无线网络认真协议安全性分析及实践
WAPI认证机制的性能和安全性分析
收稿日期:2004210208基金项目:国家自然科学基金重大计划(90204012);国家863计划资助(2002AA143021);2003教育部优秀青年教师资助计划;2003教育部科学技术研究重点项目资助作者简介:张 帆(19752),男,西安电子科技大学博士研究生.WA PI 认证机制的性能和安全性分析张 帆,马建峰(西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室,陕西西安 710071)摘要:利用BAN 类逻辑(WK 逻辑),对中国无线局域网安全标准W API 的认证基础设施W AI 进行了形式化分析,指出其无法实现全部的认证及密钥协商目标.进一步分析表明,W AI 中存在诸多安全问题,如无法提供身份保护、无法抵抗密钥一致性等攻击、缺乏私钥验证、不能提供如PFS 、密钥控制等相应的安全属性等.因此,W API 无法提供足够级别的安全保护.最后对W API 与IEEE 802111i 在安全性和性能上进行了比较.关键词:BAN 类逻辑WK;无线局域网;W API ;IEEE 802111i ;认证;密钥协商中图分类号:TP393117 文献标识码:A 文章编号:100122400(2005)022*******On the security and performance of WAPIZH ANG Fan ,MA Jian 2feng(M inistry of Edu.K ey Lab.of C om puter Netw orks and In fo.Security ,X idian Univ.,X i ′an 710071,China )Abstract : With BAN 2like logic ,W AI ,the authentication in frastructure of W API which is the Chinese W LAN security standard ,is analyzed on the security.Results show that W AI is unable to com pletely realize the authentication and key agreement g oals.Further analysis indicates that W AI als o has many flaws ,such as inability to provide identity protection and resist key consistency attack ,lack of private key verification and desirable security attributes like PFS ,key control ,etc.We conclude that W API can not provide a su fficient level of security.Finally ,W API is com pared with IEEE 802111i about their security and per formance.K ey Words : BAN 2like logic WK;W LAN ;W API ;IEEE 802.11i ;authentication ;key agreement2003年中国推出了自己的无线局域网国家标准G B15629111.标准包含无线认证和保密基础设施W API (W LAN Authentication and Privacy In frastructure )机制[1].W API 是针对IEEE 802111中WEP 协议的安全问题提出的W LAN 安全解决方案,W AI (W LAN Authentication In frastructure )和WPI (W LAN Privacy Infrastructure )是其中的两个重要组成部分,分别实现对用户身份的鉴别和对传输数据的加密.笔者利用BAN 类逻辑WK [2]对W AI 的认证模型进行了分析,结果表明W AI 无法实现全部的认证及密钥协商目标.文中进一步指出其中存在的安全隐患,并对W API 与IEEE 802111i [3]进行了安全性和性能方面的比较.1 用WK 逻辑分析WAI 的安全性首先对W AI 认证协议进行形式化,将其转换成WK 逻辑所能理解的公式并消除冗余的信息:⑴ Psees (I D A ,K +A ,δ(K -S ;(I D A ,K +A)))⑵ Ssees (I D A ,K +A ,δ(K -S ;(I D A ,K +A )),I D P ,K +P ,δ(K -S ;(I D P ,K +P )),T A ,δ(K -P ;(X ,Y,T A )))2005年4月第32卷 第2期西安电子科技大学学报(自然科学版)J OU RNAL OF XID IAN UNIV ERS I TYApr.2005V ol.32 N o.2⑶ Psees(X,Y,TR A,TR P,δ(K-S;(X,Y,T A,TR A,TR P)))⑷ Asees(X,Y,TR A,TR P,δ(K-S;(X,Y,T A,TR A,TR P)))⑸ Psees(enc(K+P;N A))⑹ Asees(enc(K+A,N P))为了方便描述,记:X=I D A,I+A,δ(K-S;(I D A,K+A)),Y=I D P,K+P,δ(K-S;(I D P,K+P)),其中A代表客户端,P 代表接入点,S代表认证服务器.111 认证和密钥协商目标根据W AI协议的定义,可以看出消息⑴—⑷属于身份认证过程,其认证目的是实现客户端、接入点和认证服务器之间的相互认证.