Reventando la autenticación de sistema abierto WEP

El objetivo de este post es ver cómo se obtiene la clave de una red WiFi protegida por autenticación de sistema abierto (Open System Authentication) mediante un ataque de fragmentación.

En primer lugar, voy a configurar el punto de acceso para que emplee este tipo de seguridad, adicionalmente, para estas pruebas iniciales, voy a quitar el filtrado MAC que, por otra parte, se cómo saltármelo.

Accedo al punto de acceso a través de la interfaz web de gestión y veo las opciones de seguridad:

Las opciones de seguridad tienen que ver, no sólo con la autenticación sino con el cifrado de la comunicación. Voy a establecer la opción WEP Open System y a definir la clave de acceso:

Como se ve voy a usar una clave de 40 bits (5 bytes) bien sencillita. Lo bueno que tiene LuCi es que, según vas escribiendo la clave, el color es rojo y se pone en negro cuando es una clave válida. Salvo y aplico la nueva configuración.

Como se ve, la configuración aplicada es cifrado WEP de sistema abierto empleando una clave de 40-bits.

En un post anterior, vimos la secuencia de autenticación y asociación de 802.11, voy a echarle un ojo a las tramas intercambiadas. Para ello, voy a conectarme con el cliente legítimo (Raspberry PI) y voy a capturar la secuencia de paquetes intercambiados con Wireshark.

La solicitud de autenticación:

La respuesta a autenticación desde el punto de acceso:

En la interfaz de administración del punto de acceso, vemos el cliente asociado a la WiFi:

Naturalmente, para el resto del ejercicio vamos a asumir que conocemos el BSSID, ESSID y canal del punto de acceso así como lo relativo a las características del cifrado y autenticación empleadas. Hemos visto cómo obtener esta información en posts anteriores.

Lo primero que hago es poner la interfaz en modo monitor en el canal del punto de acceso. Una vez configurada la interfaz lo que voy a hacer es una autenticación falsa con el punto de acceso. Recordemos que el mecanismo de autenticación es Open System lo que, en esencia, significa que no hay autenticación.

Para hacer esta autenticación falsa voy a utilizar el comando aireplay-ng con la opción 1 (autenticación falsa):

Los parámetros proporcionados al comando aireplay-ng significan:

-1. Autenticación falsa

0. Tiempo de re-asociación (en segundos)

-e HACKME_001. ESSID de la WiFi.

-a <bssid>. Dirección MAC del punto de acceso (BSSID).

-h <MAC>. Dirección MAC de la interfaz WiFi de la máquina atacante.

wlan1mon. Interfaz en modo monitor.

Y vemos, en el punto de acceso, que la estación atacante queda asociada:

La estación atacante ya está autenticada con el punto de acceso y asociada al mismo. Para intentar determinar la clave WEP, voy a empezar con un ataque de fragmentación (ya haré un post con la teoría). Para ello, utilizamos el comando aireplay-ng:

El resultado del ataque nos indica que hemos obtenido 1500 bytes del PRGA mediante el envío de fragmentos de un paquete. El keystream correspondiente se almacena en el fichero indicado.

Vamos a crear un paquete ARP y cifrarlo con el keystream obtenido en el paso anterior. Para ello usamos el comando packetforge-ng y vamos a cifrarlo (flag –y) con el PRGA obtenido en el paso anterior.

Una vez que tenemos el paquete ARP (arp-req) procedemos a inyectarlo en la red. En una nueva ventana de terminal, lanzo el comando airodump-ng para capturar las respuestas a los paquetes ARP que voy a ir inyectando:

Lanzamos, en la primera ventana de terminal, el comando aireplay-ng para inyectar los paquetes ARP en la red:

Vemos que se va incrementando el contador de paquetes enviados y, en la salida del comando airodump-ng (segunda ventana), que aumenta el número de paquetes lanzados por nuestra estación.

Finalmente, abrimos una tercera ventana de terminal y lanzamos el comando aircrack-ng para intentar obtener la clave WEP empleada para el cifrado a partir del fichero de capturas obtenido por airodump-ng:

Hemos tenido éxito. Comprobamos que la clave funciona conectándonos a la WiFi desde Kali.

El cifrado WEP

En el post anterior proporcioné una introducción a la seguridad WEP en redes inalámbricas, en este post vamos a ver el detalle de cómo funciona el cifrado WEP y cuáles son las vías para atacarlo. El cifrado WEP se basa en el algoritmo RC4.

