BACHELORARBEIT 1
WPA3
Veranschaulichung der Notwendigkeit einer sicheren Implementation
durchgeführt am Studiengang
Informationstechnik und System-Management
Fachhochschule Salzburg GmbH
vorgelegt von
Rudolf Eiser
Josef Marold
Studiengangsleiter: FH-Prof. DI Dr. Gerhard Jöchtl
Betreuer: FH-Prof. Priv.-Doz. DI Mag. Dr. Dominik Engel
Puch/Salzburg, Jänner 2022
ii
Eidesstattliche Erklärung
Wir erklären hiermit eidesstattlich, dass wir die vorliegende Bachelorarbeit selbstständig
und ohne fremde Hilfe verfasst, und keine anderen als die angegebenen Quellen und
Hilfsmittel benutzt haben. Weiters versichern wir hiermit, dass wir die den benutzten
Quellen wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht haben.
Die
Arbeit
wurde
bisher
in
gleicher
oder
ähnlicher
Form
keiner
anderen
Prüfungskommission weder im In- noch im Ausland vorgelegt und auch nicht veröffentlicht.
Datum
Unterschrift
Datum
Unterschrift
Abstract / Josef Marold
iii
Abstract
In January 2018 a new Wi-Fi Protected Access (WPA) security standard, WPA3, was
announced by the Wi-Fi Alliance. The new standard implements many new features, like
Opportunistic Wireless Encryption (OWE), Brute-force Attack Prevention and Strong
Protection for Weak Passwords. Simultaneous Authentication of Equals (SAE) replaces the
4-way-handshake. Management Frames are protected by default, but most Wi-Fi networks
still rely on WPA2, while WPA2 is considered broken.
This work is written to provide arguments for network admins, especially in small and
medium companies to raise the awareness of their management. It is also meant to advance
the transition of existing networks from WPA2 to secure WPA3 installations. This seems
necessary, because three years after introduction of WPA3, most Wi-Fi networks still lack
the new standard.
iv
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................................ vi
Abbildungsverzeichnis ....................................................................................................... viii
Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. ix
1
Einleitung ...................................................................................................................... 1
2
Technische Grundlagen ................................................................................................. 3
2.1
Wireless Local Area Network ................................................................................. 4
2.1.1
Standards und Protokolle ................................................................................. 4
2.1.2
Wired Equivalent Privacy und Wi-Fi Protected Access .................................. 5
2.2
Wi-Fi Protected Access 2 ....................................................................................... 6
2.2.1
2.3
Wi-Fi Protected Access 3 ....................................................................................... 7
2.3.1
Grundlagen ...................................................................................................... 7
2.3.2
WPA3-Transition Mode .................................................................................. 8
2.3.3
Sicherheitsgewinn durch WPA3 ...................................................................... 9
2.3.4
Bekannte Schwachstellen .............................................................................. 10
2.4
3
Verbesserungen gegenüber WPA .................................................................... 6
Angriffsszenarien auf Wireless Local Area Networks ......................................... 11
2.4.1
Bekannte und veröffentlichte Angriffsmethoden .......................................... 11
2.4.2
Ausgewählte Angriffsmethoden .................................................................... 11
Gegenüberstellung unterschiedlicher WPA2 und WPA3-SAE Konfigurationen ....... 13
3.1
Versuchsaufbau ..................................................................................................... 13
3.1.1
WLAN-Infrastruktur Setup............................................................................ 13
3.1.2
Einrichtung Kali Linux und Aircrack-ng....................................................... 15
3.2
Ergebnisse des Angriffs auf das WPA2-Only Setup ............................................ 17
3.2.1
Szenario ......................................................................................................... 17
v
3.2.2
Ablauf ............................................................................................................ 17
3.2.3
Fazit ............................................................................................................... 19
3.3
Ergebnisse des Angriffs auf das WPA3-Unsafe Setup ......................................... 21
3.3.1
Szenario ......................................................................................................... 21
3.3.2
Ablauf ............................................................................................................ 21
3.3.3
Fazit ............................................................................................................... 22
3.4
Ergebnisse des Angriffs auf das WPA3-Safe Setup ............................................. 23
3.4.1
Szenario ......................................................................................................... 23
3.4.2
Ablauf ............................................................................................................ 23
3.4.3
Fazit ............................................................................................................... 24
3.5
Leitfaden zur sicheren Implementation von WPA3.............................................. 25
3.5.1
Interne Tests vorbereiten ............................................................................... 25
3.5.2
Empfehlungen im Umgang mit nicht WPA3-fähigen Geräten ..................... 25
3.5.3
Optimales Setup............................................................................................. 26
4
Zusammenfassung und Ausblick ................................................................................. 28
5
Literaturverzeichnis ..................................................................................................... 29
vi
Abkürzungsverzeichnis
Im Sinne einer besseren Lesbarkeit werden englischsprachige Begriffe im Fließtext kursiv
formatiert. Die folgenden Abkürzen bleiben davon unbetroffen:
AP
Access Point
BSI
Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (Deutschland)
BSSID
Basic Service Set Identifier
CCMP
Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol
DA
Deauthentication Attack
DOS
Denial of Service (Attacke)
EAP
Extensible Authentication Protocol
EAPOL
Extensible Authentication Protocol over Local Area Network
ECC
Elliptic Curve Cryptography
FFC
Finite Field Cryptography
HCDA
Handshake Capture and Dictionary Attack
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IV
Initialisierungsvektor
KMU
kleines mittleres Unternehmen
KRACK
Key Reinstallation Attack
MITM
Man in the Middle (Attacke)
OWE
Opportunistic Wireless Encryption
PMF
Protected Management Frames
PMK
Pairwise Master Key
POC
Proof of Concept
PSK
Pre-Shared Key
PTK
Pairwise Transient Key
RADIUS
Remote Authentication Dial-In User Service
vii
RC4
Ron's Code 4 (Algorithmus)
RSN
Robust Security Network
RSNE
Robust Security Network Element
SAE
Simultaneous Authentication of Equals
TKIP
Temporal Key Integrity Protocol
TLS
Transport Layer Security
VM
Virtuelle Maschine
WEP
Wired Equivalent Privacy
Wi-Fi
Wireless Fidelity; The Standard of
WPA
Wi-Fi Protected Access (1. Generation)
WPA2
Wi-Fi Protected Access 2 (2. Generation)
WPA3
Wi-Fi Protected Access 3 (3. Generation)
XOR
Exklusiv-Oder (Schaltalgebra)
viii
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Gesamtergebnisse der Studie zur IT-Sicherheit KMU [3, S.31] ..................... 1
Abbildung 2: schematische Darstellung eines WLAN als Teil eines LAN .......................... 4
Abbildung 3: Einordnung von 802.11 in ISO/OSI-Modell [10, S.736] ................................ 5
Abbildung 4: Verbindungsaufbau WPA2-Client zu WPA3-Transition-AP [5, S.2] ............. 9
Abbildung 5: Flussdiagramm bekannter Angriffsmethoden auf WLAN [20, S.7] ............. 11
Abbildung 6: Schematische Darstellung der HDCA [15, S.263] ........................................ 12
Abbildung 7: Initialisierung des Wi-Fi Adapters im Monitoring Mode ............................. 15
Abbildung 8: Übersicht über die zum Versuchszeitpunkt erreichbaren Wi-Fi-Netzwerke. 16
Abbildung 9: wesentliche Parameter der aufgezeichneten Datenübertragung .................... 17
Abbildung 10: aufgezeichneter Schlüsseltausch visualisiert mit Wireshark ....................... 18
Abbildung 11: parallel durchgeführte Aufzeichnung und Deauthentication....................... 18
Abbildung 12: erfolgreicher Hash-Crack mittels wifi_cracker_wordlist Wörterbuch ........ 19
Abbildung 13: geschätzte Zeit zum Entschlüsseln eines Passwortes [23, S.1] ................... 20
Abbildung 14: erfolgreich mitgeschnittener WPA-Handshake in WPA3-Unsafe .............. 21
Abbildung 15: erfolgreich mittels Offline Dictionary Attack entschlüsselter PSK ............ 22
Abbildung 16: erfolgreich mitgeschnittener WPA-Handshake in WPA3-Safe .................. 24
Abbildung 17: erfolgreich mittels Offline Dictionary Attack entschlüsselter PSK ............ 24
Abbildung 18: Windows 11 Meldung beim ersten Verbinden mit einem WPA3 ............... 27
ix
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Authentifizierung und Features WEP, WPA, WPA2 und WPA3 [12, S.80] ....... 8
Tabelle 2: Verwendete Wi-Fi-Konfigurationen .................................................................. 14
Tabelle 3: Im Versuch verwendete Clients.......................................................................... 14
Tabelle 4: Ergebnisse des Angriffs auf Clients im WPA-Only Setup ................................. 20
Tabelle 5: Ergebnisse des Angriffs auf Clients im WPA3-Unsafe Setup ........................... 23
Tabelle 6: Ergebnisse des Angriffs auf Clients im WPA3-Safe Setup................................ 25
Einleitung / Josef Marold
1
1
Einleitung
Nach einer Erhebung der Wirtschaftskammer aus dem Jahr 2018 sind mehr als 99% der
Unternehmen in Österreich als kleine und mittlere Unternehmen (KMU) anzusehen [1].
