基于IEEE802.无线局域网安全性研究

第３１卷第１２期　２０１０年１２月　湖南科技学院学报　

Ｊ．．．ｏ．．．．．．ｕ．．．．ｒｎａ１ｏｆＨ　ｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

ｖｏｌＩ３ｌ　Ｎｏ．１２　

Ｄｅｃ．２Ｏｌ０　

基于Ｉ　ＥＥＥ８０２．１　１无线局域网安全性研究　吴暑静　（湖南科技学院图书馆，湖南永州４２５１Ｏ０）　摘要：基于ＷＥＰ算法的ＩＥＥＥ８０２．Ｉ１安全机制难以满足ＷＬＡＮ的安全需要。文章主要对ＷＥＰ、ＷＰＡ和８０２．１ｌｉ安全　

机制的工作原理及加密方式进行分析。　

关键词：有线对等加密；Ｗｉ．Ｆｉ保护接入：８０２．１　１　中图分类号：ＴＰ３０　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—２２１　９（２０１Ｏ）１２－００８６—０３　

无线局域网（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ＷＬＡＮ）是　指以无线信道代替传统有线传输介质所构成的局域网络。它　是无线通信技术与网络技术相结合的产物。无线局域网以其　移动性好、扩展性强及传输数率高等特性获得了人们的青　睐，使得这种新技术得到了广泛的应用。但由于传输介质和　无限电波的开放性，无线局域网络极易受到非法攻击，其安　全性已成为亟需解决的问题。　本文从信息安全机制的身份认证、数据加密和数据完整　性三个方面对无线局域网的安全性进行探讨。先对传统的　ＩＥＥＥ８０２．１ｌ安全机制及其缺陷进行阐述，然后对增强的安　全协议ＷＰＡ及ＩＥＥＥ８０２．Ｉ　Ｉｉ安全标准进行分析。　

