首先感谢各位兄弟姐妹们的耐心等待。本书预计在4月上市发售。从今天开始，我将在博客中连载此书的一些内容。注意，此处连载的是未经出版社编辑的原始稿件，所以样子会有些非专业。
注意，如下是本章目录，本文节选6.1~6.2.3.1,6.2.3.5~最后节。
为了方便读者深入学习，本系列连载都会将作者研究过程中所学习的
参考文献列出来
第6章 深入理解Wi-Fi Simple Configuration
在Wi-Fi相关技术体系中，除了802.11定义的标准规范外，Wi-Fi Alliance（Wi-Fi联盟）也推出了两项比较重要的技术规范，他们分别是Wi-Fi Simple Configuration和Wi-Fi P2P。其中：
注意，P2P和第3章无线网络结构中提到的Independent BSS完全不同。IBSS中，各个STA属于完全对等的关系，而P2P则不然。关于P2P的细节，我们留待下章再来分析。
在wpa_supplicant（以后简称WPAS）中，WSC的功能点分散在第4章介绍的几条分析路线中，为了避免赘述，本章的分析拟采用如下方法：
下面，先来介绍WSC的理论知识。
WSC规范早期的名字叫Wi-Fi Protected Setup（简写为WPS）。WFA推出WPA后不久，WPS规范便被推出。随着WPA2的出现，WFA又制订了WPS的升级版，即WSC。WSC的规范（以2.0.2版为例）全文只有150来页。
WSC的目的很简单，就是为了简化无线网络配置（这也是其英文名为Simple Configuration的原因）。本节将以WSC的技术规范为主，向读者介绍相关的理论知识。
提示：WSC规范中，安全设置信息可以借助Wi-Fi作为传输手段，也可以借助其他传输方式，如NFC传输等。如果这些信息使用Wi-Fi作为传输手段，则称为In-Band交换，否则称为Out-of-Band交换。
WSC定义两个应用场景（usage model），分别是Primary UM和Secondary UM，其中：
Primary UM常见的两种案例包括PIN和PBC。其中，PIN对应的使用案例可用图6-1来表示：
图6-1 WSC PIN案例示意
图6-1所示为WSC定义的PIN码配置方法，其工作流程为：
1）打开AP和STA。用户首先从STA相关的设置选项中获取一个PIN码。
2）然后用户将STA的PIN码通过AP的设置页面传递给AP。
3）AP和STA将基于这个PIN码完成安全设置协商。然后STA将完成扫描、关联、四次握手等工作以加入目标AP。
PIN码是一个长度为8个数字的字符串，图6-2所示为笔者用Galaxy Note2测试WSC PIN方法时获取到的PIN信息。
图6-2 Galaxy Note2 WSC PIN设置
图6-2左图所示的页面位于Settings的无线网络设置选项中，有条件的读者不妨一试。
STA中的PIN码需要输入到AP中，图6-3所示为笔者家中无线路由器WSC PIN设置页面，注意右下角的黑框（里边填写了来自手机的PIN码，笔者测试时从Galaxy Note2中获取的PIN码是33871042）。
图6-3 AP设置页面
提示：图6-2和图6-3中所示的PIN码并不一致。此处为笔者有意为之，表示系统每次生成的PIN码不是固定的。
相比PIN而言，PB配置方法（Push Button Configuration，简称PBC）的使用更加简单。图6-4所示为PBC案例示意图。
图6-4 PBC案例示意图
由图6-4可知，PBC的工作流程如下：
1）用户打开AP和打印机（支持Wi-Fi）。打印机和AP上都有一个小按钮（注意，规范要求该按钮必须标记上WPS以表示它对WSC的支持）。
2）用户只要在AP和打印机上摁一下该按钮，该操作将触发打印机和AP完成安全设置协商。如此，打印机获取AP的安全设置信息后将顺利加入目标AP。
图6-5所示为笔者家中无线路由器上的WSC按钮。
图6-5 PBC实物
对于Android智能手机，它可通过软件中的按钮来模拟真实的Push Button（参考图6-2中左图的“WPS推送按钮”项）。
WSC规范定义了三个核心组件，如图6-6所示：
图6-6 WSC核心组件
图6-6所示为WSC定义的三个核心组件，其中：
注意，这三个组件只是逻辑上的概念。在具体实现时，AP和Registrar可以由同一个实体实现，也可分别由不同实体来实现。
1）日常生活中，支持WSC的无线路由器兼具AP和Registrar的功能。这种AP在规范中被称为Standalone AP。Android智能手机扮演Enrollee的角色。
2）如果AP和Registrar分别由不同实体来实现，这种Registrar也被称为External Registrar。
除了三大组件之外，规范还定义了组件之间的交互接口。例如图6-6中的E、M、A代表三个核心组件之间交互的接口，这些接口定义了交互双方需要实现的一些功能。
规范中关于E、M、A的介绍非常复杂，笔者不拟照搬规范的内容，而是试图通过一种普适的case来介绍E、M、A的功能。这个case就是AP和Registrar组件实现于一个无线路由器中，即Standalone AP，而Enrollee由STA实现。STA和Standalone AP通过Wi-Fi传输数据，即它们将采用In-Band交互手段。
