計(jì)算機(jī)教材資料網(wǎng)絡(luò)安全課件(沈鑫剡)第5章節(jié)

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2006工程兵工程學(xué)院計(jì)算機(jī)教研室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全第五章無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全第五章

無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)無(wú)線局域網(wǎng)的開(kāi)放性；WEP加密認(rèn)證機(jī)制；WEP的安全缺陷；802.11i。無(wú)線局域網(wǎng)的開(kāi)放性對(duì)移動(dòng)通信帶來(lái)了便利，但也產(chǎn)生了嚴(yán)重的安全問(wèn)題，WEP加密和認(rèn)證機(jī)制就用于解決因?yàn)殚_(kāi)放性帶來(lái)的安全問(wèn)題，但WEP技術(shù)本身存在嚴(yán)重的安全缺陷，802.11i是目前解決無(wú)線局域網(wǎng)安全問(wèn)題的理想技術(shù)。無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)5.1無(wú)線局域網(wǎng)的開(kāi)放性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全頻段的開(kāi)放性；空間的開(kāi)放性；開(kāi)放帶來(lái)的安全問(wèn)題。允許自由使用開(kāi)放頻段為無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品提供了頻段保證；空間的開(kāi)放性一是免除了線纜鋪設(shè)，二是方便了移動(dòng)通信；但這兩個(gè)開(kāi)放性造成的后果是通信的不安全。無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)頻段的開(kāi)放性開(kāi)放頻段開(kāi)放頻段是無(wú)需國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)批準(zhǔn)就可使用的頻段，無(wú)線電頻段是重要的國(guó)家資源，審批過(guò)程非常復(fù)雜，開(kāi)放頻段為無(wú)線電產(chǎn)品生產(chǎn)廠家免除了頻段審批的麻煩；開(kāi)放頻段的信號(hào)能量必須受到限制，否則，可能相互影響。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)空間的開(kāi)放性空間開(kāi)放性使得終端不需要通過(guò)線纜連接網(wǎng)絡(luò)，但信號(hào)傳播范圍內(nèi)的任何終端都能接收其他終端之間的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，也能向其他終端發(fā)送數(shù)據(jù)；如果沒(méi)有采取措施，通信的安全性無(wú)法保障。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)開(kāi)放帶來(lái)的安全問(wèn)題由于開(kāi)放頻段是公共頻段，允許自由使用，很容易發(fā)生信號(hào)干擾問(wèn)題；信號(hào)傳播范圍內(nèi)的終端都能接收其他終端之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，也能向其他終端發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，必須驗(yàn)證發(fā)送者身份，同時(shí)，需要加密經(jīng)過(guò)自由空間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；AP作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線局域網(wǎng)的連接點(diǎn)，需要對(duì)終端實(shí)施接入控制。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)5.2

WEP加密和認(rèn)證機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全WEP加密機(jī)制；WEP幀結(jié)構(gòu)；WEP認(rèn)證機(jī)制；基于MAC地址認(rèn)證機(jī)制；關(guān)聯(lián)的接入控制功能。WEP主要提供加密和認(rèn)證機(jī)制，可以加密終端間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，允許終端和AP交換數(shù)據(jù)前，由

AP完成對(duì)終端的身份認(rèn)證，通過(guò)認(rèn)證的終端的

MAC地址記錄在關(guān)聯(lián)表中，以后的數(shù)據(jù)交換過(guò)程中，MAC地址作為發(fā)送端的標(biāo)識(shí)符。無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)WEP加密機(jī)制24位初始向量（IV）和40位（或104位）密鑰構(gòu)成64位偽隨機(jī)數(shù)種子，產(chǎn)生數(shù)據(jù)長(zhǎng)度＋4（單位字節(jié)）的一次性密鑰；數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（4個(gè)字節(jié)）作為數(shù)據(jù)的完整性檢驗(yàn)值（ICV）用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性；一次性密鑰和數(shù)據(jù)及ICV進(jìn)行異或運(yùn)算，其結(jié)果作為密文；為了在發(fā)送端和接收端同步偽隨機(jī)數(shù)種子，以明文方式傳輸IV，由于偽隨機(jī)數(shù)種子由密鑰和IV組成，截獲IV并不能獲得偽隨機(jī)數(shù)種子。WEP加密過(guò)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)WEP加密機(jī)制WEP解密過(guò)程用發(fā)送端以明文傳輸?shù)腎V和接收端保留的密鑰構(gòu)成偽隨機(jī)數(shù)種子，產(chǎn)生一次性密鑰，如果接收端保留的密鑰和發(fā)送端相同，則接收端產(chǎn)生和發(fā)送端相同的一次性密鑰；用和密文相同長(zhǎng)度的一次性密鑰異或密文，得到數(shù)據(jù)和4字節(jié)的ICV；根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼，并與ICV比較，如果相同，表明數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程未被篡改。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)WEP幀結(jié)構(gòu)控制字段中的WEP標(biāo)志位置1；凈荷字段中包含密文（數(shù)據(jù)和ICV與一次性密鑰異或運(yùn)算后的結(jié)果）、IV、密鑰標(biāo)識(shí)符，2位密鑰標(biāo)識(shí)符允許發(fā)送端和接收端在4個(gè)密鑰中選擇一個(gè)密鑰作為偽隨機(jī)數(shù)種子的組成部分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)WEP認(rèn)證機(jī)制確定終端是否是授權(quán)終端的唯一依據(jù)就是終端是否擁有和AP的密鑰；終端一旦通過(guò)認(rèn)證，AP記錄下終端的MAC地址，以后，終端MAC地址就是授權(quán)終端發(fā)送的MAC幀的標(biāo)識(shí)符。challenge是128字節(jié)長(zhǎng)度的隨機(jī)數(shù)。密文＝（challenge

