第4章 深入理解wpa_supplicant 本文涉及的源代码文件名称和位置 ·BoardConfig.mk build/ target/ board/ generic/ BoardConfig.mk ·android.cfg externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ android.cfg ·wpa_supplicant.conf externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ wpa_supplicant.conf ·main.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ main.c ·wpa_supplicant.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ wpa_supplicant.c ·wpa_debug.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ wpa_debug.c ·eap_register.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ eap_register.c ·eap_i.h externel/ wpa_supplicant_8/ src/ eap_peer/ eap_i.h ·eloop.h externel/ wpa_supplicant_8/ src/ utils/ eloop.h ·eloop.c externel/ wpa_supplicant_8/ src/ utils/ eloop.c ·if.h externel/ kernel-headers/ original/ linux/ if.h ·config_ssid.h externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ config_ssid.h ·config_file.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ config_file.c ·config.c external/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ config.c ·drivers.mk external/ wpa_supplicant_8/ src/ drivers/ drivers.mk ·driver_nl80211.c externel/ wpa_supplicant_8/ src/ drivers/ driver_nl80211.c ·rfkill.c externel/ wpa_supplicant_8/ src/ drivers/ rfkill.c ·wpas_glue.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ wpas_glue.c ·ctrl_iface_unix.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ ctrl_iface_unix.c ·bss.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ bss.c ·wpa.c externel/ wpa_supplicant_8/ src/ rsn_supp/ wpa.c ·eap_defs.h external/ wpa_supplicant_8/ src/ eap_common/ eap_defs.h ·defs.h external/ wpa_supplicant_8/ src/ common/ defs.h ·eap.h external/ wpa_supplicant_8/ src/ eap_peer/ eap.h ·eapol_supp_sm.c external/ wpa_supplicant_8/ src/ eapol_supp/ eapol_supp_sm.c ·ctrl_iface.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ ctrl_iface.c ·scan.c externel/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ scan.c ·wpa_i.h externel/ wpa_supplicant_8/ src/ rsn_supp/ wpa_i.h ·wpa.c externel/ wpa_supplicant_8/ src/ rsn_supp/ wpa.c ·eapol_supp_sm.c externel/ wpa_supplicant_8/ src/ eapol_supp_sm.c 4.1 概述 wpa_supplicant ① 它实现了开源软件项目Station管理和控制无线网络 功能。根据官方描述，wpa_supplicant支持的功能很多，这里列举了几个重要的功能 功能点。 1）支持W PA和IEEE 802.11i大义的大部分功能。 这部分功能集中在安全方面，包括以下。 ·支持W PA-PSK（即W PA-Personal）和W PA-Enterprise（即利用RAIDUS认证 完成身份认证的服务器)。 ·数据加密方面支持CCMP、TKIP、W EP104和W EP40。注意，W EP104和W EP40 数字代表密钥的长度。104表示密钥长度为104个二进制位(如ASCII计算字符数量 算的话，W EP104支持的密钥长度为13个ASCII字符）。 ·完全支持W PA和W PA2，包括PMKSA缓存，预认证（pre-authentication）等功 能。 ·支持IEEE 802.11r和802.11w，其中802.11r快速基础服务转移的规范（Fast Transition）功能，而802.11w对管理帧增加了安全保护机制。 ·支持W FA制定的W i-Fi Protected Setup功能、P2P、TDLS等。 2）支持多种EAP Method。 主要和802.1X中Supplicant与功能有关，wpa_supplicant支持多达25种EAP Method，包括以下。 ·EAP-TLS：TLS（Transport Layer Security）它本身就是一种传输层安全协议 基于公钥基础设施密钥算法提供端点身份认证和通信保密（Public Key Infrastructure，PKI）。EAP-TLS定义于RFC 5216。 ·EAP-PEAP：PEAP（Protected Extensible Authentication Protocol，可扩展 EAP）由微软、思科和RSA Security三家公司共同开发，是一种使用证书加用户名和密度 代码验证身份的方法。 ·EAP-TTLS：TTLS（Tunneled Transport Layer Security，隧道传输层安全协 议）是TLS与扩展相比TLS，在认证过程中简化了客户端的工作。 ·EAP-SIM、EAP-PSK、EAP-GPSK等待其他认证方法。 提示 阅读参考资料[1]了解更多信息EAP方法知识。 3)支持各种无线网卡和驱动。 ·支持nl80211/ cfg80211驱动和Linux W ireless Extension驱动 ② 。 ·支持W indows平台中的NDIS驱动。 提示 wpa_supplicant虽然支持W indows但我相信绝大多数读者使用平台 W indows自带无线网络管理程序(或Intel芯片相关软件提供的无线网络管理程序)。 从功能的角度来看，读者可以认为wpa_supplicant这些私有程序的开源实现。 Android作为开源世界的集大成者，它直接用于无线网络管理和控制 wpa_supplicant。Android 4.1中，external目录中有两个和wpa_supplicant相关的目 录，分别是wpa_supplicant_6和wpa_supplicant_8.6和8分别代表对应wpa_supplicant 的版本号为0.6.10和2.0-devel。 提示 关于wpa_supplicant请参考发布历史 http:/ / hostap.epitest.fi/ releases.html。 本书的分析目标是wpa_supplicant_8.它包含以下三个主要子目录。 ·hostapd：当手机进入Soft AP手机将在模式下玩AP角色，所以需要hostapd来提 供AP的功能。 ·wpa_supplicant：Station模式，也叫Managed模式。本书分析的重点。 ·src：hostapd和wpa_supplicant它包含一些通用的数据结构和处理方法 内容都放在这里src目录。hostapd/ src和wpa_supplicant/ src子目录都链接到这里src 目录。 wpa_supplicant是Android用户空间中无线网络部分的核心模块，所有Framework层 中和W i-Fi相关操作最终将被借用wpa_supplicant来完成。wpa_supplicant本身 对802.11、802.1X和W i-Fi Alliance一些定义规范有很好的支持。因此，分析它将是 加深理解802.一种非常重要的理论知识方式。 本章分为两条路线进行分析wpa_supplicant相关功能模块。 ·路线1：首先介绍wpa_supplicant初始化过程。这条路线将帮助读者理解 wpa_supplicant常见的数据结构及其关系。这条路很难走。请做好心理准确 备。 ·路线二:通过命令发送命令触发wpa_supplicant相关工作，手机加 入一个利用W PA-PSK认证的无线网络。这条路线将帮助读者理解wpa_supplicant中 命令处理，scan、association、4-W ay Handshake等待相关处理流程 提示 后续章节还将围绕Android中无线网络技术开展更多的讨论。第5章将介绍 Android Framework中的W ifiService及其相关模块。第6、7章将继续wpa_supplicant之 旅，其内容和W PS、W i-Fi P2P以及W ifiP2pService有关。 为了行文方便，本书将用W PAS来表示wpa_supplicant。另外，后文代码分析中还能 见到一种重要的数据结构，也叫wpa_supplicant。请读者根据上下文信息来理解 wpa_supplicant的含义。 正式开始分析之旅前，先简单了解wpa_supplicant。 ① 注意，wpa_supplicant项目中还包含一个名为hostapd程序的代码，它实现了AP的功 能，本书不讨论。官方地址为http:/ / hostap.epitest.fi/ 。 ② 根据审稿专家的反馈，wpa_supplicant仅支持Linux W ireless Extension V19以后的 版本。 4.2 初识wpa_supplicant 本节介绍W PAS一些外围知识，包括软件结构、编译配置、控制命令和对应控制API的 用法。其中，控制命令的格式和API的用法将在介绍W ifiService相关模块时见到。另外， 在研究W PAS时，能熟练使用git查询历史版本信息也非常关键。首先从W PAS软件架构开 始。 4.2.1 wpa_supplicant架构 wpa_supplicant是一个比较庞大的开源软件项目，包含500多个文件，20万行代码， 其内部模块构成如图4-1所示 [2] 。 图4-1 wpa_supplicant软件架构 图4-1所示的W PAS软件架构包括如下重要模块。 ·W PAS所有工作都围绕事件（event loop模块）展开。它是基于事件驱动的。事件驱 动和消息驱动类似，主线程等待事件的发生并处理它们。W PAS没有使用多线程编程，所有 事件处理都在主线程中完成。从这一点看，W PAS的运行机制很简单。 ·位于event loop模块下方的driver i/ f（i/ f代表interface）接口模块用于隔离和底层 驱动直接交互的那些driver控制模块（如wext、ndiswrapper等，W PAS中称为driver wrapper）。这些driver wrapper和平台以及芯片所使用的驱动相关。不过，由于driver i/ f的隔离作用，W PAS中其他模块将能最大程度保持平台以及驱动无关性。 ·driver wrapper经常要返回一些信息给上层。W PAS中，这些信息将通过driver events的方式反馈给W PAS其他模块进行处理。 ·上一章曾介绍过EAP以及EAPOL协议。除了定义消息格式外，RFC4137文档定义了 EAP状态机，而802.1X文档中还定义了EAPOL状态机。W PAS根据这两个协议分别实现了 EAP和EAPOL状态机。本章后续将详细分析这两个状态机以及背后的协议。除此之 外，W PAS还定义了自己的状态机（即W PA/ W PA2 State Machine）。 ·W PAS实现了多种EAP方法，如EAP method模块。另外它还包含了TLS模块和 crypto模块用于支持对应的EAP方法。 ·EAPOL以及EAP消息都属于LLC层数据，所以W PAS的l2_packet模块用于收发 EAPOL和EAP消息。 ·W PAS支持较多的配置参数，这些参数的处理由configuration模块完成。 ·W PAS是C/ S结构中的Server端，它通过ctrl i/ f模块向客户端提供通信接口。 Linux/ UNIX平台中，Client端利用Unix域socket与其通信。目前常用的Client端 wpa_cli（无界面的命令行程序）和wpa_gui（UI用Qt实现）。 W PAS支持众多功能，使用前往往需根据平台或驱动的特性进行编译配置，下面通过一 个实例来介绍如何在Android中编译wpa_supplicant。 4.2.2 wpa_supplicant编译配置 先介绍本实例的背景情况。有一台三星Galaxy Note 2手机，其OS为Android 4.1.2。 现在，编译一个AOSP（Android Open Source Project）的wpa_supplicant程序以替换 Note 2中原有的wpa_supplicant。 提示 AOSP即Google公版Android源码。几乎所有手机厂商都会根据芯片、硬件以 及厂商自定义的特性去修改它。由于Note 2源码不公开，所以笔者只能编译AOSP版的 wpa_supplicant。 假设读者已经按第1章要求部署Android 4.1源码和开发环境，接下来要做的事情如 下。 cd 4.1source #首先进入4.1源码根目录 source build/envsetup #建立Android源码编译环境 lunch #选择要编译的设备和版本。笔者选择了1，代表full-eng。eng代表工程版，该选项对应的目标设备类型 #（TARGET_PRODUCT）为generic，其编译出来的镜像文件可由模拟器加载并运行 由上述配置可知，笔者将使用generic版本编译一个wpa_supplicant以运行在真实的机 器上。 提示 通过执行lunch命令可知，不同的设备应有对应的编译配置项。由于笔者没有 Note 2的源码，所以只能尝试编译generic版本。 接下来要为generic平台定制所使用的wpa_supplicant版本，通过修改 BoardConfig.mk来完成的。 [–>BoardConfig.mk] #在此文件最后添加如下内容 WPA_SUPPLICANT_VERSION := VER_0_8_X #表明使用wpa_supplicant_8 BOARD_WPA_SUPPLICANT_DRIVER := NL80211 #表明驱动使用Nl80211 BOARD_WLAN_DEVICE := bcmdhd #表明Kernel中的Wi-Fi设备为博通公司的bcmdhd #编译博通公司驱动相关的静态库，该库对应的代码也在AOSP源码中，位置是 #hardware/broadcom/wlan/bcmdhd/wpa_supplicant_8_lib/ BOARD_WPA_SUPPLICANT_PRIVATE_LIB := lib_driver_cmd_bcmdhd 巧合的是，Note 2使用的wlan芯片刚好为bcmdhd。 除了修改BoardConfig.mk外，W PAS也定义了自己的编译配置文件android.config， 其内容如下。 …#该文件主要定义了编译时生成的宏，各平台根据自己的硬件情况去设置需要编译的内容
CONFIG_DRIVER_WEXT=y #可注释这一条以取消编译WEXT相关代码
CONFIG_DRIVER_NL80211=y #可去掉此行的注释符号以增加对Nl80211的支持 CONFIG_LIBNL20=y …#其他很多编译配置项都可在此文件中修改 #注意，此文件中对CONFIG_DRIVER_NL80211的修改和BoardConfig.mk中的BOARD_WPA_SUPPLICANT_DRIVER #相重合。BoardConfig.mk的优先级较高，所以请读者先修改它 配置完毕后，开始编译。 #首先要编译wpa_supplicant依赖的静态库lib_driver_cmd_bcmdhd mmm hardware/broadcom/wlan/bcmdhd/wpa_supplicant_8_lib/ mmm external/wpa_supplicant_8 #生成wpa_supplicant，同时也会生成wpa_cli 将编译后的wpa_supplicant替换Note 2的/ system/ bin/ wpa_supplicant并设置其为可 运行（通过chmod命令设置其权限位0755）。同时，把wpa_cli"push"到/ system/ bin下为 后续测试做准备。 经过测试发现，AOSP的wpa_supplicant以及wpa_cli均能正常工作在Note 2上。这 也间接表明Note 2并未对wpa_supplicant以及博通芯片相关的代码做较大改动。 注意 严格来说，android.cfg应该是唯一的编译控制文件。但由于底层wlan芯片不 同，W PAS可能还依赖其他模块。所以，在具体实施时，BoardConfig.mk（或其他文件， 视具体情况而定）也需要做修改。 4.2.3 wpa_supplicant命令和控制API 由图4-1可知，W PAS对外通过控制接口模块与客户端通信。在Android平台 中，W PAS的客户端是位于Framework中的W ifiService。用户在Settings界面进行W i-Fi 相关的操作最终都会经由W ifiService通过发送命令的方式转交给wpa_supplicant去执 行。 1.命令 W PAS定义了许多命令，常见命令如下。 ·PING：心跳检测命令。客户端用它判断W PAS是否工作正常。W PAS收到"PING"命 令后需要回复"PONG"。 ·MIB：客户端用该命令获取设备的MIB信息。 ·STATUS：客户端用该命令来获取W PAS的工作状态。 ·ADD_NETW ORK：为W PAS添加一个新的无线网络。它将返回此新无线网络的 ID（从0开始）。注意，此network id非常重要，客户端后续将通过它来指明自己想操作的 无线网络。 ·SET_NETW ORK：network id是无线网络的 ID。此命令用于设置指定无线网络的信息。其中variable为参数名，value为参数的值。 ·ENABLE_NETW ORK：使能某个无线网络。此命令最终将促使 W PAS发起一系列操作以加入该无线网络。 除了接收来自Client的命令外，W PAS也会主动给Client发送命令。例如，W PAS需用 户为某个无线网络输入密码。这类命令称为Interactive Request，其格式如下。 W PAS向客户端发送的命令遵循以下格式。 CTRL-REQ--- 如以下命令表示需要用户为0号网络输入密码。 CTRL-REQ-PASSW ORD-0-Passwork needed for SSID test-network 客户端处理完后，需回复： CTRL-RSP--- 目前支持的field包括PASSW ORD、IDENTITY（EAP中的identity或者用户名）、 PIN等。 最后，W PAS还可通过形如以下命令向客户端通知一些事情。 CTRL-EVENT--
提示 除了"CTRL-EVENT-XXX"之外，W PAS还支持形如"W PA：XXX"和"W PS-
XXX"的通知事件。这些事件和W PA和W PS有关。下一章分析W ifiService时还能见到它
们。
图4-2所示为利用wpa_cli测试status命令得到的结果。图中最后几行显示W PAS向
wpa_cli返回了两个CTRL-EVENT信息。
图4-2 wpa_cli命令测试
2.控制API
Android平台中W ifiService是W PAS的客户端，它和W PAS交互时必须使用
wpa_supplicant提供的API。这些API声明于wpa_ctrl.h中，其用法如下。
// 必须包含此头文件，链接时需包含libwpa_client.so动态库
#include “wpa_ctrl.h”
客户端使用wpa_ctrl时首先要分配控制对象。下面两个API用于创建和销毁控制对象
wpa_ctrl。
// 创建一个wpa控制端对象wpa_ctrl。Android平台中，参数ctrl_path代表unix域socket的位置
struct wpa_ctrl * wpa_ctrl_open(const char *ctrl_path);
void wpa_ctrl_close(struct wpa_ctrl *ctrl); // 注销wpa_ctrl控制对象
下面这个函数用于发送命令给W PAS。
// 客户端发送命令给wpa_supplicant，回复的消息保存在reply中
int wpa_ctrl_request(struct wpa_ctrl *ctrl, const char *cmd, size_t cmd_len,
char *reply, size_t *reply_len,void (*msg_cb)(char *msg, size_t len));
msg_cb是一个回调函数，该参数的设置和W PAS中C/ S通信机制的设计有关。
从Client角度来看，它发送给W PAS的命令所对应的回复属于solicited event（有请
求的事件），而前面所提到的CTRL-EVENT事件（用于通知事件）对应为unsolicited
event（未请求的事件）。当Client在等待某个命令的回复时，W PAS同时可能有些通知事
件要发送给客户端，这些通知事件不是该命令的回复，所以不能通过wpa_ctrl_request的
reply参数返回。
为了防止丢失这些通知事件，wpa_cli设计了一个msg_cb回调用于客户端在等待命令回
复的时候处理那些unsolicited event。
这种一个函数完成两样完全不同的功能的设计实在有些特别，所以wpa_supplicant规
定只有打开通知事件监听功能的wpa_ctrl对象，才能在wpa_ctrl_request中通过msg_cb获
取通知事件。而打开通知事件监听功能相关的API如下所示。
// 打开通知事件监听功能
int wpa_ctrl_attach(struct wpa_ctrl *ctrl);
// 打开通知事件监听功能的wpa_ctrl对象能直接调用下面的函数来接收unsolicited event
int wpa_ctrl_recv(struct wpa_ctrl *ctrl, char *reply, size_t *reply_len);
如果客户端并不发送命令，而只是想接收Unsolicited event，可通过wpa_ctrl_recv
函数来达到此目的。
综上所述，单独使用wpa_ctrl_recv和wpa_ctrl_request都不方便。所以，一种常见的
用法是：客户端创建两个wpa_ctrl对象来简化自己的逻辑处理。
·一个打开了通知事件监听功能的wpa_ctrl对象将只通过wpa_ctrl_recv来接收通知事
件。
·另外一个wpa_ctrl专职用于发送命令和接收回复。由于没有调用wpa_ctrl_attach，
故它不会收到通知事件。
提示 下一章分析W ifiService时将见到这种创建两个wpa_ctrl对象的做法。
4.2.4 git的使用
W PAS难度较大的一个重要原因是其注释较少，很多变量的含义没有任何解释。笔者也
为此大伤脑筋。不得以，只能通过查看W PAS代码的历史版本来寻根溯源。经过实践，笔者
总结了利用git来查询W PAS历史版本信息的一些步骤，分别如下。
用git clone命令下载W PAS官方代码。
git clone git：//w1.fi/srv/git/hostap.git
以下命令的含义是查询use_monitor在driver_nl80211.c中的变化情况。
git blame src/drivers/driver_nl80211.c|grep use_monitor
因为use_monitor定义于该文件中，所以用git blame查看。得到的结果如图4-3所
示。
图4-3 git blame结果
图4-3中的第一行显示了use_monitor最早出现的patch的情况，其对应的commit id
是a11241fa。接着，再通过命令"git log a11241fa"可查看当时的commit信息。
图4-4 git log结果
图4-4展示了a11241fa对应的commit消息。由于提交者一般会在该消息中添加注释性
内容，所以可通过研究这些内容来了解代码中某些变量的含义。
下面正式开始W PAS的代码分析之旅。首先分析W PAS的初始化流程。
4.3 wpa_supplicant初始化流程
Android系统中，W PAS启动是通过"setprop ctrl.start wpa_supplicant"来触发init
进程去fork一个子进程来完成的。W PAS在init配置文件中被定义为一个service。图4-5所
示为Note 2 init.smdk4x12.rc文件中关于wpa_supplicant的定义。
图4-5 init配置文件中的wpa_supplicant
图4-5中的黑框展示了wpa_supplicant的启动参数 ① 。其众多参数中，最重要的是通
过"-c"参数指定的W PAS启动配置文件（图4-5中，该配置文件全路径名
为/ data/ misc/ wifi/ wpa_supplicant.conf）。
提示 wpa_supplicant源代码中包含一个启动配置文件的模板，该文件对各项配置参
数都有说明。其文件路径为
external/ wpa_supplicant_8/ wpa_supplicant/ wpa_supplicant.conf。
Note 2中该配置文件的内容如图4-6所示。
图4-6 wpa_supplicant.conf文件内容
·ctrl_interface指明控制接口unix域socket的文件名。
·update_config表示如果W PAS运行过程中修改了配置信息，则需要把它们保存到此
wpa_supplicant.conf文件中。
·从device_name到config_method都和W PS设置有关。后续章节介绍其作用。
·p2p等选项和W i-Fi P2P有关。后续章介绍它们的作用。
·W PAS运行过程中得到的无线网络信息都会通过一个"network"配置项保存到此配置
文件中。如果该信息完整，一旦W PAS找到该无线网络就会尝试用保存的信息去加入它（这
也是为什么用户在settings中打开无线网络后，手机能自动加入周围某个曾经登录过的无线
网络的原因）。
·network项包括的内容非常多。图中第二个network项展示了该无线网络的ssid、密
钥管理方法（key management）、身份认证方法及密码等信息。network中的priority表
示无线网络的优先级。其作用是，如果同时存在多个可用的无线网络，W PAS优先选择
priority高的那一个。
下面正式进入W PAS的代码，先来看其入口函数main。
① 关于init.rc文件的解析及setprop的实现，读者可阅读《深入理解Android：卷Ⅰ》第
3章。
4.3.1 main函数分析
Android平台中，main函数定义于main.c中，代码如下所示。
