無線網絡：802.11i無線技術點點通

2019-11-05 02:34:28

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供稿：網友

　　新一代安全標準IEEE 802.11i定義了RSN（Robust Security Network）的概念，增強了WLAN中的數據加密和認證性能，并且針對WEP加密機制的各種缺陷做了多方面的改進。
　　
　　IEEE 802.11i規定使用802.1x認證和密鑰治理方式，在數據加密方面，定義了TKip（Temporal Key Integrity PRotocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三種加密機制。其中TKIP采用WEP機制里的RC4作為核心加密算法，可以通過在現有的設備上升級固件和驅動程序的方法達到提高WLAN安全的目的。CCMP機制基于AES（Advanced Encryption Standard）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）認證方式，使得WLAN的安全程度大大提高，是實現RSN的強制性要求。由于AES對硬件要求比較高，因此CCMP無法通過在現有設備的基礎上進行升級實現。802.11i協議結構如圖1所示。
　　　無線網絡：802.11i無線技術點點通（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個新算法：
　　
　　● 擴展的48位初始化向量（IV）和IV順序規則（IV Sequencing Rules）；
　　
　　● 每包密鑰構建機制（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機制。
　　
　　TKIP并不直接使用由PTK/GTK分解出來的密鑰作為加密報文的密鑰，而是將該密鑰作為基礎密鑰（Base Key），經過兩個階段的密鑰混合過程，從而生成一個新的、每一次報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一步增強WLAN的安全性。密鑰的生成方式如圖2所示。
　　　無線網絡：802.11i無線技術點點通（圖二）

　　CCMP
　　除了TKIP算法以外，802.11i還規定了一個基于AES（高級加密標準）加密算法的CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）數據加密模式。與TKIP相同，CCMP也采用48位初始化向量（IV）和IV順序規則，其消息完整檢測算法采用CCM算法。
　　
　　AES是一種對稱的塊加密技術，提供比WEP/TKIP中RC4算法更高的加密性能。對稱密碼系統要求收發雙方都知道密鑰，而這種系統的最大困難在于如何安全地將密鑰分配給收發的雙方，非凡是在網絡環境中。AES加密算法使用128bit分組加密數據，它將在802.11i最終確認后，成為取代WEP的新一代的加密技術。
　　
　　IEEE 802.1x和EAP
　　IEEE 802.1x是一種基于端口的網絡接入控制技術，該技術提供一個可靠的用戶認證和密鑰分發的框架，可以控制用戶只有在認證通過以后才能連接網絡。IEEE 802.1x本身并不提供實際的認證機制，需要和上層認證協議（EAP）配合來實現用戶認證和密鑰分發。EAP答應無線終端支持不同的認證類型，能與后臺不同的認證服務器進行通信，如遠程接入用戶服務（Radius）。
　　　無線網絡：802.11i無線技術點點通（圖三）

　　802.lx要求三個實體：申請者、認證者、認證服務器。這些實體都是網絡設備的邏輯實體，認證者一般為AP。它有兩個邏輯端口：受控端口和非受控端口。非受控端口過濾所有的網絡數據流只答應EAP幀通過。在認證時，用戶通過非受控端口和AP交換數據，若用戶通過認證則AP為用戶打開一個受控端口，用戶可通過受控端口傳輸各種類型的數據幀（如HTTP和POP3）。
　　
　　IEEE 802.1x認證過程如下： 1）無線終端向AP發出請求，試圖與AP進行通信； 2） AP將加密的數據發送給驗證服務器進行用戶身份認證； 3）驗證服務器確認用戶身份后，AP答應該用戶接入； 4）建立網絡連接后授權用戶通過AP訪問網絡資源。
　　
　　接入點通過不受控端口與WLAN用戶進行通信，二者之間運行EAPoL（EAP over LAN）協議，而接入點與認證服務器之間運行EAP協議。EAP協議并不是認證系統和認證服務器通信的惟一方式，其他的通信通道也可以使用。例如，假如認證系統和認證服務器集成在一起，兩個實體之間的通信就可以不采用EAP協議。
　　　無線網絡：802.11i無線技術點點通（圖四）

　　EAP（可擴展認證協議）認證對IEEE 802.11原有標準進行了3點改進：一是雙向認證機制，這一機制有效地消除了中間人攻擊（MITM），如假冒的AP和遠端認證服務器; 二是集中化認證治理和動態分配加密密鑰機制，這一機制解決了治理上的難度; 三是定義了集中策略控制，當會話超時時，將觸發重新認證和生成新的密鑰。
　　
　　安全是這樣煉成的
　　802.11i草案標準中建議的認證方案是基于802.1x和擴展認證協議（EAP）的，加密算法為高級加密標準（AES）。動態協商認證和加密算法使RSN可以不斷演進，與最新的安全水平保持同步，添加算法應付新的威脅，并不斷提供保護無線局域網傳送的信息所需要的安全性。
　　
　　由于采用動態協商、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備上運行，只有最新的設備才擁有實現加密算法所需的計算速度和性能。
　　
　　IEEE 802.11i系統在工作的時候，先由AP向外公布自身對系統的支持，在Beacons、Probe Response等報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）根據收到的信息選擇相應的安全配置，并將所選擇的安全配置表示在其發出的Association Request和Re-Association Request報文中。
　　
　　802.11i協議通過上述方式來實現STA與AP之間的加密算法以及密鑰治理方式的協商。另外，AP需要工作在開放系統認證方式下，STA以該模式與AP建立關聯之后，假如網絡中有Radius服務器作為認證服務器，那么STA就使用802.1x方式進行認證；假如網絡中沒有Radius，STA與AP就會采用預共享密鑰（PSK，Pre-Shared Key）的方式。
　　無線網絡：802.11i無線技術點點通（圖五）

　　STA通過802.1x身份驗證之后，AP就會得到一個與STA相同的session Key，AP與STA將該Session Key作為PMK（Pairwise Master Key，對于使用預共享密鑰的方式來說，PSK就是PMK）。隨后AP與STA通過EAPoL-KEY進行WPA的四次握手（4-Way Handshake）過程，如圖4所示。在這個過程中，AP和STA均確認了對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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