Diese Verteilung trifft, wenn man ein KMU als Unternehmen mit weniger als 250
Mitarbeiter*innen betrachtet, auf ganz Europa zu. Wie C. Paulson in ihrem Artikel [2]
ausführt, steigt die Anzahl von Cyber-Attacken gegen diese Gruppe in den letzten Jahren
enorm an. Obgleich das Thema IT-Sicherheit durch die Medienpräsenz über die letzten Jahre
eine Sensibilisierung erfährt, besteht in KMUs oft nicht die Möglichkeit eine eigene
Netzwerk- und Sicherheitsabteilung, oder auch nur eine IT-Abteilung einzurichten. Die
Autorin stellt weiters fest, dass die Auswirkungen solcher Angriffe von KMUs oft
unterschätzt werden. Auch Firmen, die Cybersecurity-Themen generell umsetzen wollen,
räumen diesen laut der Autorin nicht die erforderliche Priorität ein [2]. Der Artikel
identifiziert als eines der zentralen Probleme für KMU, dass Firmen oft gar nicht wissen, mit
welchem Risiko sie sich zuerst befassen sollen. Deshalb schlägt C. Paulson eine Analyse der
Geschäftsprozesse vor, um so die kritischen Ressourcen zu erfassen. Mit Hilfe dieser
gewichteten Liste soll im Nachgang gemeinsam mit spezialisierten Dienstleistern eine
maßgeschneiderte Strategie für die jeweilige Firma festgelegt werden [2]. Die lokale
Netzwerkinfrastruktur als Grundlage für die Unternehmens-IT wird dabei immer einen
zentralen Punkt in solchen Überlegungen einnehmen.
Abbildung 1: Gesamtergebnisse der Studie zur IT-Sicherheit KMU [3, S.31]
Betrachtet man die Ergebnisse der Studie zur IT-Sicherheit in KMU durch das Bundesamt
für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) [3], wird dies besonders deutlich. Im
Einleitung / Josef Marold
2
Rahmen dieser Studie, aber auch in den laufenden Lageberichten zur Cyber-Sicherheit in
Deutschland werden Handlungsempfehlungen basierend auf einer Bewertung des IstZustands der IT-Sicherheitsmaßnahmen deutscher Unternehmen entwickelt und deren
Umsetzung in diesen Unternehmen geprüft. Man kann in den Ergebnissen dieser Studie den
hohen Stellenwert der Netzwerksicherheit im Vergleich zu den anderen Schwerpunkten
(siehe Abbildung 1) gut erkennen.
Die Komplexität von Firmennetzwerken nimmt auch in KMU stetig zu. Vor allem der durch
die COVID-19 Pandemie im Jahr 2020 ausgelöste Anstieg von Remote-Nutzern zeigte bei
vielen Unternehmen Schwachstellen auf. In einer Studie zur Verbesserung der CyberSicherheit und Datenschutzbedenken von Benutzern in drahtlosen Netzwerken während der
COVID-19 Pandemie [4] gehen die Autoren auf typische Versäumnisse und Probleme von
Firmen in Bezug auf deren Wireless Fidelity (Wi-Fi) Netzwerke ein. Sie versuchen diesen
Unternehmen mit Hilfe ihrer Studie einen Leitfaden und praktische Ratschläge an die Hand
zu geben. Eine der grundlegenden Empfehlungen in dieser Arbeit ist der Hinweis, Wi-FiNetzwerke zumindest mit Wi-Fi Protected Access 2 (WPA2), besser jedoch mit Wi-Fi
Protected Access 3 (WPA3) zu verschlüsseln.
Diese Arbeit soll in einem ähnlichen Stil, als eine leicht nachzuvollziehende
Argumentationsbasis für (Netzwerk-) Administrator*innen dienen, um allen Stakeholdern
die Notwendigkeit einer Einführung von WPA3 aufzeigen zu können. Gleichzeitig soll sie
auch einen Leitfaden für die Erarbeitung einer sicheren WPA3-Konfiguration darstellen und
Netzwerkadministrator*innen bei der Architektur eines neuen Wireless Local Area Network
(WLAN)-Konzepts unterstützen. Um die praktische Bedrohung durch bekannte
Schwachstellen, sowie deren weitreichende Auswirkungen hervorzuheben, wird im ersten
Abschnitt unserer Gegenüberstellung gezeigt, wie angreifbar ein klassisches WPA2gesichertes Wi-Fi-Netzwerk in Bezug auf Denial of Service (DOS)-Attacken, Man in the
Middle (MITM)-Attacken, sowie eine Key Reinstallation Attack (KRACK) ist. Zusätzlich
wird demonstriert, wie Angreifer eine schlechte Konfiguration von WPA3-gesicherten WiFi-Netzwerken ausnutzen können, um am Ende aufzuzeigen, wie eine richtige
Implementation von WPA3 oder zumindest WPA3- Simultaneous Authentication of Equals
(SAE) viele der zuvor präsentierten Schwachstellen beseitigt.
Technische Grundlagen / Rudolf Eiser
2
3
Technische Grundlagen
Um einen Kontext zu bisherigen Sicherheitsverbesserungen von WLAN-Standards
herstellen zu können, ist eine Betrachtung der zeitlichen Entwicklung ebendieser notwendig.
Die Einführung des WLAN-Standards 802.11 im Jahr 1997 durch das Institute of Electrical
and Electronics Engineers (IEEE) war eine Revolution im Sinne der Flexibilität von
Netzwerken. Dabei beschränkt sich die IEEE als unabhängiges Expertengremium [5] auf die
grundlegenden technischen Anforderungen, welche zu erfüllen sind. Exemplarisch erwähnt
seien hier die Standardisierung der physischen Datenübertragung sowie des Medienzugriffs.
Diese stellen jedoch nur ein kleines Segment der gesamten IEEE 802-Norm-Familie dar.
Basierend auf dieser normativen Grundlage begannen Hersteller und Produzenten
entsprechend mit der Implementierung des Standards. Plötzlich war man nicht mehr auf das
Vorhandensein von Kabeln angewiesen, was vor allem die Investitionskosten in die
Netzwerkinfrastruktur auf Anhieb zu senken schien. Verständlicherweise gingen damit auch
Nachteile einher. Die Einführung einer Luftschnittstelle brachte neue Probleme wie
Signalverluste oder sich überschneidende Funkzellen. Noch bevor IEEE 2004 mit 802.11i
einen neuen WLAN-Standard veröffentlichte, definierte die Wi-Fi Alliance 2003 mit Wi-Fi
Protected Access (WPA) einen verbesserten Pseudostandard. Die 1999 gegründete Wi-Fi
Alliance, bestehend aus Firmen mit berechtigtem Interesse an der Entwicklung von WLANStandards, definiert und zertifiziert die Umsetzung standardisierter technischer
Anforderungen [6]. Somit lässt sich eine Verbesserung bestehender Normen im
Eigeninteresse nachvollziehen. Beide beteiligten Institutionen unterscheiden sich insofern,
als dass IEEE rein technische Interessen verfolgt und Standards komplett veröffentlicht, die
Wi-Fi Alliance auch wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt und nur eingeschränkt Details
zu ihren Pseudostandards publiziert [7], [8].
