最近在进行和802.11漫游有关的工作，需要对wpa_supplicant认证流程和漫游过程有更多的了解，所以通过阅读论文等方式，记录整理漫游相关知识。Part1将记录802.11漫游的基本流程、802.11R的基本流程、与认证和漫游都有关的三层秘钥基础。Part1将包括普通漫游流程、三层秘钥原理 和802.11R漫游流程。Part2将包括wpa_supplicant有关部分解析，Part3将包括抓包分析。
首先假设一个场景，STA首次与AP1相连，物理空间上逐步远离AP1，所以打算切换到AP2上，这个过程在802.11中就被称为漫游。
普通漫游流程：
漫游步骤（要求AP1 AP2同一个ESS）：
- STA经过auth*2 + reassociate request/response + key*4（这个是普通PSK漫游）连到AP2上
- STA的扫描到AP2，发现同SSID，加入AP2到待切换AP列表
- STA根据某些条件决定切换
- STA经过auth*2 + associate request/response + key*4连到AP1上
三层秘钥原理
WEP不够安全后，推出了802.11i，内含两种加密方式协议（TKIP和CCMP）以及一组秘钥交换过程，对于不同的加密方式，秘钥是不同的，PSK加密时，秘钥为PSK，802.11X验证，秘钥为MSK；成对主密钥PMK就是由PSK或者MSK推算出来的，PTK由PMK生成的，PTK会用于EAPOL-KEY（包括KCK和KEK）或temporal（暂时的） key里面
802.11i规定的秘钥交换流程（key*4）：
- 步骤1 key1：AP->STA，带着随机数Anonce（AP nonce）
- 步骤2 key2：STA用Anonce和Snonce展开PMK，获得PTK，STA->AP，带随机数Snonce
- 步骤3 key3：AP有了Anonce和Snonce，也用PMK展开出一个PTK，AP->STA，含Anonce和用PTK加密过的GTK
- 步骤4 key4：STA->AP，简单的ACK
三层秘钥介绍：
- PMK_R0：最高级的秘钥，PSK/MSK算出来的，由一层持有者S0KH R0KH持有
- PMK R1 为第二层密钥，它是由 S0KH和R0KH共同推演而来由 PMK_R1 密钥持有者保存(即 R1KH和 S1KH)。
- PTK为第三层密钥，它是由 S1KH和 R1KH共同推演而来。
- R0KH和 R1KH 为认证者端的结构，与之对应的 S0KH和 S1KH 为客户端的结构.
秘钥计算
R0
- R0-Key-data由PSK/MSK+SSID+mobility domain+R0KHID+S0KHID计算
- PMK-R0 是R0-Key-data的前256位
- PMK-R0Name-Salt是R0-Key-data的后128 bit
- PMK-R0Name由PMK-R0Name-Salt生成
R1
- PMK R1由PMK-R0 和R1KHID和S1KHID生成
- PMKRlName由PMK-R0Name和R1KHID和S1KHID生成
PTK
- PTK由PMK R1 SNonce ANonce BSSID STAADDR算出
- PTK用于KCK/KEK/TK,KCK是PTK的前128bit，KEK是128-255bit，TK分为CCMP和TKIP两种。
802.11R漫游流程
STA首先和AP1关联走的是完整关联流程，与标准802.11i流程相同，只是多了和快速漫游有关的字段，后面在去切换到AP2时就是802.11R快速漫游，相对于普通漫游的4*key交换，ANonce和SNonce在auth request Response就完成了，所以不需要key*4，漫游更快。FT分为两种，over the air和over the ds，区别是over the air是STA直接给AP2发auth request，over the ds，把发给AP2 的auth request包到action，给AP1，AP1用有线转给AP2。
11R首次关联流程：
- auth*2（带capability的普通auth）
- asso*2（含MDIE（含mobility domain） RSNIE FTIE（含R0KHID R1KHID））
- key*4（与802.11i规定的秘钥交换流程（key* 4）相同）
11R的FT快速切换流程（over the air）
- STA发FTAA request（含RSNIE（含PMKR0NAME），含MDIE，含FTIE（含SNonce和R0KHID））
- AP2回FTAA response（含RSNIE（含PMKR0NAME），含MDIE，含FTIE（含ANonce SNonce R0KHID R1KHID））【在reassociation request和auth request之间的时间不能超过Reassociation deadline time】
- STA再发Reassociation Request到AP2（含RSNIE（含PMKR0NAME），含MDIE，含FTIE（含MIC ANonce SNonce R0KHID R1KHID ）含RIC-Request）
- AP2回Reassociation Response（含的与Reassociation Request相同，只不过多出来加密了的GTK）
11R的FT快速切换流程（over the ds）
- STA直接与AP2 交换的auth Request auth Response换成了STA和AP1 交换action，内容完全一致，然后AP1把ACTION用以太网转到AP2；Reassociation Request/Response相同，是STA和AP2交互的
完整的秘钥计算示意图
参考文献：
[1]袁保磊. 基于IEEE802.11R协议的快速漫游嵌入式软件设计与实现[D].电子科技大学,2018.
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