FragAttacks误差剖析
宣布时间 2021-05-18配景
克日 ，纽约大学阿布扎比分校的清静研究员Mathy Vanhoef发明了一系列影响重大的Wi-Fi误差 ，这一系列误差被统称为FragAttacks ，FragAttacks影响了1997年Wi-Fi手艺降生以来的所有Wi-Fi装备（包括盘算机、智能手机、园区网络、家庭路由器、智能家居装备、智能汽车、物联网等等）。
其中三个误差影响大大都WiFi装备 ，属于Wi-Fi 802.11标准帧聚合和帧分片功效中的设计缺陷 ，而其他误差是Wi-Fi产品中的编程过失。
黑客只要在目的装备的Wi-Fi规模内 ，就能使用FragAttacks误差窃取敏感用户数据并执行恶意代码 ，甚至可以接受整个装备。
耀世娱乐ADLab第一时间对误差举行了剖析 ，并提出了响应的缓解建议。由于WiFi产品的协议栈 ，包括了Soft Mac及Full Mac多种实现计划。FragAttacks系列误差不但保存影响操作系统内核、WiFi驱动 ，还影响WiFi的SOC芯片 ，以是误差的影响恒久保存。请实时关注并更新装备供应商的清静更新。
修复及缓解建议
● 实时更新装备供应商宣布的FragAttacks误差清静更新。
● 确保您会见的所有网站和在线服务都启用了清静超文本传输协议HTTPS(好比装置HTTPS Everywhere插件)。
● 例如在Wi-Fi 6（802.11ax）装备中禁用分片 ，禁用成对重新天生密钥以及禁用动态分片。
误差列表及详细影响
Wi-Fi设计缺陷相关的误差包括：
| CVE编号 | 误差先容 | 误差影响 |
|---|---|---|
| CVE-2020-24588 | 针对A-MSDU聚合的注入攻击（无效的SPP A-MSDU掩护机制） | 攻击者可插入恶意帧 ，改动数据包 |
| CVE-2020-24587 | 混淆密钥攻击（重组时使用差别密钥加密的分片 | 密取用户的敏感数据 |
| CVE-2020-24586 | 分片缓存攻击（重新毗连到网络时不扫除分片缓存） | 窃取用户敏感数据或改动恣意数据包 |
Wi-Fi实现相关的误差包括：
| CVE编号 | 误差先容 | 误差影响 |
|---|---|---|
| CVE-2020-26145 | 在加密通讯中 ，仍接受未加密广播分片作为完整帧 | 自力于网络设置 ，插入恣意帧 ，从而改动数据包 |
| CVE-2020-26144 | 在加密通讯中 ，仍接受未加密的A-MSDU帧 | |
| CVE-2020-26140 | 在受掩护的网络中接受未加密数据帧 | |
CVE-2020-26143 | 在受掩护的网络中接受分片的未加密数据帧 | |
CVE-2020-26139 | 转发EAPOL帧时未验证发送端的身份 | 和CVE-2020-24588团结起来 ，插入任攻击者可插入恶意帧 ，改动数据包 |
CVE-2020-26146 | 关于非一连数据包编号的加密分片依然举行重新组合 | 窃取用户敏感数据 |
CVE-2020-26147 | 对分片举行重新组适时不区分加密或未加密 | 攻击者可插入恶意帧 ，改动数据包 |
CVE-2020-26142 | 将分片帧作为完整帧举行处置惩罚 | |
CVE-2020-26141 | 不验证分片帧的TKIP MIC |
通过这一系列误差 ，攻击者完全可以获得用户的敏感信息或直接控制智能装备 ，如控制智能电源插座 ，甚至直接接受网络中保存误差的盘算机 ，拜见下文参考资料[2]。
误差剖析
我们选取了在所有装备普遍保存的CVE-2020-24586、CVE-2020-24587、CVE-2020-24588三个设计误差举行剖析。由于CVE-2020-24588的误差影响较大 ，我们着重举行先容CVE-2020-24588。
1、手艺配景
由于802.11MAC层协议泯灭了相当多开销用作链路的维护 ，为了提高MAC层的效率 ，802.11n引入帧聚合手艺 ，报文帧聚合手艺包括：A-MSDU(MAC服务数据单位聚合) 及 A-MPDU(MAC协议数据单位聚合)。
A-MSDU允许对目的地及应用都相同的多个A-MSDU子帧举行聚合 ，聚合后的多个子帧只有一个配合的MAC帧头 ，当多个子帧聚合到一起后 ，从而镌汰了发送每一个802.11报文所需的PLCP Preamble、PLCP Header和802.11MAC头的开销 ，同时镌汰了应答帧的数目 ，从而提高无线传输效率。A-MSDU报文帧聚合手艺是802.11n协议的强制要求 ，所有支持802.11n协议的装备都必需支持。
下图示意了在802.11协议栈中 ，发送端和吸收端是如那里置A-MSDU数据的。
图1. 802.11协议数据处置惩罚流程
在802.11协议栈中 ，发送端未来自3-7层的网络数据经由数据链路层的LLC子层添加LLC/SNAP头后封装成MSDU(MAC服务数据单位） ，MSDU经由添加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 ，帧数据被添加上MAC头及帧尾封装成802.11数据�。∕PDU） ，MPDU/PSDU经由物理层添加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吸收端。
吸收端通过相反路径对802.11数据帧举行拆解 ，最后获得发送端的3-7层的网络数据。
A-MSDU的协议数据组成如图2所示 ，我们从上到下举行划辩白明：
（1）一个MSDU由LCC/SNAP头、IP头、TCP/UDP头及协议数据Data组成。
（2）MSDU添加DA(目的地址) ，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位来体现这是一个包括A-MSDU域的数据帧。
图2. A-MSDU数据组成示意
在802.11协议中 ，一个通俗的802.11数据帧与A-MSDU数据帧的结构是相同的 ，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 ，则标示这是通俗802.11数据帧。
在802.11协议中WEP及CCMP只掩护802.11MAC的有用载荷 ，至于802.11帧头以及下层协议的标头则原封不动 ，也就是说802.11协议中数据帧中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数据帧名堂
