《计算机网络安全的理论与实践(第2版)》. 【美】王杰, ...

用公钥证书认证公钥拥有者的身份.

《计算机网络安全的理论与实践（第2版）》. 【美】王杰, 高等教育出版社, 2011年
第六章 内容概要



6.1 无线通信和802.11 无线局域网标准 6.2 有线等价隐私协议 6.3 Wi-Fi 访问保护协议 6.4 IEEE 802.11i/WPA2 6.5 蓝牙安全机制 6.6 无线网状网的安全性
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WPA 2 概览

WPA:

为了解决WEP安全问题而仓促设计的安全协议
基于802.11i (官方版本)



WPA2:

加密并验证MSDUs: 使用AES-128加密算法及计数器模式 认证STAs: 802.1X
概要

作为构造无线个人域网络标准，在 1998提出 小范围无线网通信技术，记为WPAN IEEE 802.15 标准基于蓝牙技术 无线设备支持:

不同的通信设备在不同的操作平台上能够进行无线通信 能耗低，计算量小，适合小型应用 无线个人网络
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802.11i 安全强度和弱点

密码算法和安全机制均优越于 WPA 和 WEP 还是易于遭受DoS攻击:

反转攻击

RSN设备可以与没有RSN功能的设备进行通信 攻击者冒充合法身份宣传自己是一个WEP AP 让RSN APs 继续接受与WPA或WEP的通信？
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第6章无线网安全性 Part II
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第6章 内容概要



6.1 无线通信和802.11 无线局域网标准 6.2 有线等价隐私协议 6.3 Wi-Fi 访问保护协议 6.4 IEEE 802.11i/WPA2 6.5 蓝牙安全机制 6.6 无线网状网的安全性
蓝牙: 个人网

自配置和自组织的动态无线网 允许新设备动态加入，网内设备动态离开



支持8台设备使用同一频道通信 Pico网内设备都是对等的 设备会动态选出一个设备作为主点 其余设备称为仆点 一个Pico网最多容纳255台设备 节点状态:停泊，活跃，待命 一个蓝牙设备在任何时刻只能加入一个pico网
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输出转换：

经过8轮运算后，输出转换运算不用到S- 匣子，并 且就像用密钥K2i-1作用于Yi一样，用密钥K17经转换 运算将Y9并产生密文
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蓝牙算法 E1

E1 将以下参数作为输入：

K: 128-位密钥 : 128-位 随机字符串 : 48-位地址
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DA 认证DB:
蓝牙设备认证示意图
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PIN 码破译攻击

攻击者窃听设备DA 和DB之间所有的配对和认证通信
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PIN 码破译攻击
攻击者采用蛮力攻击方法破译PIN码:


穷举所有248 种可能的PIN码
获取第一条信息中的IN_RANDA 及设备DB的地址 BD_ADDRB ，计算 初始密钥的候选者: K’init= E22 (PIN’, In_RANDA, BD_ADDRB)
用得到的K’init 分别与第二条和第三条信息做异或运算，得到 LK_RAND’A 和LK_RAND’B. 然后计算 K’AB = E21(LK_RAND’A , BD_ADDRA) E21 (LK_RAND’B , BD_ADDRB) 用第四条信息的AU_RANDA, K’AB, 和BD_ADDRB 计算 SRES’A = E1(AU_RANDA, K’AB, BD_ADDRB) [0:3] 验证是否有 SRES’A = SRESA （ SRESA 来自第五条信息） 然后用第六条和第七条信息对此PIN码进行确认

加密:
Ctr = Ctr0 Ci = AES-128K (Ctr + 1) Mi i = 1, 2, …, k

身份认证与完整性检查:
Ci = 0128 Ci = AES-128K (Ci–1 Mi) i = 1, 2, …, k
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散布网示意图: 重叠的 Pico网
Scatternet schematic
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安全配对

在同一个pico网的节点分享相同的个人标识符PIN 节点产生并共享密钥，用于相互认证
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无线网状网(WMN)


无线网状网中的AP 可与有线网相 连 每一个 STA 均与一个 AP相连 WMNs、 WLANs比较:

WLANs: 星型网 WMNs: 多跳网络 一个AP 和所有与其相连的STAs 可视为一个 WLAN 使用802.11i/WPA2 标准
第6章 内容概要



6.1 无线通信和802.11 无线局域网标准 6.2 有线等价隐私协议 6.3 Wi-Fi 访问保护协议 6.4 IEEE 802.11i/WPA2 6.5 蓝牙安全机制 6.6 无线网状网的安全性
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蓝牙安全简单配对协议

为了提高安全性能的新的配对协议 安全简单配对协议 (SSP) :

用椭圆曲线Diffie-Hellman (ECDH) 交换算法取代 PIN码

抵御 PIN码破译攻击
防范中间人攻击.

