無線局域網(wǎng)安全協(xié)議分析

2004年10月A版

無線局域網(wǎng)安全協(xié)議的發(fā)展背景
目前，WLAN業(yè)務(wù)的需求日益增長，但是相應(yīng)的安全措施卻無法令人滿意。最初人們在研究無線網(wǎng)絡(luò)的安全問題時，理所當(dāng)然地把原來應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議植入到無線網(wǎng)絡(luò)中去，但是這種移植的效果，從WLAN安全標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況看，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到要求。從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)誕生的第一天起，無線網(wǎng)絡(luò)的安全性問題就已成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。而無線應(yīng)用的不斷增長又使得該問題更徹底地暴露出來。大多數(shù)企業(yè)都愿意通過有線局域網(wǎng)來傳送重要信息，而不用無線局域網(wǎng)，這使得企業(yè)雖然確保了信息的安全，卻不能利用無線局域網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。
目前，IEEE正致力于消除WLAN的安全問題，并預(yù)期在2004年底提出一個新的無線安全標(biāo)準(zhǔn)來代替現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。然而許多企業(yè)并不想等那么久，它們愿意采用一些即時可用的安全技術(shù)來應(yīng)對目前的需要。但是，當(dāng)前可用的安全協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)—WEP—并不能使那些重要信息免遭惡意攻擊，另外還有一種過渡期的標(biāo)準(zhǔn)WPA，它彌補(bǔ)了WEP中的大多數(shù)缺陷，但也并非完美。IEEE 802.11i才是下一代無線安全標(biāo)準(zhǔn)，不過這還需要一段時間才能完成。那么，目前公司需要怎樣保證WLAN的安全性呢，總不能在802.11i還未完成的這幾個月內(nèi)什么都不做吧？

WLAN安全協(xié)議介紹
WEP的基本概念
WEP算法主要是防止無線傳輸信息被竊聽，同時也能防止非法用戶入侵網(wǎng)絡(luò)。在一個運(yùn)行WEP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，所有用戶都要使用共享密鑰，也就是說用戶在終端設(shè)備上需設(shè)置密碼并且要和其相連的接入點設(shè)置的密碼相對應(yīng)。所有數(shù)據(jù)包都由共享密鑰加密，如果沒有這個密鑰，任何非法入侵者或企圖入侵者都無法解密數(shù)據(jù)包。但是，WEP機(jī)制自身卻存在安全隱患。也許最大的隱患是許多接入點的配置默認(rèn)WEP項是關(guān)閉的。接入點通常采用了默認(rèn)的出廠配置，這導(dǎo)致了一個巨大的安全漏洞。
即使WEP處于開啟狀態(tài)并且設(shè)置了新的共享密鑰，這一機(jī)制也存在極大的隱患。WEP采用RC4加密機(jī)制來對數(shù)據(jù)加密。但問題是WEP密鑰太易受攻擊了，像AirSnort和WEPCrack這樣的應(yīng)用軟件僅需要抓取100MB這么小的流量，在幾秒內(nèi)就能解密受WEP保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)信息。在大業(yè)務(wù)量的無線網(wǎng)絡(luò)中，攻擊者可在幾分鐘內(nèi)免費接入到WLAN中。另外，WEP使用CRC來做數(shù)據(jù)校驗，CRC很容易被攻擊者通過翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包中的比特來破壞其可靠性。
WEP的另一個主要問題是其地址加密，WEP并不能提供一種方法以確保合法用戶的身份不會被非法入侵者冒充。任何人只要知道WEP共享密鑰和網(wǎng)絡(luò)SSID(服務(wù)者身份)都能接入該網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)用這些信息來連接網(wǎng)絡(luò)時，管理者無法判斷接納還是拒絕這一連接。另外，一旦共享密鑰被破譯或丟失，就必須手動修改所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的共享密鑰，這真是一個令人頭疼的管理問題。如果密鑰丟失而自己又毫不知情，這也將是一個安全隱患。