RC4 es un cifrador de flujo (stream cipher) muy simple que emplea dos algoritmos: un algoritmo de planificación de claves (KSA por sus siglas en inglés) y un generador de números seudoaleatorios (PRGA por sus siglas en inglés).

Sin entrar en muchos detalles de funcionamiento, el generador de números seudo-aleatorios se inicializa empleando la clave que es un secreto compartido entre los dos extremos de la comunicación. El cifrado se realiza mediante una operación de disyunción exclusiva (XOR) entre los bytes del mensaje y los bytes seudo-aleatorios de la secuencia generada por el algoritmo RC4. El descifrado en el extremo opuesto se realiza haciendo la operación XOR entre los bytes del mensaje cifrado y la secuencia de bytes seudo-aleatorios generados por el algoritmo RC4 en el extremo receptor que deberá ser la misma que la empleada en el extremo emisor.

El cifrado WEP se aplica, exclusivamente, a la porción de datos contenidas en las tramas de datos 802.11. Las cabeceras y las tramas de gestión se envían en claro. Tal y como vimos, WEP emplea un secreto compartido de 40 bits o 104 bits. A este secreto compartido se le prepone un vector de inicialización (IV) de 24 bits y el conjunto se utiliza como semilla para la inicialización del algoritmo de planificación de claves (KSA) de RC4.

En el cifrado de los datos de las tramas de datos 802.11 se calcula una suma de comprobación (CRC32) sobre los datos a retransmitir y los cuatro bytes resultantes se añaden al final de los datos. El conjunto de datos y suma de comprobación se cifra mediante una operación de disyunción exclusiva (XOR) entre los datos originales (incluyendo la suma de comprobación) y la secuencia de bytes que se obtiene del PRGA de RC4. El descifrado se hace de forma análoga, al descifrar se emplea la suma de comprobación para verificar que el proceso de descifrado ha sido correcto.

En teoría, ambos extremos de la comunicación tienen que conocer tanto el secreto compartido como los vectores de inicialización para poder reconstruir el mensaje original.

El vector de inicialización viaja en claro en cada trama codificada con WEP mientras que el secreto compartido se establece durante la configuración inicial de los puntos de acceso y estaciones.

Sin embargo, en la práctica, lo que se usa para cifrar son las secuencias de números seudoaleatorios generados por el PRGA por lo que si somos capaces de obtenerlas, podremos descifrar el tráfico de la red sin necesidad de conocer el secreto compartido. El obtener los PRGA es, por lo tanto, uno de los objetivos en los ataques al cifrado WEP.

Para cifrar, lo que se hace es una operación XOR entre los bits del mensaje y los bits generados por el PRGA. En el caso de las operaciones XOR existen las siguientes relaciones:

Por lo tanto, si conocemos un texto en claro y el mismo texto cifrado, podemos obtener el PRGA empleado para el cifrado mediante una simple operación XOR. Una vez conocido el PRGA, podremos descifrar los mensajes cifrados con el vector de inicialización usado.

El problema es, por lo tanto, ser capaces de conseguir el suficiente número de PRGAs para poder descifrar las tramas intercambiadas y esto, como veremos, requiere el conocimiento de los mensajes en claro y la obtención de los correspondientes mensajes cifrados.

En los siguientes posts veremos algunas técnicas para obtener esta información.

Atacando WEP. Introducción

El estándar 802.11 define varios servicios que gobiernan la comunicación entre los dispositivos 802.11. Antes de que una estación pueda comunicarse con una red Ethernet a través de una conexión inalámbrica tienen que ocurrir varios eventos.

La secuencia de eventos es más o menos como sigue:

1. Una vez encendida, la estación tiene que descubrir el punto de acceso al que se quiere conectar para obtener los parámetros de conexión. Este descubrimiento puede hacerse de dos formas: escuchando, de forma pasiva las tramas faro (beacon) de los puntos de acceso o bien, de forma activa, enviando sondas (probes) y esperando la respuesta de los puntos de acceso.
2. Cuando encuentra el punto de acceso al que conectarse (punto de acceso con un SSID que se corresponde a alguno configurado en la estación) la estación, envía una solicitud de autenticación.
3. El punto de acceso autentica a la estación o rechaza la autenticación (por ejemplo, como veíamos en el filtrado MAC). En este último caso, la comunicación finaliza en este punto.
4. La estación solicita la asociación con el punto de acceso.
5. El punto de acceso acepta la asociación con la estación.

