无线网络安全培训课程(PPT 69页)
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• 无线城域网（WMAN）的现行标准
– WiMax（IEEE 802.16，World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）
• WHY：提供高性能的、工作在10~66GHz的“最后一英里”宽带 无线接入
• 标准：802.16d(2004，固定接入)802.16e(2006，移动性) • 传输范围：最远可达50千米（3G基站的10倍） • 接入速度：最高可达75Mbps（3G的30倍） • 优点：传输距离远、接入速度高、提供广泛的多媒体通信服务
– AuC（鉴权中心） ：产生为确定移动用户的身份和对呼 叫保密所需鉴权、加密的参数（随机数、符号响应、密钥 ）的功能实体
– EIR（移动设备识别寄存器） ：数据库；存储有关移动台 设备参数，主要完成对移动设备的识别、监视等功能
TKIP
CCMP
WRAP
•TKIP： Temporal Key Integrity Protocol，暂时密钥完整性协议 •CCMP：计数器模式密码块链消息完整码协议 •WRAP： Wireless Robust Authenticated Protocol，无线增强认证协议
12
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
数字信号，
只能传输语音 只能传输语音
数字信号，
广带无线接入通
传输语音和数据
信系统
• AMPS（高级移动 • D-AMPS（数字的） • W-CDMA（爱立信） •集3G与WLAN于
电话系统，美国）： 在国际标准IS-54和IS- 欧洲和日本、中国 一体并能够传输
贝尔实验室发明 日本称为MCS-L1 •NAMPS（窄带高 级移动电话系统） •ETACS（增强的全
• 加密机制TKIP—暂时密钥完整性协议
– 加强WEP设备上的WEP协议的密码套件，是为了解决 WEP协议存在的问题，同时又要使WEP设备能够通过软 件升级来支持TKIP（既要保持兼容，又要解决WEP的安 全缺陷）；是包裹在WEP外面的一套算法
– 设计TKIP的限制：
• 软件升级 • 许多WEP设备的CPU负荷已经很高，正常的通信已经使用了
• Q：为何需要使用IV？ • A ： 创建一个新密钥流，从而避免重复使用密钥
• Q：发送者应将哪些信息发送给接收者？
• Q：接收者如何进行解密？
9
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
WEP解密过程
IV 密钥编号
密文
IV +
密文 RC4
密钥流
XOR
数据
ICV
ICV2
ICV=ICV2？
•WPA2：2004
中国
•2003年颁布 •2006年修正
WAPI
•在IEEE 802.11i被批准前，由于市场对WLAN安全要求十 分迫切，Wi-Fi联盟联合802.11i任务组的专家共同提出了 WPA（Wi-Fi Protected Access）标准 •WPA标准专门对WEP协议的不足进行了改进，兼容 802.11i和现有的WEP标准
5
WLAN概述
—WLAN 协议体系结构
• ∴ WLAN可能出现检测错误的情况：
– 检测到信道空闲，其实并不空闲 – 检测到信道忙，其实并不忙
• WLAN不能使用碰撞检测，那就应该尽量减少碰撞 的发生
• 802.11委员会对CSMA/CD进行了修改，把碰撞检测 修改为碰撞避免CA(Collision Avoidance)— CSMA/CA
IEEE 802.16 （WiMAX） *:有的分类也将其 作为3G 标准之一
IEEE 802.20 （MBWA，移动宽 带无线接入系统）
主要是通过移动通 信卫星进行数据通 信的网络 典型技术： 2G 3G 传输速率：2Mbit/s
4G
3
无线网络概述
—无线网络分类 • IEEE 关于无线网络的标准：
1
无线网络概述
—无线网络发展史
• 蜂窝技术经历了漫长的发展之路：
– 早期使用800MHz频率来传递模拟信号 – 随后出现的个人通信服务（PCS）使用
1850MHz的频率
• Sprint公司(斯普林特)是PCS服务的主要提供 商
– 一些移动运营商也开始使用数字技术:
• TDMA—时分多址 • CDMA—码分多址 • GSM—全球移动通信系统 • 3G —(WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA) • 4G(TDD-LTE,FDD-LTE)！……
– BTS（基站首发信机）：无线接口设备，主要负责无线传 输、完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、 调频等
20
2G（GSM）安全
— GSM简介
• GSM交换子系统（NSS）：主要完成交换功能和用 户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功 能
