывается как Wi-Fi Protected Access. Качественно иной уровень защиты благодаря принятию во внимание ошибок WEP. Длина пароля — произвольная, от 8 до 63 байт, что сильно затрудняет его подбор (сравните с 3, 6 и 15 байтами в WEP).

Стандарт поддерживает различные алгоритмы шифрования передаваемых данных после рукопожатия: TKIP и CCMP. Первый — нечто вроде мостика между WEP и WPA, который был придуман на то время, пока IEEE были заняты созданием полноценного алгоритма CCMP. TKIP так же, как и WEP, страдает от некоторых типов атак, и в целом не безопасен. Сейчас используется редко (хотя почему вообще ещё применяется — мне не понятно) и в целом использование WPA с TKIP почти то же, что и использование простого WEP.

Одна из занятных особенностей TKIP — в возможности так называемой Michael-атаки. Для быстрого залатывания некоторых особо критичных дыр в WEP в TKIP было введено правило, что точка доступа обязана блокировать все коммуникации через себя (то есть «засыпать») на 60 секунд, если обнаруживается атака на подбор ключа (описана во второй части). Michael-атака — простая передача «испорченных» пакетов для полного отключения всей сети. Причём в отличии от обычного DDoS тут достаточно всего двух (двух) пакетов для гарантированного выведения сети из строя на одну минуту.

WPA отличается от WEP и тем, что шифрует данные каждого клиента по отдельности. После рукопожатия генерируется временный ключ — PTK — который используется для кодирования передачи этого клиента, но никакого другого. Поэтому даже если вы проникли в сеть, то прочитать пакеты других клиентов вы сможете только, когда перехватите их рукопожатия — каждого по отдельности. Демонстрация этого с помощью Wireshark будет в третьей части.

Кроме разных алгоритмов шифрования, WPA(2) поддерживают два разных режима начальной аутентификации (проверки пароля для доступа клиента к сети) — PSK и Enterprise. PSK (иногда его называют WPA Personal) — вход по единому паролю, который вводит клиент при подключении. Это просто и удобно, но в случае больших компаний может быть проблемой — допустим, у вас ушёл сотрудник и чтобы он не мог больше получить доступ к сети приходится применять способ из «Людей в чёрном» менять пароль для всей сети и уведомлять об этом других сотрудников. Enterprise снимает эту проблему благодаря наличию множества ключей, хранящихся на отдельном сервере — RADIUS. Кроме того, Enterprise стандартизирует сам процесс аутентификации в протоколе EAP (Extensible Authentication Protocol), что позволяет написать собственный велосипед алгоритм. Короче, одни плюшки для больших дядей.

В этом цикле будет подробно разобрана атака на WPA(2)-PSK, так как Enterprise — это совсем другая история, так как используется только в больших компаниях.

WPS/QSS

WPS, он же Qikk aSS QSS — интересная технология, которая позволяет нам вообще не думать о пароле, а просто добавить воды нажать на кнопку и тут же подключиться к сети. По сути это «легальный» метод обхода защиты по паролю вообще, но удивительно то, что он получил широкое распространение при очень серьёзном просчёте в самой системе допуска — это спустя годы после печального опыта с WEP.

WPS позволяет клиенту подключиться к точке доступа по 8-символьному коду, состоящему из цифр (PIN). Однако из-за ошибки в стандарте нужно угадать лишь 4 из них. Таким образом, достаточно всего-навсего 10000 попыток подбора и вне зависимости от сложности пароля для доступа к беспроводной сети вы автоматически получаете этот доступ, а с ним в придачу — и этот самый пароль как он есть.

Учитывая, что это взаимодействие происходит до любых проверок безопасности, в секунду можно отправлять по 10-50 запросов на вход через WPS, и через 3-15 часов (иногда больше, иногда меньше) вы получите ключи от рая.

Когда данная уязвимость была раскрыта производители стали внедрять ограничение на число попыток входа (rate limit), после превышения которого точка доступа автоматически на какое-то время отключает WPS — однако до сих пор таких устройств не больше половины от уже выпущенных без этой защиты. Даже больше — временное отключение кардинально ничего не меняет, так как при одной попытке входа в минуту нам понадобится всего 10000/60/24 = 6,94 дней. А PIN обычно отыскивается раньше, чем проходится весь цикл.

Хочу ещё раз обратить ваше внимание, что при включенном WPS ваш пароль будет неминуемо раскрыт вне зависимости от своей сложности. Поэтому если вам вообще нужен WPS — включайте его только когда производится подключение к сети, а в остальное время держите этот бекдор выключенным.

Атака на WPS будет рассмотрена во второй части.

p.s: так как тема очень обширная, в материал могли закрасться ошибки и неточности. Вместо криков «автор ничего не понимает» лучше использовать комментарии и ЛС. Это будет только приветствоваться.

Автор: ProgerXP

Источник