根据WK逻辑的形式化分析,其认证目标应为:S believes|K AA S believes|K PPS believes P says X P S believes A said X AP believes|K AA P believes A says X AP believes A believe|K PP A believes|K PPA believes P says X P A believes P believe|K A A 其中X A,X P分别表示客户端和接入点生成的消息.消息⑸,⑹属于密钥协商过程,当其结束时,密钥协商部分应当实现的目标为:A believes P says N A P believes A says N PA has K P has KA believes fresh(K)P believes fresh(K)A believes A∴K∴P P believes P∴K∴A112 初始化假设集接下来,分别给出客户端A,接入点P和认证服务器S的初始化假设集:A的初始化假设集:A believes|K AA A1A believes|K SS A2A has T A A3 A believes fresh(T A)A4 A believes fresh(N A)A5 (X,Y,T A,TR A,TR P)A≡(X,Y,T A,TR A,TR P)A6A believes S controlsα|K AA A7A believes S says TR A→A believes S believe|K AAA8A believes S controlsα|K PP A9A believes S says TR P→A believes S believes|K PPA10P的安装始化假设集:P believes|K PP P1P believes|K SS P2P has T A P3P believes fresh(T A)P4P believes fresh(N P)P5(X,Y,T A,TR P,TR P)P≡(X,Y,T A,TR A,TR P)P6P believes S controlsα|K PP P7P believes S says TR P→P believes S believe|K PPP8P believes S controlsα|K AA P9P believes S says TR A→P believes S believes|K AAP10112第2期 张 帆等:W API认证机制的性能和安全性分析 S的初始化假设集:S believes|K SS S1S believes fresh(T A)S3S believe(I D A,K+A)→S Believe|K AA S5S believe(I D P,K+P)→S believe|K PP S7S controls(I D P,K+P)S9S controls(I D A,K+A S2 S said(I D A,K+A)→S believe(I D A,K+A)S4 S said(I D P,K+P)→S believe(I D P,K+P)S6 (I D A,K+A)S≡(I D A,K+A)S8 (I D P,K+P)S≡(I D P,K+P)S10113 协议分析首先对S进行分析:2SE1S sees(I D A,K+A,δ(K-S;(I D A,K+A)))7 7SE1,H1S has I D A∧S has K+A8 8C5,E3δ(K-S;(I D A,K+A))s≡δ(K-S;(I D A,K+A)S)9 9,S8E2δ(K-S;(I D A,K+A)S)≡δ(K-S;(I D A,K+A))10 10C S believes S seesδ(K-S;(I D a,K+A))11 11,S1A2S believes S saidδ(K-S;(I D A,K+A))12 S4,5K S believes|K A A13与此相类似可得S believes|K P P14 2SE1S sees(δ(K-P;(X,Y,T A)))15 14A2S believes P said(X,Y,T A)16 16,S3F1S believes P says(X,Y,T A)17 17S A2S believes P says X18 17S A2S believes P says Y19 17S A2S believes P says T A20 由以上推导可以得到以下结论:S believes|K AA,S believes|K PP,S believes P says X,S believes P says Y以及S believes P says T A.但是无法进一步推得S believes A said T A,以及S believes A said X.