A partir de este momento, la estación puede intercambiar datos con los dispositivos conectados a la red Ethernet. El punto de acceso debe, por lo tanto, autenticar a la estación ANTES de que ésta pueda comunicarse con el resto de los dispositivos conectados.

El estándar 802.11 incluye un protocolo: WEP (Wired Equivalent Privacy – Privacidad Equivalente a Cableado) que proporciona mecanismos de seguridad en los procesos de autenticación de las estaciones y de cifrado de los datos intercambiados. El cifrado proporcionado emplea el algoritmo RC4 con claves de 64 bits (40 bits de clave y 24 bits de vector de inicialización) o 128 bits (104 bits de clave y 24 bits de vector de inicialización). Inicialmente concebido para proporcionar un nivel de seguridad equivalente al de las redes cableadas, pronto se vio que era muy vulnerable.

El estándar 802.11 define dos tipos de autenticación WEP:

1. Autenticación de sistema abierto (Open System Authentication)
2. Autenticación de clave compartida (Shared Key Authentication)

Autenticación de Sistema Abierto (OSA)

Permite que cualquier dispositivo se una a la red asumiendo que el dispositivo tiene un SSID que coincide con el del punto de acceso. De forma alternativa, la estación puede usar el SSID «ANY» para asociarse con cualquier punto de acceso disponible dentro de su rango con independencia del SSID.

Los pasos en la autenticación de sistema abierto son:

1. La estación solicita la autenticación al punto de acceso (Authentication request)
2. El punto de acceso autentica a la estación.
3. La estación se asocia al punto de acceso y se une a la red

Autenticación de Clave Compartida (SKA)

Requiere que la estación y el punto de acceso tengan la misma clave WEP para autenticarse.

Los pasos en la autenticación de clave compartida serían:

1. La estación solicita la autenticación al punto de acceso.
2. El punto de acceso envía a la estación un texto reto.
3. La estación utiliza su clave por defecto de 64 o 128 bits para cifrar el texto y devuelve el texto reto cifrado al punto de acceso.
4. El punto de acceso descifra el texto recibido empleando la clave por defecto correspondiente a la estación. El punto de acceso compara el texto descifrado con el reto original enviado, si coinciden, el punto de acceso autentica a la estación. Si no coincide, el punto de acceso deniega la autenticación y la estación no puede asociarse al punto de acceso ni unirse a la red.
5. La estación se asocia al punto de acceso y se une a la red.

Tamaño de Clave y Configuración

El estándar IEEE 802.11 soporta dos tamaños de clave de cifrado: 64 y 128 bits.

El tamaño de clave de 64 bits permite una clave de 5 caracteres configurada por el usuario (40 bits) y los restantes 24 bits están configurados de fábrica y no son modificables. Esta clave se emplea para cifrar todos los datos transmitidos a través del medio inalámbrico.

En el caso de las claves de 128 bits, 104 (13 caracteres) bits son configurables por el usuario y 24 bits están configurados de fábrica. Algunos proveedores permiten emplear texto ASCII para construir las claves evitando, así, el empleo de códigos hexadecimales.

Los productos soportan, generalmente hasta cuatro claves WEP de 40 bits, expresadas, cada una, como cinco grupos de dos dígitos hexadecimales. Igualmente, algunos productos soportan hasta 4 claves de 128 bits expresadas como 13 grupos de dos dígitos hexadecimales cada uno.

Uso del cifrado WEP

Normalmente hay tres opciones de cifrado cuando se emplea WEP:

• No usar WEP. La transmisión de datos se hace en claro y para la autenticación se emplea el sistema abierto. En la configuración de los puntos de acceso esta configuración es, normalmente, sin seguridad.
• Usar WEP para cifrado. La transmisión de datos en la red se hace cifrada mediante la clave WEP (64 o 128 bits) y algoritmo RC4. La autenticación emplea el sistema abierto.
• Usar WEP para cifrado y autenticación. Se cifran los datos intercambiados y el mecanismo de autenticación es de clave compartida.

Los posts precedentes del lab WiFi se centraron en acceder a una red que no empleaba WEP sino otras medidas de seguridad (ocultamiento de SSID, filtrado MAC). Los siguientes posts tratarán de como acceder a redes que están protegidas por WEP para cifrado y para cifrado y autenticación.