为避免中心人攻击 ，IEEE在2011年设计了SPPA-MSDU机制来掩护A-MSDU Preset位及A-MSDU的Payload。SPP A-MSDU通过在RSN capabilities 域中添加SPP A-MSDU Capable及SPP A-MSDU Required来标示是否支持SPP A-MSDU机制及是否接纳SPP A-MSDU机制。
图4. RSN Capabilities 域数据名堂
2、针对A-MSDU聚合的帧注入攻击(CVE-2020-24588)
虽然有SPP A-MSDU机制来掩护A-MSDU Preset位不被改动 ，可是在现实的测试中 ，险些所有的装备都不遵照SPP A-MSDU机制 ，这使得中心人攻击成为可能。
我们假设发送端发送了一个正常的802.11数据帧 ，这是一个内里封装的是一个通俗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）不受掩护 ，攻击者可以将 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） ，最后发送给吸收端。
图6. 改动后的802.11A-MSDU数据帧
由于QOS Control域中的A-MSDU Preset翻转为1 ，当吸收端吸收到数据帧后 ，会按A-MSDU名堂来拆解内里的数据。数据被识别成两个A-MSDU子帧。A-MSDU子帧1中的数据是原始的MSDU数据 ，以是会被协议栈扬弃 ，但第二个子帧会被准确剖析并处置惩罚。这上面的例子中第二个子帧会被识别成ICMP ping包 ，吸收端会回复一个ICMP echo Reply给发送端。
视频1. 发送端收到ICMP echo Reply
下图示意了中心人帧注入流程：
图7. 中心人帧注入流程
（1）STA（终端）和AP（热门/无线路由器）信道A（如信道6）, 建设关联
（2）MITM使用多信道中心人手艺使得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 吸收到的Wifi帧QOS域的A-MSDU Preset标示设为1 ，同时插入改动的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请求包 ，并在通道6发给AP。
（5）AP吸收到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子帧为不法包 ，会被扬弃 ，但后续的MSDU子帧会被系统正常处置惩罚。AP会回复收到一个ICMP Echo 应答给MITM。
（6）MITM收到AP的回复后 ，将吸收到的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宣布了响应的补丁 ，修复了FragAttacks系列误差 ，5月11日Linux也宣布了FragAttacks系列误差补丁[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 ，需要将通俗加密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内核通过增添判断DA（目的地址）是否和rfc1042_header(\xaa\xaa\x03\x00\x00\x00)一致 ，若是相等则以为是恶意攻击 ，可以把这个A-MSDU帧扬弃。
混淆密钥攻击(CVE-2020-24587)
图8.混淆密钥攻击流程
在办法1当中 ，攻击者诱导受害者会见受攻击者控制的服务器 ，通过一些手段 ，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举行传输 ，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心人举行阻挡 ，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 ，就将其解密后保存内存当中。
在办法2举行之前 ，受害者需要与AP重新举行四次握手并协商新的密钥。之后攻击者期待受害者发送包括敏感信息的数据包 ，即和。攻击者将数据包号码为n+1的数据包阻挡 ，并将其序列号修改为s ，然后转发给AP ，即数据包。而AP直接把他看成序列号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 ，而新的数据包中包括受害者的敏感信息与攻击者指定的IP。于是敏感信息就被发送到受害者控制的服务器上 ，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
在办法1中 ，攻击者嗅探到受害者的MAC地址后 ，伪造受害者MAC地址去毗连AP。这样就可以正当的用受害者的身份在AP的内存中插入分片。
在办法2中 ，受害者举行正常的认证事情 ，此时攻击者发送数据包 ，这个数据包中包括攻击者指定的IP数据包。然后AP解密此数据包 ，并生涯在内存中 ，以受害者的MAC地址作为标识。然后攻击者通过发送扫除认证的数据包并断开毗连 ，随后在受害者和AP之间建设一个多信道的中心人。注重此时AP内存中的分片并没有被扫除。
之后受害者与AP之间举行正常的毗连。此时攻击者只需要期待受害者发送第二个分片 ，数据包号码为n+1 ，攻击者将此数据包阻挡后 ，并将此数据包的序列号修改为s ，然后其转发给AP ，即数据包 ，一旦AP收到此数据包 ，和混淆密钥误差类似 ，AP会将此数据包解密 ，并和之宿世保存缓存中的数据包重组成新的数据包 ，由于这两个数据包包括相同的MAC地址和序列号。最后 ，AP将重组后的数据包发送给攻击者控制的服务器 ，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/
耀世娱乐起劲防御实验室（ADLab）
ADLab建设于1999年 ，是中国清静行业最早建设的攻防手艺研究实验室之一 ，微软MAPP妄想焦点成员 ，“黑雀攻击”看法首推者。阻止现在 ，ADLab已通过CVE累计宣布清静误差近1100个 ，通过 CNVD/CNNVD累计宣布清静误差1000余个 ，一连坚持国际网络清静领域一流水准。实验室研究偏向涵盖操作系统与应用系统清静研究、智能终端清静研究、物联网智能装备清静研究、Web清静研究、工控系统清静研究、云清静研究。研究效果应用于产品焦点手艺研究、国家重点科技项目攻关、专业清静服务等。
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