雖然WEP有這么多缺點，但如果你的公司并未使用WPA或802.11i，WEP還是可以勉強(qiáng)接受的。如果你的公司還在權(quán)衡是否采用WPA，那么最好暫時先使用最優(yōu)化的WEP協(xié)議。
最優(yōu)化使用WEP協(xié)議
首先，確定WEP處于開啟狀態(tài)。Wi-Fi聯(lián)盟確保符合802.11a、802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)的接入點和無線網(wǎng)卡都支持WEP協(xié)議(注意，默認(rèn)狀態(tài)不一定是開啟狀態(tài))，這可以避免入侵者的偶然攻擊，比如那些在公共場所通過筆記本電腦上網(wǎng)的過路者。僅此一點，就相當(dāng)重要。因為許多業(yè)內(nèi)企業(yè)都反映，過路者能通過筆記本電腦輕松地連接到企業(yè)內(nèi)部的無線局域網(wǎng)中，如果WEP能解決這一難題，我們就能節(jié)省出更多的時間來關(guān)注更危險的襲擊。
其次，各部門應(yīng)該定期更改默認(rèn)的SSID和共享密鑰。因為攻擊者很容易就能編程自動地搜索SSID和產(chǎn)品出廠時設(shè)置的默認(rèn)密鑰，定期改變SSID和密鑰，將避免部門成為“盲測式攻擊”的目標(biāo)。值得注意的是，通過無線電波極易獲取SSID，因此攻擊者一般會鎖定某一部門成為攻擊目標(biāo)，并且不達(dá)目的不會輕易罷手。
再者，應(yīng)該實現(xiàn)MAC地址過濾。這需要在接入點和路由器中配置合法設(shè)備的MAC地址列表，使那些列表中出現(xiàn)的MAC地址才能夠接入到網(wǎng)絡(luò)中。這樣即使發(fā)現(xiàn)了正確的SSID和密鑰，入侵者也不能接入到網(wǎng)絡(luò)中。但這一反攻擊措施仍不理想，因為入侵者可以采用欺騙手段，將其MAC地址設(shè)為合法用戶的MAC地址從而接入無線網(wǎng)絡(luò)中。
最后，我們必須認(rèn)識到，WEP并不能保證絕對的網(wǎng)絡(luò)安全。但是，有WEP總比什么都沒有好，因為像AirSnort和WEPCrack這樣的軟件很容易使企業(yè)成為攻擊者的目標(biāo)。想在無線網(wǎng)絡(luò)上安全地發(fā)送密文，我們還需要做更多的工作。
WPA的基本算法
802.11i協(xié)議已于今年6月被IEEE批準(zhǔn)為正式的WLAN安全標(biāo)準(zhǔn)，但由于Wi-Fi聯(lián)盟要對符合該標(biāo)準(zhǔn)的各種設(shè)備進(jìn)行通用性測試等一系列認(rèn)證，故有望在年底推廣應(yīng)用，這一舉措將徹底彌補(bǔ)WEP的安全漏洞。然而，很多企業(yè)迫不及待的需要一個安全協(xié)議。正是由于這種迫切需要，在推出802.11i之前，Wi-Fi聯(lián)盟發(fā)布了一個過渡協(xié)議WPA，它可以看作是802.11i的一個簡本。WPA主要完成了以下工作：解決了WEP的主要安全問題，尤其是它在共享密鑰上的漏洞；添加了用戶級的認(rèn)證措施；解決了系統(tǒng)的升級問題，傳統(tǒng)的802.11b的接入點和無線網(wǎng)卡只需要簡單的軟、硬件升級，就可以應(yīng)用WPA協(xié)議了。
WPA用新算法解決了WEP在加密和數(shù)據(jù)校驗上的缺陷。這些算法就是TKIP和Michael。TKIP的設(shè)計一方面利用了傳統(tǒng)接入點中RC4算法的硬件加速性能，一方面又避免了WEP的缺陷。TKIP的主要優(yōu)點就在于它采用了密鑰輪轉(zhuǎn)，針對每一個包它都改變密鑰，同時把初始矢量的大小加倍，這樣使得網(wǎng)絡(luò)更安全。因為如果初始矢量很短，并且可被預(yù)測，再加上使用靜態(tài)密鑰，無疑給攻擊者打開方便之門。 Michael則是完成數(shù)據(jù)校驗的MIC算法。一個MIC就是一段密文摘要。Michael算法允許WPA系統(tǒng)檢查攻擊者是否修改了數(shù)據(jù)包企圖欺騙系統(tǒng)。因為現(xiàn)有的很多802.11b的網(wǎng)絡(luò)接口卡和接入點的處理能力都比較低，因此Michael算法專門針對低運(yùn)算能力進(jìn)行了設(shè)計。也正因為如此，Michael所能提供的安全保證比同類校驗算法要低一些。