Die Evolution von WLANs brachte auch völlig neue Angriffsvektoren mit sich. Es war nicht
länger nötig, sich als Angreifer physikalisch auf Geräte oder Leitungen zu beschränken. Das
führte unter anderem dazu, dass bereits nach wenigen Jahren Wired Equivalent Privacy
(WEP) als Teil des IEEE 802.11-Standards eingeführt wurde, als unsicher galt. Grundlagen
hierzu, technische Unterschiede sowie spezifische Entwicklung werden im Anschluss
dargestellt.
Technische Grundlagen / Rudolf Eiser
2.1
4
Wireless Local Area Network
Mit der Verbreitung des Internet und zunehmender privater Nutzung konnten nach
Verfügbarkeit von geeigneten Netzwerkkomponenten auch lokale Netzsegmente,
sogenannte Local Area Networks (LAN), errichtet werden. Wie eingangs erwähnt, wurde
mit
der funktechnischen Entwicklung
eine alternative Möglichkeit
geschaffen,
leitungsunabhängig Datenverkehr zu vermitteln. Auch im deutschen Sprachgebrauch wird
diese Art von Netzsegment als WLAN bezeichnet. Eine mögliche Kombination der beiden
Netzsegmente wird in der folgenden Abbildung veranschaulicht.
Abbildung 2: schematische Darstellung eines WLAN als Teil eines LAN
Für die Errichtung eines WLAN werden grundlegend zwei Gerätetypen benötigt. Einerseits
ein Endgerät, auch Station oder Client genannt, andererseits eine Luftschnittstelle
beziehungsweise der leitungsgebundene Access Point (AP).
2.1.1 Standards und Protokolle
Mit IEEE 802.11 wurde der erste Standard publiziert, welcher den Datenaustausch zwischen
AP und Client beschreibt. Wie in Abbildung 3 ersichtlich ist, beschränkt sich der Standard
auf die physische Bitübertragungsschicht und die Datensicherungsschicht. Auf die rein
physische Datenübertragung wird im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen, da
ausschließlich
der
Dateninhalt
und
nicht
der
funktionelle
Datentransport
sicherheitstechnisch relevant ist. Für die Realisierung solcher Standards werden
entsprechende
Protokolle
verwendet.
Nachdem
WLAN-Funksignale
prinzipiell
omnidirektional ausgestrahlt werden, heißt das, jeder Client in Sendereichweite könnte
uneingeschränkt die gesamte Kommunikation mitlesen. Um das zu verhindern, werden
Protokolle für Verschlüsselung und Authentifizierung verwendet. Letztendlich können diese
Protokolle als wichtigste Elemente für eine sichere WLAN-Verbindung subsumiert werten.
Technische Grundlagen / Rudolf Eiser
5
Abbildung 3: Einordnung von 802.11 in ISO/OSI-Modell [10, S.736]
2.1.2 Wired Equivalent Privacy und Wi-Fi Protected Access
WEP war das erste Verschlüsselungsprotokoll in 802.11. Damit sollten Authentifizierung,
Vertraulichkeit und Integrität umgesetzt werden. Dieses Protokoll implementiert
unterschiedliche Algorithmen. Ein 24-Bit-Initialisierungsvektor (IV) verknüpft mit einem
Schlüssel (K) bilden einen Keystream. Mittels Rons Code 4 (RC4) -Algorithmus wird daraus
eine Zufallszahl erzeugt. Diese mit Nachricht (M) exklusiv verodert (XOR) ergibt den
Ciphertext [10]. Bereits 2001 wurden Sicherheitslücken in WEP durch Forscher der Berkley
Universität veröffentlicht. Unter anderem beschrieben K. Curran und E. Smyth 2006 diese
Schwachstellen in [11]. Zusammengefasst sind das die Verwendung von statischen
Schlüsseln, die Länge der IV und der RC4-Algorithmus. Nachdem Verbesserungen des
Standards durch IEEE andauerten, bildete sich mit der Wi-Fi Alliance eine
Interessensvertretung mit dem Ziel, Sicherheitsmängel möglichst rasch zu beseitigen.
Es folgte 2003 die interimistische Einführung von WPA basierend auf WEP. Abgesehen von
der Weiterverwendung von RC4 wurden die Schlüssellängen auf 128 Bit vergrößert und das
Erzeugen der IV dynamisch implementiert [12]. Dies löste die erkannten Sicherheitsmängel
nur kurzfristig und mangelhaft.
Technische Grundlagen / Rudolf Eiser
2.2
6
Wi-Fi Protected Access 2
Bereits 2004 wurde durch die Wi-Fi Alliance mit WPA2, als Vorgriff auf den durch IEEE
angekündigten 802.11i-Standard, nachgebessert. 802.11i, ebenfalls 2004 veröffentlicht,
unterscheidet sich deshalb nicht wirklich von WPA2 und kann synonym verwendet werden
[9]. Da WPA2 wieder einen enormen Sicherheitsgewinn und zusätzlich im Vergleich zu
WPA einfach zu implementieren war, setzte sich dieser Standard durch und wird
mittlerweile auch als Robust Security Network (RSN) bezeichnet. WPA2 gilt derzeit als der
verbreitetste Standard in (Heim-) Netzwerken [12].
2.2.1 Verbesserungen gegenüber WPA
WPA2 setzt anders als seine Vorgänger auf eine Advanced Encryption Standard (AES)Verschlüsselung
in
Verbindung
mit
unterschiedlichen
Möglichkeiten
der
Schlüsselverteilung, wie beispielsweise dem Pre-Shared Key (PSK)-Verfahren. AES wurde
im Jahr 2000 durch das National Institute of Standards and Technology (NIST)
veröffentlicht. Eine umfangreiche Dokumentation, Lizenz- beziehungsweise Patentfreiheit
und breite öffentliche Überprüfung waren maßgebende Kriterien, um AES auch in WPA2
zu integrieren. Das sollte zur Zukunftsfähigkeit von WPA2 wesentlich beitragen [9]. Zwar
unterstützt WPA2 ebenfalls wie WPA die beiden als Personal und Enterprise bezeichneten
Sicherheitsmodi, jedoch beschränkt sich die verbesserte Sicherheit im Personal-Modus auf
einen einzigen Faktor. Da in diesem Modus die Konfiguration des Passwortes manuell
durchgeführt werden muss, hängt die objektive Sicherheit ausschließlich von der
Komplexität dieses Passwortes ab. Einerseits verbessert die Ableitung des Schlüssels vom
willkürlich gewählten Passwort die Sicherheit. Andererseits sind sowohl 64 ASCII-Zeichen
als auch eine 256 Bit große Zufallszahl subjektiv schlecht zu merken und gelten daher als
unpraktikabel. Eine sichere Alternative hierzu ist die Verwendung des Enterprise-Modus,
der auf dem Extensible Authentication Protocol (EAP) Framework zur Authentifizierung
basiert. Die Transport Layer Security (TLS) kann durch die Implementation eines Remote
Authentication Dial-In User
Service (RADIUS) Servers
gewährleistet
werden.
Authentifizierung, Autorisierung und Accounting, auch Triple-A-System genannt, werden
vom Server durchgeführt und bedürfen somit keiner manuellen Eingabe [9].
