WLAN无感知认证技术方案

WLAN无感知认证试点技术方案（PEAP认证）

1背景

PEAP是EAP认证方法的一种实现方式，网络侧通过用户名/密码对终端进行认证，终端侧通过服务器证书对网络侧进行认证。用户首次使用PEAP认证时，需输入用户名和密码，后续接入认证无需用户任何手工操作，由终端自动完成。

2技术原理

PEAP(Protected EAP)实现通过使用隧道在PEAP客户端和认证服务器之间进行安全认证。

EAP 客户端和认证服务器之间的认证过程有两个阶段。

第一阶段：建立 PEAP 客户端和认证服务器之间的安全通道，客户端采用证书认证服务端完成TLS握手。服务端可选采用证书认证客户端。

第二阶段：提供 EAP 客户端和认证服务器之间的 EAP 身份验证。整个 EAP 通信，包括 EAP 协商在内，都通过 TLS 通道进行。服务器对用户和客户端进行身份验证，具体方法由 EAP 类型决定，在 PEAP 内部选择使用(如：EAP-MS-CHAPv2)。访问点只会在客户端和RADIUS 服务器之间转发消息，由于不是 TLS 终结点，访问点无法对这些消息进行解密。

目前被WPA和WPA2批准的有两个PEAP子类型 PEAPV0-MSCHAPV2，PEAPV1-GTC，使用广泛的是PEAPV0-MSCHAPV2。

PEAP认证参考如下国际标准

[1] IETF Draft, PEAP Authentication,

draft-josefsson-pppext-eap-tls-eap-10.txt, 2004.

[2] IETR RFC 2759，MSCHAPv2

[3] IETF RFC 3748, "Extensible Authentication Protocol (EAP)".

3关键技术问题

3.1证书问题

PEAP认证需要AAA服务器配置认证证书。需评估不同服务器证书与各类终端的兼容性。如果服务器证书与终端预置证书验证不匹配，PEAP认证可能失败。

目前Portal认证使用的证书为IP地址绑定，如果试点阶段AAA服务器选择绑定域名的证书，现网AC可能需改造。

iPhone如果证书验证失败，此时用户选择接受，PEAP认证可成功。

Blackberry手机PEAP认证配置有“禁止服务器证书验证”选项，勾选后，终端不再进行证书验证。

Windows Mobile手机如果证书验证失败，PEAP认证无法通过。

Symbian和Adroid/Ophone还未验证。

3.2密码设置

PEAP认证使用的用户名/密码与Portal认证的用户名/密码应保持一致。

3.3PEAP认证方法

试点使用PEAPv0版本，选用MSCHAPv2认证方法。

3.4SSID设置

需设置新的SSID(CMCC-AUTO)，支持存量终端使用PEAP认证方式。PEAP认证与SIM认证使用相同SSID。

3.5机卡分离问题

由于PEAP认证的用户名/密码保存在手机中，如果手机和用户卡发生分离（用户换手机或换卡），手机仍能进行PEAP认证，但费用会记录在原有卡用户账户上。

目前暂无较好技术手段进行解决机卡分离问题。

3.6下线控制

PEAP认证仍保留8小时下线机制

可通过AC开关开启/关闭PEAP认证对应SSID的15分钟下线机制。（已确认，部分AC厂家已支持，部分AC厂商需升级支持）。

3.7Keep-alive机制（可选）

AC利用EAP信令周期性探测UE状态，如果UE在一定时间内无响应（异常关机、移出WiFi 覆盖区域），则网络侧对此用户进行下线操作。具体实现机制如下图：

AC在一定时间内无流量后，向终端发送EAP-Request/identity消息，终端如果在线则回复EAP-Response消息，如果AC收到终端响应后，回复EAP-Success，如果AC没有收到终端响应，则在一定时间内重发EAP-Request消息，在重传一定次数后，仍未收到响应，则从网络侧下线用户。

