WLAN 身份验证和数据加密白皮书

WLAN身份验证和数据加密白皮书一、概述近年来随着WIFI终端的不断普及，WLAN应用逐渐融入人们的生活，并成为人们即时获取信息的重要途径之一。

由于WLAN采用具有空中开放特性的无线电波作为数据通信媒介，在没有采取必要措施的情况下，任何用户均可接入无线网络、使用网络资源或者窥探未经保护的数据。

因此，在WLAN应用中必须对传输链路采取适当的加密保护手段，以确保通信安全。

由此业界各厂商和相关组织相继开发出各种认证和加密方法，本文仅介绍下列在WLAN中普遍采用的认证加密方式。

z OPEN+WEPz SHARED+WEPz IEEE802.1x+WEPz WPA-PSK（TKIP or CCMP）z WPA2-PSK（TKIP or CCMP）z WPA（TKIP or CCMP）z WPA2（TKIP or CCMP）二、OPEN+WEPOPEN+WEP采用空认证和WEP加密，无线终端无需经过验证，即可与相应的AP进行关联。

具体过程如下：申请者首先发送一个认证请求到AP，如果AP设置了MAC地址过滤功能，则AP对申请者MAC地址进行核实，否则AP直接通过认证请求，认证成功后申请者会向AP发送关联请求，AP回应关联应答，双方建立关联，然后就可以传递数据了。

OPEN模式关联过程该模式只对传输数据进行WEP加密，由于目前使用的无线网卡在硬件上均支持WEP 加密，因此该模式兼容性较强。

WEP 是IEEE 802.11 标准最初指定的加密算法，既可部署用于认证，也可用于加密。

WEP密钥（为专用加密密钥，简称口令）按长度可分为40位和104位两种，其中在40位口令长度的情况下，需要配置5个ASCII字符（或者10个十六进制字符）；在104位口令长度的情况下，需要配置13个ASCII字符（或者26个十六进制字符）。

在WEP中用来保护数据的RC4加密算法（cipher）属于一种对称性（密钥）流加密算法（stream cipher）。

其加密过程需要将初始向量（IV）和口令串接在一起组成用于加密数据包的密钥，其中每个数据包需要选择一个新的IV，但是口令保持不变。

WEP存在严重的安全隐患，因为WEP口令在进行数据传输时是保持不变的，改变的是24位长的IV值，虽然IV有24 位，但IV周期数不会超过16777216（224），如恶意攻击者在WEP密钥不更新的情况下，连续监听不超过16777216个包就可以侦测到重复的IV值了，这样就可以通过暴力破解获得WEP 密钥，从而对无线网络产生安全威胁。

另外口令（40位或104位）也存在同样的问题，容易被黑客使用数据捕获与分析软件攻破。

三、SHARED+WEPSHARED+WEP采用共享密钥认证和WEP加密，与OPEN+WEP方式相比，只是用户关联过程不同，加密过程完全一致。

在SHARED+WEP方式中，无线终端与相应的AP进行关联时，需提供双方事先约定好的WEP口令，只有在双方的WEP相匹配的情况下，才能关联成功。

具体过程如下：在AP收到认证请求后，AP会随机产生一串字符（challenge值）发送给申请者，申请者采用自己的WEP口令加密该字符串后发回给AP，AP收到后会进行解密，并对解密后的字符串和最初给申请者的字符串进行比较，如果内容准确无误则允许其做后面的关联操作，如果内容不相符，那么将不会允许其接入。

共享认证模式关联过程四、IEEE 802.1X+WEPIEEE802.1x+WEP基于802.1x身份认证和WEP加密。

与上述两种认证加密方式相比，只是用户认证过程不同，加密过程完全一致。

IEEE 802.1x协议起源于802.11，其主要目的是为了解决无线局域网用户的接入认证问题。

802.1x 协议又称为基于端口的访问控制协议（Port-Based Network Access Control），可提供对802.11无线局域网和对有线以太网络的验证的网络访问权限。

802.1x协议仅仅关注端口的打开与关闭，对于合法用户接入时，打开端口；对于非法用户接入或没有用户接入时，则端口处于关闭状态。

802.1 x采用IETF的可扩展身份验证协议（Extensible Authentication Protocol，简称EAP）制定而成。

然而EAP只是一个验证框架协议，它只定义了通讯格式、要求与回应、验证成功与失败以及验证方式的类型代码，并不处理验证的细节。

EAP将验证的细节处理授权给一个称为EAP method（一组验证用户身份的规则）的附属协议，而EAP本身以“验证方式的类型代码”来指定由那个“EAP method”来完成后续的验证过程。