[–>main.c：：main]
int main(int argc, char *argv[])
{
int c, i;
struct wpa_interface *ifaces, *iface;
int iface_count, exitcode = -1;
struct wpa_params params;
struct wpa_global
global; /
Android平台中，下面这个函数的实现在os_unix.c中。Android对其做了一些修改，主要是权
限方面的设置防止某些情况下被破解者利用权限漏洞以获取root权限。
*/
if (os_program_init())
return -1;
os_memset(¶ms, 0, sizeof(params));
params.wpa_debug_level = MSG_INFO;
iface = ifaces = os_zalloc(sizeof(struct wpa_interface));
…
iface_count = 1;
wpa_supplicant_fd_workaround(); // 输入输出重定向到/dev/null设备
for (;😉 { // 参数解析，由图4-3所知，Note 2中WPAS启动只使用了4个参数
c = getopt(argc, argv, “b:Bc:C:D🇩🇪f:g:hi:KLNo:O:p:P:qstuvW”);
if (c < 0)
break;
switch © {
…
case ‘c’:
// 指定配置文件名。注意，该参数赋值给了wpa_interface中的变量
iface->confname = optarg;
break;
…
case ‘D’:
// 指定driver名称。注意，该参数赋值给了wpa_interface中的变量
iface->driver = optarg;
break;
…
case ‘e’:
// 指定初始随机数文件，用于后续随机数的生成 ①
params.entropy_file = optarg; break;
…
case ‘i’:
iface->ifname = optarg; // 指定网络设备接口名，本例是"wlan0"
break;
…
}
}
exitcode = 0;
// 关键函数①：根据传入的参数，创建并初始化一个wpa_global对象
global = wpa_supplicant_init(¶ms);
…
for (i = 0; exitcode == 0 && i < iface_count; i++) {
…
// 关键函数②：WPAS支持操作多个无线网络设备，此处需将它们一一添加到WPAS中
// WPAS内部将初始化这些设备
if (wpa_supplicant_add_iface(global, &ifaces[i]) == NULL)
exitcode = -1;
}
// Android平台中，wpa_supplicant通过select或epoll方式实现多路I/O复用。相关解释见下文
if (exitcode == 0)
exitcode = wpa_supplicant_run(global);
wpa_supplicant_deinit(global);
…// 退出
return exitcode;
}
main函数中出现了几个重要的数据结构和两个关键函数。
注意 虽然W PAS代码遵循C语法，但笔者也将称结构体实例称为对象。
先来认识这几个重要数据结构，如图4-7所示。
图4-7 main函数中重要的数据结构
图4-7中：
·wpa_interface用于描述一个无线网络设备。该参数在初始化时用到。
·wpa_global是一个全局性质的上下文信息。它通过ifaces变量指向一个
wpa_supplicant对象（以后介绍wpa_supplicant时，读者将发现系统内的所有
wpa_supplicant对象将通过单向链表连接在一起。所以，严格意义上来说，ifaces变量指
向一个wpa_supplicant对象链表）。drv_priv包含driver wrapper所需要的全局上下文信
息。其drv_count代表当前编译到系统中的driver wrapper个数（详情见下文）。另
外，wpa_global有一个全局控制接口，如果设置该接口，其他wpa_interface设置的控制
接口将被替代。
·wpa_supplicant是W PAS的核心数据结构。一个interface对应有一个
wpa_supplicant对象，其内部包含非常多的成员变量（图4-7并未画出，下文详细介
绍）。另外，系统中所有wpa_supplicant对象都通过next变量链接在一起。
·ctrl_iface_global_priv是全局控制接口的信息，内部包含一个用于通信的socket句
柄。
提示 由于篇幅原因，笔者将根据情况略去数据结构中部分成员变量的介绍。
下面分析关键函数wpa_supplicant_init。
① 读者可阅读《深入理解Android：卷Ⅱ》3.3节以了解Android平台中更多和随机数有
关的知识。
4.3.2 wpa_supplicant_init函数分析
wpa_supplicant_init代码如下所示。
[–>wpa_supplicant.c：：wpa_supplicant_init]
struct wpa_global * wpa_supplicant_init(struct wpa_params *params)
{
struct wpa_global
global; int ret, i; … #ifdef CONFIG_DRIVER_NDIS …// windows driver支持 #endif #ifndef CONFIG_NO_WPA_MSG // 设置全局回调函数，详情见下文解释 wpa_msg_register_ifname_cb(wpa_supplicant_msg_ifname_cb); #endif / CONFIG_NO_WPA_MSG */
// 输出日志文件设置，本例未设置该文件
wpa_debug_open_file(params->wpa_debug_file_path);
…
ret = eap_register_methods();// ①注册EAP方法
…
global = os_zalloc(sizeof(*global)); // 创建一个wpa_global对象
… // 初始化global中的其他参数
wpa_printf(MSG_DEBUG, “wpa_supplicant v” VERSION_STR);
// ②初始化事件循环机制
if (eloop_init()) {…}
// 初始化随机数相关资源，用于提升后续随机数生成的随机性
// 这部分内容不是本书的重点，感兴趣的读者请自行研究
random_init(params->entropy_file);
// 初始化全局控制接口对象。由于本例中未设置全局控制接口，故该函数的处理非常简单，请读者自行阅读该函数
global->ctrl_iface = wpa_supplicant_global_ctrl_iface_init(global);
…
// 初始化通知机制相关资源，它和dbus有关。本例没有包括dbus相关内容，略
if (wpas_notify_supplicant_initialized(global)) {…}
// ③wpa_driver是一个全局变量，其作用见下文解释
for (i = 0; wpa_drivers[i]; i++)
global->drv_count++;
…
// 分配全局driver wrapper上下文信息数组
global->drv_priv = os_zalloc(global->drv_count * sizeof(void
)); … return global; } wpa_supplicant_init函数的主要功能是初始化wpa_global以及一些与整个程序相关 的资源，包括随机数资源、eloop事件循环机制以及设置消息全局回调函数。 此处先简单介绍消息全局回调函数，一共有两个。 ·wpa_msg_get_ifname_func：有些输出信息中需要打印出网卡接口名。该回调函数 用于获取网卡接口名。 ·wpa_msg_cb_func：除了打印输出信息外，还可通过该回调函数进行一些特殊处 理，如把输出信息发送给客户端进行处理。 上述两个回调函数相关的代码如下所示。 [–>wpa_debug.c] // wpa_msg_ifname_cb用于获取无线网卡接口名 // WPAS为其设置的实现函数为wpa_supplicant_msg_ifname_cb // 读者可自行阅读此函数 static wpa_msg_get_ifname_func wpa_msg_ifname_cb = NULL; void wpa_msg_register_ifname_cb(wpa_msg_get_ifname_func func){
wpa_msg_ifname_cb = func; } // WPAS中，wpa_msg_cb的实现函数是wpa_supplicant_ctrl_iface_msg_cb，它将输出信息发送给客户端 // 图4-2最后两行的信息就是由此函数发送给客户端的。而且前面的"<3>"也是由它添加的 static wpa_msg_cb_func wpa_msg_cb = NULL; void wpa_msg_register_cb(wpa_msg_cb_func func){
