WEP协议的安全性及在局域网中的应用 |
| 2012-08-20 10:24 作者：陈 慜 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月20日消息 《硅谷》杂志2012年第13期刊文称，基于无线局域网IEEE820.11，对WEP协议的安全性机制进行分析，对其协议的解密、加密以及身份验证进行描述。在这一描述的基础上，又从IV的重复使用、IP重定向攻击等方面对WEP协议的漏洞进行分析，从而针对WPE协议的安全性，进行安全机制及局域网应用的分析。
无线局域网是在有限网的基础上发展而来的，其具有很强的移动特性，能够更加方便的对网络信道的连接进行处理。但局域网在进行用户的服务时，也会出现一些安全的缺陷问题。为此，对局域网的安全性问题进行分析，对可能存在的一些问题进行查找，并提出相应的改进措施，以实现WLAN技术的有效使用，对其技术的应用有着很好的影响。
1WEP协议的原理
1.1WEP数据帧
WEP的数据帧结构的分析是讨论WEP工作原理的基础，而32bit的ICV数据项和IV数据项以及传输数据项是WEP数据帧的三个数据项。通过明文对IV进行传送，且对ICV以及传输数据进行了加密。此外，InitVector、KeyID（2bits）、填充数据（6bits）为IV数据域的主数据项。
1.2WEP的数据加解密
基于RC4的序列密码，WEP对加密算法进行了应用。一般密钥的使用为64位，Ⅳ与共享密钥直接连结可构成密钥。
1）数据加密密钥
对于WEP而言，DefaultKey是用于信息加解密的密钥，且是缺省的加密密钥。DefaultKey一共有四个，利用KeyId对其进行标志，为0、1、2、3。
2）数据的加密
下图是WEP的数据加密过程，数据加密、生成的密钥流序列以及数据帧扩展是加密过程的主要步骤。在数据的加密中，生成明文异或与密钥流，实现了Ⅳ与密文对加密数据帧的生成。
3）解密数据
生成密钥流、身份信息认证、解密数据是WEP的数据解密过程的三个主要部分。即生成密钥流；进行数据的解密，异或密文和密钥流，实现明文的生成；进行信息的认证和校验码的检查，如果这一项内容的检查结果正确，就对解密后的数据帧进行接收，反之对错误的数据帧就不能得到使用。
1.3身份认证
WEP依据自身共享密钥的认证机制，能够验证用户身份的合法性。对于共享密钥而言，它是这一认证机制的核心内容，也就是接入点、工作站点的共享密钥，而这些都对其它用户有所保密。通过IEEE802.H的安全信息通道，所需的认证共享密钥会传输给工作站点。其身份认证的具体过程如下：
1）对用户站点的接入点进行查找；2）对认证的数据帧进行有效的申请，并通过用户站将其发送至接入点；3）在WEP产生器的作用下，接入点对ChallengeText进行生成，之后在管理数据帧中实现对其的加载，再针对用户站点，进行该数据帧的发送；4）ChallengeText加载到管理数据帧，是通过用户站点实现的，利用IV向量和共享密钥，对该数据帧进行加密，在针对接入点，传送加密后的数据帧；5）信息通过用户站点，传送给接入点时，要得到接入点的有效检验，检查CRC的正确性，其内容也包括该用户站点的合法性。如果检验为合法用户，身份认证则成功。
2WEP协议的安全性及应用
2.1访问机制的问题
如果使用密钥时，能够对其进行良好的的保护，针对共享密钥，其安全机制就是非常完善的。然而，在管理消息中，包含了SSID或网络名称，且用户以及无线接入点在网络中对这些消息进行了广播，没有受到任何的阻碍。接入点的开发商是包含SSID消息的确定者，但网络名称很容易就被攻击者所发现，且获得了共享密钥，与“受保护”的网络进行连接，使WEP得到激活，成为了安全机制的一个重要缺陷。
1）SSID的安全性
