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。。。。。


918博天堂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效劳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�；；；；せ疲�

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�；；；；さ耐缰薪邮芪醇用苁葜�

CVE-2020-26143

在受�；；；；さ耐缰薪邮芊制奈醇用苁葜�

CVE-2020-26139

转发EAPOL帧时未验证发送端的身份

和CVE-2020-24588连系起来， ，， ，，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效劳数据单位聚合) 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。。。。。


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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效劳数据单位）， ，， ，，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(目的地点)， ，， ，，SA(源地点)， ，， ，，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。。。。。


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 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�；；；；�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。。。。。


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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�；；；；-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。。。。。


4.png

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�；；；；-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


5.png

图5. 原始的802.11数据帧


由于偏移0x18的QOS Control(0200）不受�；；；；�， ，， ，，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。。。。。


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 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：


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 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（目的地点）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)


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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效劳器， ，， ，，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效劳器上， ，， ，，造成信息泄露。。。。。


分片缓存投毒攻击(CVE-2020-24586)


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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地点后， ，， ，，伪造受害者MAC地点去毗连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地点作为标识。。。。。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地点和序列号。。。。。最后， ，， ，，AP将重组后的数据包发送给攻击者控制的效劳器， ，， ，，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/


918博天堂起劲防御实验室（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、专业清静效劳等。。。。。


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