Technische Grundlagen / Josef Marold
2.3
7
Wi-Fi Protected Access 3
WPA3 wurde, wie seine Vorgängermodelle durch die Wi-Fi-Alliance [13] als Reaktion auf
kritische Sicherheitslücken seiner Vorgänger eingeführt. Der Standard wurde im Januar
2018 veröffentlicht und im Juni desselben Jahres zertifiziert. WPA3 wurde 14 Jahre nach
der Einführung von WPA2 (2004) unter anderem als eine Reaktion auf die Arbeit der
Sicherheitsexperten M. Vanhoef und F. Piessens [14] eingeführt, in der sie die Durchführung
einen später als KRACK-Attacke bekannt gewordenen Angriff beschreiben. Diese
Schwachstelle erlaubt es dem Angreifer den 4-way-Handshake zu manipulieren. In ihrem
Proof of Concept (POC) zeigen die Autoren auf, dass diese Manipulation gegen alle WPA2Protokolle gleich gut funktioniert. Die Arbeit belegt weiters, dass auch im besten Fall, einer
Kombination aus AES und CCMP (siehe Tabelle 1) zumindest Replay- und
Entschlüsselungsattacken möglich sind. Im Fall einer WPA- Temporal Key Integrity
Protocol (TKIP)-Konfiguration können zusätzlich Pakete gefälscht werden. Mit dieser
Arbeit zeigten die Forscher eine Schwachstelle auf, die alle zur Zeit der Veröffentlichung
(2017) verfügbaren Wi-Fi-Geräte betraf und bei Android 6.0-Geräten zu einer All-zeroVerschlüsselung, also einer de facto unverschlüsselten Kommunikation führte. Die einfache
Ausnutzbarkeit dieser Schwachstelle [15] machte eine rasche Reaktion durch die Wi-Fi
Alliance notwendig, worauf diese mit der Einführung von WPA3 reagierte[13]. Anfang 2019
kamen die ersten WPA3-zertifizierten Geräte auf den Markt. Da kein großer „Big Bang“ zu
erwarten war, bei dem alle Beteiligten die vorhandenen nicht WPA3-zertifizierten Geräte
austauschen, wurde auch bei diesem Standard großer Wert auf Rückwärtskompatibilität
gelegt. Allerdings kann diese Rückwärtskompatibilität, wie D. Westhoff in seiner Arbeit zu
WPA3 veranschaulicht, in verschiedenen Konstellationen für Downgrade-Attacken genutzt
werden und bringt damit besondere Herausforderungen mit sich [16].
2.3.1 Grundlagen
Der WPA3-Standard ist eine Erweiterung des WPA2-Standards und dient sowohl zur
Authentifizierung von Clients als auch zum Verschlüsseln der Daten. Der Standard ist durch
die Arbeit der Wi-Fi Alliance seit Juni 2018 für neue Wi-Fi-Geräte verpflichtend zu
verwenden, womit die Anzahl WPA3-fähiger Geräte stetig wächst [13].
Wie S. Kwon und H. Choi in Ihrem Artikel [12] beschreiben, setzt WPA3 wieder auf zwei
unterschiedliche Management Frameworks, WAP3-Personal und WPA3-Enterprise (siehe
Tabelle 1). Diese Arbeit beschäftigt sich allerdings rein mit dem in KMU häufiger genutzten
Technische Grundlagen / Josef Marold
8
WPA3-Personal Framework und verzichtet auf die Betrachtung des in Abschnitt 2.2.1
erwähnten Enterprise Mode, da in kleineren Firmen oft kein eigener RADIUS-Server zur
Verfügung steht.
Tabelle 1: Authentifizierung und Features WEP, WPA, WPA2 und WPA3 [12, S.80]
Die Betriebsart legt, wie in Tabelle 1 zu sehen ist, die Verschlüsselung und die Art der
Authentifizierung fest. In Ihrer Analyse des WPA3 Standards [17] gehen die Autoren zuerst
auf die Funktionsweise neuer Mechanismen, wie die der Abwärtskompatibilität ein. Sie
erklären, dass diese im Fall von WPA2-Personal über die Koexistenz einer
Authentifizierung durch PSK und einer Authentifizierung durch SAE realisiert wird. Neuen
Clients werden also beide Versionen angeboten und der höchstmögliche Standard bevorzugt.
2.3.2 WPA3-Transition Mode
Die Koexistenz von WPA2 und WPA3 wird als Transition Mode bezeichnet und soll den
Betrieb älterer Geräte ermöglichen. Auch in der Arbeit von S. Kwon und H. Choi wird
empfohlen, die neuen sicherheitstechnischen Möglichkeiten von WPA3, den vorhandenen
Clients entsprechend, möglichst restriktiv zu gestalten [12]. Der WPA3 Transition Mode
wird von den Forschern auch dann empfohlen, wenn in einer Umgebung nur WPA2-fähige
Geräte zu erwarten sind. Wie in Abbildung 4 veranschaulicht wird, werden Clients in einem
WPA3 Transition-Netzwerk über regelmäßig gesendete Robust Security Network Element
(RSNE) Beacons vom AP über unterstützte Authentifizierungsmodi informiert [17].
Technische Grundlagen / Josef Marold
9
Daraufhin wird per SAE der Pairwise Master Key (PMK) ausgehandelt und mittels 4-wayHandshake ein Pairwise Transient Key (PTK) festgelegt.
Abbildung 4: Verbindungsaufbau WPA2-Client zu WPA3-Transition-AP [5, S.2]
Zusätzlich wird das RSNE im Prozess kryptographisch verifiziert, um so die Echtheit der
Beacons zu garantieren. So wird ein Fälschen dieser Beacons und damit letztendlich ein
Erzwingen einer schwächeren Cipher Suite verhindert. Die gekreuzten Linien in Abbildung
4 stellen die Möglichkeit gleichzeitigen Sendens und Empfangens dar, welches in MeshNetzwerken (IEEE 802.11s) benötigt und von SAE unterstützt wird.
2.3.3 Sicherheitsgewinn durch WPA3
SAE, auch Dragonfly-Handshake genannt, ist neben dem Erzwingen der Protected
Management Frames (PMF) auch im Transition Mode [18] eine der großen Neuerungen in
WPA3. SAE ersetzt den unsicheren Schlüsseltausch über das Medium durch eine
beiderseitige Berechnung des Schlüssels über kryptographische Verfahren wie Finite Field
Cryptography (FFC) und Elliptic Curve Cryptography (ECC). Durch die Unterstützung von
Mesh-Netzwerken können sowohl der Supplicant als auch der Authenticator den Vorgang
initiieren und das Gegenüber über die Prüfung des RSNE bestätigen [17]. Die Verwendung
eines PMK, der eine viel höhere Entropie als der im Transition Mode verwendete PSK
aufweist, beschränkt bei Verwendung des Dragonfly-Handshakes gemeinsam mit dem
Übertagen der Berechnungsfaktoren über den PTK den Erfolg von Offline Dictionary
Technische Grundlagen / Josef Marold
10
Attacken [16]. Es wird also Perfect Forward Secrecy erreicht [19]. Wird der PTK zusätzlich
regelmäßig getauscht, trägt das in Verbindung mit der 192-bit-Verschlüsselung (siehe
Tabelle 1) zu einer starken Verbesserung der Sicherheit auch von Netzwerken im Transition
Mode bei.
2.3.4 Bekannte Schwachstellen
Zu den bekanntesten Schwachstellen in WPA3 gehören die Dragonblood Attack und die
Downgrade Attack. In Ihrer Arbeit zu Dragonblood [17] stellen die Autoren M. Vanhoef
und E. Ronen fest, dass es die Wi-Fi Alliance einmal mehr verabsäumt hat, WPA3 durch
Einbeziehen der Öffentlichkeit in die Entwicklung, gleich von Beginn an sicherer zu
machen. Sie gehen davon aus, dass die meisten der in der Dragonblood Attacke verwendeten
Schwachstellen,
wie
das
Einbeziehen
der
MAC-Adresse
bereits
bei
der
Passwortverschlüsselung, damit ausgeräumt werden hätten können. Ein weiterer Vorschlag
derselben Forscher in einer anderen Arbeit [19] greift die Maßnahmen gegen Downgrade
Attacken auf. Sie vertreten in dieser Arbeit den Standpunkt, dass einerseits auf Client-Seite
eine schwächere Verschlüsselung eines bereits bekannten Netzwerks nicht akzeptiert
werden darf und zusätzlich eine Bitmap des RSNE während des 4-way-Handshakes
eingeführt werden sollte, um es Clients zu ermöglichen eine Downgrade Attacke zu
erkennen. Allerdings stellen die Autoren in beiden Arbeiten fest, dass WPA3 trotz seiner
Schwachstellen einen Sicherheitsgewinn im Vergleich zu WPA2 darstellt.
Technische Grundlagen / Rudolf Eiser
2.4
11
Angriffsszenarien auf Wireless Local Area Networks
Mit der Veröffentlichung erfolgreicher Angriffe auf WLANs geht auch die Gefahr von
missbräuchlicher Anwendung des geteilten Wissens einher. Diesbezüglich ermöglichen
umfangreiche Versuche und Dokumentationen dazu nicht nur eine qualitative Verbesserung
etablierter Standards, sondern erhöhen gleichzeitig auch das Bedrohungsspektrum durch
rechtswidrige Nachahmung [12]. Selbst Laien können unter Ausnutzung frei verfügbarer
Ressourcen, wie beispielsweise automatisierte Angriffs-Software und Schritt-für-SchrittAnleitungen erfolgreiche Angriffe auf WLANs reproduzieren.