其次对P进行分析:3SH1,H1P has X∧P has Y∧P has TR A∧has TR P21 21,P3C5,E3δ(K-S;(X,Y,T a,TR A,TR P))P≡δ(K-S;(X,Y,T a,TR A,TR P)P)22 22,P6E2δ(K-S;(X,Y,T a,TR A,TR P))P≡δ(K-S;(X,Y,T a,TR A,TR P))23 23C P believes P seesδ(K-S;(X,Y,T A,TR A,TR P))24 24,P2A2P believes S said(X,Y,T A,TR A,TR P)25 25,P4F1P believes S says(X,Y,T A,TR A,TR P)26 26S A2P believes S says X27 26S A2P believes S says Y28 26S A2P believes S says T A29 26S A2P believes S says TR A30 P9,P10J P believes|K A A31 26S A2P believes S says TR P32 P7,P8J P believes S believe|K P P33 由以上推导可得P believes|K AA,P believes S believes|K PP,P believes S says T A,P believes S believes|K AA,但无法推导出P believes A says T A,P believes A believe|K PP.212 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第32卷类似地分析A 可以得到A believes |K PP ,A believes S believes |K AA ,A believes S says T A ,A believes S believes |K PP ,但无法推导出A believes P says T A ,A believes P believe |K PA.因此,W API 的认证部分未能实现全部的认证目标,其认证效果较弱,客户端和接入点存在着被冒充的可能.最后,对密钥协商消息⑸,⑹进行分析:5SE2P sees N A34P5F2P believes fresh (K )356SE2A sees N P36A5F2A believes fresh (K )37 但是,无法得到A believes P says N A ,P believes A says N P 以及A ∴K ∴P 的证据.所以,无法进一步得到A believes A ∴K ∴P ,P believes P ∴K ∴A.这表明消息⑸,⑹没有达到预期目标,即双方未能验证对方私钥,以及对会话密钥进行确认.结论:W API 认证协议只能完成部分的认证和密钥协商目标,其安全性较差.2 WAI 的其他安全缺陷⑴W AI 协议不具备身份保护的功能[4]:在认证阶段,ST A 将自己的数字证书以明文形式发送给AP 及AS ,因而会暴露用户的身份信息,无法实现认证时的匿名性.⑵在认证协议中缺乏私钥验证环节:W AI 对用户身份的验证只是通过验证其数字证书的合法性来完成,而没有验证该用户是否拥有与此相对应的私钥.任何具有合法证书的用户都可以通过AS U 的身份认证,有可能带来潜在的安全问题.⑶密钥协商过于简单,不具备相应的安全属性:W AI 的认证数据没能作为密钥协商的材料使用,而且密钥协商时没有对会话材料进行认证,也没有对会话密钥进行确认,从而导致该密钥协商算法缺乏相应的安全属性.例如在密钥一致性攻击[5]中,攻击者截获ST A 发来的消息,选用另一随机数r M 发送给AP ;同样,也截获AP 发来的消息,用随机数r ′M 取代r AP ,将消息发送给STA.最终导致ST A 与AP 生成不一样的会话密钥(k ST A =r ST A r ′M ,k AP =r M r AP ),而使协议失败.类似的,该协议无法抵抗重放攻击.⑷密钥协商算法的安全是基于加密算法的安全性:会话密钥的产生是基于两个随机数异或运算的结果,其安全性不是建立在已知的数学难题上,而是基于所使用的加密算法E ()的安全性.另外,异或运算可能使会话密钥与随机数间保持一种代数关系,在产生的会话密钥中可能有以不可忽略的概率被预测的弱密钥位存在,导致其安全性受到影响[6].⑸该算法不具有PFS 等安全属性也无法防止密钥控制(key control ):如果双方长期私钥泄露的话,攻击者可以通过解密密钥协商消息,从而获得以前的会话密钥.另外,密钥控制要求任何一方都无法控制会话密钥为一预选值,而如果采用异或运算的话,则接收者可以有目的地选用某一随机数,进而控制会话密钥的产生.⑹该算法使用时间戳来抵抗重放攻击:其安全性主要依赖于时间的同步.关于时间戳技术的实现困难和其他安全问题在文献[7]中已经详细给出.3 WAPI 与IEEE 802111i 的比较311 WAPI 与IEEE 802111i 的安全性比较 ⑴安全框架:W API 与IEEE 802111i 都采用基于端口的访问控制模式.⑵特征:W API 在ST A 和AP 间实现双向身份认证.不仅可以实现对AP 进行控制,而且可以保证ST A 接入的安全性.IEEE 802111i 在ST A 和AS 间实现双向身份认证,AP 被错误地认为是可信任的实体,缺乏对AP 的认证,有遭受假冒AP 攻击的可能.其安全性依赖于上层协议的安全,如果上层协议也使用单向认证的话,312第2期 张 帆等:W API 认证机制的性能和安全性分析整个框架就是不安全的.