此机制可能存在如下潜两个问题：

1）上述流程不是标准流程，部分终端周期性收到心跳后，可能出于安全或其它因素考虑，不处理EAP-Request消息。

2）终端在EAP-Response消息中可能不携带网络侧分配的伪随机名或快速认证名，而是携带IMSI，增加空口传输IMSI的概率。

鉴于部分厂家已支持此功能，试点期间作为可选项，在提供此功能的厂家设备上验证其效果。

AC如果支持Keep-alive机制，对AC性能有一定影响，可通过试点进行评估。

4接入流程

4.1PEAP用户接入流程

图1 PEAP用户接入流程E1 认证初始化

1)WLAN UE向WLAN AN发送一个EAPoL-Start报文，开始802.1x接入的开始。

2)WLAN AN向WLAN UE发送EAP-Request/Identity报文，要求WLAN UE将用户信息送上

来。

3)WLAN UE回应一个EAP-Response/Identity给WLAN AN的请求，其中包括用户的网络

标识。用户ID，对于PEAP-mschchap v2认证方式的用户ID是由用户在客户端手动输入或者配置的。此次用户名建议同用户的portal认证用户名密码。

4)WLAN AN以EAP Over RADIUS的报文格式将EAP-Response/Identity发送给Radius,

并且带上相关的RADIUS的属性。

5)Radius收到WLAN AN发来的EAP-Response/Identity，根据配置确定使用EAP-PEAP

认证，并向WLAN AN发送RADIUS-Access-Challenge报文，里面含有Radius发送给WLAN UE的EAP-Request/Peap/Start的报文，表示希望开始进行EAP-PEAP的认证。

6)WLAN AN将EAP-Request/PEAP/Start发送给WLAN UE。

E2 建立TLS通道

7)WLAN UE收到EAP-Request/Peap/Start报文后，产生一个随机数、客户端支持的加

密算法列表、TLS协议版本、会话ID、以及压缩方法（目前均为NULL），封装在EAP-Response/TLS/Client Hello报文中发送给WLAN AN。

8)WLAN AN 以EAP Over RADIUS的报文格式将EAP-Response/ TLS /Client Hello发送

给认证服务器Radius,并且带上相关的RADIUS的属性。

9)Radius收到Client Hello报文后，会从Client 的Hello报文的加密算法列表中选择

自己支持的一组加密算法＋Server产生的随机数＋Server 证书（包含服务器的名称和公钥）＋证书请求＋Server_Hello_Done属性形成一个Server Hello报文封装在EAP消息中，使用Access－Challenge报文发送给WLAN AN。

10)WLAN AN把Radius报文中的EAP-request消息发送给WLAN UE.

11)WLAN UE收到报文后，进行验证Server的证书是否合法（使用从CA证书颁发机构获

取的根证书进行验证，主要验证证书时间是否合法，名称是否合法），即对网络进行认证，从而可以保证Server的合法。如果合法则提取Server证书中的公钥，同时产生一个随机密码串pre-master-secret，并使用服务器的公钥对其进行加密，最后将加密的信息ClientKeyExchange+客户端的证书（如果没有证书，可以把属性置为0）＋TLS finished属性封装成EAP-Rsponse/TLS ClientKeyExchange报文发送给WLAN AN.如果WLAN UE没有安装证书，则不会对Server证书的合法性进行认证，即不能对网络进行认证。

12)WLAN AN以EAP Over RADIUS的报文格式将EAP-Response/TLS ClientKeyExchange

发送给认证服务器Radius,并且带上相关的RADIUS的属性

13)Radius收到报文后，用自己的证书对应的私钥对ClientKeyExchange进行解密，从

而获取到pre-master-secret，然后将pre-master-secret进行运算处理，加上WLAN UE和Server产生的随机数，生成加密密钥、加密初始化向量和hmac的密钥，这时双方已经安全的协商出一套加密办法了。Radius将协商出的加密方法+TLS Finished 消息封装在EAP over Radius报文Access－Challenge中，发送给WLAN AN。