2.4.1 Bekannte und veröffentlichte Angriffsmethoden
Im Oktober 2018, also bereits acht Monate nach der Veröffentlichung des WPA3-Standards
durch die Wi-Fi Alliance, führten C.P. Kohlios und T. Hayajneh in [20] eine Analyse
bekannter Angriffsmethoden auf WLANs durch. Der Fokus wurde dabei auf aktuelle
Methoden wie beispielsweise KRACK oder PMKID-Wörterbuchattacken gegen WPA3
gelegt. Für ein besseres Verständnis unterteilen die Autoren unterschiedliche
Angriffsmethoden und deren Einsatzzeitpunkte in Phasen, wie im Folgenden dargestellt.
Abbildung 5: Flussdiagramm bekannter Angriffsmethoden auf WLAN [20, S.7]
Basierend auf der einfachen Nachvollziehbarkeit, wird die Zuordnung der dargestellten
Phasen im Weiteren gleichermaßen verwendet. Unter den in Abschnitt 2.4 ausgeführten
Gesichtspunkten wurden für den praktischen Teil dieser Arbeit die anschließenden
Szenarien festgelegt.
2.4.2 Ausgewählte Angriffsmethoden
Für Phase 1 nach [20] wurden sowohl die Handshake Capture and Dictionary Attack
(HCDA), als auch in Verbindung damit die Deauthentication Attack (DA) ausgewählt.
Technische Grundlagen / Rudolf Eiser
12
Die HCDA als klassische Brute Force Attack kann basierend auf unterschiedlichen
Plattformen, wie zum Beispiel mit Kali Linux in Verbindung mit einem WLAN-Adapter
[21], durchgeführt werden. Dabei wird der Handshake beim Verbindungsaufbau zwischen
AP und Client gänzlich oder partiell aufgezeichnet. Die Pakete mit den darin enthaltenen
Hash-Werten werden lokal in einer Datei gespeichert. Anschließend werden durch ein
Programm mittels bekannter Passwörter (Wörterbuch) Hash-Werte generiert und mit den
aufgezeichneten Hash-Werten verglichen. Bei Übereinstimmung ist somit das verwendete
Passwort bekannt. Die Sicherheit der WLAN-Verbindung basiert ausschließlich auf der
Sicherheit des gewählten Passwortes.
Abbildung 6: Schematische Darstellung der HDCA [15, S.263]
Ist eine Aufzeichnung des Handshake aus Mangel an Verbindungsaufbauten nicht möglich,
kann diese bei zumindest einem verbundenen Client mittels DA erzwungen werden. Für
diese DOS-Attacke wird mittels der sichtbaren Basic Service Set Identifier (BSSID) gezielt
ein Deauthentication-Frame mit der BSSID des verbundenen Clients an den AP gesendet.
Bei der anschließend erfolgenden Reauthentifizierung kann der Handshake aufgezeichnet
werden.
Somit kann ab Phase 2 aus den gewonnenen Parametern mittels Decryption- und SniffingTools wie beispielsweise Wireshark der weitere Datenverkehr mitgelesen werden. Da eine
WLAN-Verbindung hier bereits als kompromittiert betrachtet werden muss, wird dieser Teil
erfolgreicher Angriffe nicht weiter berücksichtigt.
Gegenüberstellung / Josef Marold
13
3 Gegenüberstellung unterschiedlicher WPA2 und WPA3SAE Konfigurationen
3.1
Versuchsaufbau
Der Versuchsaufbau bildet eine Übersicht über die Vor- und Nachteile des WPA3 Transition
Modes in heterogenen Netzwerken eines fiktiven KMU ab. Um diesen Versuchsaufbau
realitätsnah zu gestalten, wird versucht die verwendete Infrastruktur an die Situation von
KMU im Raum Salzburg anzupassen. Auf Nachfrage bei zwei lokalen IT-Dienstleistern,
Herrn Thomas Hödlmoser von der Peter Rauter GmbH in Neumarkt am Wallersee und Herrn
Daniel Matheisl von der Firma SOLUTIONBOX Informationstechnologie GmbH in
Salzburg wurde von beiden Dienstleistern Ubiquiti Hardware als die verbreitetste
selbstverwaltete Wi-Fi-Infrastruktur bei Kunden im KMU Sektor genannt. Auch bei der
Auswahl der Clients wird versucht, das heterogene Spektrum vieler Firmen abzubilden und
daher kommen Geräte von zwei unterschiedlichen Produktlinien beziehungsweise
unterschiedlichen Baujahren zum Einsatz. Auch bei den, für die Angriffe verwendeten
Materialien und Programmen, sowie bei der Wahl der Attacke selbst, wird Wert auf ein
einfaches, günstiges Setup gelegt, welches für einen potenziellen Angriff auf ein fiktives
KMU auch am ehesten in Frage kommt.
3.1.1 WLAN-Infrastruktur Setup
Der für die Konfiguration verwendete Unifi-Controller entspricht der, zur Zeit des Versuchs
aktuellen Version 6.4.54.
Um die im Abschnitt 2.3.3 zusammengefassten Überlegungen zu veranschaulichen, werden
für die Demonstration drei WLAN-Netzwerke mit unterschiedlicher Konfiguration
eingerichtet. Die Konfiguration dieser Wi-Fi-Netzwerke wird in Tabelle 2 veranschaulicht.
Das Hauptaugenmerk der erfassten Konfigurationsparameter fokussiert sich dabei auf die
für Wi-Fi-Netzwerke sicherheitstechnisch wichtigen Einstellungen. Alle zusätzliche
Features, wie beispielsweise Unscheduled Automatic Power Save, BSS Transition etc.
wurden deaktiviert. Zusätzlich zu den in Tabelle 2 aufgelisteten sicherheitsrelevanten
Einstellungen wurde auch die Unterstützung von Legacy Devices deaktiviert.
Gegenüberstellung / Josef Marold
14
Tabelle 2: Verwendete Wi-Fi-Konfigurationen
SSID
SAE-
GROUP
WPA-
LAYER2
SAE-ANTI
MODE
ISOLATION
CLOGGING
WPA2
-
-
-
-
-
-
5
5
Optional
-
aktiviert
5
5
Required
3600s
SYNC
PMF
TIME
REKEY
INTERVAL
WPA2ONLY
WPA3-
WPA2/
UNSAFE
WPA3
WPA3-
WPA2/
SAFE
WPA3
Der verwendete AP Ubiquiti Unifi U6-Lite wird mit Firmware Version 5.60.18 betrieben.
Die drei Wi-Fi-Netzwerke werden durch diesen AP zeitgleich abgestrahlt. Tabelle 3 gibt
einen Überblick über die für die Angriffe verwendeten Clients. Um die Relevanz einer guten
Konfiguration aufzuzeigen und gleichzeitig die Probleme des WPA3 Transition Modes
hervorzuheben, wird für dieses Setup ein hochwertiges Notebook mit dem aktuellen
Microsoft Betriebssystem Windows 11 verwendet, das durch sein Baujahr 2018 noch nicht
über eine WPA3-Unterstützung verfügt. Gleichzeitig wird ein aktuelleres Notebook mit
einer Windows 10 Installation, sowie ein aktuelles Smartphone für die Angriffe
herangezogen.
Tabelle 3: Im Versuch verwendete Clients
CLIENT
HERSTELLER
MODELL
BETRIEBSSYSTEM
VERSION
WPA
STANDARD
MT-20LD
CLIENT 1
Lenovo
ThinkPad X1
Windows 11
22000
Windows 10
21H1
Android
11
WPA2 only
3rd
CLIENT 2
Lenovo
CLIENT 3
Samsung
L340-17IRH
SMA515F/DSN
WPA2 /
WPA3
WPA2 /
WPA3
Gegenüberstellung / Josef Marold
15
Für die Angriffe wurde mittels Oracle Virtual Box 6.1.28 eine virtuelle Maschine (VM) mit
Kali Linux 2021.3a eingerichtet und ein physischer Wi-Fi-USB-Adapter eingebunden. Da
dieser Wi-Fi-Adapter für den Betrieb im Monitoring Mode geeignet sein muss, fiel die Wahl
auf das Modell AWUS036NHA der Firma Alpha Network. Um Wi-Fi-Pakete auszulesen
und zum Senden von Deauthentifizierungspaketen wird in diesem Versuch das in Kali Linux
2021.3a bereits enthaltene Aircrack-ng verwendet.