⑶身份凭证:W API仅使用公钥证书作为身份凭证,灵活性不够高.而IEEE802111i通常采用口令或数字证书等作为身份凭证.⑷认证与密钥协商:W API的认证与密钥协商部分脱节,且缺乏密钥确认过程,任何拥有合法证书的攻击者都可以通过认证.密钥协商算法依赖于算法安全性,不能抵抗重放攻击、密钥一致性攻击等,无法防止密钥控制,缺乏相应的安全属性.IEEE802111i经过多年发展,比较成熟.认证及密钥协商协议本身不存在大的安全问题,密钥协商算法通常会规约于已知的数学难题,且能够保证相关的安全属性.⑸加密算法:W API的加密算法采用国密办规定的认证的分组加密算法,具体细节未披露.IEEE802111i 的加密算法采用128位的AES算法,业已成为标准.312 WAPI与IEEE802111i的性能比较W API在ST A与AP间直接进行密钥协商,效率较高,减少了密钥在网络中传输的可能性.而IEEE 802111i在ST A与AS间协商密钥,ST A与AP必须依赖四步握手协议进行密钥确认,密钥协商效率较低,且认证服务器负载过大,有可能成为系统瓶颈.W API的交互轮数为2,但它没有提供相应的安全属性.如果考虑相应的私钥认证和密钥确认过程的话,其交互轮数至少在3轮以上.IEEE802111i的默认认证协议E AP2T LS,采用E AP协议进行封装,利用公钥证书作为认证凭证,其交互轮数为5;而如果采用四步握手协议进行密钥确认,还要再加上两轮的消息交互.W API和E AP2T LS的性能比较如表1所示,表2为预计算下两者的性能比较.表1 协议性能比较协 议客户证书交互轮数公钥加/解密(M N)指数运算(M N)签名(M N)验证签名及证书(M N)W API3Y≥32013/2#E AP2T LS(RS N)Y5(7)2111 注:113指出于安全考虑,在W API中加入私钥确认过程;21#指AS的证书在移动节点中存储时;31(7)指如采用RS N模型还需要加上两轮的四步握手协议.表2 预计算下协议性能比较协 议客户证书交互轮数公钥加/解密(预计算)指数运算(预计算)签名(M N)验证签名及证书(M N)W API3Y≥32013/2#E AP2T LS(RS N)Y5(7)0111 从表1和表2中可以看出,不考虑预计算时,W API的性能近似于E AP2T LS,但在预计算存在的情况下,其性能要逊色于E AP2T LS.4 结 论利用BAN类逻辑WK,对W AI的安全机制进行了分析,结果表明W AI无法提供足够级别的安全保护,在其中存在很多的安全缺陷,如无法提供身份保护、在认证环节缺乏私钥验证、不具备如PFS,N on2K CI,密钥控制等相应的安全属性,无法抵抗密钥一致性攻击等.文中指出其主要原因在于认证与密钥协商部分相脱节.文中还从安全性和性能两个方面对W API和IEEE802111i进行了比较.分析表明,W API的安全强度低于IEEE802111i,其性能在不考虑预计算时近似于E AP2T LS,但在预计算存在的情况下,要逊色于E AP2T LS.当然,有关部门已经注意到W API在安全机制中存在的潜在缺陷,并提出了相关改进实施方案.该方案在安全性能上已有显著改善,一些明显安全漏洞已经得到弥补.将在另一篇中具体讨论W API实施方案的性能和安全性问题.412 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第32卷参考文献:[1]无线认证保密基础设施(W API ),中华人民共和国国家标准,G B15629111[S]12003.[2]G abriele W ,V olker K.F ormal Semantics for Authentication Logics [A ].C om puter Security 2ES ORIC 96:LNCS 1146[C ].Berlin :S pringer 2Verlag ,1996.2152241.[3]IEEE P802.11i D3.0.S pecification for Enhanced Security [DB/O L ].http ://w w /～mhshin/doc/802111/802111i 2D3101pd f ,2002211230.[4]余斌霄,王新梅1移动通信网中的认证与密钥建立协议[J ]1西安电子科技大学学报,2004,31(1):1242128.[5]Canetti R ,K rawczyk H.Analysis of K ey 2exchange Protocol and Their Use for Building Secure Channels[A ].Proceeding of Eurocrypt2001:LNCS 2045[C].Berlin :S pringer 2Verlag ,2001.4532474.[6]IEEE P1363:S tandard S pecifications for Public K ey cryptography[DB/O L ].http :///groups/1363,1999212220.[7]Diffie W ,O orschot P ,Wiener M.Authentication and Authenticated K ey Exchanges[J ].Designs ,C odes and Cryptography ,1992,2(2):1072125.(编辑:李维东) (上接第192页)仿真结果表明,文中算法对于去除模糊图像中的噪声以及对图像增强的效果是比较明显的.