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探討基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)(WLAN)的安全漏動與防治對策
摘要：本文主要對基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)的安全漏動與防治對策進(jìn)行了論述，以供同仁參考。
關(guān)鍵詞：IEEE 802.11;無線局域網(wǎng);安全漏動;防治對策
中圖分類號：F764.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、前言
隨著無線局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展，其安全問題也日益受到人們的關(guān)注，由于數(shù)據(jù)無線傳輸，所以竊聽、身份信息篡改等攻擊對無線局域網(wǎng)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，該問題能否得到比較完善的解決，成為無線局域網(wǎng)獲得更大應(yīng)用及推廣的關(guān)鍵因素。本文主要對基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)的安全漏動與防治對策進(jìn)行了論述，以供同仁參考。
二、無線局域網(wǎng)(WLAN)的安全漏洞分析
IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種被稱為有線等效保密(WEP)的加密方案，其目標(biāo)是為WLAN提供與有線網(wǎng)絡(luò)相同級別的安全保護(hù)。
(1)WEP機(jī)制的安全漏洞。WEP雖然通過加密提供網(wǎng)絡(luò)的初步安全性，但其安全性較差，可以通過很多攻擊方法使其變得毫無意義。主要的攻擊方法有：
統(tǒng)計(jì)攻擊：在無線局域網(wǎng)傳輸?shù)膱?bào)文中，存在24比特的IV，在一個(gè)繁忙的無線局域網(wǎng)中，大概5個(gè)小時(shí)就可以用完所有的IV值(共有224=16,777,216個(gè)IV值)。由于IV在WEP幀中以明文形式傳輸，放置在802.11報(bào)頭中，因此很容易辨別出兩個(gè)不同的幀是否使用了相同的WEP密碼。攻擊者將相關(guān)的兩個(gè)密文進(jìn)行XOR運(yùn)算，就可以得到明文的異或和。在WLAN中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)中，包含了大量的冗余信息，可以用來消除明文信息中的多種可能性，進(jìn)而用統(tǒng)計(jì)方法恢復(fù)出傳送的明文。
完整性攻擊：WEP幀中的完整性校驗(yàn)碼是利用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)生成的一個(gè)32比特的CRC校驗(yàn)和，被用于檢測WEP幀中的數(shù)據(jù)是否在傳輸過程中被破壞。然而，CRC是線性的，這意味著更改WEP數(shù)據(jù)幀的一位可能導(dǎo)致CRC校驗(yàn)和在固定的幾位上與原有的CRC不同。雖然WEP幀中的CRC校驗(yàn)和也被密碼流加密，但是由于WEP中采用的加密方式是序列加密，是按比特進(jìn)行。因此，攻擊者可以修改WEP幀中的數(shù)據(jù)，并合適地修改完整性校驗(yàn)碼，偽裝的WEP幀就可以通過完整性檢測。
假冒無線站攻擊：在WEP的共享密鑰認(rèn)證過程中，無線站點(diǎn)(STA)發(fā)送認(rèn)證請求幀后，接入點(diǎn)AP會先向無線站點(diǎn)發(fā)送128字節(jié)的隨機(jī)數(shù)作為詢問文本，STA使用WEP加密后，將加密后的密文發(fā)送給AP。密文是通過將明文和密碼流進(jìn)行XOR操作產(chǎn)生的。攻擊者通過幀聽STA的認(rèn)證過程，并將密文和明文XOR之后即可得到密鑰流，利用該密鑰流，攻擊者就可以假冒該STA并通過AP的認(rèn)證。
虛假接入點(diǎn)：IEEE 802.11共享密鑰認(rèn)證使用單向的，非相互的身份認(rèn)證方法。接入點(diǎn)AP可以認(rèn)證用戶的身份，但用戶不能認(rèn)證AP的身份，如果一個(gè)虛假訪問點(diǎn)放置到WLAN中，則可以很容易竊取用戶數(shù)據(jù)。