3.1.2 Einrichtung Kali Linux und Aircrack-ng
Im ersten Schritt wird das offizielle Kali Image1 installiert und mit Hilfe von Oracle Virtual
Box eine VM erzeugt. Der Wi-Fi-USB-Adapter AWUS036NHA wird ebenso in Oracle
Virtual Box als USB-Gerät erfasst und an die Kali VM durchgereicht. Als nächstes wird das
Wi-Fi-Interface der Kali VM über Aircrack-ng im Monitoring Mode initialisiert, um an die
für die einzelnen Angriffe benötigten Informationen zu gelangen.
Abbildung 7: Initialisierung des Wi-Fi Adapters im Monitoring Mode
Nach dieser Initialisierung werden mit folgendem Befehl Informationen zu den vorhandenen
WLAN-AP, beziehungsweise deren ausgestrahlter SSIDs ausgelesen.
# aerodump-ng wlan0mon
1
Quelle: https://www.kali.org/get-kali/#kali-virtual-machines
Gegenüberstellung / Josef Marold
16
Für die in dieser Arbeit durchgeführten Deauthentication Attacks und Handshake Capture
Dictionary Attacks werden die Informationen der Spalten BSSID, CH, ENC und AUTH
benötigt. Die geschwärzten Wi-Fi-Netzwerke stellen am Versuch unbeteiligte Netzwerke
dar. Im unteren Bereich sind die aktuell verbundenen Clients zu erkennen.
Abbildung 8: Übersicht über die zum Versuchszeitpunkt erreichbaren Wi-Fi-Netzwerke
Gegenüberstellung / Rudolf Eiser
17
3.2 Ergebnisse des Angriffs auf das WPA2-Only Setup
3.2.1 Szenario
Die Parameter für das WPA2-Only-Zielnetzwerk verstehen sich als Mindestmaß an
Grundkonfiguration für herkömmliche WPA2-Netzwerke, welche ohne besondere
Fachkenntnisse beziehungsweise mit geringem Aufwand eingerichtet werden können.
3.2.2 Ablauf
Nach abgeschlossener Vorbereitung wie in Abschnitt 3.1.2 dargestellt, wird der
Datenverkehr für das anzugreifende WLAN aufgezeichnet. Die Aufzeichnung wird mit dem
Befehl
# airodump-ng -c <channel> --bssid <ap bssid> -w <encryption> <interface>
gestartet [23]. Hierfür sind die jeweiligen Parameter entsprechend dem Ziel-WLAN
einzusetzen.
Abbildung 9: wesentliche Parameter der aufgezeichneten Datenübertragung
Die erfolgreiche Aufzeichnung des Handshake wird durch Anzeige der jeweiligen BSSID
(in Abbildung 9 gekennzeichnet) dargestellt. Überprüft kann dies ebenfalls in Wireshark
werden, indem auf das Capture-File der Extensible Authentication Protocol over Local Area
Network (EAPOL)-Filter angewendet wird.
Gegenüberstellung / Rudolf Eiser
18
Abbildung 10: aufgezeichneter Schlüsseltausch visualisiert mit Wireshark
Es besteht die Möglichkeit, dass während der Aufzeichnung kein Handshake zwischen AP
und Client durchgeführt wird. Das kann unter anderem vorkommen, wenn sehr wenige oder
nur ein einziger Client mit dem AP bereits verbunden ist und kein neuer Verbindungsaufbau
erfolgt. Sollte diese Situation eintreten, kann die Wartezeit und somit auch die Größe der
Aufzeichnungsdatei verringert werden. Hierfür kann eine DOS-Attacke in Form einer
Deauthentication-Initialisierung durchgeführt werden. Mit dem Befehl
# aireplay-ng -0 <channel> -a <ap bssid> -c <client bssid> <interface>
wird diese umgesetzt, wobei als zusätzlicher Parameter die Anzahl an durchzuführenden
Deauthentications gewählt werden muss [23]. Es empfiehlt sich, diese Maßnahme in einem
zweiten Tab durchzuführen und parallel aufzuzeichnen, um die Trennungszeit zwischen AP
und Client so kurz wie nötig zu halten. Der Erfolg kann wie bereits dargestellt in Wireshark
überprüft werden. Nötigenfalls muss dieser Vorgang wiederholt werden.
Abbildung 11: parallel durchgeführte Aufzeichnung und Deauthentication
Gegenüberstellung / Rudolf Eiser
19
Im nächsten Schritt wird mittels der aufgezeichneten Verbindungsdaten und dem Befehl
# aircrack-ng -w <dictionary file path> -b <ap bssid> <capture file path>
eine HCDA durchgeführt [23]. Dafür ist eine Sammlung von Passwörtern als sogenanntes
Wörterbuch notwendig. Mit Kali Linux wird in "/usr/share/wordlists" eine ganze Bibliothek
an Wörterbüchern geliefert. Alleine in "rockyou.txt" sind 14344392 kompromittierte
Passwörter gespeichert. Funktionieren diese Passwortlisten nicht, da etwa ein langer,
zufälliger PSK gewählt wurde, kann man versuchen, den Hash mit Hilfe von Hashcat und
ähnlichen Programmen zu entschlüsseln. Da der Angreifer zu diesem Zeitpunkt bereits über
den PSK-Hash verfügt, kann diese Attacke an einem beliebigen Ort (offline) für eine
uneingeschränkte Zeitspanne durchgeführt werden. Abhängig von Rechenleistung und
Qualität des Wörterbuches kann das Passwort aus den aufgezeichneten Hashes ermittelt und
der Angriff erfolgreich abgeschlossen werden.
Abbildung 12: erfolgreicher Hash-Crack mittels wifi_cracker_wordlist Wörterbuch
3.2.3 Fazit
Selbst wenn durch die Verwendung ungeeigneter Wörterbücher der zeitliche Aufwand für
einen erfolgreichen Angriff steigt, ist die Erfolgsaussicht als sehr hoch einzustufen. Die
Angriffsmethodik auf WLANs bleibt gleich, lediglich das Ermitteln des Passwortes kann
geringfügig variieren. Jedenfalls konnte gezeigt werden, dass ausschließlich die Wahl eines
geeigneten Passwortes zwar die Verbindungssicherheit signifikant erhöht, insgesamt
Gegenüberstellung / Rudolf Eiser
20
allerdings WPA2-Netze leicht kompromittierbar sind und daher als unsicher betrachtet
werden sollten.
Abbildung 13: geschätzte Zeit zum Entschlüsseln eines Passwortes [23, S.1]
Unter Verwendung von Geräten als Client mit unterschiedlichen WPA-Fähigkeiten hatte
dieser Umstand keinen Einfluss auf den Angriffserfolg. In der gewählten WPA2-Only
Konfiguration konnten alle Verbindungen kompromittiert werden, wie im Folgenden
(Tabelle 4) dargestellt.
Tabelle 4: Ergebnisse des Angriffs auf Clients im WPA-Only Setup
WPA
BETRIEBS-
DEAUTH-
OFFLINE
STANDARD
SYSTEM
ATTACKE
DICTIONARY
CLIENT 1
WPA2 only
Windows 11
erfolgreich
erfolgreich
CLIENT 2
WPA2 / WPA3
Windows 10
erfolgreich
erfolgreich
CLIENT 3
WPA2 / WPA3
Android
erfolgreich
erfolgreich
CLIENT
Gegenüberstellung / Josef Marold
21
3.3 Ergebnisse des Angriffs auf das WPA3-Unsafe Setup
3.3.1 Szenario
Das WPA3-Unsafe WLAN wird für den Versuch wie in Kapitel 2 beschrieben und in Tabelle
2 zusammengefasst konfiguriert. In diesem Setup werden PMF nicht verpflichtend
eingesetzt. Das kann in machen Umgebungen auf Grund veralteter Clients nötig sein, macht
das Netzwerk im Allgemeinen aber anfälliger für DOS-Attacken.