采用图1所示多算法模型数据融合技术,硬件系统的实时性主要取决于3种算法模型中运行时间最长的那一个;而基于卷积运算的上述3种算法又特别适用于FPG A 处理,所以系统实时性可以得到充分保证.常用的图像增强的算法虽然很多,但都有不足之处.采用这种方法增强图像,兼有滤除噪声和增强目标的双重作用,较理想地达到了预期的目的.参考文献:[1]徐 军,梁昌洪,张建奇1一种红外图像增强的新方法[J ]1西安电子科技大学学报,2000,27(5):5462549.[2]过润秋,李俊峰,林晓春1基于并行遗传算法的红外图像增强及相关技术[J ]1西安电子科技大学学报,2004,31(1):628,20.[3]T zannes A P ,Brooks D H.Detecting Small M oving Objects Using T em poral Hypothesis T esting[J ].IEEE T rans on Aerospace andE lectronic System ,2002,38(2):5702586.[4]Shim onomuar K,K ameda S ,Y agi T.S ilicon Retina System Applicable to R obot Vision[A].Proceedings of the 2002International JointC on ference on Neural Netw orks :V ol 3[C].Madrid :UAM ,2002.227622281.[5]Zhao Fang wei ,deS ilva C J e of the Laplacian of G aussian Operator in Prostate Ultras ound Image Processing[A].Proceedings of the20th Annual International C on ference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology S ociety ,1998,20(2):8122815.[6]关 欣,唐小明1像素级图像融合方法分类与比较[J ]1火力与指挥控制[J ],2002,27(3):1612164.(编辑:齐淑娟) 512第2期 张 帆等:W API 认证机制的性能和安全性分析。
EAP-IKEv2协议研究和安全分析
Ａｂｔａ ｔ： Ａｕｈ ｎｉａ ｉｎ ｓ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓ ｒｃ ｔ ｅｔｃ ｔ ｉ ｏ ｏｅ ｆ ｈ ｍｏ ｔ ｍｐｒａ ｔ ｅｕｉｙ ｅｖｃ ｓ ｆ ｓ ｉ ｏｔ ｎ ｓｃ ｒ ｓｒ ｉ ｏ ＷＬＡＮ ， ＥＡ ｔ ｅ Ｐ－Ｉ ２ Ｓ ｎ ｗ ｕｈ ｎｉａ ｉｎ ｎ ｋ ｙ ｇｒｅ ｎ ＫＥｖ ｉ ａ ｅ ａ ｔ ｅｔｃ ｔ ａ ｄ ｅ ａ ｅ ｍｅｔ ｏ
一
般 采 用基于 ＥＡＰ…协 议来 进行认 证 。本 文在 概 述 ＥＡＰ
和Ｉ ＫＥｖ ２协 议 基础 上 ，介 绍 一种 新 的 ＥＡＰ协 议 Ｅ ＡＰ— Ｉ ｖ ，并 利用 ＡＶＩＰ 验证 其 安全性 。 ＫＥ ２ ＳＡ
认证 方 式延 后 ，这样 就允 许认 证者 在 决定 采用 何种认 证机
学术． 技术
Ｅ Ｐ ＩＥ ２协议研 究和 安全分析 Ａ －Ｋ ｖ
王 晔 澄 ，谭 成 翔
（ 同济 大 学 ，上 海 ２ １０ ） ０８ ４
摘 要 ： 认证是无线局域 网的一种最重要 的服 务。Ｅ Ｐ Ｋ ｖ 是一个新 的基于 Ｅ Ｐ协议的认证和 密钥分配协议。该文详细分析 Ａ —ＩＥ ２ Ａ
ｅ ｓｒ ｔ ｅ ｎｕｅ ｈ ｍｕｕ Ｉ ｕｈ ｎｉａ ｉｎ ｅｗｅｎ Ａｒ ｅｖ ｒ ｎ Ｅ ｃｅ ｔ ｓ ｇ ＶＩＰ ｔａ ａ ｔ ｅｔｃ ｔ ｂ ｔ ｅ Ｅ ｓｒ ｅ ａ ｄ Ａｒ ｌｎ ｕｉ Ａ Ｓ Ａ ａ ａｙ ｉ Ｏ １ ｏ ｉ ｎ ｎ ｌｓ ｔＯ ． ｓ
无线wifi的身份认证及日志审计措施
无线WiFi的身份认证及日志审计措施在当今信息化社会中，无线网络已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
随着移动互联网的发展，无线网络的使用范围越来越广，但同时也带来了一些安全隐患。
身份认证和日志审计是保障无线网络安全的重要措施，在本文中，我们将深入探讨无线WiFi的身份认证及日志审计措施。
一、无线WiFi的身份认证1. 基本概念与原理身份认证是指验证用户身份的过程，无线WiFi的身份认证主要通过以下几种方式实现：- 密码认证：用户需输入预先设定的密码才能连接无线网络，通常用于家庭和小型企业网络。
- MAC位置区域过滤：路由器通过筛选设备的MAC位置区域来确认合法连接，但该方法相对容易被绕过。
- 802.1X认证：采用EAP-TLS、EAP-TTLS等协议进行身份验证，保障了数据传输的安全性。
2. 安全风险及解决办法密码泄露、MAC位置区域伪造等风险可能导致未授权用户接入网络，因此需要采取一些措施加强身份认证的安全性：- 强化密码策略，使用复杂密码并定期更换。
- 定期更新路由器固件，以修复已知的漏洞。
- 配置访客网络，将来访者与内部网络隔离，降低风险。
二、日志审计措施1. 日志审计的重要性日志审计是网络安全的重要组成部分，通过记录网络活动，可以及时发现异常行为并追踪安全事件的发生和演变过程。
