無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通

2019-11-05 02:34:28

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供稿：網(wǎng)友

　　新一代安全標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11i定義了RSN（Robust Security Network）的概念，增強(qiáng)了WLAN中的數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證性能，并且針對(duì)WEP加密機(jī)制的各種缺陷做了多方面的改進(jìn)。
　　
　　IEEE 802.11i規(guī)定使用802.1x認(rèn)證和密鑰治理方式，在數(shù)據(jù)加密方面，定義了TKip（Temporal Key Integrity PRotocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三種加密機(jī)制。其中TKIP采用WEP機(jī)制里的RC4作為核心加密算法，可以通過在現(xiàn)有的設(shè)備上升級(jí)固件和驅(qū)動(dòng)程序的方法達(dá)到提高WLAN安全的目的。CCMP機(jī)制基于AES（Advanced Encryption Standard）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）認(rèn)證方式，使得WLAN的安全程度大大提高，是實(shí)現(xiàn)RSN的強(qiáng)制性要求。由于AES對(duì)硬件要求比較高，因此CCMP無法通過在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)實(shí)現(xiàn)。802.11i協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　　無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖一）

無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖一）

　　探詢11i的秘密
　　TKIP
　　TKIP雖然與WEP同樣都是基于RC4加密算法，但卻引入了4個(gè)新算法：
　　
　　● 擴(kuò)展的48位初始化向量（IV）和IV順序規(guī)則（IV Sequencing Rules）；
　　
　　● 每包密鑰構(gòu)建機(jī)制（per-packet key constrUCtion）；
　　
　　● Michael消息完整性代碼（Message Integrity Code，MIC）；
　　
　　● 密鑰重新獲取和分發(fā)機(jī)制。
　　
　　TKIP并不直接使用由PTK/GTK分解出來的密鑰作為加密報(bào)文的密鑰，而是將該密鑰作為基礎(chǔ)密鑰（Base Key），經(jīng)過兩個(gè)階段的密鑰混合過程，從而生成一個(gè)新的、每一次報(bào)文傳輸都不一樣的密鑰，該密鑰才是用做直接加密的密鑰，通過這種方式可以進(jìn)一步增強(qiáng)WLAN的安全性。密鑰的生成方式如圖2所示。
　　　無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖二）

無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖二）

　　CCMP
　　除了TKIP算法以外，802.11i還規(guī)定了一個(gè)基于AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）加密算法的CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）數(shù)據(jù)加密模式。與TKIP相同，CCMP也采用48位初始化向量（IV）和IV順序規(guī)則，其消息完整檢測(cè)算法采用CCM算法。
　　
　　AES是一種對(duì)稱的塊加密技術(shù)，提供比WEP/TKIP中RC4算法更高的加密性能。對(duì)稱密碼系統(tǒng)要求收發(fā)雙方都知道密鑰，而這種系統(tǒng)的最大困難在于如何安全地將密鑰分配給收發(fā)的雙方，非凡是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。AES加密算法使用128bit分組加密數(shù)據(jù)，它將在802.11i最終確認(rèn)后，成為取代WEP的新一代的加密技術(shù)。
　　
　　IEEE 802.1x和EAP
　　IEEE 802.1x是一種基于端口的網(wǎng)絡(luò)接入控制技術(shù)，該技術(shù)提供一個(gè)可靠的用戶認(rèn)證和密鑰分發(fā)的框架，可以控制用戶只有在認(rèn)證通過以后才能連接網(wǎng)絡(luò)。IEEE 802.1x本身并不提供實(shí)際的認(rèn)證機(jī)制，需要和上層認(rèn)證協(xié)議（EAP）配合來實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證和密鑰分發(fā)。EAP答應(yīng)無線終端支持不同的認(rèn)證類型，能與后臺(tái)不同的認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行通信，如遠(yuǎn)程接入用戶服務(wù)（Radius）。
　　　無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖三）