一基于ｌＥＥＥ　８０２．１１的安全协议原理　ＩＥＥＥ８０２．１ｌ安全机制建立在有线对等机密（Ｗｉｒｅｄ　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　Ｐｒｉｖａｃｙ，ＷＥＰ［１　）算法基础Ｊ＝。　（一）ＷＥＰ身份认证　ＩＥＥＥ　８０２．１　１指定了两种方案来确认访问有线网络的无　线用户。一种基于密码学体制，另一种为非密码学方案。　对于非密码学方案，有开放式和封闭式两种。这两种方　法都是基于身份识别机制，请求访问ＷＬＡＮ的无线客户端　简单地使用无线网络服务区标识符（Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｓｅｔ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，ＳＳＩＤ）来响应接入点（Ａｃｃｅｓｓ　Ｐｏｉｎｔ，ＡＰ）的身份　认证要求。对于开放式系统认证，客户端用一个空字符串作　为ＳＳＩＤ进行响应，即可获得认证，因此也称其为“零认证”。　收稿日期：２Ｏ１０—０９—０１　基金项目：湖南科技学院科学研究项目“基于１ＥＥＥ８０２　１　１无线局域网在高校图书馆的应用及安全性研究”（项目编　号０９ＸＫＹＴＣ０５２）成果。　作者简介：吴暑静（１９８３一），男，湖南岳阳人，湖南　科技学院助理馆员，研究方向为图书馆现代技术。　８６　在封闭式系统认证中，无线客户端如果能够使用０到３２字　节正确地表示无线网络基本服务集（Ｂａｓｉｃ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｓｅｔ，ＢＳＳ）　中的字符串即可获得认证。实际上，这两种方法均不能提供　有效的安全机制来防止未经授权的访问，极易受到攻击，从　而引起安全问题。　共享密钥认证是一种基于密码学体制的身份认证，它是　基于客户端是否具有共享密钥的简单的“请求／响应”机制。　认证开始时，先由客户端向接入点ＡＰ发送一个认证请求；　ＡＰ收到这个请求后，产生一个随机数并发送给无线客户端；　客户端再用与ＡＰ共享的密钥（ＷＥＰ密钥）和ＲＣ４流密码　算法加密这个随机数，将密文返回给ＡＰ；最后，ＡＰ使用共　享密钥对收到的密文进行解密，再将解密结果与发送的随机　数相比较；若相同，则允许其访问网络；否则，拒绝该客户　端的访问请求。在加密过程中，使用ＲＣ４流密码算法，这　是一种基本的加密技术，但并不提供双向认证，因此不能保　证客户端和一个合法的ＡＰ或无线网络进行通信，从而遭到　如“中间人”等网络攻击。　（二）ＷＥＰ数据加密　采用ＷＥＰ协议时，客户端计算原始数据包（即原始明　文Ｐｌａｉｎｔｅｘｔ）中明文数据的３２　ｂｉｔ　ＣＲＣ循环冗余校验码，实　际是计算其整数检查向量１ＣＶ（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　Ｃｈｅｃｋ　Ｖｅｃｔｏｒ），明　文数据与校验码一起构成传输载荷。在客户端与ＡＰ之间共　享一个密钥Ｋｅｙ，长度可选为４Ｏ　ｂｉｔ或６４　ｂｉｔ。为每一个数　据包选定一个长度为２４　ｂｉｔ的数作为初始向量（Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅｄ　Ｖｅｃｔｏｒ，缩写为ＩＶ）。将ＩＶ与共享密钥连接起来构成６４　ｂｉｔ　或１２８　ｂｉｔ的种子密钥，送入采用流密码算法ＲＣ４的伪随机　数发生器（ＰＲＮＧ）生成与传输载荷等长的随机数，该随机　数就是加密密钥流，再将加密密钥流与传输载荷按ｂｉｔ异或，　就得到了密文（Ｃｉｐｈｅｒｔｅｘｔ）。例如：将原始明文记为Ｐ，对　Ｐ计算由ＣＲＣ一３２循环冗余校验得到的３２　ｂｉｔ校验和记为　ＩＣＶ，则传输载荷为｛Ｐ，ＩＣＶ；。由ＩＶ和Ｋｅｙ采用ＲＣ４算法　得到的随机数记为ＲＣ４（ＩＶ，Ｋｅｙ），密文记为Ｃ，则加密　过程可以表示为：　Ｃ＝｛Ｐ，ＩＣＶｊ　ｏ　ＲＣ４（ＩＶ，Ｋｅｙ）　客户端将ＩＶ以明文形式和密文Ｃ一起发送，在密文Ｃ　传送到接入点ＡＰ之后，ＡＰ从数据包中提取出ｆＶ和密文，　将ＩＶ和自己所持有的共享密钥Ｋｅｙ一起送入伪随机数发生　器得到解密密钥流，该解密密钥流实际上与加密密钥流相　同，再将解密密钥流与密文相异或，就得到了原始明文Ｐ　和它的ＣＲＣ校验和ＩＣＶ。解密过程可以表示为：　ｆＰ，ＩＣＶｌ＿Ｃ　０　ＲＣ４（ＩＶ，Ｋｅｙ）　＝（Ｐ，Ｉｃｙ）ｏ　ＲＣ４（ｉｖ，Ｋｅｙ）。ＲＣ４（ＩＶ，Ｋｅｙ）　无线链路进行数据传输期间，使用ＷＥＰ技术能够使数　据得到一定的保护。将ＷＥＰ应用到ＩＥＥＥ　８０２．１　１　ＷＬＡＮ各　层上的所有数据，可以保护基于诸如ＴＣＰ／ＩＰ、ＩＰＸ和ＨＴＴＰ　等协议的数据传输。　（三）ＷＥＰ数据完整性检验　ＷＥＰ采用ＣＲＣ－－３２循环冗余校验和来保护数据的完整　性。发送方在发出数据包前先要计算明文的ＣＲＣ一３２校验　和ＩＣＶ，并将明文Ｐ与ＩＣＶ一起加密后发送。接收方收到　加密数据后，先对数据进行解密，然后计算解密出来的明文　的ＣＲＣ一３２校验和，并将计算结果与解密出的ＩＣＶ进行比　较：若二者相同，则认为数据在传输过程中没有被篡改；否　则，认为数据已被篡改，丢弃该数据包。同保密性一样，对　于某些攻击，无论密钥长度为多少，ＩＥＥＥ　８０２．