WIFI無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及安全性研究

        WIFI是IEEE定義的一個無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802．11)。也可以看作是3G技術(shù)的一種補充。WIFI技術(shù)與藍牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的無線局域網(wǎng)通信技術(shù)。WIFI是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入無線電信號。它的最大優(yōu)點是傳輸速度較高，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。但是隨著無線局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其安全問題也越來越受到重視。

1 WIFI技術(shù)簡介

1．1 WIFI技術(shù)

        WIFI(WireleSS Fidelity)俗稱無線寬帶，又叫802．11b標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE定義的一個無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802．11b標(biāo)準(zhǔn)是在IEE E802．11的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，工作在2．4 Hz頻段，最高傳輸率能夠達到11 Mbps。該技術(shù)是一種可以將個人電腦，手持設(shè)備等終端以無線方式互相連接的一種技術(shù)。目的是改善基于IEEE802．1標(biāo)準(zhǔn)的無限網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性。

       WIFI局域網(wǎng)本質(zhì)的特點是不再使用通信電纜將計算機與網(wǎng)絡(luò)連接起來，而是通過無線的方式連接，從而使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和終端的移動更加靈活。

1．2 WIFI技術(shù)的特點

      1)無線電波覆蓋范圍廣

       基于藍牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有15 m，而Wi—Fi的半徑可達300 m，適合辦公室及單位樓層內(nèi)部使用。

       2)組網(wǎng)簡便

       無線局域網(wǎng)的組建在硬件設(shè)備上的要求與有線相比，更加簡潔方便，而且目前支持無線局域網(wǎng)的設(shè)備已經(jīng)在市場上得到了廣泛的普及，不同品牌的接入點AP以及客戶網(wǎng)絡(luò)接口之間在基本的服務(wù)層面上都是可以實現(xiàn)互操作的。WIAN的規(guī)劃可以隨著用戶的增加而逐步擴展，在初期根據(jù)用戶的需要布置少量的點。當(dāng)用戶數(shù)量增加時，只需再增加幾個AP設(shè)備，而不需要重新布線。而全球統(tǒng)一的WIFI標(biāo)準(zhǔn)使其與蜂窩載波技術(shù)不同，同一個WIFI用戶可以在世界各個國家使用無線局域網(wǎng)服務(wù)。

        3)業(yè)務(wù)可集成性

        由于WIFI技術(shù)在結(jié)構(gòu)上與以太網(wǎng)完全一致，所以能夠?qū)LAN集成到已有的寬帶網(wǎng)絡(luò)中，也能將已有的寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用到WLAN中。這樣，就可以利用已有的寬帶有線接入資源，迅速地部署WIAN網(wǎng)絡(luò)，形成無縫覆蓋。

        4)完全開放的頻率使用段

        無線局域網(wǎng)使用的ISM是全球開放的頻率使用段，使得用戶端無需任何許可就可以自由使用該頻段上的服務(wù)。

1．2 WIFI總體拓撲結(jié)構(gòu)

        WIFI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由AP和無線網(wǎng)卡組成。AP一般稱為網(wǎng)絡(luò)橋接器或接入點，它是當(dāng)作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡的PC均可透過AP去分享有線局域網(wǎng)絡(luò)甚至廣域網(wǎng)絡(luò)的資源，其工作原理相當(dāng)于一個內(nèi)置無線發(fā)射器的HUB或者是路由，而無線網(wǎng)卡則是負責(zé)接收由AP所發(fā)射信號的CLJENT端設(shè)備。

2 WIFI的安全機制

        WIFI安全性主要包括訪問控制和加密兩大部分，訪問控制保證只有授權(quán)用戶能訪問敏感數(shù)據(jù)，加密保證只有正確的接收方才能理解數(shù)據(jù)。為了解決WIFI網(wǎng)絡(luò)的安全問題，2003年WIFI聯(lián)盟推出了WIFI保護接入(Wi—Fi Protected Access，WPA)作為安全解決方案以滿足日益增長的安全機制的市場需求。

2．1 WPA技術(shù)

        WPA是無線應(yīng)用協(xié)議(Wireless Application Protocol)的簡稱，是一種開放式的全球規(guī)范。有WPA和WPA2兩個標(biāo)準(zhǔn)，是一種保護無線電腦網(wǎng)絡(luò)(Wi—Fi)安全的系統(tǒng)。WPA作為IEEE802．11i的一個子集，避開了WEP的眾多弱點，可大大增強現(xiàn)有以及未來無線局域網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護的訪問控制水平。WPA可保證WIAN用戶的數(shù)據(jù)受到保護，并且只有授權(quán)用戶才可訪問WLAN網(wǎng)絡(luò)

2．2 WIFI網(wǎng)絡(luò)安全策略

2．2．1加密方式

       1)TKIP加密模式

        WIFI無線網(wǎng)絡(luò)目前使用最廣泛的加密模式是WPA-PSK(TKIP)和WPA2-PSK(AES)兩種加密模式。TKIP的含義為暫時密鑰集成協(xié)議。TKIP使用的仍然是RC4算法，但在原有的WEP密碼認證引擎中添加了“信息包單加密功能”、“信息監(jiān)測”、“具有序列功能的初始向量”和“密鑰生成功能”等4算法。

        TKIP是包裹在已有WEP密碼外圍的一層“外殼”，這種加密方式在盡可能使用WEP算法的同時消除了已知的WEP缺點。專門用于糾正WEP安全漏洞，實現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)的加密和完整性保護。但是相比WEP加密機制，TKIP加密機制可以為WLAN服務(wù)提供更加安全的保護。主要體現(xiàn)在以下幾點：