对于无线WiFi网络来说，日志审计尤为重要，它可以帮助网络管理员跟踪用户的上网行为，及时发现异常情况。
2. 实施日志审计的方法- 收集日志信息：无线路由器、接入点等设备可以记录用户的连接情况、数据传输情况等信息。
- 日志存储和备份：将日志信息存储在安全的地方，并定期进行备份，以防止数据的丢失和篡改。
- 日志分析和报告：通过日志分析软件对日志信息进行分析，及时发现异常情况并生成报告。
三、个人观点和理解身份认证和日志审计是维护无线WiFi网络安全的重要手段，但在实际操作中也存在一些难点和挑战。
我认为，未来应该加强对无线网络安全相关技术的研究，推动身份认证和日志审计技术的进一步发展，以应对不断增长的网络安全威胁。
基于802.1x协议的无线网认证技术安全分析和研究
一
、
８ ２ １ 认 证机 制 ０ ．１
求 认 证 ，并 用 得 到 的 ＰＲＫ Ｓ（ ） 功 通 过 认 证 。 这 就 导 致 Ｋ 成 Ｉ Ｅ ８ ２ １ 的认 证 协 议 基 本 如 同 虚设 。 Ｅ Ｅ ０ ．１
除 了以 上的 冒充 合 法 主 机 外 ，０ ． １ 认 证 协议 还 已暴 露 ８ ２ １的
和发送前的信息比较 ，若一致，ＡＰ发确认给 Ｓ Ａ，通知认证 Ｔ
成 功 ，若 两 者 不 一 致 ， 则认 证 过 程 失 败 。
议０ 入 其 １ ｌ ｌ．替 代 ｒ以 前 的 ８ ２ １ 安 全 认 证机 制 一 简单 的链 ０ ．１
路 缄 叭 订机 制 。 ｒ
在 此过 程 中 若 将 第 二 步 生 成 的 １ ８字节 的 质 询 信 息 记 为 ２ Ｍ ，第 三 步 响 应 的 加 密 信 息 记 为 Ｃ ＝Ｍ ￣Ｐ ＲＫＳＫ） 侵 者 可 （ ，入 以 记 录 下 Ｍ 和 Ｃ，并 做 Ｍ ①Ｃ ＲＫＳＫ）接 着 入 侵 者 便 可 请 ＝Ｐ （ ，
维普资讯
技 术
实用 技术
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基 于 ８ ２ １ 协 议 的 ０ ．ｘ
无线 网认证技术 安全 分析和研 究
摘 要 在 简述 ８ ２ １ 认证技术 的基础上 ， ０ ．１ 重点介 绍 了新一代 Ｗ Ａ 安 全标准 ８２ １ｉ中使用的认证协议 ８２ １ 的工作 ＬＮ ０ ．１ ０ ，ｘ
机 理 ， 同 时分 析 了 ８２ １ 在 无 线 网 中使 用时 存 在 的 一 些 安 全 问题 ，提 出 了相 应 的 解 决 办 法 。 ０ ．Ｘ
关键词
无线通信相互认证和密钥建立协议的安全性分析
第 １ 卷第 ２ ６ 期
２０ ０７年 ３ 月
院 ｅ Ｊｕｎｌ ｆ ＇ ｄ山 工 学ｓｔ学ｏＴ ｃｎｌ ｙ ｏｒａ ｏ Ｐ 顶 ｊ 平ｍ Ｉ ｇ ｌ 姗 Ｉ ｔｕ 报 ｈｏ ｇ ｎｉ ｔ ｆ ｅ ｏ
．６Ｎ ． １ ｏ２
Ｍａ ． ０ ｒ ｒ２ ０ ７
文章编号 ：６ １ ６ Ｚ ２ ０ ｝２ ０４— ３ １７ —９６ （０ ７０ —０ ３ ０
无线通信相互认证和密钥建立协议的安全性分析 ＊
赵 燕 丽
（ 东工 商学院计 算机 基础教 学部 ， 东 烟 台 ２４０ ） 山 山 ６０５
摘 要 ： 在无线 系统 中， 用户和服务 器需要进 行彼此认证并建立一个共享会话密钥。该密钥为 用户和
作者简介 ： 燕￣（９６ ， ， 赵 １７ 一）女 山西长治人 ， 山东工商学院计算机基础教 学部助教 ， 主要 从事信息安 全与嵌入 式 系统研
究。
维普资讯
第１ ６卷第 ２ 期
＝
赵燕丽 ： 无线通信相互认 证和密钥建立协议的安全性分析 ，ｍ）并存储（ 、 、 、 Ｓ 、 、 。 ， Ｑ 蛾 ｍ、Ｕ ｍ）
１ １ 初 始 化 阶 段 过 程 ．
用户通过选择一个随机数作为 自 己的私钥 ｄ， ｕ 计算相应的公钥 ＝ ｄ ×Ｐ 并将它发送给 ｃ 。 ４ ｕ ， ４ ｃ 在接收到来 自 用
户的信息后也选 择一个随机数 ｋ， 计算 凡 ＝ ｋ ×Ｐ， ＝凡 ． 和Ｓ， ｔ： ／ （ ． Ｄ ，ｔ Ｈ（ ，Ｉ ｔ）＋ｄ Ａ・ ｔ ｏ ， ｔ Ｃ ｒ）ｍ ｄｎ其 ｔ
中的 慨 是 ｃ 分配给用户的临时身份 ， Ａ 是证书的截止 日 ， 期 然后 ｃ 将 （ ，ｕｒ、 、ｔ 返 回给用户 ， ４ Ｑ 、 、ｔｓ ｔ） Ｄ ｔ ｕ ｔ 最后用户计算
无线网络安全及典型案例分析
防范措施：加强无线网络密码复杂 度 ， 定 期 更 换 密 码 ， 使 用 W PA 3 加 密协议
添加标题
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攻击方式：黑客使用 WPA2-PSK破 解 工 具 ， 成 功 破 解 W PA 加 密
案例启示：无线网络安全不容忽视， 需要采取有效措施进行防范
无线钓鱼攻击案例
攻击方式：通过 发送虚假邮件或 短信，诱导用户 点击恶意链接或 下载恶意软件
避免使用常见词 汇或个人信息
定期更换密码， 避免长期使用同 一密码
禁用功能
功能：Wi-Fi Protected Setup，用于简化无线网络设置 风险：功能存在安全漏洞，可能导致无线网络被破解 建议：禁用功能，提高无线网络安全性 替代方案：使用其他安全措施，如设置强密码、使用VPN等
定期检查网络连接
访问网络
802.1X认证协 议可以提供用 户身份验证和
授权
802.1X认证协 议可以保护网 络免受恶意攻 击和病毒感染
无线网络安全典型 案例分析
破解WEP加密案例
WEP加密：一种无线网络安全协议，用于保护无线网络数据传输的安全性