wpa_msg_cb = func; } 现在来看wpa_supplicant_init中列出的三个关键点，首先是eap_register_method函 数。 1.eap_register_methods函数 该函数本身非常简单，它主要根据编译时的配置项来初始化不同的eap方法。其代码如 下所示。 [–>eap_register.c：：eap_register_methods] int eap_register_methods(void) {
int ret = 0; #ifdef EAP_MD5 // 作为supplicant端，编译时将定义EAP_MD5 if (ret == 0) ret = eap_peer_md5_register(); #endif / EAP_MD5
/ … #ifdef EAP_SERVER_MD5 // 作为Authenticator端，编译时将定义EAP_SERVER_MD5 if (ret == 0) ret = eap_server_md5_register(); #endif / EAP_SERVER_MD5 */
…
return ret;
}
如上述代码所示，eap_register_methods函数将根据编译配置项来注册所需的eap
method。例如，MD5身份验证方法对应的注册函数是eap_peer_md5_register，该函数内
部将填充一个名为eap_method的数据结构，其定义如图4-8所示。
图4-8所示的struct eap_method结构体声明于eap_i.h中，其内部一些变量及函数指
针的定义和RFC4137有较大关系。此处，我们暂时列出其中一些简单的成员变量。4.4节将
详细介绍RFC4137相关的知识。
来看第二个关键函数eloop_init，它和图4-1所示W PAS软件架构中的event loop模块
有关。
2.eloop_init函数及event loop模块
eloop_init函数本身特别简单，它仅初始化了W PAS中事件驱动的核心数据结构体
eloop_data。W PAS事件驱动机制的实现非常简单，它就是利用epoll（如果编译时设置了
CONFIG_ELOOP_POLL选项）或select实现了I/ O复用。
提醒 select（或epoll）是I/ O复用的重要函数，属于基础知识范畴。请不熟悉的读者
自行学习相关内容。
从事件角度来看，W PAS的事件驱动机制支持5种类型的event。
·read event：读事件，例如来自socket的可读事件。
·write event：写事件，例如socket的可写事件。
·exception event：异常事件，如果socket操作发生错误，则由错误事件处理。
·timeout event：定时事件，通过select的等待超时机制来实现定时事件。
·signal：信号事件，信号事件来源于Kernel。W PAS允许为一些特定信号设置处理函
数。
以上这些事件相关的信息都保存在eloop_data结构体中，如图4-9所示。
图4-8 eap_method数据结构
图4-9 eloop_data结构体
简单介绍一下eloop提供的事件注册API及eloop事件循环核心处理函数eloop_run。首
先是事件注册API函数，相关代码如下所示。
[–>eloop.h]
// 注册socket读事件处理函数，参数sock代表一个socket句柄。一旦该句柄上有读事件发生，则handler函数
// 将被事件处理循环（见下文eloop_run函数）调用
int eloop_register_read_sock(int sock, eloop_sock_handler handler,
void *eloop_data, void *user_data);
// 注册socket事件处理函数，具体是哪种事件（只能是读、写或异常）由type参数决定
int eloop_register_sock(int sock, eloop_event_type type,
eloop_sock_handler handler,void *eloop_data, void *user_data);
// 注册超时事件处理函数
int eloop_register_timeout(unsigned int secs, unsigned int usecs,
eloop_timeout_handler handler, void *eloop_data, void *user_data);
// 注册信号事件处理函数，具体要处理的信号由sig参数指定
int eloop_register_signal(int sig, eloop_signal_handler handler, void *user_data);
最后，向读者展示一下W PAS事件驱动机制的运行原理，其代码在eloop_run函数中，
如下所示。
[–>eloop.c：：eloop_run]
void eloop_run(void)
{
fd_set *rfds, *wfds, *efds; // fd_set是select中用到的一种参数类型
struct timeval _tv;
int res;
struct os_time tv, now;
// 事件驱动循环
while (!eloop.terminate &&
(!dl_list_empty(&eloop.timeout) || eloop.readers.count > 0 ||
eloop.writers.count > 0 || eloop.exceptions.count > 0)) {
struct eloop_timeout *timeout;
// 判断是否有超时事件需要等待
timeout = dl_list_first(&eloop.timeout, struct eloop_timeout,list);
if (timeout) {
os_get_time(&now);
if (os_time_before(&now, &timeout->time))
os_time_sub(&timeout->time, &now, &tv);
else
tv.sec = tv.usec = 0;
_tv.tv_sec = tv.sec;
_tv.tv_usec = tv.usec;
}
// 将外界设置的读事件添加到对应的fd_set中
eloop_sock_table_set_fds(&eloop.readers, rfds);
…// 设置写、异常事件到fd_set中
// 调用select函数
res = select(eloop.max_sock + 1, rfds, wfds, efds,timeout ? &_tv : NULL);
if(res < 0) {…// 错误处理}
// 先处理信号事件
eloop_process_pending_signals();
// 判断是否有超时事件发生
timeout = dl_list_first(&eloop.timeout, struct eloop_timeout,list);
if (timeout) {
os_get_time(&now);
if (!os_time_before(&now, &timeout->time)) {
void *eloop_data = timeout->eloop_data;
void *user_data = timeout->user_data;
eloop_timeout_handler handler = timeout->handler;
eloop_remove_timeout(timeout); // 注意，超时事件只执行一次
handler(eloop_data, user_data); // 处理超时事件
}
}
…// 处理读/写/异常事件。方法和下面这个函数类似
eloop_sock_table_dispatch(&eloop.readers, rfds);
…// 处理wfds和efds
}
out:
return;
}
eloop_run中的while循环是W PAS进程的运行中枢。不过其难度也不大。
下面来看wpa_supplicant_init代码中的第三个关键点，即wpa_drivers变量。
3.wpa_drivers数组和driver i/ f模块
wpa_drivers是一个全局数组变量，它通过extern方式声明于main.c中，其定义却在
drivers.c中，如下所示。
[–>drivers.c：：wpa_drivers定义]
struct wpa_driver_ops
wpa_drivers[] = {
#ifdef CONFIG_DRIVER_WEXT &wpa_driver_wext_ops, #endif / CONFIG_DRIVER_WEXT
/ #ifdef CONFIG_DRIVER_NL80211 &wpa_driver_nl80211_ops, #endif / CONFIG_DRIVER_NL80211 */
…// 其他driver接口
}
wpa_drivers数组成员指向一个wpa_driver_ops类型的对象。wpa_driver_ops是
driver i/ f模块的核心数据结构，其内部定义了很多函数指针。而正是通过定义函数指针的
方法，W PAS能够隔离上层使用者和具体的driver。
注意 此处的driver并非通常意义所指的那些运行于Kernel层的驱动。读者可认为它
们是Kernel层wlan驱动在用户空间的代理模块。上层使用者通过它们来和Kernel层的驱动