在上述情况下，STA中的Interface E包括的功能有：
Standalone AP中Interface E包括的功能有：
另外，STA和AP可选择实现某种Out-of-Band交互手段，规范中提到的两种手段包括NFC和USB。
对于Interface A来说：
由于Standalone AP已经集成了三大组件中的AP和Registrar，所以Interface M的功能几乎简化为0。由于本书不讨论AP的实现，所以此处不拟介绍和它相关的内容。
规范阅读提示：WSC规范关于E、M、A的介绍比较复杂，其中还涉及到UPnP的使用。笔者不拟讨论UPnP方面的内容。对它感兴趣的读者不妨参考笔者的一篇博文：http://blog.csdn.net/innost/article/details/7078539
由上文所述内容可知，WSC的核心知识集中在WSC IE以及RP协议中，下面将单独用一节来介绍它们。
以前面提到的普适case为例，当STA和Standalone AP采用In-Band交互方法时，RP协议的完整交互流程如图6-7所示：
图6-7 完整RP协议交互示意图
图6-3中包括两个部分，由“Enter passworkd of Enrollee”行隔开，其中：
关于图6-7所涉及的流程，笔者特别强调几点，请读者认真体会：
根据上面的描述，我们可知：
WSC的核心工作就是帮助STA和AP完成安全配置信息协商。由于在这个流程中，用户只需输入PIN码或摁按钮，所以用户的工作量极小。WSC工作完成后，STA和AP的工作就和第4章介绍的一样了（STA首先关联到AP，然后完成4次握手协议和Group Handshake协议）。
下面我们将分别介绍WSC IE以及EAP-WSC相关知识。首先登场的是WSC IE。
WSC IE并不属于802.11规范所定义的IE，而是属于Vendor定义的IE。根据802.11规范，Vendor定义的IE有着如图6-8所示的组成结构：
图6-8 Vendor IE的结构
根据图6-8所示的结构，WSC IE对应的设置如下：
图6-9所示为笔者截获的WSC IE示意图。
图6-9 WSC IE实例
由上文可知，WSC IE的核心是其携带的Attribute。
WSC规范定义了多个Attribute，而了解这些Attribute的内容及作用是学习WSC的必经之路。下面将介绍WSC中一些重要的Attribute。
提示：Attribute不仅被WSC IE使用，还被后文介绍的EAP-WSC包使用
===================略略略略略略略==============================
EAP-WSC流程涉及到EAPOL中的四个状态机（SUPP_PAE、KEY_RX、SUPP_BE、Port Timers）以及EAP SM之间的联动。当STA成功关联到AP后，EAPOL及EAP状态机情况如下（详情请参考第4章4.5.3.4.3“eapol_sm_notify_portEnabled分析”一节）：
根据6.2.3“Registration Protocol介绍”一节中的图6-7，EAP-WSC流程的开始于STA向AP发送的EAPOL-Start帧。是什么原因导致STA发送EAPOL-Start帧呢？来看下文。
在STA关联到AP流程的最后，eapol_sm_notify_portEnabled将设置portEnabled为1，根据代码（eapol_supp_sm.c中SM_STEP(SUPP_PAE)）以及第4章图4-28（Supplicant PAE SM状态示意图）可知，SUPP_PAE下一个要进入的状态是CONNECTING，其EA（Entry Aciton）代码为：
[-->eapol_supp_sm.c::SM_STATE(SUPP_PAE, CONNECTING)]
SM_STATE(SUPP_PAE, CONNECTING)
{
//SUPP_PAE_state此时的值为SUPP_PAE_DISCONNECTED，故send_start为0
//下面注意这个判断很重要，我们待会还会回到此处
int send_start = sm->SUPP_PAE_state == SUPP_PAE_CONNECTING;
SM_ENTRY(SUPP_PAE, CONNECTING);
if (send_start) {
sm->startWhen = sm->startPeriod;
sm->startCount++;
} else {
#ifdef CONFIG_WPS //
sm->startWhen = 1; //注意，如果WPAS支持WPS，则startWhen值为1
#else /* CONFIG_WPS */
sm->startWhen = 3;
#endif /* CONFIG_WPS */
}
//启动Port Timers SM，Port Timers SM将递减startWhen，并调用eapol_sm_step以重新遍历状态机
eapol_enable_timer_tick(sm);
sm->eapolEap = FALSE; ..