Ｉ　ｌ的数据完　整性均具有脆弱性。　二ｗｉ．Ｆｉ保护接入（Ｗｉ—Ｆｉ　Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　Ａｃｃｅｓｓ，ＷＰＡ）　针对ＷＥＰ协议日益突出的安全隐患，ＩＥＥＥ　８０２．Ｉｌｉ工　作组致力于制订被称为ＩＥＥＥ　８０２．１　ｌ　ｉ的新一代安全标准，这　种标准为了增强ＷＬＡＮ的数据加密认证性能，定义了强健　安全网络（ＲＳＮ：Ｒｏｂｕｓｔ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）的概念，并且　针对ＷＥＰ加密机制的各种缺陷做了多方面的改进，以求从　根本上解决ＷＬＡＮ的安全问题。　由于８０２．１　Ｉ　ｉ审定通过时Ｉ司太长，而市场上对于ＷＬＡＮ　的需求又不能置之不理，于是生产厂商Ｗｉ．Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｆｉｄｅｌｉｔｙ：无线保真）联盟就根据８０２．１１　ｉ草案制订了以其子集　为基础的安全标准…ＷＰＡ　】，它不是ＩＥＥＥ标准，但却是　ＩＥＥＥ８０２．１　ｌｉ草案中的一部分。　简单的说，目前ＷＰＡ＝８０２．１ｘ＋ＥＡＰ＋ＴＫＩＰ＋Ｍｌｃ。其中，　８０２．１Ｘ和ＥＡＰ负责接入身份认证，ＴＫＩＰ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｋｅｙ　Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：临时密钥完整性协议）和ＭＩＣ（Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　Ｃｏｄｅ．ＭＩＣ）算法负责数据加密和完整性校验。　（一）ｗＰＡ的身份认证　ＷＰＡ采用ＩＥＥＥ８０２．】ｘ和ＥＡＰ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）认证方式。ＩＥＥＥ８０２．１　ｘ在逻辑上主要由３部分组成：　清求者（Ｓｕｐｐｌｉｃａｎｔ）、认证者（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｏｒ）以及认证服　务器（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）。在无线局域网中，请求者通常是指　无线客户端（ＳＴＡ），认证者通常是指接入点（ＡＰ），而认证　服务器通常采用ＲＡＤＩＵＳ（Ｒｅｍｏｔｅ　Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ　Ｄｉａｌ　Ｉｎ　Ｕｓｅｒ　Ｓｅｒｖｉｃｅ：远程用户拨号认证系统）服务器作为认证服　务器（ＡＳ）。　ＩＥＥＥ８０２．１　Ｘ是一个基于端１２１和基于网络访问控制的草　案标准。它可以向以太网提供经过身份验证的网络访问。基　于端口的网络访问控制使用交换ＬＡＮ的物理特性来为连接　到ＬＡＮ端口上的设备提供身份验证，如果身份验证过程失　败，系统将阻止该淌口的访问。　认证方为每个要求访问的请求方保持一个端口控制状　态，当端口为非认证状态时，只有ＩＥＥＥ８０２．１Ｘ数据流才能　通过，而诸如动态主机配置协议（ＤＨＣＰ）、超文本传输协　议（ＨＴＴＰ）等其他类型的网络数据流都被禁止传输。当接　口被置为认证状态时允许其他类型的数据通过，认证状态由　认证服务器和客户端之问的认证结果决定。其工作过程【ｊ　如下所述：　１．认证初始化。这个过程可由接入点或客户端通过分别　发送ＥＡＰＯＬ—ＲＥＱＵＥＡＳＴ或ＥＡＰＯＬ－ＳＴＡＴＥ发起。　２．接入点将端口状态置为非认证状态，阻塞客户端对其　所提供服务的访问，直到客户端成功地登录网络。此时，只　允许ＩＥＥＥ８０２．１Ｘ类型数据通过，用户在客户端输入用户名　等的相关信息。　３．客户端利用ＥＡＰ和后端认证服务器ＲＡＤＩＵＳ通过接　入点进行双向认证。在认证过程中客户端和认证服务器可采　用多种认证方法中的一种。　４．当双向认证通过后，ＲＡＤＩＵＳ服务器和客户端共同协　商产生一把惟一的ＷＥＰ密钥，称为会话密钥。客户端利用　会话密钥进行登录网络。　５．ＲＡＤＩＵＳ服务器利用有线网络将会话密钥传递给接　入点。　６．接入点用会话密钥将广播密钥加密然后将密文传递　给无线客房端，客户端利用会话密钥将密文解密得到广播密　钥。　７．客户端和接入点激活机制利用会活密钥和广播密钥　进行通信。　８．根据ＲＡＤＩＵＳ服务器的设置，经过一定间隔，会话密　钥和广播密钥可以周期性地重新产生。　（二）ＷＰＡ的数据加密【　】　ＷＰＡ采用ＴＫＩＰ加密机制，它使用一种密钥构架和管　理方法，通过由认证服务器动态生成的密钥来取代单个静态　密钥、把密钥首部长度从２４位增加到４８位等方法来增强安　全性。而且，ＴＫ１Ｐ利用了ＩＥＥＥ８０２．１ｘ／ＥＡＰ构架。认证服务　器在接受了用户身份后，使用ＩＥＥＥ８０２．１Ｘ产生一个惟一的　主密钥处理会话。然后，ＴＫＩＰ把这个密钥通过安全通道分　发到ＡＰ和客户端，并建立起一个密钥构架和管理系统，使　

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