ICV）⊕K；K是一次性密鑰，以IV和密鑰為偽隨機(jī)數(shù)種子生成的偽隨機(jī)數(shù)，其長(zhǎng)度＝128＋4（單位字節(jié)）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)基于MAC地址認(rèn)證機(jī)制AP首先建立授權(quán)終端MAC地址列表；終端是否是授權(quán)終端的依據(jù)是該終端的MAC地址是否包含在AP的MAC地址列表中。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)關(guān)聯(lián)的接入控制功能建立關(guān)聯(lián)過(guò)程建立關(guān)聯(lián)過(guò)程中，終端和AP完成物理層協(xié)議、信道、傳輸速率的同步過(guò)程；建立關(guān)聯(lián)過(guò)程中，AP完成對(duì)終端的認(rèn)證；建立關(guān)聯(lián)后，終端的MAC地址將記錄在關(guān)聯(lián)表中，AP只接收、發(fā)送源或目的MAC地址在關(guān)聯(lián)表中的MAC幀。這些意味著一旦終端和AP建立關(guān)聯(lián)，AP已經(jīng)完成對(duì)終端的接入控制過(guò)程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)5.3

WEP的安全缺陷計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全共享密鑰認(rèn)證機(jī)制的安全缺陷；一次性密鑰字典；完整性檢測(cè)缺陷。WEP安全缺陷起因于以下幾點(diǎn)：一是一次性密

鑰和初始向量一一對(duì)應(yīng)，發(fā)送端通過(guò)明文傳輸初始向量，且密文和明文的異或操作結(jié)果即是一次性密鑰；二是一次性密鑰的空間只有224，且偽隨機(jī)數(shù)生成器根據(jù)偽隨機(jī)數(shù)種子生成一次性密鑰機(jī)制使得各個(gè)一次性密鑰之間存在相關(guān)性；三是用循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼作為完整性檢測(cè)碼，容易實(shí)現(xiàn)同時(shí)篡改密文和加密后的ICV。無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)共享密鑰認(rèn)證機(jī)制的安全缺陷認(rèn)證響應(yīng)（P）

認(rèn)證請(qǐng)求（Y,IV）認(rèn)證請(qǐng)求認(rèn)證響應(yīng)（P′）認(rèn)證響應(yīng)（Y′,IV）認(rèn)證響應(yīng)（成功）兩端一次性密鑰K取決于明文IV。Y=P⊕K，很容易根據(jù)Y和P推出K=

P⊕Y=

P

⊕

P⊕K=K。IV不變，AP根據(jù)IV推出的一次性密鑰K不變，如果Y′=P′

⊕K，AP認(rèn)定黑客終端擁有共享密鑰。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)一次性密鑰字典黑客建立固定長(zhǎng)度的一次性密鑰字典的過(guò)程一次性密鑰和初始向量一一對(duì)應(yīng)，初始向量又以明文方式出現(xiàn)在WEP幀中，在知道明文P和密文Y的情況下，又很容易得出一次性密鑰K=P⊕Y；圖中入侵者同伴持續(xù)向無(wú)線局域網(wǎng)中某個(gè)授權(quán)終端發(fā)送固定長(zhǎng)度、固定內(nèi)容的數(shù)據(jù)，入侵終端通過(guò)接收發(fā)送給授權(quán)終端的密文和對(duì)應(yīng)的IV，及已知的數(shù)據(jù)明文得出不同IV和一次性密鑰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就是固定長(zhǎng)度的一次性密鑰字典。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)一次性密鑰字典入侵終端發(fā)送正確加密的ICMP