//由于send_start为0，所以此时还不会发送EAPOL-Start包
if (send_start) eapol_sm_txStart(sm);
}
根据代码中的注释，当Port Timers SM运行时，它将递减startWhen变量（结果是startWhen的值变为0），然后通过eapol_sm_step重新遍历状态机。在该函数中，PAE的SM_STEP将被调用以检查是否需要进行状态切换，相关代码如下所示：
[-->eapol_supp_sm.c::SM_STEP(SUPP_PAE)]
SM_STEP(SUPP_PAE)
{
......//略去不相关的内容
else switch (sm->SUPP_PAE_state) { //SUPP_PAE_state还处于CONNECTING状态
......
case SUPP_PAE_CONNECTING:
if (sm->startWhen == 0 && sm->startCount < sm->maxStart)
SM_ENTER(SUPP_PAE, CONNECTING);//由于startWhen为0，PAE将重新进入CONNECTING状态
......
break;
case SUPP_PAE_AUTHENTICATING:
......
}
}
根据上面代码可知，PAE将再次从CONNECTING状态进入CONNECTING状态。请读者回顾SM_STATE(SUPP_PAE, CONNECTING)函数。这一次sendStart将取值1，所以eapol_sm_txStart会被调用。该函数的代码如下所示：
[-->eapol_supp_sm.c::eapol_sm_txStart]
static void eapol_sm_txStart(struct eapol_sm *sm)
{
//eapol_send函数指针指向wpa_supplicant_eapol_send，相关代码在wpas_glue.c中。请读者自行阅读
sm->ctx->eapol_send(sm->ctx->eapol_send_ctx,IEEE802_1X_TYPE_EAPOL_START, (u8 *) "", 0);
sm->dot1xSuppEapolStartFramesTx++;
sm->dot1xSuppEapolFramesTx++;
}
由上述代码可知，eapol_send的实例wpa_supplicant_eapol_send将最终发送EAPOL-Start帧。
STA发出EAPOL-Start后，AP将发送EAP-Request/Identity包。STA处理EAP-Request/Identity后将回复EAP-Response/Identity包。上述流程将触发EAPOL中的PAE、BE和EAP状态机联动。此联动过程相当复杂。故本节将以EAP-Request/Identity为入口，分析WPAS中状态机的切换处理。
注意：此处的状态机联动实际上反映的是WPAS中EAP包处理的通用流程。学习过程中，请读者务必结合第4章4.4“EAP和EAPOL模块介绍”一节介绍的理论知识。
先来看EAP-Request的处理。WPAS中，EAP包接收的函数是wpa_supplicant_rx_eapol（相关分析请参考第4章4.5.3.5“EAPOL-Key交换流程分析”一节对wpa_supplicant_rx_eapol的介绍）。在那里，我们说过非PSK认证方法将由eapol_sm_rx_eapol处理。故直接来看eapol_sm_rx_eapol函数，代码如下所示：
[-->eapol_supp_sm.c::eapol_sm_rx_eapol]
int eapol_sm_rx_eapol(struct eapol_sm *sm, const u8 *src, const u8 *buf, size_t len)
{
const struct ieee802_1x_hdr *hdr; const struct ieee802_1x_eapol_key *key;
int data_len; int res = 1; size_t plen;
sm->dot1xSuppEapolFramesRx++;
hdr = (const struct ieee802_1x_hdr *) buf;
sm->dot1xSuppLastEapolFrameVersion = hdr->version;
os_memcpy(sm->dot1xSuppLastEapolFrameSource, src, ETH_ALEN);
plen = be_to_host16(hdr->length);
......
#ifdef CONFIG_WPS
//workaround中文意思为“变通方案”。在WPAS中，它表示为了兼容某些AP的错误行为（例如发送的EAP包
//格式不符合要求），而采用绕过去的方法来处理
if (sm->conf.workaround && plen < len - sizeof(*hdr) &&
hdr->type == IEEE802_1X_TYPE_EAP_PACKET &&
len - sizeof(*hdr) > sizeof(struct eap_hdr)) {
......
}
#endif
data_len = plen + sizeof(*hdr);
switch (hdr->type) {
case IEEE802_1X_TYPE_EAP_PACKET: //本例中，我们收到的是EAP-Request包，满足此case条件
......
wpabuf_free(sm->eapReqData);
sm->eapReqData = wpabuf_alloc_copy(hdr + 1, plen);
if (sm->eapReqData) {
sm->eapolEap = TRUE; //设置条件变量
eapol_sm_step(sm); //触发状态机运行
}
break;
......