交互。为了避免混淆，本书后续将用driver wrapper一词来表示W PAS中的driver。而
driver一词将专指Kernel里对应的wlan驱动。
另外，wpa_drivers数组包含多少个driver wrapper对象也由编译选项来控制（如代码
中所示的CONFIG_DRIVER_W EXT宏，它们可在android.cfg中被修改）。
此处先列出wpa_driver_nl80211_ops的定义。
[–>driver_nl80211.c：：wpa_driver_nl80211_ops]
const struct wpa_driver_ops wpa_driver_nl80211_ops = {
.name = “nl80211”, // driver wrapper的名称
.desc = “Linux nl80211/cfg80211”, // 描述信息
.get_bssid = wpa_driver_nl80211_get_bssid, // 用于获取bssid
…
.scan2 = wpa_driver_nl80211_scan, // 扫描函数
…
.get_scan_results2 = wpa_driver_nl80211_get_scan_results,
// 获取扫描结果
…
.disassociate = wpa_driver_nl80211_disassociate, // 触发disassociation操作
.authenticate = wpa_driver_nl80211_authenticate, // 触发authentication操作
.associate = wpa_driver_nl80211_associate, // 触发association操作
// driver wrapper全局初始化函数，该函数的返回值保存在wpa_global成员变量drv_pri数组中
.global_init = nl80211_global_init,
…
.init2 = wpa_driver_nl80211_init, // driver wrapper初始化函数
…
#ifdef ANDROID // Android平台定义了该宏
.driver_cmd = wpa_driver_nl80211_driver_cmd,// 该函数用于处理和具体驱动相关的命令
#endif
};
本节介绍了main函数中第一个的关键点wpa_supplicant_init，其中涉及的知识有：几
个重要数据结构，如wpa_global、wpa_interface、eap_method、wpa_driver_ops等；
event loop的工作原理；消息全局回调函数和wpa_drivers等内容。
下面来分析main中第二个关键函数wpa_supplicant_add_iface。
4.3.3 wpa_supplicant_add_iface函数分析
wpa_supplicant_add_iface用于向W PAS添加接口设备。所谓的添加（add iface），
其实就是初始化这些设备。该函数代码如下所示。
[–>wpa_supplicant.c：：wpa_supplicant_add_iface]
struct wpa_supplicant * wpa_supplicant_add_iface(struct wpa_global *global,
struct wpa_interface *iface)
{
struct wpa_supplicant *wpa_s;
struct wpa_interface t_iface;
struct wpa_ssid *ssid;
…
wpa_s = wpa_supplicant_alloc();
…
wpa_s->global = global;
t_iface =
iface; …// 其他一些处理。本例未涉及它们 // wpa_supplicant_init_iface为重要函数，下面单独用一节来分析它 if (wpa_supplicant_init_iface(wpa_s, &t_iface)) {…} … // 通过dbus通知外界有新的iface加入。本例并未使用DBUS if (wpas_notify_iface_added(wpa_s)) { …} // 通过dbus通知外界有新的无线网络加入 for (ssid = wpa_s->conf->ssid; ssid; ssid = ssid->next) wpas_notify_network_added(wpa_s, ssid); /
还记得图4-7中wpa_global数据结构吗？wpa_global的ifaces变量指向一个
wpa_supplicant对象，而wpa_supplicant又通过next变量将自己链接到一个单向链表中。
*/
wpa_s->next = global->ifaces;
global->ifaces = wpa_s;
return wpa_s;
}
wpa_supplicant_add_iface的内容非常丰富，包括两个重要数据结构
（wpa_supplicant和wpa_ssid）以及一个关键函数wpa_supplicant_init_iface。由于这
些数据结构涉及较多背景知识，故本节先来介绍它们。
提示 wpa_supplicant_init_iface内容也比较丰富，本章将在4.3.4节中单独介绍。
1.wpa_ssid结构体
wpa_ssid用于存储某个无线网络的配置信息（如所支持的安全类型、优先级等）。它
其实是图4-6所示wpa_supplicant.conf中无线网络配置项在代码中的反映（conf文件中每
一个network项都对应一个wpa_ssid对象）。它的一些主要数据成员如图4-10所示。
图4-10 wpa_ssid数据结构
图4-10所示中的一些数据成员非常重要，下面分别介绍它们。
（1）安全相关成员变量及背景知识
和安全相关的成员变量如下所示。
1）passphrase：该变量只和W PA/ W PA2-PSK模式有关，用于存储我们输入的字符串
密码。而实际上，规范要求使用的却是图4-10中的psk变量。结合3.3.7节中关于key和
password的介绍可知，用户一般只设置字符串形式的password。而W PAS将根据它和ssid
进行一定的计算以得到最终使用的PSK。参考资料[3]中有PSK计算方法。
2）pairwise_cipher和group_cipher：这两个变量和规范中的cipher suite（加密套
件）定义有关。cipher suite用于指明数据收发两方使用的数据加密方法。
pairwise_cipher和group_cipher分别代表为该无线网络设置的单播和组播数据加密方法。
标准说明请阅读参考资料[4]。W PAS中的定义如下。
// 位于defs.h中
#define WPA_CIPHER_NONE BIT(0) // 不保护。BIT(N)是一个宏，代表1左移N位后的值
#define WPA_CIPHER_WEP40 BIT(1) // WEP40（即5个ASCII字符密码）
#define WPA_CIPHER_WEP104 BIT(2) // WEP104（即13个ASCII字符密码）
#define WPA_CIPHER_TKIP BIT(3) // TKIP
#define WPA_CIPHER_CCMP BIT(4) // CCMP
// 系统还定义了两个宏用于表示默认支持的加密套件类型：（位于config_ssid.h中）
#define DEFAULT_PAIRWISE (WPA_CIPHER_CCMP | WPA_CIPHER_TKIP)
#define DEFAULT_GROUP (WPA_CIPHER_CCMP | WPA_CIPHER_TKIP |
WPA_CIPHER_WEP104 | WPA_CIPHER_WEP40)
3）key_mgmt：该成员和802.11中的AKM suite相关。AKM（Authentication and
Key Managment，身份验证和密钥管理）suite定义了一套算法用于在Supplicant和
Authenticator之间交换身份和密匙信息。标准说明见参考资料[5]，W PAS中定义的
key_mgmt可取值如下。
// 位于defs.h中
#define WPA_KEY_MGMT_IEEE8021X BIT(0) // 不同的AKM suite有对应的流程与算法。不详细介绍
#define WPA_KEY_MGMT_PSK BIT(1)
#define WPA_KEY_MGMT_NONE BIT(2)
#define WPA_KEY_MGMT_IEEE8021X_NO_WPA BIT(3)
#define WPA_KEY_MGMT_WPA_NONE BIT(4)
#define WPA_KEY_MGMT_FT_IEEE8021X BIT(5) // FT（Fast Transition）用于ESS中快速切换BSS
#define WPA_KEY_MGMT_FT_PSK BIT(6)
#define WPA_KEY_MGMT_IEEE8021X_SHA256 BIT(7) // SHA256表示key派生时使用SHA256做算法
#define WPA_KEY_MGMT_PSK_SHA256 BIT(8)
#define WPA_KEY_MGMT_WPS BIT(9)
// 位于config_ssid.h中
#define DEFAULT_KEY_MGMT (WPA_KEY_MGMT_PSK | WPA_KEY_MGMT_IEEE8021X)
