神州数码802.1x认证协议简析

[align=center]神州数码802.1x认证协议简析[/align]
一. 前言
本次神州数码802.1x认证协议的分析有这么几个前提:
1. 使用神州数码客户端进行上网认证。
2. 协议选择的是神州数码私有报文。
3. 使用的静态IP地址而不是DHCP分配。
4. 不涉及计时计费。
5. 分析的版本基于3.3/3.4

二．基本认证流程

1. 客户端向认证系统发送EAPOL-Start数据包发起认证。
2. 认证系统向客户端发送EAP-Request/Identity数据包，请求客户端发送身份标示。
3. 客户端接收到认证系统发来的EAP-Request/Identity后，发送包含身份标示信息（用户名）的EAP-Response-Identity数据包。
4. 认证系统接收到客户端发送的EAP-Response/Identity后，查询用户名，如果验证成功，继续，否则返回错误信息，客户端执行步骤11。
5. 认证系统向客户端发送EAP-Request/Md5-Challenge数据包，数据包中包含客户端进行Md5加密时所需的16字节Md5-Challenge。
6. 客户端接收到认证系统发送的EAP-Request/Md5-Challenge，从中取出所需要的Md5-Challenge字段和Id字段，结合密码，运算得到16字节的加密结果，用于合成EAP-Response/Md5-Challenge数据包。合成完毕，发送数据包。
7. 认证系统接收到客户端发送的EAP-Response/Md5-Challenge，进行验证，如果通过，则继续，否则返回错误信息，执行步骤11。
8. 认证系统向客户端发送EAP-Success数据包，同时将Port状态置为Enable，客户端所在的电脑就此得到上网权限。
9. 认证系统每隔一段时间主动向客户端发送EAP-Keepalive数据包。
10. 客户端接收到EAP-Keepalive数据包后（与EAP-Request/Identity数据包内容相同），客户端执行步骤3，完成连接的保持工作。重复步骤10。
11. 接收到错误信息，发送EAP－Logoff数据包，中止认证。

三．协议具体分析
神州数码802.1x认证协议并不是完全的私有协议,只是在标准协议的基础上进行了自己的扩展,为了叙述方便,对于标准802.1x的描述,附上一部分关于标准802.1x，EAP，EAPOL的相关说明,不再赘述:

1[b]．以太网协议帧头描述：[/b]

[align=center]destination[/align]	[align=center]6字节[/align]	目的MAC地址
[align=center]source[/align]	[align=center]6字节[/align]	源MAC地址
[align=center]type[/align]	[align=center]2字节[/align]	[align=center]协议类型，802.1x的类型是88 8E[/align]

神州数码客户端在发送认证包的时候，无论是否可以得到认证服务器的MAC地址，都采用802.1x协议分配的组播地址01-80-c2-00-00-03作为目的MAC地址。

2[b]．[b]EAP[b]协议[/b] [/b][/b]
3[b]．[b]EAPoL[b]协议[/b][/b][/b]

4.神州数码私有报文部分的分析

在标准802.1x认证协议的基础上,神州数码进行了扩展。具体表现如下：
A．从EAP-Response-Identity数据包开始，客户端发送的数据包中均包含一段45字节的私有数据。与标准数据之间用一个值为0的字节进行分隔【当该字节为01时表示是DHCP认证模式……后面的IP地址就是网卡信息中那个非法IP，子网掩码是FF FF 00 00，后面八个字节全零，这种认证方式目前还没有好好研究】。该数据段的意义如下：

[align=center]IpAdress[/align]	[align=center]4字节[/align]	Ip地址
[align=center]SubnetMasks[/align]	[align=center]4字节[/align]	子网掩码
[align=center]GateWay[/align]	[align=center]4字节[/align]	网关
[align=center]Dns[/align]	[align=center]4字节[/align]	Dns地址
[align=center]UsernameMd5[/align]	[align=center]16字节[/align]	用户名的Md5
[align=center]VerInfor[/align]	[align=center]13字节[/align]	版本信息的ASCII码

例如，我见到的最新的版本号是：0x33 ,0x2e ,0x34 ,0x2e ,0x32 ,0x30 ,0x30 ,0x36 ,0x2e ,0x31 ,0x30 ,0x32 ,0x37
相应的文本就是：
3 . 4 . 2 0 0 6 . 1 0 2 7

B．EAP-Response/Md5-Challenge数据包中加密信息的形成
在EAP-Response/Md5-Challenge数据包中，有16字节的数据是通过md5加密形成的，该过程用C语言描述如下：
//读取md5 challenge，存储于m_digiMd5中
memmove(m_digiMd5,pkt_data+0x18,16);