802.1x/EAP框架以下流程图描述了利用AP和RADIUS服务器对无线用户进行802.1x身份验证的步骤。

具体过程描述如下：802.1x认证流程1、申请者关联至AP。

2、申请者发出EAPOL-Start消息，开始进行802.1x交互过程。

3、认证者（接入点）发出一个EAP-Request/Identity帧。

4、申请者以EAP-Response/Identity帧进行回应，此帧随后被转换为Radius-Access-Request数据包送给RADIUS服务器。

5、RADIUS服务器需要判断使用哪个类型的认证，并且在发送的EAP-Request信息中指定认证方式的类型。

EAP-Request被封装在Radius-Access-Challenge数据包中发送给接入点。

接入点收到数据包后将EAP-Request传递给申请者。

EAP-Request信息通常会被表示为EAP-Request/Method，其中“Method”代表所使用的EAP认证方式。

例如使用的是PEAP，则返回的数据包将以EAP-Request/PEAP来表示。

６、申请者（指802.1x软件终端）跟用户进行信息交互（如用户提交用户名和密钥），然后返回EAP-Response。

认证者会将此响应转换为发送给RADIUS服务器的Radius-Access-Request数据包，针对质询信息所作的响应则存放在数据字段中。

步骤5和步骤6不断重复进行，直到认证完成为止。

如果使用的是需要交换证书的EAP认证方式，免不了要多次重复这些步骤。

有些EAP交换可能需要在客户端与RADIUS 服务器之间反复进行10次到20次。

7、认证通过后，认证者会发送一个EAP-Success帧并且授权使用连接端口。

访问权限也可以由RADIUS服务器所返回的参数决定。

8、收到Access-Accept数据包后，接入点会使用EAPOL-Key消息将密钥分配给申请者。

9、一旦申请者安装好密钥，就可以开始传送数据帧来访问网络。

DHCP配置设定通常会在此刻进行。

10、当申请者不再需要访问网络，会发送一个EAPOL-Logoff消息，使连接端口恢复成未授权状态。

五、WPA-PSK/WPA2-PSK（TKIP or CCMP）WPA-PSK/WPA2-PSK（TKIP or CCMP）均采用预共享密钥认证。

WPA（Wi-Fi Protected Access）基于IEEE802.11i草案三制定；WPA2则是基于IEEE802.11i的正式规范制定，相比WPA具有更高的安全性。

根据WiFi联盟的规定，WPA-PSK必须支持基于TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）的密钥管理和数据加密，而对于WPA是否支持基于CCMP的密钥管理和数据加密WiFi联盟即没有进行规定，也不提供兼容性测试。

WiFi联盟要求WPA2－PSK必须能够同时支持TKIP和CCMP，而且这两种方式都必须通过兼容性测试。

TKIP是对WEP加密方法的加强和升级，其密钥长度为128位，解决了WEP密钥长度过短的问题，在安全性上有所增强。

TKIP通过将多种因素混合在一起（包括基本密钥、AP的MAC地址以及数据包的序列号）生成用于加密每个数据包的密钥。

该混合操作在设计上将对无线终端和AP的要求减少到最低程度，并能提供足够的密码强度，使其不会被轻易破解。

此外，混合操作还可以有效解决WEP加密中遇到的重复密钥使用和重放攻击问题。

CCMP一种以AES（Advanced Encryption Standard）的块密码为基础的安全协议。

IEEE 802.11i 要求使用CCMP 为无线网络提供四种安全服务：认证、机密性、完整性和重放攻击保护。

CCMP 使用128位AES 加密算法实现机密性，使用其他 CCMP 协议组件实现其余三种服务。

CCMP 结合了两种复杂的加密技术（counter mode 和 CBC-MAC）以此为无线终端和AP之间的数据通信提供一种健壮的安全协议。

需要强调的是，虽然WPA-PSK/WPA2-PSK采用了更为强大的加密算法，但其用户认证和加密的共享密码（原始密钥）是人为确定并通过手工设定的，而且对于接入同一个AP 的所有终端来说，它们所设置的密钥是一样的。

因此，其密钥难于管理并容易泄漏，不适合在安全性要求非常严格的场合应用。

基于WPA或WPA2的预共享密钥认证过程如下图所示：WPA–PSK认证机制六、WPA/WPA2（TKIP or CCMP）为了改善WPA-PSK或WPA2-PSK（指Personal的标准，主要用于个人用户）在密钥管理方面的不足，WiFi联盟提供了WPA/WPA2（TKIP or CCMP）（指Enterprise的标准，主要用于企业用户），它们使用802.1x来进行用户认证并生成用于加密数据的根密钥，而不再使用手工设定的预共享密钥，但加密过程则没有区别。

在WPA（或WPA2）中，RADIUS服务器取代了WPA-PSK（或WPA2-PSK）认证过程中的单一密码机制。

用户在接入无线网络前，首先需要提供相应的身份证明，通过与用户身份数据库中的认证信息进行比对检查，以确认是否具有权限并向客户端动态分发用于加密数据的密钥。

由于采用了802.1X进行用户身份认证，每个用户的登录信息都由其自身进行管理，有效减少信息泄漏的可能性。

并且用户每次接入无线网络时的数据加密密钥都是通过RADIUS 服务器动态分配的，攻击者难于获取加密密钥。

因此，WPA/WPA2（TKIP or CCMP）极大的提高了网络的安全性，并成为高安全无线网络的首选接入方式。

七、总结傲天动联无线产品严格按照国际和行业标准进行开发，并支持上述无线认证和加密方式，可根据用户的不同需求灵活提供各种用户认证和数据加密支持，极大满足用户对无线网络安全方面的需求。