服务集标识SSID可以对接入点进行配置。与接入点相关的网卡要对SSID有所熟知，才能在网络中实现有效地数据接收和发送。对接入点AP的SSID，实现对存取的控制，可以成为一个较好的安全机制，其能够强制工作站与AP同时具有相同的SSID值。不过，在无线网卡上，依据“ANY”对SSID进行设定，便可实现讯号范围AP的自动搜寻，并进行关联的建立。即使SSID有安全性的可能，其安全也是非常脆弱的。这是因为接入点与网卡都熟知SSID，通过明文，SSID实现自身的传输。无论何种情况，整个系统都不会有加密措施的有效提供，从而无法抵挡他人的攻击。
2）MAC地址访问控制表
如果身份表达式非常的强健，访问控制表的安全等级就会非常的良好。但MAC地址访问控制表很难对这一控制进行实现。其一是攻击者很容易知道MAC地址，即使WEP得到有效的激活，MAC地址也会有所暴露；其二是用软件可以改变无线网卡的MAC地址，MAC地址就可被攻击者窃听，之后则会进行相关的编程，在网卡中进行有效地址的写入，达到一个有效地址的伪装，从而越过访问控制，与“受保护”的网络进行连接。
2.2WEP协议的缺陷
1）初始化矢量IV的重复使用
对于WEP协议而言，其对分组的使用采用的初始向量是不同的，这样一来，密钥序列的重复现象就会得到防止。但不管是多长的密钥，IV均为24bits，对于CCK而言，其调制速率为11Mbps时，重复的IV就可能会在1小时后不断出现。相同的IV也影响了明文相异或的密钥序列，这样一来，就出现了两次密钥。由于基本密钥在基本服务集所有成员中得到了WEP的共享，为了密钥序列不会重复使用，WEP要对初始向量IV进行随机的选择，这就形成了生日悖论。如果IV为24bits时，4823帧后会发生碰撞，其概率为50％，12430帧后的碰撞概率则为99％，如下表所示。
表1IV碰撞概率统计
碰撞概率% 0.0001% 0.001% 0.01% 0.1% 1% 10% 50% 99%
帧数 11 19 59 184 582 1881 4823 12430
从上述内容可知，密钥序列重复使用的机会因802.11标准中初始向量空间大小的影响而逐步的增加，对于WLAN而言，是灾难性的结果。
2）攻击WEP
通常情况下，访问点AP会成为局域网中的代理服务器，也可充当局域网中的网关，在局域网中，Station是装有无线网卡的，它可通过AP对因特网进行访问。WEP协议对加密方式的规定为：将密钥流RC4与明文P相异或来到密文C，C=（P，ICV）○+RC4（IV，key）。对于RC4中使用的原始密钥而言，其共享是在AP和station之间实现的。即使不知道原始密钥，但通过AP，可将其进行解密截获密文的替代。当局域网和因特网在接入的过程中，可冒充局域网的合法用户与网络进行连接，截获密文并将其发送给AP，数据帧中的目的IP地址则为一台主机且这一台主机已经得到了控制。数据包被AP收到以后，先进行与RC4的异或，并得到明文P，AP和目的相比，其IP地址是不同的，解密过的数据包会由AP转发到指定的主机中。在攻击时，重点是对TCP协议的良好应用，篡改目的地址的数据包，并通过TCP协议的帧校验。可以说，WEP与TCP相比，它们的帧校验是不同的，但接收方收到非法帧以后，会进行拒绝帧的发出，这就好比对有用信息的提供。我们可依据逐比特校验字段的值，得知AP不会在进行拒绝信号的发送，我们就可以更改TCP帧校验字段了。
3结束语
由于无线局域网具有一定的灵活性，以此得到了广泛的应用，但它的安全性是人们作为关注的焦点。本文依据无线局域网WPE的基本内容的分析，对WPE的安全性进行了探讨。由于WPE协议的密钥的重复使用以及身份验证中的漏洞等因素，WPE协议必须得到有效地改进，才能在局域网中得到更加有效的应用。此外，对于基于WEP协议的无线局域网存在的安全性问题而言，可通过动态的DHCP配置、无线的VPN技术、防火墙技术的使用，促使协议的改进，在这一基础上，随着WLAN安全问题的不断研究，必定会促使WLAN的良好发展。（原文载于《硅谷》杂志2012年第13期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载） |
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