不過，即使這樣，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于WEP協(xié)議使用的CRC算法。接入點在收到包時，會采用Michael策略來進(jìn)行處理。一旦它發(fā)現(xiàn)有兩個包都沒有通過某個共享密鑰的Michael算法校驗，那么它就會斷開這一連接，同時等候一分鐘，再創(chuàng)建一個新的連接。然而這一策略又會讓入侵者發(fā)起另一種惡意攻擊，那就是“拒絕服務(wù)”類型的攻擊。攻擊者會故意發(fā)送一些包讓他們無法通過Michael算法校驗，這樣會引起接入點斷掉某一用戶的連接。如果不斷發(fā)起這種攻擊，攻擊者就能使接入點長期處于下線狀態(tài)。即使這樣，Michael算法也比沒有安全保證要好，雖然攻擊者可以切斷某個接入點，但Michael防止了攻擊者進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部從而造成更大的傷害。
WPA還使用802.1x標(biāo)準(zhǔn)彌補(bǔ)了WEP的另一個缺陷，那就是它缺乏一種用戶和網(wǎng)絡(luò)間的認(rèn)證。
802.1x標(biāo)準(zhǔn)在兩個終端間定義了一個擴(kuò)展的認(rèn)證協(xié)議和一個加密協(xié)議EAPOL(Extensible Authentication Protocolover LAN)，這個協(xié)議可以實現(xiàn)用戶到網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證。然而EAP最初是為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的，它首先假定網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備間的物理連接是安全可靠的，因此它對防止竊聽幾乎無能為力。所以在WLAN中，終端和網(wǎng)絡(luò)間的鏈路需要加密保護(hù)，EAP-TLS(EAP over Transport Level Security)和PEAP(Protected EAP)等隧道協(xié)議提供了這種必需的加密保護(hù)。   TLS是安全套接字協(xié)議的繼承者，后者被廣泛應(yīng)用于Web服務(wù)中，來保護(hù)信息安全。EAP-TLS是對TLS的一個補(bǔ)充，它在用戶和服務(wù)站點間使用數(shù)字證書來實現(xiàn)認(rèn)證。
雖然在大多數(shù)情況下，WEP將會升級為WPA，但這兩種協(xié)議并不能共存。WPA的硬件如果安裝在非WPA接入點或者網(wǎng)絡(luò)接口卡中，它將退化為一個WEP硬件。WPA有一個操作模式允許WPA系統(tǒng)和WEP系統(tǒng)使用同樣的廣播密鑰，在這種模式下，工作人員應(yīng)該對WPA進(jìn)行配置，防止同時使用WPA和WEP進(jìn)行操作。
802.11i協(xié)議構(gòu)成
802.11i協(xié)議包括WPA和RSN兩部分。WPA我們在前面已經(jīng)作了詳述。RSN是接入點與移動設(shè)備之間的動態(tài)協(xié)商認(rèn)證和加密算法。802.11i的認(rèn)證方案是基于802.1x和EAP，加密算法是AES。動態(tài)協(xié)商認(rèn)證和加密算法使RSN可以與最新的安全水平保持同步，不斷提供保護(hù)無線局域網(wǎng)傳輸信息所需要的安全性。

協(xié)議間的過渡問題
企業(yè)在眾多安全協(xié)議中做出選擇后，接下來就面臨著從WEP到WPA，再到802.11i的軟、硬件問題了。在2003年秋，Wi-Fi規(guī)定新的802.11b硬件必須支持WPA才能獲得聯(lián)盟的認(rèn)證。WPA在設(shè)計之初就考慮了系統(tǒng)升級問題，因此傳統(tǒng)的接入點和無線網(wǎng)卡只需進(jìn)行簡單的升級，理論上就能升級為WPA系統(tǒng)。但在實際應(yīng)用中，可能不盡如人意。且不說一個企業(yè)的接入點是否能進(jìn)行軟件升級，單單從WPA的算法的復(fù)雜性來說，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于WEP，這就需要設(shè)備有更強(qiáng)的處理能力，如果不引入更多的終端設(shè)備來分擔(dān)處理任務(wù)的話，將會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。這對使用WLAN的企業(yè)來說是不能接受的，因此，若想使用WPA，不僅要升級軟件，還需要更新硬件設(shè)備。