3.3.2 Ablauf
Der Ablauf dieses Angriffs erfolgt analog zum Angriff auf das WPA2-Netzwerk. Es werden
lediglich die Parameter entsprechend der in Abbildung 8 entnommenen Informationen
angepasst. Wie der Spalte AUTH entnommen werden kann, muss bei Eingabe des Befehls
in Abbildung 14 darauf geachtet werden, dass die Authentifizierung in einem WPA3Netzwerk mittels SAE erfolgt (siehe 1. roter Pfeil).
Abbildung 14: erfolgreich mitgeschnittener WPA-Handshake in WPA3-Unsafe
Wie in Abbildung 14 zu sehen ist, bietet die Ausgabe von airodump-ng viele relevante
Daten, unter anderem zu der überwachten BSSID, den aktuell verfügbaren Clients (Station)
und auch der Signalstärke des ausgewählten Wi-Fi-Netzwerks an. Sobald ein WPAHandshake aufgezeichnet wurde, wird dieser im rechten oberen Bereich angezeigt (siehe 3.
roter Pfeil, Abbildung 14). Um an einen Handshake zu kommen, ist es wichtig die
Signalstärke im Auge zu behalten. Bei einem sehr schlechten Signal ist die
Wahrscheinlichkeit eines vollständigen Handshakes geringer.
Das Erzwingen einer Reauthentifizierung durch das Senden von Deauthentication Packets
(siehe Abbildung 11) funktioniert in diesem Szenario nur noch bedingt, da von Clients die
PMF unterstützen keine unverschlüsselten Management Frames angenommen werden. Ein
Angreifer muss in diesem Fall auf eine tatsächliche neue Authentifizierung warten, was den
Gegenüberstellung / Josef Marold
22
Angriff durchaus erschwert und eine Entdeckung wahrscheinlicher macht. Jeder der in
Tabelle 3 angeführten Clients unterstützt PMF, weshalb eine manuelle Reauthentifizierung
durchgeführt wurde. Wird zumindest ein oder mehrere Handshakes gesichert, kann die
Überwachung abgebrochen werden.
Abbildung 15: erfolgreich mittels Offline Dictionary Attack entschlüsselter PSK
3.3.3 Fazit
In diesem Setup wird kein Group Rekeying Intervall eingesetzt, wodurch zusätzlich mit Hilfe
eines im Nachhinein gefundenen PSK und den daraus abgeleiteten Session Keys alle
mitgeschnittenen Daten entschlüsselt werden können.
Die mit airodump-ng mitgeschnittenen WPA-Handshakes werden für diesen Versuch, wie
in Abbildung 15 dargestellt, mit Hilfe einer Wörterbuch-Attacke angegriffen. Um eine
Vergleichbarkeit herzustellen wurde wiederum ein Handshake aller Clients aus Tabelle 3
aufgezeichnet und die Attacke (Abbildung 14) auf jeden dieser Mitschnitte einzeln
angewendet. In Tabelle 5 sind die Ergebnisse zusammengefasst. Man kann deutlich
erkennen, dass Clients, die den WPA3-Standard und zusätzlich PMF verwenden deutlich
widerstandsfähiger gegen die durchgeführten Attacken sind. Clients jedoch, die nur WPA2
unterstützen, stellen weiterhin eine Schwachstelle und damit ein gutes Ziel für Angriffe dar.
Gegenüberstellung / Josef Marold
23
Tabelle 5: Ergebnisse des Angriffs auf Clients im WPA3-Unsafe Setup
WPA
BETRIEBS-
DEAUTH-
OFFLINE
STANDARD
SYSTEM
ATTACKE
DICTIONARY
CLIENT 1
WPA2 only
Windows 11
erfolgreich
erfolgreich
CLIENT 2
WPA2 / WPA3
Windows 10
erfolglos
erfolglos
CLIENT 3
WPA2 / WPA3
Android
erfolglos
erfolglos
CLIENT
3.4 Ergebnisse des Angriffs auf das WPA3-Safe Setup
3.4.1 Szenario
Im letzten Szenario wird ein Wi-Fi-Netzwerk mit der in Tabelle 2 dokumentierten Wi-FiKonfiguration eingerichtet. Das besondere Augenmerk liegt in dieser Konfiguration auf dem
Setzen eines Group Rekey Intervals. Durch das Setzen dieses Intervalls auf 3600 Sekunden
tauschen der Client und der AP den aktuellen Session Key nach Ablauf dieser Zeit durch
einen mit Zufallszahlen errechneten neuen Session Key aus. Ein Angreifer hat vor Ort also
nur eine Stunde Zeit diesen Key zu ermitteln. Zusätzlich schützt der Tausch dieses Keys auch
aufgezeichnete Daten vor Zugriff, selbst wenn der PSK durch andere Methoden ermittelt
wurde. PMF wird in diesem Setup auf required gesetzt um einer DA (siehe 2.3.2) entgegen
zu wirken. Ausserdem wird eine Layer 2 Isolation aktiviert, was die Kommunikation von
Clients mit anderen MAC-Adressen außer der BSSID des APs innerhalb desselben Layer 2Netzwerks verhindert.
3.4.2 Ablauf
Der Ablauf dieses Angriffs erfolgt analog zu den vorhergehenden. Wiederum wird der
initialisierte Wi-Fi-USB-Adapter mit den aus Abbildung 8 entnommenen Informationen auf
das Zielnetzwerk angesetzt (Abbildung 16). Wie schon in 2.3.2 muss darauf geachtet
werden, dass die Authentifizierung mittels SAE erfolgt (siehe 1. roter Pfeil). Durch Angabe
der BSSID, des genutzten Channels, der verwendeten Authentifizierung und des Wi-FiAdapters werden nun gezielt EAPOL Pakete des WPA3-Safe für verwendeten BSSID des
AP mitgeschnitten und in einer .cap Datei (2. roter Pfeil, Abbildung 16) gespeichert.
Gegenüberstellung / Josef Marold
24
Abbildung 16: erfolgreich mitgeschnittener WPA-Handshake in WPA3-Safe
Wie in Abbildung 16 zu sehen ist, bietet die Ausgabe von airodump-ng alle benötigten
Daten. Es wird für jeden Client eine Ab- und eine Anmeldung durchgeführt und abermals
kann in jedem Fall ein Handshake (siehe Abbildung 16, siehe 3. roter Pfeil) mitgecaptured
werden. In dem Punkt kann kein Sicherheitsgewinn durch die neue Konfiguration festgestellt
werden.
Abbildung 17: erfolgreich mittels Offline Dictionary Attack entschlüsselter PSK
3.4.3 Fazit
Die mit airodump-ng mitgeschnittene WPA-Handshakes werden einer Offline Dictionary
Attack unterzogen (Abbildung 17). Das Ergebnis unterscheidet sich bis auf die in diesem
Fall erzwungenen PMF des Windows 11 Clients (Client 1, Tabelle 6) kaum vom Ergebnis
der „unsicheren“ WPA3 Implementierung. Bemerkenswert ist auf den ersten Blick lediglich
das Verhalten von Client 1 in Bezug auf PMF.
Gegenüberstellung / Josef Marold
25
Tabelle 6: Ergebnisse des Angriffs auf Clients im WPA3-Safe Setup
WPA
BETRIEBS-
DEAUTH-
OFFLINE
STANDARD
SYSTEM
ATTACKE
DICTIONARY
CLIENT 1
WPA2 only
Windows 11
erfolglos
erfolgreich
CLIENT 2
WPA2 / WPA3
Windows 10
erfolglos
erfolglos
CLIENT 3
WPA2 / WPA3
Android
erfolglos
erfolglos
CLIENT
3.5 Leitfaden zur sicheren Implementation von WPA3
Die Autoren dieser Arbeit möchten an dieser Stelle wie eingangs erwähnt die
Beobachtungen aus allen drei Szenarien zusammenfassen, um darauf basierend
Empfehlungen zur Konfiguration eines Wi-Fi-Netzwerks abzuleiten.
3.5.1 Interne Tests vorbereiten
Für das Testen der einzelnen Sicherheitseinstellungen mit den Clients im eigenen, meist
recht heterogenen Betrieb wird ausdrücklich empfohlen ein Test-Wi-Fi mit einer
Konfiguration, die der des WPA3-Safe Wi-Fi-Netzwerks (Tabelle 2) entspricht, anzulegen.