– MSC（移动业务交换中心）：GSM系统的核心，是对于 它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能 实体，也是移动通信系统与其他公用通信网络之间的接口
无线网络概述
• 无线网络现状：新技术层出不穷、新名词应接不暇 • • 无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、无线体域
网(WBAN)、无线城域网(WMAN)、无线广域网 (WWAN) • • 移动AdHoc网络、无线传感器网络(WSN)、无线Mesh 网络 • • Wi-Fi、WiMedia、WiMAX • • IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16、
CPU90%的能力，所以TKIP引入负荷要尽量小 • 许多WEP设备使用硬件实现RC4来降低CPU负荷，TKIP要适应这
种做法
13
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
• 加密机制CCMP： Counter-Mode/CBC-MAC Protocol—基于AES分组加密算法
– 计数器模式（CTR）用于数据保密
4
无线网络概述（补充）
—无线网络设备
• 个人移动设备：PDA（个人数字助理）、手机、平 板电脑
• 无线联网设备：网络适配器、接入点（AP）、 WLAN交换机、无线路由器、无线网桥、无线中继 器、天线
• 无线IP电话（VoIP） • 射频标签（RFID） • 工业或商业无线应用：无线传感器网络（WSN）
– CSMA/CA设计的思路：尽量减少碰撞发生的概率
6
WLAN安全
—WLAN 安全体系
WEP （802.11b，
1999年）
802.11i工作组 （2001.5成立）
802.11i (2004.6通过)
•采用AES取代RC4 •使用802.1x协议进 行用户认证
Wi-Fi访问保 护（WPA）
•WPA：2003
– Wi-Fi联盟要求兼容WPA的设备能够在802.11i获批准后升 级到与802.11i兼容
11
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
• IEEE 802.11i的协议结构 上层认证机制（EAP） 访问控制（802.1x） 保密协议
WRAP：使用 OCB模式，因为 专利问题最终最 为802.11i的可 选模式 实际等于被舍弃
10
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
• IEEE 802.11i定义了新的安全体系：
– TSN（过渡安全网络）：一个能支持WEP设备的RSN， 以使现今网络方便的迁移到RSN(软件升级)
– RSN（坚固安全网络）：需要更换硬件设备
• WPA
– 在802.11i获得批准以前，由Wi-Fi联盟提出保护接入（ WPA）体系来暂时替代RSN，它不是IEEE标准，但是 802.11i草案中的一部分
7
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
WEP加密过程
生成一个IV，并进行
密钥的预先选择
IV (24) +
64
组合IV和密钥，并使 用RC4生成密钥流
明文数据
RC4 密钥流
CRC32计算明文的ICV
ICV
SK (40)
XOR
密文
8
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i) • Q ：为何需要计算ICV？ • A ：验证数据完整性（CRC32算法）
• 国际标准化组织考虑在各种无线网络标准中加入对
Mesh组网方式的支持：
– 宽带无线城域网IEEE 802.16f – 无线个域网IEEE802.15.5 – 无线局域网IEEE802.11s
通过网关融合现有的 各种网络来提供广泛
的接入服务
17
无线移动通信安全简介
—移动通信系统的发展历程
模拟信号，
– HiperAccess（欧洲电信标准协会ETSI）
16
无线Mesh网络安全
• 无线Mesh网络(WMN， Wireless Mesh Network ，无线网状网，无线网格网)是一种应用性的网络技 术，由移动Ad Hoc网络顺应无处不在的Internet接入 需求演变而来
• 无线Mesh网络是一种多跳、动态自组织、自配置和 自愈性的宽带无线网络
数据加密（WPI由国家密码管理局提供，算法为我国自己制定的 分组加密算法SMS4）
• 考虑不同WLAN安全方案(IEEE 802.11i)的并存， 2006年7月中国宽带无线IP标准工作组(BWIPS)公布 新的国标GB 15629.11-2003/XG1-2006(WAPI-XG1)
15
WiMax简介
— GSM简介
• 移动台：
– 移动终端（MS） • 完成语音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解 调、信息的发送和接收
