1 概述
WPA的密鑰生成、管理系統(tǒng)結(jié)合了認證和數(shù)據(jù)私密功能，具有較強的健壯性，在STA和AP之間認證完成且四次握手成功后，各類密鑰就產(chǎn)生了。在ESS網(wǎng)絡中，RSNA定義了兩類密鑰層次結(jié)構(gòu)：
1） Pairwise Key層次結(jié)構(gòu)，用于保護單播流量（Unicast Traffic），支持CCMP或TKIP，通過將發(fā)送地址、接收地址與Pairwise Key的綁定，可以在解密（Decapsulation）過程中，有效地檢測出攻擊者偽造的MPDU，即允許接收端的STA檢測MAC欺騙及數(shù)據(jù)偽造，而GTK則不具備這樣的能力；
2） Group Key層次結(jié)構(gòu)，用于保護多播（Multicast Traffic）和廣播流量（Broadcast Traffic），由單個密鑰組成。
在ESS中，AP的BSSID就是IEEE 802.1X 認證器的AA（MAC 地址），而請求者的MAC地址(SPA)也就是STA的MAC地址，在RSN中，使用CCMP的STA在每個<TA, RA>對中，應該至少支持一個Pariwise Key，同時可以用<TA ,RA>來標識Pariwise Key。
在復雜網(wǎng)絡中（ESS與IBSS混合），當AP同時與使用WEP（用共享WEP密鑰）的STA以及使用CCMP或TKIP（用Pairwise Key）的STA通信時，使用WEP的STA使用Default Key 0~3 作為shared WEP Key，問題在于，若AP設置成使用WEP Default Key 0與使用WEP的STA通信，那些不支持WEP Default 0但支持TKIP或者CCMP的STA將會在RSN Capabilites field里頭指定為No Pairwise subfield，由此，AP也會配置成與WEP-STA及No Pairwise-STA（No Pairwise的使用僅為了在RSNA中支持WEP）通信，也就是說四次握手的時候AP不會安裝Pairwise Temporal Key，而是在所有類型的通信流量中使用WEP Default Key 0。
在復雜網(wǎng)絡中，支持TKIP的STA都應該支持一個Pairwise Key，無論這個Pairwise Key是通過Key mapping Key（由PTK映射）方式獲取，還是通過mapping to Default Key 0（由Default Key 0映射）的方式獲取，這樣，AP就會使用Pairwise Key用于保護AP與STA之間的單播流量，如果支持Key mapping Key的方式，那么<TA ,RA>可以用來標識pariwise Key，如果不支持，則幀中的密鑰索引（Key index）將會置0，也就是說會使用Default Key 0保護通信流量。
同時不支持TKIP和WEP Default Key 0的STA通過設置RSN IE的No Pairwise域來廣播這一信息，在四次握手的message3中，AP將會清除install bit通知STA不要安裝Pairwise Key，相應地，AP會發(fā)一個WEP shared Key給STA作為Default Key 0使用，這個Key將會用于STA與AP之間單播幀的傳遞。
在TSN中，支持CCMP的STA將會同時支持Pairwise Keys和WEP Default Key 0，當配置使用CCMP時，STA協(xié)商為No Pairwise subfield是無效的。
密鑰層次的描述用到兩個函數(shù)：
l L(Str, F, L)：從Str的左邊開始，抽取從L到L+F-1的F bits；
l PRF-n：產(chǎn)生n bits輸出的偽隨機函數(shù)。
Pairwise Key層次結(jié)構(gòu)如下圖所示：
根據(jù)采用的密鑰管理協(xié)議（AKMP）的不同，PMK的獲取有兩種情況：
l 802.1X+EAP模式下，PMK從MSK中派生而來，取MSK的前256 bits (bits 0–255)用來計算PMK ：PMK =L(MSK, 0, 256)，也就是說，在這種模式下，MSK的長度至少要是256bits，且PTK的的生命周期應該短于PMK的生命周期（lifetime），其中生命周期由認證服務器（AS）決定：lifetime = Session-Timeout + dot1xAuthTxPeriod 或者取MIB里頭的變量： lifetime = dot11RSNAConfigPMKLifetime。
l WPA-PSK模式下，一個256bits的PSK將會直接配置到STA和AP中，或者將pass-phrase（如用戶輸入的密碼）配置到請求端（Supplicant）與認證器端（Authenticator），關(guān)于PSK的配置方法不屬于IEEE802.11i標準的內(nèi)容，其中常用的方法是系統(tǒng)與用戶交互來完成PSK的配置（且具體實現(xiàn)中，應該為每一對STA之間的通信生成一個PSK），例如，如果配置了pass-phrase，則256bit的PSK將會通過下面方式派生，并當作PMK使用，利用PMK便可以派生出PTK，流程如下圖所示：
l SNonce 是由Supplicant端（即STA端）生成的一個偽隨機數(shù)；
l ANonce 是由Authenticator端（即AP端）生成的一個偽隨機數(shù)。
其中，pdkdf2_SHA1( )，SHA1_PRF( )在前述章節(jié)有所介紹。根據(jù)密鑰套類型（TKIP/CCMP），我們將PTK的肢解進行進一步細分：
l KCK，用于4-Way Handshake中對數(shù)據(jù)原始性認證進行保障，也就是MIC Key；
l KEK用于4-Way Handshake和Group Key Handshake中的EAPOL-Key幀的加解密；
l TEK，也就是TK，用于數(shù)據(jù)幀的加解密；
l TMK則是TKIP中的MIC校驗Key。
最后，作者對Pairwise Key層次結(jié)構(gòu)中不同密鑰資源在不同信息安全體系中的使用進行了一個總結(jié)：
GMK的獲取在前述章節(jié)有所介紹，GTK作為一個臨時密鑰（TK）應該是一個偽隨機數(shù)，也就是說AP中的GMK(Group Master Key )應該周期性地改變，Group Key層次結(jié)構(gòu)如下圖所示：
l Group nonce (GNonce) 是一個由IEEE 802.1X認證器生成的偽隨機數(shù)；
l AA是IEEE 802.1X 認證器MAC 地址；
根據(jù)密鑰套選擇的類別，GTK被肢解為不同長度的TK（Temporal Key）用于保護多播與廣播通信（Multicast / Broadcast Communication），也就是說，GTK被用于一個認證器端與多個請求端之間，其中，TKIP的X = 256， CCMP的X = 128 ，WEP的X = 40或104。
類似地，作者也對Group Key層次結(jié)構(gòu)中不同密鑰資源在不同信息安全體系中的使用進行了一個總結(jié)：
PeerKey Key層次結(jié)構(gòu)如下圖所示：
由于PeerKey Key用在IBSS網(wǎng)絡中，所以下面只進行簡單介紹：
l SMK為256bits；
l STKs 用于Initiator STA與Peer STA之間，即用于IBSS中STA與STA之間；
l TK 用于保護Initiator STA與Peer STA之間的單播通信（Unicast Communication）；
l INonce 是一個由Initiator STA產(chǎn)生的偽隨機數(shù)；
l PNonce 是一個由Peer STA 產(chǎn)生的偽隨機數(shù)；
l SKCK 用于保護4-Way STK Handshake中的認證數(shù)據(jù)；
l SKEK 用于保障4-Way STK Handshake 中EAPOL-Key幀的保密性。