14)WLAN AN吧Radius报文中的EAP-Request消息发送给UE。

15)WLAN UE回复EAP Response/TLS OK消息。

16)WLAN AN将EAP Response/TLS OK消息封装在Radius报文中，告知Radius建立隧道成

功。至此WLAN UE与Radius之间的TLS隧道建立成功。

E3 认证过程

17)WLAN AN把Radius报文中的EAP域提取，封装成EAP-request报文发送给WLAN UE。

18)WLAN UE收到报文后，用服务器相同的方法生成加密密钥，加密初始化向量和hmac

的密钥，并用相应的密钥及其方法对报文进行解密和校验，然后产生认证回应报文，

用密钥进行加密和校验，最后封装成EAP－response报文发送给AP，AP以EAP Over

RADIUS的报文格式将EAP-Response发送给认证服务器Radius Server,并且带上相

关的RADIUS的属性，这样反复进行交互，直到认证完成。在认证过程中，Radius

Server会下发认证后用于生成空口数据加密密钥（包括单播、组播密钥）的PMK给

WLAN UE。

19)服务器认证客户端成功，会发送Access－Accept报文给WLAN AN，报文中包含了认

证服务器所提供的MPPE属性。

20)WLAN AN收到RADIUS-Access-Accept报文，会提取MPPE属性中的密钥做为WPA加密用

的PMK,并且会发送EAP－success报文给WLAN UE。

E4 地址分配

21)WLAN UE和WLAN AN间的空中数据报文进行加密传送，与WLAN AN进行DHCP流程交互，

直至WLAN UE获取IP地址

E5 计费开始

22)WLAN UE通过RADIUS-Accounting-Request（Start）报文通知Radius开始进行计费，

含有相关的计费信息。

23)Radius向WLAN UE回应RADIUS-Accouting-Response(Start)报文，表示已开始计费。

4.2PEAP用户下线流程

用户下线流程包括用户主动下线、网络下线和异常下线三种情况。图2给出了用户主动下线流程，图3给出了网络下线流程，图4给出了用户异常下线流程。

1. 用户主动下线

图2 用户主动下线流程

1）WLAN UE主动终止会话，发起EAPoL-logoff请求退出网络。

2）WLAN AN向AAA Server发送计费停止请求的报文。

3）AAA Server向WLAN AN回复计费停止请求报文的响应。

2、网络发起用户下线

图3 网络发起下线流程

1）出于管理目的，网络发起下线流程，可以由AAA Server触发Disconnect-Request给WLAN AN。

2）WLAN AN终止用户会话，释放用户会话资源。

3）WLAN AN向AAA Server回复Disconnect-ACK消息。

4）WLAN AN向AAA Server发送计费停止请求的报文。

5）AAA Server向WLAN AN回复计费停止请求报文的响应。

3、网络发起用户下线

图4 用户异常下线流程

1)WLAN AN检测固定时间内流量小于阈值或者通过Keep Alive机制检测发现用户已经

不在线。

2)WLAN用户接入认证点向Radius发送计费停止请求的报文

3)Radius向WLAN用户接入认证点回计费停止请求报文的回应

4.3MS-CHAP V2认证流程

图4 MS-Chapv2用户认证流程

1)Radius在TLS通道内发起EAP-reuqest/Identity认证请求.

2)AP把Radius报文中的EAP域提取，封装成EAP-request报文发送给Client.

3)Client发送一个给Ap一个EAP-Response报文，内容为Client的Identity(通常为用

户名),.

4)Ap把报文封装成Radius报文,送给Radius.

5)Radius收到后，通过Radius报文，返回给AP一个16 字节的随机数.

6)AP把Radius报文中的EAP域提取，封装成EAP-request/EAP-MS CHAP V2 Challenge

报文发送给Client. (CODE=1:Challenge)

7)Client收到后:

a)Client产生一个 16字节的随机数，称为“端认证质询”,

b)client 将Radius server中收到的16字节质询，及其产生的16字节端认证质

询，以及client的用户名进行SHA1算法的HASH,取结果的开始8字节。

c)client 将b产生的8 字节质询加密用windows nt hash 函数生成的本地口令

HASH值（16字节），产生24字节的响应（MD4算法）；

d)client 将24字节的响应，结果封装在EAP-Response/EAP MS CHAP V2 Response

报文中发送给AP. (CODE=2:Response)

8)Ap把报文封装成Radius报文,送给Radius.

9)Radius server收到后:

a)使用跟Client相同的方法进行用户口令的哈希值加密响应值，如果结果与质询

值相同，则客户端认证通过

b)Radius server 使用16字节的端认证质询和client 的哈希过的口令，一起创

建一个20字节的认证者响应,封住成Radius报文发送给Ap.

10)AP把Radius报文中的EAP域提取，封装成EAP-request/EAP-CHAP V2 Success报文发

送给Client.(CODE=3:Success)

11)Client收到后，使用与服务器相同的方法计算一个认证者响应，如果与收到的响应

一致，则server 通过认证,发送一个认证成功报文，封装成Eap—response/EAP Ms

chap v2 ACK报文给Ap.