WLAN接入點(diǎn)可以識別無線NIC卡的MAC地址，在使用這種無線功能之前，需要對NIC卡進(jìn)行登記，然后，接入點(diǎn)將按照用戶識別NIC卡，每個(gè)接入點(diǎn)都需要訪問這個(gè)表，但是如果黑客能夠使用假冒的MAC地址，就可以輕易地欺騙合法用戶侵入網(wǎng)絡(luò)。
為提供更高的安全性，IEEE 802.11i提出了有線等效保密的改進(jìn)方案(WEP2)，這種技術(shù)相比傳統(tǒng)的WEP算法，將WEP加密密鑰的長度由40位加長到104位，初始化向量IV的長度也由24位加長到128位，增加加密密鑰和IV的長度，能夠增加黑客侵入網(wǎng)絡(luò)的難度，但因?yàn)槭褂玫倪€是WEP的加密機(jī)制，仍不能從根本上提高WLAN的安全性。
三、WLAN認(rèn)證方案
(1)EAP/802.1X方案
思科、微軟等提出了使用802.1X和可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議(EAP)的端到端框架，提供集中認(rèn)證和動態(tài)密鑰分發(fā)功能。EAP/802.1X主要包括兩個(gè)主要組件：1)EAP，允許使用無線客戶機(jī)適配器，可以支持不同的認(rèn)證類型，因此能與不同的后端服務(wù)器如RADIUS通信。2)IEEE 802.1X，基于端口的網(wǎng)絡(luò)訪問控制的標(biāo)準(zhǔn)，它為接入控制搭建了一個(gè)框架，使得系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的認(rèn)證結(jié)果決定是否開放服務(wù)端口。
與802.11規(guī)定的WEP相比，EAP/802.1X具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是客戶機(jī)與接入點(diǎn)的相互認(rèn)證方案，能有效地消除假冒接入點(diǎn)和RADIUS服務(wù)器發(fā)起的“中間人攻擊”;二是集中管理和分發(fā)WEP使用的密鑰。
在采用802.1X的WLAN中，無線用戶端安裝802.1X客戶端軟件，無線訪問點(diǎn)AP內(nèi)嵌802.1X認(rèn)證代理，同時(shí)它還作為RADIUS服務(wù)器的客戶端，負(fù)責(zé)用戶與RADIUS服務(wù)器之間認(rèn)證信息的轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)無線客戶端登陸到AP后，將根據(jù)802.1X的認(rèn)證結(jié)果決定是否允許客戶端使用AP的服務(wù)。802.1X除提供端口訪問控制能力之外，還提供基于用戶的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)(3A服務(wù))，這在一定程度上順應(yīng)了互通的發(fā)展潮流。802.1X采取了動態(tài)的、每個(gè)用戶每次通信只用一次的WEP密碼(OTP)，提高了數(shù)據(jù)的保密程度。但因?yàn)?02.1X不是專為WLAN而設(shè)計(jì)的，它沒有充分考慮到無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，只提供了單向認(rèn)證的方法，即只有無線接入點(diǎn)對客戶端的認(rèn)證，沒有客戶端對無線接入點(diǎn)的認(rèn)證。單項(xiàng)認(rèn)證的機(jī)制在WLAN中可能會遭到中間人(MITM)攻擊，這已經(jīng)被美國馬里蘭大學(xué)的研究人員證實(shí)。
(2)四次握手協(xié)議
針對802.1X協(xié)議中用戶不能識別直接的認(rèn)證方(接入點(diǎn)AP)的合法性，引入了四次握手協(xié)議來解決這一問題。四次握手協(xié)議的目的在于繼用戶和后臺RADIUS服務(wù)器建立信任關(guān)系后，在用戶和接入點(diǎn)之間建立信任關(guān)系，保證用戶和接入點(diǎn)確實(shí)擁有相同的新密鑰，并完成密鑰的同步安裝。
EAP認(rèn)證過程：
無線客戶機(jī)與接入點(diǎn)聯(lián)系;
接入點(diǎn)禁止客戶機(jī)以任何方式訪問網(wǎng)絡(luò)資源，除非客戶機(jī)登陸到網(wǎng)絡(luò)上;
客戶機(jī)的用戶安裝系統(tǒng)提示輸入用戶名和密碼;
