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相对于有线网络来说,无线局域网WLAN具有灵活,易于网络规划和调整,故障定位容易等优点。但是通过空气为介质传输,使得所有无线设备都可能接收到信号,因此无线局域网的安全问题就显得尤为突出,针对这些问题,IEEE802工作组提出了有线等价协议(WEP)。WEP使用RC4算法进行数据加解密,采用CRC32保证数据的完整性,同时使用共享密钥方法进行身份认证。
WEP虽然在一定程度上解决了无线局域网的安全问题,但是同样具有密钥重用,弱密钥,无法保证数据完整性,易受到重用攻击,AP易被伪造等安全缺陷。针对这些缺陷,国内外学者提出不同的无线安全技术来加以改进。加解密技术主要包括TKIP和CCMP,身份认证技术主要包括基于RADIUS的EAP认证体系,以及我国自己的WAPI标准。
文章分析了TKIP和CCMP的机制。TKIP使用了MIC机制,每包密钥生成和加长的IV来解决WEP的安全问题,但因为仍然使用RC4算法,只能作为一种过渡的协议,且同样存在一些安全问题。CCMP是无线安全最终解决方案RSN体系提出的加解密机制,能较好地解决无线安全问题,但因为使用了AES算法,完全摒弃了WEP的机制,因此无法与使用WEP的无线设备相兼容,同时AES对硬件要求较高也是一个阻碍其推广的因素。
因此本文在同时考虑安全性与兼容性的前提下,借鉴TKIP机制,在仍然使用RC4算法的基础上,提出了一个改进的WEP协议,从身份认证,密钥管理和数据加解密三个模块对WEP进行了改进,能较好的解决WEP的安全问题,同时相对于TKIP来说,改进WEP在身份认证和密钥更新周期上有所优化,而相对于RSN来说,它保持了与传统设备的兼容性。
在身份认证模块中,分析了EAP认证体系和我国自己的WAPI标准,阐述了二者的认证流程,指出了各自的优缺点,并在此基础上加以一定的改进。最后通过表格的形式对各种认证技术进行了一个综合性的对比分析,指出改进WAI作为模块的身份认证技术。
在密钥管理模块中,选择AP作为密钥服务器,通过随机数生成器随机生成密钥,然后使用MD5散列算法生成新的密钥,并定期对密钥进行更新。文章分析了传统IV机制下的密钥更新周期,指出过于频繁的密钥更新对硬件压力过大,因此考虑对更新周期进行延长。文章结合两种IV机制,提出一种新的分区随机IV机制,并在新IV机制下探讨了根据给出的可接受碰撞次数,密钥更新周期的最优化问题,并给出了详细的推导过程。最后得出结论,在允许一定的碰撞次数时,相比于完全随机机制,采用新的IV机制可以使得密钥更新周期得以延长。
在数据加解密模块中,根据密钥管理模块的管理机制和分区随机IV机制,在TKIP的加解密流程上进行一些改进,保留24位的IV,移除了KeyID字段,ExtIV字段以及TSC,同时增加了IV的分区号和分区计数器来防止重放攻击。最后给出了改进WEP的数据帧和加解密流程图。
应该指出的是,本文提出的改进WEP协议和TKIP一样,只是在考虑兼容性情况下提出的一个过渡协议,并非完美的解决方案。在不考虑兼容性的前提下,只有完全摒弃了WEP和RC4算法的RSN体系才是无线局域网安全的最终解决方案。