12)Ap把报文封装成Radius报文,送给Radius.

13)服务器和客户端均认证成功，Radius server会发送Access－Accept报文给AP，报

文中包含了认证服务器所提供的MPPE属性（MPPE密钥算法请参阅引用[18]）。

14)AP收到RADIUS-Access-Accept报文，会提取MPPE属性中的密钥做为WPA加密用的PMK,

并且会发送EAP－success报文给客户端.

5计费要求

为避免对现有BOSS的改造要求，PEAP认证话单沿用原有Portal认证话单，其中Oper_ID 为5表示用户开通无感知认证，Auth_type为“03”表示话单是PEAP认证接入后产生的。

话单中反映用户上网时长和流量等信息，为用户提供准确计费依据。

6网元改造

6.1AAA功能要求

6.1.1鉴权要求

1. 认证授权功能要求

支持来自 WLAN接入网的EAP 认证处理。

支持EAP-PEAPv0/MSCHAPv2 认证流程。

支持PEAP认证成功后，下发空口加密用的MSK。

支持EAP-PEAP报文分片。

2. 支持多种EAP认证方法协商

支持EAP认证方式协商，在通过域名方式无法区分的情况下可以与终端之间进行

EAP认证方法的协商，如PEAP、EAP-TTLS等。

4. 用户及会话管理功能要求

支持用户注册管理(开户、销户、停机、恢复、切换带宽等)。

支持 PEAP认证用户的会话状态管理，支持外部系统查询用户会话状态。

支持强制用户下线，通过向 AC 发送 Disconnect Message 消息。(如用户销户、

停机时将用户下线，结束会话)。

支持根据AC/BRAS发来的计费停止消息，对用户进行下线处理。

5. PEAP相关配置管理功能要求

支持 TLS Server 证书导入和配置管理。

支持是否验证客户端证书可配置。

支持根据域名配置对应的 EAP认证方法，如通过配置对应的域名与EAP-SIM/AKA认

证对应。

6.1.2接口与信令要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.3计费要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.4EAP认证方法适配要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.5容量要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.6可靠性要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.7过负荷保护

与SIM认证技术要求相同。

6.1.8硬件结构要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.9软件要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.10时钟同步要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.11网管要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.12满足电信级设备要求和节能减排要求

与SIM认证技术要求相同。

6.1.13在线冲突处理功能

与SIM认证技术要求相同。

6.2AC/AP

1、AP支持802.11i;

2、AC支持802.1x；

3、AC支持PEAP认证流程；

4、PEAP认证对应SSID可配置开启/取消15分钟下线机制。Portal认证对应SSID仍保留15分钟下线功能。

已确人华为、华三、中兴、大唐支持此功能，国人下线时长全局配置，需改造支持，宏信需改造支持。

5、AC支持用户累计流量小于一定阈值，则应对该用户下线并停止计费。

6、（可选功能）AC支持向向之间定期发送Keep-Alive心跳消息实现保活，心跳消息采用EAP-Request及EAP-Response标准消息，详细过程见下图。AC提供可配置的如下参数：心跳开始Timer：如无流量，心跳开始Timer进行计时，设定Timer过期后，AC发送EAP 心跳消息。

心跳重试Timer：AC发送EAP心跳消息后，在心跳重试Timer设定的时间内，如无响应，则重新发送EAP心跳消息。

心跳重试次数：AC重发EAP心跳消息的最大次数。

心跳机制可以通过配置选项打开或关闭。

7、AC支持精确流量计费。

8、当使用绑定域名的证书时，AC支持通过域名方式访问AAA服务器。

9、网管要求，需网络部提出。

6.3BOSS改造要求

支持WLAN套餐订购和认证功能开通。

7终端要求&支持情况

据不完全调研，以下类型终端支持PEAP认证，需进一步验证：

Ophone2.0以上

Android2.0以上

iPhone iOS2.0、iOS3、iOS4

Symbian S60、Symbian3

Blackberry OS5.0、OS6.0

Windows Mobile5.0以上、Window Phone

终端支持情况、终端配置方法以及证书兼容性需要测试确认。