Isso acabou sendo um problema de driver. Eu estava usando drivers da Mediatek, que é o fabricante do chip para o rt5572. Eu mudei para drivers de SparkLAN, que é o produtor da placa USB Wifi real que estou usando com o rt5572 nele. Eles parecem ser o mesmo driver, mas o SparkLAN deve ter mudado alguma coisa. A compilação cruzada e a instalação dos drivers SparkLAN permitiram que o WPA2 funcionasse.