破解方法：利用WEP加密的弱点，如密钥长度短、加密算法简单等，进行暴力破解
网络劫持：通过无线网络劫持用户通信， 获取用户敏感信息或破坏通信过程
无线网络安全防护措施
加密技术：使 用
W PA 2 / W PA 3等加密协议， 确保数据传输
的安全性
防火墙：安装 无线网络防火 墙，防止未经
授权的访问
定期更新：定 期更新无线网 络设备固件和 软件，确保安 全漏洞得到修
复
安全设置：设 置复杂的无线 网络密码，并 定期更换密码
移动通信无线接入安全方法分析与研究
移动通信无线接入安全方法分析与研究移动通信无线接入安全是指在移动通信网络中，通过无线接入技术进行通信时所涉及到的信息安全问题。
随着移动通信技术的快速发展，越来越多的用户选择使用无线接入技术进行通信，但同时也给信息安全带来了一系列的挑战。
因此，对移动通信无线接入安全进行方法分析和研究是非常重要的。
首先，通过对当前移动通信网络中无线接入安全问题的分析，可以了解到目前存在的主要风险和威胁。
在无线接入环境中，由于通信信号可以被窃听、信息可以被劫持等安全问题，用户的隐私和机密信息容易遭到泄露。
因此，需要采取一系列安全措施来保护用户的通信安全。
其次，对无线接入安全方法的研究可以围绕着以下几个方面展开：1.加密技术：在移动通信无线接入过程中，采用可靠的加密技术是保护通信安全的重要手段。
常用的加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法使用相同的密钥进行加解密，传输效率高，但密钥管理较为困难；非对称加密算法采用公钥和私钥进行加解密，安全性较高，但传输效率较低。
选择合适的加密算法，确保通信信息的机密性和完整性。
2.认证与鉴权：在移动通信无线接入过程中，采用认证和鉴权机制可以确保通信的真实性和合法性。
认证是验证通信双方的身份是否合法，鉴权是验证通信双方是否有权限进行通信。
通过合理的认证与鉴权机制，可以防止未经授权的用户接入网络和进行非法通信。
3.权限控制：在移动通信无线接入环境中，进行适当的权限控制可以限制用户的访问权限，防止非法用户获取敏感信息或者对系统进行恶意攻击。
权限控制需要考虑用户的身份、网络资源的敏感性等因素，通过合理的权限控制策略，确保系统的安全性。
4. 安全协议：在移动通信无线接入过程中，采用合适的安全协议可以保护通信数据的安全性。
常用的安全协议包括SSL/TLS、IPSec等。
这些安全协议可以提供数据加密、身份认证、完整性保护等功能，保障通信的安全。
5.安全维护与监测：在移动通信无线接入环境中，定期进行安全维护和监测是必要的。
无线传感器网络的安全性分析
无线传感器网络的安全性分析一、概述随着互联网、物联网的发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）在信息采集、环境监测、智能家居、智能交通等领域得到了广泛的应用。
但是，WSN的安全性问题也面临着越来越严重的挑战。
本文将从WSN的特点、安全威胁、安全协议等方面对WSN的安全性进行分析。
二、无线传感器网络的特点1. 低功耗WSN中的传感器节点通常是由电池供电，因此需要低功耗设计。
2. 自组织WSN中的节点之间可以自组织成为一个网络，形成一个无中心化的网络结构。
3. 大规模WSN通常由数百甚至数千个节点组成，网络规模较大。
4. 有限资源WSN中的节点资源有限，包括处理能力、存储能力和通信能力等。
三、无线传感器网络的安全威胁WSN的安全问题主要来自四个方面：节点安全、通信安全、网络安全和数据安全。
1. 节点安全节点安全主要是指节点被攻击后可能泄漏网络信息、篡改数据等问题。
节点安全威胁主要包括物理攻击和软件攻击等。
2. 通信安全通信安全主要是指信息传输过程中可能被窃听、篡改等问题。
通信安全威胁主要包括中间人攻击、重放攻击、流量分析等。
3. 网络安全网络安全主要是指网络拓扑结构的安全问题。
网络安全威胁主要包括网络分割攻击、恶意节点攻击等。
4. 数据安全数据安全主要是指数据的完整性和机密性问题。
数据安全威胁主要包括数据篡改、数据泄漏等。
四、无线传感器网络的安全协议为了保证WSN的安全性，需要采用一系列的安全协议。
下面是几种常用的安全协议。
1. 加密协议加密协议是保证WSN通信安全的最基本的方法。
常用的加密方法有对称加密和非对称加密等。
2. 认证协议认证协议是保证WSN节点安全的重要方法之一。
常用的认证方法有基于密码学的认证和基于信任的认证等。
3. 密钥管理协议密钥管理协议是保证WSN安全性的重要方法之一。
常用的密钥管理方法有密钥预分配和密钥分配等。
4. 安全路由协议安全路由协议是保证WSN网络安全的重要方法之一。
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1.WEP协议
有限等效加密
加密：
KSA = VI + PASSWORD
PRGA = RC4（KSA）用PRGA对原数据+原数据CRC-32校验结果，进行异或生成密文
RC4算法：
加密过程：
1>初始化S盒：
首先进行线性填充：S0=0,S1=1,...,S255=255。
然后用密匙填充另一个256个字节的数组，不断重复密匙
直至填充到整个数组中：K0,K1,...,K255。
将指针j设为0。
然后：
对于i=0至255
j=(j+Si+Ki) mod 256
交换Si和Sj
2>生成密文：
有两个计数器：i和j,初值为0.