// 默认的AKM suite
4）proto：代表该无线网络支持的安全协议类型。其可取值如下。
// 位于defs.h中
#define WPA_PROTO_WPA BIT(0)
#define WPA_PROTO_RSN BIT(1) // RSN其实就是WPA2
// 位于config_ssid.h中
#define DEFAULT_PROTO (WPA_PROTO_WPA | WPA_PROTO_RSN) // 默认支持两种协议
5）auth_alg：表示该无线网络所支持的身份验证算法，其可取值如下。
// 位于defs.h中
#define WPA_AUTH_ALG_OPEN BIT(0) // Open System，如果要使用WPA或RSN，必须选择它
#define WPA_AUTH_ALG_SHARED BIT(1) // Shared Key算法
#define WPA_AUTH_ALG_LEAP BIT(2) // LEAP算法，LEAP是思科公司提出的身份验证方法
#define WPA_AUTH_ALG_FT BIT(3) // 和FT有关，此处不详细介绍，读者可阅读参考资料[6]
6）eapol_flags：和动态W EP Key有关（本书不讨论，读者可阅读参考资料[7]），其
取值包括如下。
// 位于config_ssid.h中
#define EAPOL_FLAG_REQUIRE_KEY_UNICAST BIT(0)
#define EAPOL_FLAG_REQUIRE_KEY_BROADCAST BIT(1)
上述变量的取值将影响wpa_supplicant的处理逻辑。本章后续代码分析将见识到它们
的实际作用。
（2）其他成员变量及背景知识
图4-10中其他三个重要成员变量介绍如下。
1）proactive_key_caching：该变量和OPC（Opportunistic PMK Caching） ① 技术
有关。该技术虽还未正式被标准所接受，但很多无线设备厂商都支持它。其背景情况是，一
组AP和一个中心控制器（central controller）共同组建一个所谓的mobility zone（移动
区域）。zone中的所有AP都连接到此控制器上。当STA通过zone中的某一个AP（假设是
AP_0）加入到无线网络后，STA和AP0完成802.1X身份验证时所创建的PMKSA（假设是
PMKSA_0）将由controller发送到zone中的其他AP。其他AP将根据此PMSKA_0来生成
PMKSA_i。当STA切换到zone中的AP_i时，它将根据PMKSA_0计算PMKID_i（不熟悉
的读者请阅读3.3.7节RSNA介绍），并试图和AP_i重新关联（Reassociation）。如果此
AP_i属于同一个zone，因为之前它已经由controller发送的PMKSA_0计算出了
PMKSA_i，所以STA可避过802.1X认证流程而直接进入后续的（如4-W ay Handshake）
处理流程。802.1X验证的目的就是得到PMKSA，所以，如果AP_i已经有PMKSA_i，就无
须费时费力开展802.1X认证工作了。proactive_key_caching默认值为0，即不支持此功
能。另外，OPC功能需要AP支持。关于OPC的信息请阅读参考资料[8]和[9]。
2）disable：该变量取值为0（代表该无线网络可用）、1（代表该无线网络被禁止使
用，但可通过命令来启用它）、2（表示该无线网络和P2P有关）。
3）mode：wpa_ssid结构体内部还定义了一个枚举型变量，其可取值如图4-10底部所
示。此处要特别指出的是，基础结构型网络中，如果STA和某个AP成功连接的话，STA也
称为Managed STA（对应枚举值为W PAS_MODE_INFRA）。
2.wpa_supplicant结构体
wpa_supplicant结构体定义的成员变量非常多，图4-11列出了其中一部分内容。
图4-11 wpa_supplicant结构体
此处先解释几个比较简单的成员变量。
·drv_priv和global_drv_priv：W PAS为driver wrapper一共定义了两个上下文信
息。这是因为driver i/ f接口定义了两个初始化函数（以nl80211 driver为例，它们分别是
global_init和init2）。其中，global_init返回值为driver wrapper全局上下文信息，它将
保存在wpa_global的drv_priv数组中（见图4-7）。每个wpa_supplicant都对应有一个
driver wrapper对象，故它也需要保存对应的全局上下文信息。init2返回值则是driver
wrapper上下文信息，它保存在wpa_supplicant的driv_priv中。
·current_bss：该变量类型为wpa_bss。wpa_bss是无线网络在wpa_supplicant中
的代表。wpa_bss中的成员主要描述了无线网络的bssid、ssid、频率（freq，以MHz为单
位）、Beacon心跳时间（以TU为单位）、capability信息（网络性能，见3.3.5节定长字段
介绍）、信号强度等。wpa_bss的作用很重要，不过其数据结构相对比较简单，此处不介
绍。以后用到它时再来介绍。
现在，来看wpa_supplicant结构体中其他更有“料”的成员变量。
（1）安全相关成员变量及背景知识
wpa_supplicant也定义了一些和安全相关的成员变量。
·pairwise_cipher、group_cipher、key_mgmt、wpa_proto、
mgmt_group_cipher：这几个变量表示该wpa_supplicant最终选择的安全策略。其中
mgmt_group_cipher和IEEE 802.11w（定义了管理帧加密的规范）有关。为节约篇幅，
图4-11中仅列出pairwise_cipher一个变量。
·countermeasures：该变量名可译为“策略”，和TKIP的MIC（Message
Integrity Check，消息完整性校验）有关。因为TKIP MIC所使用的Michael算法在某些
情况下容易被攻破，所以规范特别定义了TKIP MIC countermeasures用于处理这类事
情。例如，一旦检测到60秒内发生两次以上MIC错误，则停止TKIP通信60秒。这部分内容
请阅读参考资料[10]和[11]。
（2）功能相关成员变量及背景知识
wpa_supplicant结构体中有一些成员变量和功能相关。
·sched_scan_timeout（还有一些相关变量未在图4-11中列出）：该变量和计划扫描
（scheduled scan）功能有关。计划扫描即定时扫描，需要Kernel（版本必须大于3.0）的
W i-Fi驱动支持。启用该功能时，需要为驱动设置定时扫描的间隔（以毫秒为单位）。
·bgscan（还有其他相关成员变量未在图4-11中列出）：该变量和后台扫描及漫游
（background scan and roaming）技术有关。当STA在ESS（假设该ESS由多个AP共同
构成）中移动时，有时候因为信号不好（例如STA离之前所关联的AP距离过远等），它需
要切换到另外一个距离更近（即信号更好）的AP。这个切换AP的工作就是所谓的漫游。为
了增强切换AP时的无缝体验（扫描过程中，STA不能收发数据帧。从用户角度来看，相当
于网络不能使用），STA可采用background scan（定时扫描一小段时间或者当网络空闲
时才扫描，这样可减少对用户正常使用的干扰）技术来监视周围AP的信号强度等信息。一
旦之前使用的AP信号强度低于某个阈值，STA则可快速切换到某个信号更强的AP。除了
background scan外，还有一种on-roam scan也能提升AP切换时的无缝体验。关于
background scan和roaming，请阅读参考资料[12]和[13]。
·gas：该变量是GAS（Generic Advertisement Service，通用广告服务）的小写，
和802.11u协议有关。该协议规定了不同网络间互操作的标准，其制定的初衷是希望W i-Fi
网络能够像运营商的蜂窝网络一样，方便终端设备接入。例如，人们用智能手机可搜索到数
十个、甚至上百个无线网络。在这种情况下如何选择正确的无线网络呢？802.11u协议使用
GAS和ANQP（Access Network Query Protocol，接入网络查询协议）来帮助设备自动
选择合适的无线网络。其中，GAS是MLME SAP中的一种（见规范6.3.71节），它使得
STA在通过认证前（prior to authentication）就可以向AP发送和接收ANQP数据包。
STA则使用ANQP协议向AP查询无线网络运营商的信息，然后STA根据这些信息来判断自
己可以加入哪一个运营商的无线网络（例如中国移动手机卡用户可以连接中国移动架设的无
线网络）。802.11u现在还不是特别完善，详细信息可阅读参考资料[14]和[15]。
·CONFIG_SME：该变量是一个编译宏，用于设置W PAS是否支持SME。我们在
3.3.6节“802.11 MAC管理实体”中曾介绍过SME（Station Management Entity）。如
果该功能支持，则driver wrapper可直接利用SME定义的SAP，而无须使用MLME的SAP
了。Android平台中如果定义了CONFIG_DRIVER_NL80211宏，则CONFIG_SME也将