        ①靜態(tài)WEP的密鑰為手工配置，且一個服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有用戶都共享同一把密鑰。而TKIP的密鑰為動態(tài)協(xié)商生成，每個傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包都有一個與眾不同的密鑰。

        ②TKIP將密鑰的長度由WEP的40位加長到128位，初始化向量IV的長度由24位加長到48位，提高了WEP加密的安全性。

        ③TKIP支持MIC認證(Message Integrity Cheek，信息完整性校驗)和防止重放攻擊功能。

2)AES加密模式

       WPA2放棄了RC4加密算法，使用AES算法進行加密，是比TKIP更加高級的加密技術(shù)。AES是一個迭代的、對稱密鑰分組的密碼，它可以使用128、192和256位密鑰，并且用128位(16字節(jié))分組加密和解密數(shù)據(jù)。與公共密鑰密碼使用密鑰對不同，對稱密鑰密碼使用相同的密鑰加密和解密數(shù)據(jù)。通過分組密碼返回的加密數(shù)據(jù)的位數(shù)與輸入數(shù)據(jù)相同。迭代加密使用一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，在該循環(huán)中重復(fù)置換(permutations)和替換(substitutions)輸入數(shù)據(jù)。

2．2．2 認證方式

         WPA給用戶提供了一個完整的認證機制，AP根據(jù)用戶的認證結(jié)果決定是否允許其介入無線網(wǎng)絡(luò)中；認證成功后可以根據(jù)多種方式動態(tài)地改變每個接入用戶的加密密鑰。對用戶在無線中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報進行MIC編碼，確保用戶數(shù)據(jù)不會被其他用戶更改。WPA有2種認證模式：1)是使用802．1x協(xié)議進行認證，即就是802．1x+=EPA方式(工業(yè)級的，安全要求高的地方用。需要認證服務(wù)器)；2)是預(yù)先共享密鑰PSK模式(家庭用的，用在安全要求低的地方。不需要服務(wù)器)。AP和客戶端分享密鑰的過程叫做4次握手，過程如圖2所示。

      1)客戶端SrrA與無線接入點AP關(guān)聯(lián)；

      2)STA需要向AP發(fā)送認證消息，在被授權(quán)以前，即使STA與AP始終關(guān)聯(lián)，TSA也不能夠訪問網(wǎng)絡(luò)，只能繼續(xù)向AP發(fā)送認證消息，經(jīng)由遠程認證撥號用戶服務(wù)AP將認證消息發(fā)送給后端服務(wù)器來認證；

     3)客戶端STA利用EAP協(xié)議，通過AP的非受控端口向認證服務(wù)器提交身份憑證，認證服務(wù)器負責(zé)對STA進行身份驗證；

      4)如果STA未通過認證，客戶端一直被阻止訪問網(wǎng)絡(luò)；如果認證成功，則認證服務(wù)器通知AP向該STA打開受控端口；

      5)身份認證服務(wù)器利用TKIP協(xié)議自動將主配對密鑰分發(fā)給AP和客戶端STA，主配對密鑰基于每用戶、每個802．1x的認證進程是惟一的；

       6)STA與AP再利用主配對密鑰動態(tài)生成基于每數(shù)據(jù)包惟一的數(shù)據(jù)加密密鑰；

       7)利用該密鑰對STA與AP之間的數(shù)據(jù)流進行加密。

       這樣就好象在兩者之間建立了一條加密隧道，保證了空中數(shù)據(jù)傳輸?shù)母甙踩浴?/p>

2．3 存在問題

        WPA-PSK／WPA2-PSK(TKIP、AES)是目前主流的加密方式，但由于TKIP與AES子算法自身的問題。使得WPA也將面臨著被徹底破解的威脅。

        用戶在使用無線網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)該注意以下幾點

        1)對于自己搭建無線網(wǎng)絡(luò)的用戶，至少要進行一些最基本的安全配置，如隱藏SSID，關(guān)閉DHCP，設(shè)置WEP密鑰，啟用內(nèi)部隔離等。

        2)如果安全要求再高一些，還可以啟用非法AP監(jiān)測，配置MAC過濾，啟用WPA／WPA2，建立802．1x端口認證。

        3)如果有更高的安全需求，那么可以選擇的安全手段就更多，比如，使用定向天線，調(diào)整發(fā)射功率，把信號可能收斂在信任的范圍之內(nèi)；還可以將無線局域網(wǎng)視為Internet一樣來防御，甚至在接口處部署入侵檢測系統(tǒng)。

       4)如果您是企業(yè)用戶，千萬不要忘記建立完善的安全管理制度并分發(fā)至員工。當(dāng)您需要在熱點區(qū)域使用無線網(wǎng)絡(luò)時，您需要能夠您所在網(wǎng)絡(luò)的安全程度，如果認定網(wǎng)絡(luò)不夠安全，那么請盡量不要在此網(wǎng)絡(luò)中提交或透露敏感信息，并盡量縮短在線的時間。

3 結(jié)論

       隨著無線局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，安全問題越來越受到重視。WIFI技術(shù)作為WLAN技術(shù)家族中的重要成員，近年來發(fā)展迅速，已經(jīng)應(yīng)用到生活的各個方面。文中較詳細地分析了WIFI網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點，對WIFI網(wǎng)絡(luò)的安全性做了一定程度的探討，給出了相應(yīng)的結(jié)論。只有加強人為安全方面的控制技術(shù)的改進，才可更好加強WIFI安全性。