//计算md5值
MD5_CTX md5;
md5.MD5Update(pkt_data+0x13,1);
md5.MD5Update(m_password,strlen((const char*)m_password));
md5.MD5Update(m_digiMd5,16);
md5.MD5Final(m_digiMd5);
//结果保留在m_digiMd5中

其中pkt_data是EAP-Request/Md5-Challenge数据包的起始位置，pkt_data+0x18起的16个字节是Md5-Challenge，pkt_data+0x13起的一个字节是Id，也就是对Id+密码＋Md5-Challenge进行md5运算。

C．神州数码反馈信息的解析（目前只了解了少量信息的格式）
1．认证成功时的信息格式：
认证成功时，认证系统有可能返回相关信息，该信息的格式目前不是很清楚，只知道有时在pkt_data[0x82]处出现0x12标志，有时在pkt_data[0x99]处出现该标志，所以现在程序中的考虑是这样的：
if(pkt_data[0x82]==0x12)
{
char *msg=(char*)malloc(pkt_data[0x83]-2+1);
memmove(msg,pkt_data+0x84,pkt_data[0x83]-2);
msg[pkt_data[0x83]-2]=0;
printf(" 系统消息:/n[%s]/n",msg);
free(msg);
}
else
{
if(pkt_data[0x99]==0x12)
{
char *msg=(char*)malloc(pkt_data[0x9A]-2+1);
memmove(msg,pkt_data+0x9B,pkt_data[0x9A]-2);
msg[pkt_data[0x9A]-2]=0;
printf(" 系统消息:/n[%s]/n",msg);
free(msg);
}
}
标志位0x12后面的那一个字节就是附加信息的长度，但是这个长度是包含标志位以及长度自身的，所以信息真正的长度应该是pkt_data[0x83]-2或者pkt_data[0x9A]-2。因为协议使用一个字节来表示信息长度，所以信息的最大有效长度为254字节。信息使用GB2312编码，所以在linux下直接显示的话，可能会出现问题。
2．失败信息的格式。
在神州数码的失败信息，已经了解的有两个：用户名验证失败，用户名或密码错误。与成功的消息一样，都是在找到一个标志位0x12后，读取接下来一个字节中存储的长度信息，从而获取消息字符串。
在用户名验证失败的消息中，标志位位于pkt_data[0x2A]
在用户名或密码错误消息中，标志位位于pkt_data[0x42]

目前为止对神州数码802.1x认证协议的了解就是这些。

[align=center]附加材料:[/align]
1．EAP协议

802.1x协议在实现整个认证的过程中，其三个关键部分（客户端、认证系统、认证服务器）之间是通过不同的通信协议进行交互的，其中认证系统和认证服务器之间是EAP报文。
EAP帧结构如下表所示：

[align=center]字段[/align]	[align=center]字节[/align]
Code	1
Identifier	2
Length	3-4
Data	5-N

EAP帧格式中各字段含义如下：

字段	占用字节数	描述
Code	1个字节	表示EAP帧四种类型：1．Request；2．Response 3．Success；4．Failure
Identifier	1个字节	用于匹配Request和Response。Identifier的值和系统端口一起单独标识一个认证过程
Length	2个字节	表示EAP帧的总长度
Data	0或更多字节	表示EAP数据

其中Code的取值如下：
1： Request
2： Response
3： Success
4： Failure

2．EAPoL协议

802.1x协议定义了一种报文封装格式，这种报文称为EAPoL（EAP over LANs局域网上的扩展认证协议）报文，主要用于在客户端和认证系统之间传送EAP协议报文，以允许EAP协议报文在LAN上传送。
标准EAPoL帧结构如下表所示：

[align=center]字段[/align]	[align=center]字节[/align]
PAE Ethernet Type	1-2
Protocol Version	3
Packet Type	4
Packet Body Length	5-6
Packet Body	7-N

EAPoL帧格式中各字段含义如下：

[align=center]字段[/align]	[align=center]占用字节[/align]	[align=center]描述[/align]
PAE Ethernet Type	2个字节	表示协议类型，802.1x分配的协议类型为888E
Protocol Version	1个字节	表示EAPOL 帧的发送方所支持的协议版本号。本规范使用值为0000 0001
Packet Type	1个字节	表示传送的帧类型，如下几种帧类型： a) EAP-Packet. 值为 0000 0000 b）EAPOL-Start.值为0000 0001 b) EAPOL-Logoff. 值为0000 0010
Packet Body Length	2个字节	表示Packet Body的长度
Packet Body	0/多字节	如果Packet Type为EAP-Packet,取相应值。对于其他帧类型，该值为空。

EAPOL帧在二层传送时，必须要有目标MAC地址，当客户端和认证系统彼此之间不知道发送的目标时，其目标MAC地址使用由802.1x协议分配的组播地址01-80-c2-00-00-03。