ECHO請(qǐng)求報(bào)文給AP，AP將回送ICMP

ECHO響應(yīng)報(bào)文；根據(jù)固定長(zhǎng)度L的一次性密鑰字典，試探性得出L+8長(zhǎng)度的一次性密鑰；試探過(guò)程采用窮舉法，一次性密鑰的高L位保持不變，底8位從0開(kāi)始，每次增1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.11i加密機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全802.11i加密機(jī)制主要有：臨時(shí)密鑰完整性協(xié)議（TKIP）；CCMP。TKIP是盡量和WEP兼容，但又比WEP有著更安全的加密和完整性檢測(cè)機(jī)制的一種加密認(rèn)證機(jī)制。CCMP和WEP沒(méi)有相關(guān)性，采用較復(fù)雜的加密和完整性檢測(cè)算法。無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.11i加密機(jī)制48位TSC、終端MAC地址、和TK一起作為偽隨機(jī)數(shù)種子，在TSC高32位不變的情況下，TTAK維持不變；第2級(jí)密鑰混合函數(shù)輸出的128位偽隨機(jī)數(shù)，作為WEP加密機(jī)制的偽隨機(jī)數(shù)種子，用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+4的一次性密鑰；完整性檢測(cè)含源和目的MAC地址。密鑰混合函數(shù)是偽隨機(jī)數(shù)生成器，Michael是簡(jiǎn)化的報(bào)文摘要算法，但完整性檢測(cè)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼；TK是臨時(shí)密鑰，只在安全關(guān)聯(lián)存在期間有效；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)MAC幀格式和TKIP

MPDU封裝過(guò)程源和目的MAC地址‖優(yōu)先級(jí)‖凈荷‖MIC構(gòu)成用于加密的數(shù)據(jù)；為了和接收端同步，TKIPMPDU必須攜帶48位的TSC，因此，TKIP增加了4字節(jié)的擴(kuò)展IV，1字節(jié)WEP種子用于檢測(cè)TSC；密鑰標(biāo)識(shí)符允許發(fā)送端和接收端在4個(gè)臨時(shí)密鑰中選擇；WEP幀和TKIP

MPDU的區(qū)別是IV中的擴(kuò)展IV位。802.11i加密機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.11i加密機(jī)制TKIP解密過(guò)程從MAC幀中取出以明文傳輸?shù)腡SC和發(fā)送端地址TA，根據(jù)TA確定臨時(shí)密鑰TK，以此生成128位偽隨機(jī)數(shù)種子，根據(jù)128位偽隨機(jī)數(shù)種子，生成一次性密鑰，一次性密鑰和密文異或操作，還原出明文；明文由源和目的MAC地址、優(yōu)先級(jí)、凈荷和MIC組成（如果明文是這些內(nèi)容分段后的某個(gè)段，需要將所有段重新拼裝成原始格式），然后根據(jù)源和目的MAC地址、優(yōu)先級(jí)、凈荷與MIC密鑰計(jì)算MIC，將計(jì)算結(jié)果和MAC幀攜帶的MIC比較，如果相

同，表示源和目的MAC地址、優(yōu)先級(jí)、凈荷在傳輸過(guò)程中未被篡改；由于每一段數(shù)據(jù)封裝成TKIP幀格式時(shí)，WEP加密機(jī)制用循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼作為ICV，用于檢測(cè)密文傳輸過(guò)程中是否被篡改，因此，每一段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的TKIP幀需用ICV檢測(cè)傳輸過(guò)程中是否被篡改。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.11i加密機(jī)制CCMP加密數(shù)據(jù)過(guò)程一次性密鑰產(chǎn)生過(guò)程是由多段標(biāo)志字節(jié)、隨機(jī)數(shù)和計(jì)數(shù)器構(gòu)成的16B數(shù)據(jù)經(jīng)AES加密運(yùn)算后生成多段16B密文，這些密文串接在一起，構(gòu)成和數(shù)據(jù)同樣長(zhǎng)度的一次性密鑰，不同的計(jì)數(shù)器值保證每一段密文是不同的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)附加認(rèn)證數(shù)據(jù)由MAC首部中傳輸過(guò)程中不變的字段組成，需要對(duì)這些字段的完整性進(jìn)行檢測(cè)；隨機(jī)數(shù)由報(bào)文序號(hào)、發(fā)送端地址和優(yōu)先級(jí)組成，使得不同發(fā)送端、不同MAC幀的隨機(jī)數(shù)均不相同；CCMP根據(jù)隨機(jī)數(shù)和附加認(rèn)證數(shù)據(jù)計(jì)算MIC和數(shù)據(jù)相同長(zhǎng)度的一次性密鑰，用一次性密鑰和數(shù)據(jù)的異或操作產(chǎn)生密文。802.11i加密機(jī)制CCMP加密MAC幀的過(guò)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.11i加密機(jī)制CCMP幀格式CCMP首部中以明文方式傳輸了報(bào)文編號(hào)，報(bào)文編號(hào)的作用一是防止重放攻擊（也稱中繼攻擊），二是同步隨機(jī)數(shù)，隨機(jī)數(shù)是計(jì)算