}
return res;
}
WPAS每收到一个EAP包都会触发上述代码中流程。回顾一下eapol_sm_step中和状态机运转相关的代码：
[-->eapol_supp_sm.c::eapol_sm_step]
void eapol_sm_step(struct eapol_sm *sm)
{
int i;
for (i = 0; i < 100; i++) {
sm->changed = FALSE;
SM_STEP_RUN(SUPP_PAE);//先执行SUPP_PAE状态机
SM_STEP_RUN(KEY_RX); //再运转KEY_RX状态机
SM_STEP_RUN(SUPP_BE); //最后运转SUPP_BE状态机
if (eap_peer_sm_step(sm->eap)) //执行EAP_SM状态机
sm->changed = TRUE;
if (!sm->changed)
break;
}
......
}
其中，eap_peer_sm_step的代码如下所示：
[-->eap.c::eap_peer_sm_step]
int eap_peer_sm_step(struct eap_sm *sm)
{
int res = 0;
do { //无限循环，直到EAP SM稳定后才退出
sm->changed = FALSE;
SM_STEP_RUN(EAP);
if (sm->changed)
res = 1;
} while (sm->changed);
return res;
}
通过上述代码可知，EAPOL和EAP的状态机联动过程如下：
1）EAPOL先按顺序遍历PAE、KEY_RX、BE状态机。
2）然后执行EAP状态机。只有EAP SM稳定后（即eap_peer_sm_step函数中的sm->changed为FALSE时）才退出eap_peer_sm_step。
3）如果上述四个状态机有任何一个状态机的状态不稳定（即sm->changed为TRUE），则继续遍历所有状态机。
特别需要指出的是，状态机A运行时可能会修改一些条件变量从而导致状态机B发生状态切换。虽然第4章对每个状态机的状态切换图都有详细介绍，但读者很难理清楚状态机之间是如何互相影响的。在此，笔者整理了WPAS从发送EAPOL-Start包到接收EAP-Request/Identity以及回复EAP-Reponse/Identity这一过程中四个状态机的切换过程，如图6-34所示：
图6-34 EAP-Request/Response Identity流程中的状态机联动示意
图6-34中：
当图6-34执行完毕后，EAPOL和EAP状态机将进入稳定状态，这样，eapol_sm_step得以返回。根据EAP-WSC的流程，WPAS下一步将继续接收并处理EAP包。在这以后的过程中（从M1到M8）：
所以，对EAP-WSC流程来说，EAPOL状态机的执行过程比较固定。而对EAP SM来说，它将根据EAP包内容的不同而转移到不同的状态。下面我们将直接进入EAP对应的状态以分析不同EAP包的处理过程。
注意，根据图4-21关于EAP SM的描述，当portEnabled值为TRUE时，应该从DISABLED状态切换至INITIALIZE状态。不过，我们在4.5.3.3.3“wpa_supplicant_associate分析之三”一节中曾提到说由于force_disabled变量为TRUE，EAP_SM是无法转入INITIALIZED状态的。为什么此处它却可以呢？原来。由于本例使用的key_mgmt是WPA_KEY_MGMT_WPS，所以force_disabled变量将被设置为FALSE，这样EAP SM就可以转换至INITIALIZE状态了。其间的细节内容请读者参考wpa_supplicant_initiate_eapol及内部所调用的eapol_sm_notify_config函数。
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本章对Wi-Fi Simple Configuration和其中的PIN方法进行了深入介绍。主要内容包括：
注意：WSC规范中还定义了另外一种比较常用的PBC方法。PBC和PIN类似，它也会用到一个PIN码，只不过这个PIN码为“00000000”。读者可阅读参考资料[7]来了解PBC。
本章参考资料其实只有一个，即WSC规范2.0.2版。读者可在百度文库上搜索到该文档，其地址为http://wenku.baidu.com/view/aa2e8a20cfc789eb172dc83d.html
[1] WSC-2.0.2第1节“Introduction”
[2] WSC-2.0.2第4节“Core Architecture”
[3] WSC-2.0.2第6.1节“In-band Setup Using a Standalone AP/Registrar”
[4] WSC-2.0.2第8节“Message Encoding”
[5] WSC-2.0.2第7节“Registration Protocol Definition”
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman_key_exchange
维基百科关于D-H算法的描述，读者可通过它了解D-H的相关知识。
[7] WSC-2.0.2第11节“Push Button Configuration”。
规范中，PBC的介绍只有7页。建议读者学完本章后再来看它。
《深入理解Android：Wi-Fi，NFC和GPS》章节连载[节选]--第六章 深入理解wi-Fi Simple Configuration,布布扣,bubuko.com
《深入理解Android：Wi-Fi，NFC和GPS》章节连载[节选]--第六章 深入理解wi-Fi Simple Configuration
原文：http://blog.csdn.net/innost/article/details/21555225