在軟件方面，企業(yè)需要操作系統(tǒng)支持WPA，這主要是要求操作系統(tǒng)能夠?qū)PA設(shè)備正確設(shè)置數(shù)據(jù)包的格式，同時還能在用戶和網(wǎng)絡(luò)接口卡間傳遞802.1x的認(rèn)證信息。在使用WPA協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，用戶還需要安裝802.1x認(rèn)證的客戶端軟件，這個軟件給用戶提供了一個接口來配置和管理802.1x的認(rèn)證信息，例如數(shù)字證書和口令等。僅僅用戶配置了信息還不夠，在網(wǎng)絡(luò)上還需要一個RADIUS服務(wù)器來完成認(rèn)證，該服務(wù)器要支持EAP和EAPOL標(biāo)準(zhǔn)。
從某種程度上說，針對WLAN的設(shè)計、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全遠(yuǎn)比在有線網(wǎng)絡(luò)上復(fù)雜得多，也就是說需要更多的經(jīng)濟(jì)投入。但是如果企業(yè)很重視安全問題，又需要WLAN這種環(huán)境的靈活性，那么它必須在安全性和經(jīng)濟(jì)性之間找到平衡點?？偟膩碚f，從WEP過渡到WPA，可以使WLAN暫時處于更安全的保護(hù)下，同時，這也為將來采用802.11i做好了準(zhǔn)備。

目前企業(yè)該如何選擇安全協(xié)議
盡管WEP,WPA和802.11i看似界限清晰，但卻有繼承關(guān)系，企業(yè)可以通過逐步升級來使自己的無線局域網(wǎng)更加健壯安全。當(dāng)然，對有些使用WLAN的企業(yè)來說，它們更喜歡一種跳躍式發(fā)展。這樣，網(wǎng)絡(luò)管理者面臨的最基本的問題，就是選擇等待802.11i的出臺或是現(xiàn)在就應(yīng)用WPA?？紤]到WPA之后緊接著就是802.11i標(biāo)準(zhǔn)，那么現(xiàn)在采用WPA是否值得呢？答案是肯定的，因為對WLAN的安全襲擊所造成的潛在損失實在太大了，我們無法知道等待802.11i出臺期間會發(fā)生什么樣的安全問題；而且，從WPA到802.11i具有很好的可移植性，802.11i對WPA向后兼容，即WPA的硬件和軟件將繼續(xù)與802.11i的硬件一起工作。
802.11i在2004年年底將成為WLAN的最終安全標(biāo)準(zhǔn)，其相應(yīng)的產(chǎn)品也會隨后出現(xiàn)。但對大多數(shù)企業(yè)來說，現(xiàn)在使用WPA就已經(jīng)足夠了。WPA致力于解決WEP面臨的所有問題，包括對AirSnort和WEPCrack這樣的免費軟件的攻擊。如果一個企業(yè)想在WLAN上保證安全，WPA是一個明智的選擇，即使在802.11i發(fā)布后它仍值得繼續(xù)使用。
對于WEP來說，它作為目前應(yīng)用最廣泛的WLAN安全協(xié)議，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能保證WLAN的安全，那么它是否就一無是處呢？還有，如果你的無線設(shè)備并不支持WPA，能先用WEP嗎？答案是，如果恰當(dāng)使用WEP，它也可以在一定程度上降低網(wǎng)絡(luò)被入侵的可能性。
雖然WLAN技術(shù)在不斷發(fā)展，但大多數(shù)安全專家還是主張將WLAN建立在企業(yè)核心系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之外，WLAN用戶必須通過VPN才能訪問網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。目前，Ipsec VPN仍是部署最為廣泛的平臺，為有線與無線客戶設(shè)備和遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行驗證并提供安全訪問，有效地保護(hù)著企業(yè)的內(nèi)部資源。
即使最近的802.11i協(xié)議，也存在著缺陷，并不能完全消除安全隱患，而且不管是WPA還是802.11i，其設(shè)備的向后兼容性都不是很好，所以對很多仍然用早期操作系統(tǒng)的公司來說，采用它們也并不是一個明智的選擇?？梢哉f，沒有一種方案是能完全解決所有安全問題的，對企業(yè)來說，與其依賴一種安全技術(shù)，不如選擇適合自身情況的無線安全方案，建立多層次的安全保護(hù)，這樣才能在自己力所能及的范圍內(nèi)有效地避免無線技術(shù)帶來的安全風(fēng)險。(王曉利，李婷)