Außerdem wird die Verwendung einer neuen SSID empfohlen, um inkompatible Clients
möglichst früh zu identifizieren und so eine Entscheidungsgrundlage zu schaffen. Das
Anlegen einer eigenen SSID ist vor allem deshalb besonders wichtig, da viele Clients, vor
allem Windows und Linux Clients keine Änderung der Sicherheitseinstellungen eines
gespeicherten Netzwerks zulassen. Dadurch kann es beim Versuch ein Wi-Fi-Netzwerk mit
derselben ID und einem anderen Sicherheitsstandard einzubinden zu verfälschten
Ergebnissen kommen. Findet man nicht WPA3-fähige Geräte vor, sollte auch auf die
Kompatibilität mit PMF geprüft werden. Geräte, die sich nicht mit einem solchen Wi-FiNetzwerk verbinden können, sollten auch mit einem WPA3-SAE Wi-Fi-Netzwerk getestet
werden, das PMF nur optional nutzt.
3.5.2 Empfehlungen im Umgang mit nicht WPA3-fähigen Geräten
Die Versuche mit dem WPA3-SAE-Modus zeigen klar, dass Clients, die nur über einen
WPA2 Modus verfügen gut angreifbar bleiben. Allerdings kann man die Sicherheit im
eigenen Netzwerk steigern, indem man zumindest PMF aktiviert, sofern die Clients damit
Gegenüberstellung / Josef Marold
26
umgehen können. Da manche Clients diese Option jedoch nur bei erzwungenem PMF
nutzen, wird von den Autoren ein Erzwingen des PMF klar empfohlen.
WPA2-Handshakes können in einem WPA3-SAE-Netzwerk nicht unterbunden werden.
Deshalb muss in einem solchen Setup zwingend ein möglichst zufälliger String mit 64
Zeichen als PSK gewählt werden. Verbindet man ein gutes Passwort mit dem Setzen eines
Group-Rekey-Intervalls verringert man abermals die Angreifbarkeit eines solchen
Netzwerks. Setzt man dieses Intervall etwa auf 3600 Sekunden, hat ein Angreifer vor Ort
nur eine Stunde Zeit diesen Key zu ermitteln. Als weiteren Mehrwert schließt man damit
noch einen zusätzlichen Angriffsvektor, da man einem potenziellen Angreifer, der den
Datenverkehr über längere Zeit mitschneidet, die Möglichkeit nimmt, diese Daten nach einer
erfolgreichen Infiltration des Netzwerks zu entschlüsseln.
Zusätzlich zu Überlegungen wie einer Segmentierung der Wi-Fi-Netzwerke in ein internes,
ein DMZ-Wi-Fi und ein Guest-WiFi, die nicht im Fokus dieser Arbeit liegen, wird auch die
Layer-2-Isolierung von Wi-Fi-Clients in allen internen Wi-Fi-Netzwerken empfohlen. Die
erreichbaren MAC-Adressen können über eine entsprechende Whitelist gesteuert werden,
um so gewünschte Zugriffe, wie etwa auf allgemeine Data-Shares oder ähnliches zu
ermöglichen. Das Steuern von Zugriffen über eine solche Whitelist ist ein nicht zu
unterschätzender Zugewinn an Sicherheit für die einzelnen Clients. Allerdings sollte diese
Einstellung mit den vorhandenen Clients gut getestet werden, da es teilweise zu
unvorhergesehenen Einschränkungen kommen kann.
Um zu guter Letzt auch noch die eher unwahrscheinlichen Side-Channel-Attacken auf
WPA3 auszuschließen, empfehlen die Autoren SAE-Anti-Clogging auf Unifi Controllern
beim Standardwert 5 zu belassen. Dadurch kann ein Angreifer nicht auf Grund der
Berechnungszeit Rückschlüsse auf den verwendeten PSK ziehen.
3.5.3 Optimales Setup
Auch wenn man mit einer WPA3-SAE-Konfiguration wie sie in Abschnitt 3.5.2 beschrieben
wird einen nicht unerheblichen Sicherheitsgewinn im Vergleich zu einem WPA2-Netzwerk
erhält, sollte der SAE-Modus in einem optimalen Setup deaktiviert werden. Reines WPA3
bietet im Moment den bei weitem besten Schutz vor Angriffen. Sollen trotzdem Clients ohne
WPA3-Kompatibilität mitversorgt werden, bietet sich eine Kombination aus einem reinen
Gegenüberstellung / Josef Marold
27
WPA3-Netzwerk für sensiblen internen Traffic und einem WPA3-SAE-Netzwerk mit
Einschränkungen, die man auch in einer DMZ vornehmen würde, an.
In Bezug auf die hier vorliegende Arbeit sollen zwei positiv aufgefallene Aspekte nicht
unerwähnt bleiben. Zum einen können KMU, die bisher auf Unifi-Geräte gesetzt haben, in
vielen Fällen ohne Infrastrukturinvestitionen die Netzwerksicherheit erhöhen, da Updates
für APs bis zurück ins Jahr 2015 ausgerollt wurden. Und zum anderen haben sich MicrosoftEntwickler im aktuellen Betriebssystem Windows 11 eine Art Easteregg für Kunden, die
ein WPA3-Netzwerk nutzen, einfallen lassen (siehe Abbildung 18). Durch solche
Meldungen kann aus Sicht der Autoren die Aufmerksamkeit von Nutzern auf einfache Weise
erhöht werden.
Abbildung 18: Windows 11 Meldung beim ersten Verbinden mit einem WPA3
Zusammenfassung / Rudolf Eiser
4
28
Zusammenfassung und Ausblick
Dass WPA2 als unsicher betrachtet werden muss, haben nicht nur zahlreiche
Untersuchungen verdeutlicht, sondern konnte auch im praktischen Teil dieser Arbeit durch
das Kompromittieren einer WPA2-Verbindung nachgewiesen werden. Trotz der noch immer
weiten Verbreitung von WPA2 ist mit dem neuen, verbesserten Standard WPA3 eine Option
geschaffen worden, die entstandene Sicherheitslücke für mobile Netze zu schließen. Dabei
scheint es unerheblich, ob diesbezügliche Standards zukünftig von IEEE oder der WiFiAlliance
erarbeitet
und
veröffentlicht
werden.
In
einer
Kombination
aus
Netzwerkkonfiguration und unterschiedlichen Geräteeigenschaften gilt es, den Fokus auf
das jeweils schwächste Element zu legen, da dieses den Sicherheitsstandard des gesamten
Netzsegmentes bestimmt.
Unter diesen Gesichtspunkten muss die Empfehlung ausgesprochen werden, für den
Austausch sensitiver Daten ausschließlich ein mit WPA3 konfiguriertes WLAN zu
verwenden. Unterschiedliche technische Voraussetzungen können allerdings zu einer
Herausforderung werden. Hier sei beispielsweise die Differenzierung im Verhalten von
Betriebssystemen, wie in Abschnitt 3.5.1 dargestellt, nochmals erwähnt. Wenn
gerätebedingt Sicherheitsdefizite zu erwarten sind, sollten diese feingranular und durch
Segmentierung gelöst werden. Zusätzlich zur reinen WPA3-Konfiguration empfiehlt sich
am gleichen AP eine WPA3-SAE-Einrichtung mit eingeschränkten Berechtigungen. Bei
unbedingt erforderlicher, ausreichender Passwortsicherheit finden so auch nicht WPA3fähige Clients Berücksichtigung. Mit dieser Konfiguration eines möglichen TransitionMode können auch Downgrade-Attacken weitestgehend verhindert werden.
Pauschal bleibt garantierte WLAN-Sicherheit hinsichtlich aller Einflussfaktoren eine
Illusion.
Trotz
der
Bemühungen
von
Herstellern,
Interessensvertretungen
und
Bedarfsträgern wie der WiFi-Alliance oder IEEE ist der Faktor Zeit eine unumstößliche
Größe. So sicher, wie es immer als Reaktion auf erkannte Schwachstellen eine Verbesserung
dieser geben wird, so sicher werden (Netzwerk-) Administrator*innen gefordert sein diese
Verbesserungen zeitnah umzusetzen.
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