Pseudo Hadamard Transform (PHT):
PHT(X) = PHT(x1,x2)||…||PHT(x2k-1, x2k) PHT(x,y) = (2x+y) mod 28 || (x+y) mod 28

Armenian Shuffles (ArS):
ArS (X) = x8x11x12x15x2x1x6x5x10x9x14x13x0x7x4x3 X 是16字节字符串

替换算法使用两个S-匣子 e和 l: e(x) = (45x mod (28 + 1)) mod 28 l is e-1: l(y) = x if e(x) = y


和8 运算有两个子密钥
SAFER+加密的第 i轮运算 ：
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没有必要使用明文初始向量去产生子密钥序列 但大多数现有的 Wi-Fi WPA 卡不能在更新后支持 802.11i 标准
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密钥生成

与WPA一样有分级密钥体系

256位的配对的主密钥 (PMK) 4把128位的临时配对密钥 (PTKs) 每个阶段为CCMP产生一个384位的临时密钥



根据SMAC, SNonce, AMAC, Anonce，由伪随机数发 生器产生出来 基于四次握手协议交换信息 密钥被分割为3个128位的临时密钥:

两个用于 STA和AP建立连接 另一个作为为会话密钥
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CCMP 加密与MIC

蓝牙设备基于用户的PIN码产生128位初始密钥 蓝牙设备又产生一个128位链接密钥(也即组合密钥)，用以认证设 备并产生加密算法密钥

使用一个称为 E0的加密算法为网包载荷加密 用一个 SAFER+分组加密算法 构造三个算法 E1, E21,和 E22去产
生子钥和认证设备
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802.11i 安全强度和弱点

RSN IE 投毒攻击

针对四次握手协议 攻击者可能会发起RSN IE投毒攻击，使得STA 和 AP的连接遭受中断连接攻击

脱网攻击

利用伪造的MAC子层管理网帧将STA和 AP之间已 建立的连接切断
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SAFER+分组加密算法


认证蓝牙设备 是之前 SAFER的增强版 (安全与快速加密程 序) 是分组大小为128位的一种 Fiestel密码体系 两个主要成分:


子密钥产生算法 加密解密算法

8轮相同运算(每轮运算两个子密钥) 一个输出转换(一个子密钥)
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SAFER+ 子密钥产生序列图
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SAFER+ 加密算法
加密算法轮运算

令 X = x1x2…x2k-1x2k, xi 为字节
蓝牙算法 E21

E21 将 和 作为输入: E21 (ρ, α) = A’r (ρ’, E(α)) ρ’= ρ[0:14]|| (ρ[15] 00000110)
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蓝牙算法E22
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产生128-位字符串:


Ar 是初始 SAFER+加密算法 是修改后的SAFER+加密算法,它将第一轮的输入和第三 轮的输入做运算，得到不可逆的算法 由密钥K，通过 和8 运算产生 E() = || || [0:3]
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蓝牙认证

初始密钥:
Kinit = E22 (PIN, In_RANDA, BD_ADDRB)
DA 和 DB 产生链接密钥:
DA sends (LK_RANDA Kinit ) to DB DB sends (LK_RANDB Kinit ) to DA KAB = E21(LK_RANDA , BD_ADDRA) E21(LK_RANDB , BD_ADDRB) DA sends AU_RANDA to DB DB sends SRESA to DA where SRESA = E(KAB , AU_RANDA, BD_ADDRB) [0:3] DA verifies SRESA
SAFER+ 子密钥


K = k0 k1 …k15, a 128位加密密钥. k16 = k0 k1 … k15 17 个128位的子密钥 K1, K2, …, K17:
Bi: 偏移向量 17i+j+i mode 257 45 Bi [j] = (45 ) mod 257) mod 256 j = 0,1,….,15, Bi = Bi[0] Bi[1] … Bi[15] i = 2,3,….17,
K1 k0k2k3…k15 for j = 0,1,…,16 do kj <- LS3 (kj) K2 k1k2k3…k16 xor8 B2 for i = 3, 4, …, 17 do for j = 0,1,…,16 do kj LS3 (kj) Ki ki-1 ki ki+1…k16 k0 k1…ki-3 xor8 Bi-3