MIC和一次性密鑰的參數(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.11i加密機(jī)制解密和完整性檢測(cè)的關(guān)鍵是重新計(jì)算一次性密鑰和MIC，計(jì)算一次性密鑰所需要的參數(shù)主要有臨時(shí)密鑰TK、報(bào)文編號(hào)和發(fā)送端地址及全0的優(yōu)先級(jí)字段，因此，產(chǎn)生相同的一次性密鑰的前提是同步計(jì)算一次性密鑰所需要的參數(shù)；同樣，重新計(jì)算MIC，需要同步附加認(rèn)證數(shù)據(jù)、隨機(jī)數(shù)和臨時(shí)密鑰TK。CCMP解密和完整性檢測(cè)過(guò)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.1X認(rèn)證機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全802.11i的安全性基于以下特點(diǎn)：基于用戶身份認(rèn)證，不是基于終端，因此，同一用戶可在不同的BSS和AP建立安全關(guān)聯(lián)；和AP建立安全關(guān)聯(lián)，并在建立安全關(guān)聯(lián)時(shí)分配臨時(shí)密鑰TK，TK只在安全關(guān)聯(lián)存在期間有效；802.11X完成雙向的、基于用戶的身份認(rèn)證，并分配臨時(shí)密鑰TK；安全關(guān)聯(lián)指在正常建立的關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上由802.11X完成雙向的、基于用戶的身份認(rèn)證，并分配臨時(shí)密鑰TK的關(guān)聯(lián)。無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)建立安全關(guān)聯(lián)的第一步是建立正常關(guān)聯(lián)，建立正常關(guān)聯(lián)需要終端和AP之間完成信道、物理層協(xié)議及傳輸速率同步、終端認(rèn)證和關(guān)聯(lián)建立過(guò)程，由于需要用802.1X進(jìn)行雙向身份認(rèn)證，因此，關(guān)聯(lián)建立過(guò)程常使用開(kāi)放系統(tǒng)認(rèn)證方式；如果安全機(jī)制采用802.11i，在沒(méi)有用802.1X完成雙向身份認(rèn)證和臨時(shí)密鑰分配前，關(guān)聯(lián)是非授權(quán)關(guān)聯(lián)，終端不能通過(guò)該關(guān)聯(lián)向AP發(fā)送數(shù)據(jù)。802.1X認(rèn)證機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)雙向CHAP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以使用戶接入相同SSID的不同無(wú)線局域網(wǎng)，而且通過(guò)用戶名和口令對(duì)每一個(gè)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，不同用戶和AP分配不同的臨時(shí)密鑰TK，因此，TK只是安全關(guān)聯(lián)存在期間，特定終端和AP的共享密鑰。802.1X認(rèn)證機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)challenge1MD5(標(biāo)識(shí)符challenge1

PASSA）challenge2MD5(標(biāo)識(shí)符challenge2

PASSA）一旦注冊(cè)，認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)中有用戶名和口令，同時(shí)，注冊(cè)用戶也被告知用戶名和口令，因此，用戶名和口令只有認(rèn)證服務(wù)器和用戶知道；AP和認(rèn)證服務(wù)器之間通信需要通過(guò)共享密鑰K認(rèn)證發(fā)送端身份，因此，只有擁有和認(rèn)證服務(wù)器之間共享密鑰的AP才是授權(quán)AP；一旦證明某個(gè)用戶擁有注冊(cè)用戶名和口令，該用戶就是注冊(cè)用戶，同樣，用戶一旦通過(guò)AP證明認(rèn)證服務(wù)器知道用戶名和口令，也證明AP是授權(quán)AP。802.1X認(rèn)證機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)802.1X認(rèn)證機(jī)制TLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)TLS的功能一是約定安全參數(shù)，如加密算法、報(bào)文摘要算法、壓縮算法及主密鑰等，二是認(rèn)證雙方身份；認(rèn)證雙方身份的過(guò)程是首先用證書(shū)證明用戶名和SSID與公鑰的綁定，然后證明自己擁有公鑰對(duì)應(yīng)的私鑰；由于A