借助802.1X和EAP，無線客戶機(jī)和有線LAN上的RADIUS服務(wù)器通過接入點(diǎn)相互認(rèn)證。RADIUS服務(wù)器向客戶機(jī)發(fā)送認(rèn)證問題，客戶機(jī)利用用戶提供的密碼的單向散列形成問題的答案，并將答案發(fā)送到RADIUS服務(wù)器;借助用戶數(shù)據(jù)庫中的信息，RADIUS服務(wù)器將形成自己的答案，并與客戶機(jī)提供的答案相比較。如果RADIUS服務(wù)器對客戶機(jī)表示認(rèn)可，將執(zhí)行反向過程，即讓客戶機(jī)對RADIUS服務(wù)器進(jìn)行認(rèn)證。
當(dāng)相互間的認(rèn)證都成功完成以后，RADIUS服務(wù)器和客戶機(jī)將為客戶機(jī)提供唯一的WEP密鑰?？蛻魴C(jī)將保留這些密鑰，并在登陸操作中使用;
RADIUS服務(wù)器通過有線LAN將WEP密鑰(操作密鑰)發(fā)送到接入點(diǎn);
接入點(diǎn)用操作密鑰對其廣播密鑰進(jìn)行加密，然后將密鑰發(fā)送給客戶機(jī)，讓客戶機(jī)使用操作密鑰進(jìn)行加密;
客戶機(jī)和接入點(diǎn)激活WEP，在以后的通信中使用操作密鑰和廣播WEP密鑰進(jìn)行通信。
四、基于IPSec的安全方案
IPSec是一種開放標(biāo)準(zhǔn)框架，可以保證通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)安全通信。IPSec 使用IPSec內(nèi)定義的服務(wù)，以保證互聯(lián)網(wǎng)等公共網(wǎng)上數(shù)據(jù)通信的保密性、完整性和認(rèn)證。IPSec擁有實(shí)際應(yīng)用，將IPSec放置在純文本802.11無線流量的上面，以便保護(hù)WLAN。
在WLAN環(huán)境中部署IPSec時(shí)，IPSec放置在與無線網(wǎng)絡(luò)連接的每臺PC上，用戶則需要建立IPSec通道，以便將流量傳送到有線網(wǎng)。過濾器用于防止無線流量到達(dá)網(wǎng)關(guān)和DHCP/DNS服務(wù)器以外的目的地。IPSec用于實(shí)現(xiàn)IP流量的保密性、認(rèn)證和防重播功能。
五、WLAN安全策略
在WLAN部署時(shí)，盡量避免在沒有實(shí)施安全政策的情況下部署WLAN，根據(jù)所需要的網(wǎng)絡(luò)功能的不同，可以采用不同的實(shí)施方案，在實(shí)施安全政策時(shí)，應(yīng)該考慮如下設(shè)計(jì)目標(biāo)：
按照政策提高安全性和防止攻擊
無線網(wǎng)絡(luò)接入有線資源時(shí)認(rèn)證和授權(quán)
無線數(shù)據(jù)保密性
接入點(diǎn)(Access Point)管理
用戶訪問網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)的認(rèn)證
高可用性(HA)
WLAN設(shè)備至少要遵守以下規(guī)定：
接入點(diǎn)安全建議
為管理接口提供用戶認(rèn)證
為SNMP選擇特殊的公共字串，并經(jīng)常修改
如果管理基礎(chǔ)設(shè)施允許，應(yīng)配置為SNMP Read Only
關(guān)閉制造商提供的所有不安全、不必要的管理協(xié)議
只對專用有線子網(wǎng)提供管理流量
如果可能，對所有管理流量加密
如果可能，實(shí)施無線幀加密
客戶機(jī)安全建議
關(guān)閉特殊模式
六、結(jié)論
無線局域網(wǎng)因其現(xiàn)有的安全機(jī)制WEP協(xié)議在設(shè)計(jì)上存在的安全缺陷，限制了無線局域網(wǎng)的廣泛使用。在現(xiàn)今主流的WLAN加密解決方案中，提出并應(yīng)用了WEP改進(jìn)方案(WEP2)，WEP密鑰散列，消息完整性檢查MIC等相應(yīng)的解決方法。同時(shí)，新的認(rèn)證協(xié)議框架EAP/802.1X，以及四次握手協(xié)議的應(yīng)用，基于IPSec安全方案的實(shí)施，使得無線局域網(wǎng)可以和現(xiàn)存的各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通，利用成熟的認(rèn)證、漫游、計(jì)費(fèi)、授權(quán)、高可用性等技術(shù)，可以更好地為用戶提供服務(wù)，更好地滿足用戶和電信運(yùn)營商的需求。
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