要产生一个随机字节，需要按下列步骤进行：
i=(i+1) mod 256
j=(j+Si) mod 256
交换Si和Sj
t=(Si+Sj) mod 256
K=St
字节K用来与明文异或产生密文或者与密文异或产生明文
将VI和密文一起发送
解密：如上解密，之后进行CRC校验
CRC校验防止篡改
加密防止窃听
安全隐患：
WEP帧第一个字节固定式802.2的头信息，明文已知
VI是明文发送，可重复使用
CRC-32的算法缺点(对异或操作而言，用户可以篡改原文)
无身份认证机制
破解:
监听模式被动破解（有客户端，大量有效通信）：
RC4，只是把原密钥打乱顺序，通过已知一个字节的明文和密文，可以得到一个密钥片段，通过足够多的IV值和碎片密码，统计计算，得出密钥序列
主动攻击（有客户端，少量通信）
-3ARP Requst Mode抓取合法ARP包，向AP重放ARP包，因为允许VI重复使用，所以AP 会回复，接受到足够多的AP包，像上面一样破解了
-0 Deautenticate,通过无线欺骗，获得ARP包（使合法用户强制从AP断开，获得ARP包）
主动攻击（没有客户端模式）
-1 fakeauth count attck mode 和AP建立伪连接，收集两个VI相同的WEP包，两个WEP包异或，得到XOR文件，用XOR文件配合伪造ARP包工具伪造ARP和原IV发给AP，以后步骤同上
WEP窃听，
2.WPA
WPA版本：有两个版本，两种身份验证机制，
WPA = 802.1x + EAP + TKIP + MIC
= Pre-shared Key+ TKIP + MIC
802.11i(WPA2)= 802.1x + EAP + AES + CCMP
=Pre-Shared Key + AES + CCMP
802.1x + EAP和Pre-shared Key是身份校验算法
TKIP和AES是传输加密算法
MIC和CCMP是完整性校验校验算法
802.1x + EAP是工业级，安全性较高，需要认证服务器
Pre-Shared Key是家用的，安全性较低，不需要认证服务器
WPA-PSK：WPA的简化版――WPA－PSK（预共享密钥）
Erik Tews and Martin Beck，已经发现TKIP加密算法的漏洞。
在部分条件下可导致攻击者对数据包进行解密，不过这个不是密钥恢复攻击，攻击者只能恢复用于加密验证报文的密钥而不是用于加密数据的密钥。
使用恢复的密钥，只有捕获的报文仅在有限的7次尝试下的窗口机会中进行伪造。
攻击者每次只能解密一个报文，当前的速率是12-15分钟一个报文，另外只有报文从无线AP发送到客户端时才能被加密。
只有配置了TKIP作为加密机制的设备受此漏洞攻击。
在部分条件下可导致攻击者对数据包进行解密，不过这个不是密钥恢复攻击，攻击者只能恢复用于加密验证报文的密钥而不是用于加密数据的密钥。
使用恢复的密钥，只有捕获的报文仅在有限的7次尝试下的窗口机会中进行伪造。
攻击者每次只能解密一个报文，当前的速率是12-15分钟一个报文，另外只有报文从无线AP发送到客户端时才能被加密。
只有配置了TKIP 作为加密机制的设备受此漏洞攻击
四次握手
初始化：AP用SSID和passphrase生成PSK。
（WPA-PSK中，PMK=PSK）
（PSK=pdkdf2_SHA1(passphase, SSID, SSID Length, 4096)）
第一次握手：AP广播SSID，和AP_MAC（AA），STATION接受到广播数据，用密钥生成
PSK
第二次握手：STATION方式送一个随机数SNonce，STATION_MAC（SA）给AP，AP端接受到SNonce,STATION_MAC（SA）后生成一个随机数ANonce然后用PMK，AP_MAC（AA），STATION_MAC（SA），SNonce，ANonce生成PTK （PTK= PMK, Len(PMK),”Pairwise key expansion”,MIN(AA, SA)||MAX(AA,SA)||MIN(SNonce，ANonce)||MAX(SNonce，ANonce)）
提取PTK前16字节组成MIC_KEY
第三次握手：AP发送ANonce给STATION，STATION端接受到ANonce和以前的PMK，SNonce，AP_MAC(AA)，STATION_MAC（SA），用同样的算法生成PTK，提取前16字节组成一个MIC_KEY,用MIC_KEY和802.1x data数据帧算出MIC（MIC=HMAC_MD5(MIC_KEY, 16, 802.1x data)）
第四次握手：STATION端发送802.1x data和MIC_KEY（在802.1x数据帧最后加上MIC 和两字节的0），AP端接受到，以同样算法产生MIC，如果MIC相等的话，则握手完成。
WPA攻击:
抓取数据包进行攻击，几乎不能实现
抓取四次我收数据包，依靠数据包里面，和密码有关联的信息，通过字典进行攻击。
字典攻击的字典太过于庞大，只有弱密码字典可以实现应用
断线攻击，通过强制段线，获取四次握手通信包。
间接攻击：例如通过物理手段获取你的密码，路由器厂家安装后门。