無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖三）

　　802.lx要求三個(gè)實(shí)體：申請(qǐng)者、認(rèn)證者、認(rèn)證服務(wù)器。這些實(shí)體都是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的邏輯實(shí)體，認(rèn)證者一般為AP。它有兩個(gè)邏輯端口：受控端口和非受控端口。非受控端口過濾所有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流只答應(yīng)EAP幀通過。在認(rèn)證時(shí)，用戶通過非受控端口和AP交換數(shù)據(jù)，若用戶通過認(rèn)證則AP為用戶打開一個(gè)受控端口，用戶可通過受控端口傳輸各種類型的數(shù)據(jù)幀（如HTTP和POP3）。
　　
　　IEEE 802.1x認(rèn)證過程如下： 1）無線終端向AP發(fā)出請(qǐng)求，試圖與AP進(jìn)行通信； 2） AP將加密的數(shù)據(jù)發(fā)送給驗(yàn)證服務(wù)器進(jìn)行用戶身份認(rèn)證； 3）驗(yàn)證服務(wù)器確認(rèn)用戶身份后，AP答應(yīng)該用戶接入； 4）建立網(wǎng)絡(luò)連接后授權(quán)用戶通過AP訪問網(wǎng)絡(luò)資源。
　　
　　接入點(diǎn)通過不受控端口與WLAN用戶進(jìn)行通信，二者之間運(yùn)行EAPoL（EAP over LAN）協(xié)議，而接入點(diǎn)與認(rèn)證服務(wù)器之間運(yùn)行EAP協(xié)議。EAP協(xié)議并不是認(rèn)證系統(tǒng)和認(rèn)證服務(wù)器通信的惟一方式，其他的通信通道也可以使用。例如，假如認(rèn)證系統(tǒng)和認(rèn)證服務(wù)器集成在一起，兩個(gè)實(shí)體之間的通信就可以不采用EAP協(xié)議。
　　　無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖四）

無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖四）

　　EAP（可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議）認(rèn)證對(duì)IEEE 802.11原有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了3點(diǎn)改進(jìn)：一是雙向認(rèn)證機(jī)制，這一機(jī)制有效地消除了中間人攻擊（MITM），如假冒的AP和遠(yuǎn)端認(rèn)證服務(wù)器; 二是集中化認(rèn)證治理和動(dòng)態(tài)分配加密密鑰機(jī)制，這一機(jī)制解決了治理上的難度; 三是定義了集中策略控制，當(dāng)會(huì)話超時(shí)時(shí)，將觸發(fā)重新認(rèn)證和生成新的密鑰。
　　
　　安全是這樣煉成的
　　802.11i草案標(biāo)準(zhǔn)中建議的認(rèn)證方案是基于802.1x和擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議（EAP）的，加密算法為高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）。動(dòng)態(tài)協(xié)商認(rèn)證和加密算法使RSN可以不斷演進(jìn)，與最新的安全水平保持同步，添加算法應(yīng)付新的威脅，并不斷提供保護(hù)無線局域網(wǎng)傳送的信息所需要的安全性。
　　
　　由于采用動(dòng)態(tài)協(xié)商、802.1x、EAP和AES，故RSN比WEP和WPA可靠得多。但是，RSN不能很好地在遺留設(shè)備上運(yùn)行，只有最新的設(shè)備才擁有實(shí)現(xiàn)加密算法所需的計(jì)算速度和性能。
　　
　　IEEE 802.11i系統(tǒng)在工作的時(shí)候，先由AP向外公布自身對(duì)系統(tǒng)的支持，在Beacons、Probe Response等報(bào)文中使用新定義的信息元素（Information Element），這些信息元素中包含了AP的安全配置信息（包括加密算法和安全配置等信息）。STA（終端）根據(jù)收到的信息選擇相應(yīng)的安全配置，并將所選擇的安全配置表示在其發(fā)出的Association Request和Re-Association Request報(bào)文中。
　　
　　802.11i協(xié)議通過上述方式來實(shí)現(xiàn)STA與AP之間的加密算法以及密鑰治理方式的協(xié)商。另外，AP需要工作在開放系統(tǒng)認(rèn)證方式下，STA以該模式與AP建立關(guān)聯(lián)之后，假如網(wǎng)絡(luò)中有Radius服務(wù)器作為認(rèn)證服務(wù)器，那么STA就使用802.1x方式進(jìn)行認(rèn)證；假如網(wǎng)絡(luò)中沒有Radius，STA與AP就會(huì)采用預(yù)共享密鑰（PSK，Pre-Shared Key）的方式。
　　無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖五）

無線網(wǎng)絡(luò)：802.11i無線技術(shù)點(diǎn)點(diǎn)通（圖五）

　　STA通過802.1x身份驗(yàn)證之后，AP就會(huì)得到一個(gè)與STA相同的session Key，AP與STA將該Session Key作為PMK（Pairwise Master Key，對(duì)于使用預(yù)共享密鑰的方式來說，PSK就是PMK）。隨后AP與STA通過EAPoL-KEY進(jìn)行WPA的四次握手（4-Way Handshake）過程，如圖4所示。在這個(gè)過程中，AP和STA均確認(rèn)了對(duì)方是否持有與自己一致的PMK，如不一致，四次握手過程就告失敗，連接也因此中斷，反之建立連接。

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