被定义（参考drivers.mk文件）。不过SME的功能是否起作用，还需要看driver是否支
持。Galaxy Note 2 wlan driver不支持SME，故本书不讨论。
（3）wpa_states的取值
wpa_states的取值如下。
·W PA_DISCONNECTED：表示当前未连接到任何无线网络。
·W PA_INTERFACE_DISABLED：代表当前此wpa_supplicant所使用的网络设备
被禁用。
·W PA_INACTIVE：代表当前此wpa_supplicant没有可连接的无线网络。这种情况
包括周围没有无线网络，以及有无线网络，但是因为没有配置信息（如没有设置密码等）而
不能发起认证及关联请求的情况。
·W PA_SCANNING、W PA_AUTHENTICATING、W PA_ASSOCIATING：分别
表示当前wpa_supplicant正处于扫描无线网络、身份验证、关联过程中。
·W PA_ASSOCIATED：表明此wpa_supplicant成功关联到某个AP。
·W PA_4W AY_HANDSHAKE：表明此wpa_supplicant处于四次握手处理过程中。
当使用PSK（即W PA/ W PA2-Personal）策略时，STA收到第一个EAPOL-Key数据包则
进入此状态。当使用W PA/ W PA2-Enterprise方法时，当STA完成和RAIDUS身份验证后
则进入此状态。
·W PA_GROUP_HANDSHAKE：表明STA处于组密钥握手协议处理过程中。当STA
完成四次握手协议并收到组播密钥交换第一帧数据后即进入此状态（或者四次握手协议中携
带了GTK信息，也会进入此状态。详情见4.5.5节EAPOL-Key交换流程分析）。
·W PA_COMPLETED：所有认证过程完成，wpa_supplicant正式加入某个无线网
络。
介绍完上述几个重要数据结构后，下面将分析wpa_supplicant_add_iface中一个关键
函数wpa_supplicant_init_iface。
① 有些书上也叫Opportunisitic Key Caching，简写为OKC。
4.3.4 wpa_supplicant_init_iface函数分析
wpa_supplicant_init_iface内容非常多，我们将通过逐步展示代码段的方法，分五部
分介绍。
[–>wpa_supplicant.c：：wpa_supplicant_init_iface代码段一]
static int wpa_supplicant_init_iface(struct wpa_supplicant *wpa_s,
struct wpa_interface *iface)
{
const char *ifname, *driver;
struct wpa_driver_capa capa;
if (iface->confname) {
…// CONFIG_BACKEND_FILE处理，此宏指明WPAS使用的配置项信息来源于文件
// Android定义了它
wpa_s->conf = wpa_config_read(wpa_s->confname);
}
…
由上述代码可知，init_iface初始化的第一个工作是解析运行时配置文件。其
中，wpa_s->confname的值为"/ data/ misc/ wifi/ wpa_supplicant.conf"，解析函数是
wpa_config_read。
1.wpa_supplicant_init_iface分析之一
这个函数本身没有特别之处，仅是把配置文件中的信息转换成对应的数据结构。
[–>config_file.c：：wpa_config_read]
struct wpa_config * wpa_config_read(const char *name)
{
FILE *f;
char buf[256], *pos;
int errors = 0, line = 0;
struct wpa_ssid *ssid, *tail = NULL, *head = NULL;
struct wpa_config *config; // 配置文件在代码中对应的数据结构
int id = 0;
config = wpa_config_alloc_empty(NULL, NULL);
…
f = fopen(name, “r”);
…
while (wpa_config_get_line(buf, sizeof(buf), f, &line, &pos)) {
if (os_strcmp(pos, “network={”) == 0) {
// 读取配置文件中的network项，并将其转化成一个wpa_ssid类型的对象
ssid = wpa_config_read_network(f, &line, id++);
…
// 根据图4-10所示，wpa_ssid通过next成员变量构成了一个单向链表
if (head == NULL) { head = tail = ssid;}
else { tail->next = ssid; tail = ssid;}
// network项属于配置文件的一部分，故wpa_ssid对象也包含在wpa_config对象中
if (wpa_config_add_prio_network(config, ssid)) {…}
…// CONFIG_NO_CONFIG_BLOBS，blob是配置文件中的一个字段，用于存储有些身
// 份认证算法需要用的证书之类的信息。本例没有使用blob配置项
// 解析其他项
} else if (wpa_config_process_global(config, pos, line) < 0) {…}
}
fclose(f);
config->ssid = head;
…
return config;
}
wpa_config和wpa_ssid这两个数据结构都是配置文件中的信息在代码中的反映。读者
可查看wpa_supplicant.conf配置模板文件来了解各个配置项的含义。
上述代码中，wpa_config_process_global的实现有一些特别，它通过宏的方式来定义
解析项及对应的解析函数。由于解析函数最终结果就是设置wpa_config中对应项的值，故
本章不讨论其细节，感兴趣的读者不妨自行阅读它们。
2.wpa_supplicant_init_iface分析之二
wpa_supplicant_init_iface函数代码段二如下所示。
[–>wpa_supplicant.c：：wpa_supplicant_init_iface代码段二]
…// 接wpa_supplicant_init_iface代码段一
if (os_strlen(iface->ifname) >= sizeof(wpa_s->ifname)) {…}
// 将wpa_interface中的ifname复制到wpa_supplicant的ifname变量中
os_strlcpy(wpa_s->ifname, iface->ifname, sizeof(wpa_s->ifname));
…
// 下面这两个函数和EAPOL状态机相关，我们将在4.4节介绍
eapol_sm_notify_portEnabled(wpa_s->eapol, FALSE);
eapol_sm_notify_portValid(wpa_s->eapol, FALSE);
driver = iface->driver;
next_driver:
if (wpa_supplicant_set_driver(wpa_s, driver) < 0) return -1;
wpa_supplicant_set_driver将根据driver wrapper名（本例是"nl80211"）找到
wpa_driver数组中nl80211指定的driver wrapper对象wpa_driver_nl80211_ops，然后调
用其global_init函数。直接来看global_init函数的实现。
提示 global_init函数将返回全局driver wrapper上下文信息，它保存在wpa_global
的drv_priv数组中。
（1）global_init函数分析
global_init是wpa_driver_ops结构体中的一个类型为函数指针的成员变量。nl80211
对应的driver wrapper将其设置为nl80211_global_init，代码如下所示。
[–>driver_nl80211.c：：nl80211_global_init]
static void * nl80211_global_init(void)
{
struct nl80211_global *global;
struct netlink_config *cfg;
global = os_zalloc(sizeof(*global));
global->ioctl_sock = -1;
dl_list_init(&global->interfaces);
global->if_add_ifindex = -1;
cfg = os_zalloc(sizeof(
cfg)); … cfg->ctx = global; /
下面这三条语句用于创建netlink socket来接收来自内核的网卡状态变化事件（如UP、DORMANT、
REMOVED），然后通过eloop_register_read_sock注册一个netlink_recv函数用于处理接收
到的socket消息。
netlink_recv函数内