– 用户识别卡（SБайду номын сангаасM） • 存储认证用户身份所需信息，及一些与安全保密相关的 重要信息
• 操作维护中心OMC：主要对整个GSM网络进行管理 和监控，实现对GSM网络内各种功能的监视、状态 报告、故障诊断等功能
2
无线网络概述
—无线网络分类
传输距离：10m左右 传输距离：
典型技术：
几十米~几千米
IEEE 802.15 (WPAN) 典型技术：
Bluetooth（蓝牙） IEEE 802.11
ZigBee
（a,b,g,i,n）
传输速率：10Mbit/s 传输速率：
11~300Mbit/s
传输距离：城市大 部分地区 典型技术：
19
2G（GSM）安全
— GSM简介
• GSM基站子系统（BSS）：在一定的无线覆盖区中 由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，主要负责 完成无线发送/接收和无线资源管理的功能
– BSC（基站控制器）：具有对一个或多个BTS进行控制的 功能，主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理 、功率控制、定位和切换
136中描述 广泛应用于美国和日 本 • GSM（全球移动通 信系统）（*）
联通
• CDMA2000 （Qualcomm公司） 北美、日、韩、中 国电信
高质量视频图像 以及图像传输质 量与高清晰度电 视不相上下的技
接入通信系统）
除美国和日本的其他 •TD-SCDMA
术产品
•TACS：中国
地区
中国—中国移动
•450：法国
• CDMA95（码分多址） •WiMax（IEEE
•标准：
•NM-450：北欧
高通(Qualcomm)
802.16）
LTE-Advanced
在IS-95中描述
2007年正式成为第 (TDD\FDD)
• PDC（D-AMPS的修 四个3G国际标准
WiMax2
订版）只用于日本
18
2G（GSM）安全
– VLR（访问位置寄存器）：数据库；存储MSC为了管理管 辖区域中MS的来话、去话呼叫所需检索的信息，如号码 、所处位置的识别码、用户需要的服务等
21
2G（GSM）安全
— GSM简介
– HLR（归属位置寄存器）：数据库；是存储管理部门用于 移动用户管理的数据。每个移动用户都应在其HLR注册， 主要存储两类信息：用户的参数和用户目前位置的信息
—WAPI
• 我国在2003年5月提出了无线局域网国家标准GB 15629.11
– 安全部分：WLAN鉴别和保密基础结构（WLAN Authentication & Privacy Infrastructure， WAPI）。由两 部分组成：
• WAI（WLAN Authentication Infrastructure）：认证基础结构 • WPI（WLAN Privacy Infrastructure）：保密基础结构，对传输的
– Cipher Block Chaining Message Authentication Code（ CBC-MAC）模式进行认证
– CCMP的加密对象是MPDU，使用48位的Packet Number （PN），PN用于产生CTR模式的Counter和CBC-MAC模 式的IV
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WLAN安全
– WiMax（IEEE 802.16，World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）
• WHY：提供高性能的、工作在10~66GHz的“最后一英里”宽带 无线接入
• 标准：802.16d(2004，固定接入)802.16e(2006，移动性) • 传输范围：最远可达50千米（3G基站的10倍） • 接入速度：最高可达75Mbps（3G的30倍） • 优点：传输距离远、接入速度高、提供广泛的多媒体通信服务
– AuC（鉴权中心） ：产生为确定移动用户的身份和对呼 叫保密所需鉴权、加密的参数（随机数、符号响应、密钥 ）的功能实体
– EIR（移动设备识别寄存器） ：数据库；存储有关移动台 设备参数，主要完成对移动设备的识别、监视等功能
TKIP
CCMP
WRAP
•TKIP： Temporal Key Integrity Protocol，暂时密钥完整性协议 •CCMP：计数器模式密码块链消息完整码协议 •WRAP： Wireless Robust Authenticated Protocol，无线增强认证协议
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WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
数字信号，
只能传输语音 只能传输语音
数字信号，
广带无线接入通
传输语音和数据
信系统
• AMPS（高级移动 • D-AMPS（数字的） • W-CDMA（爱立信） •集3G与WLAN于
电话系统，美国）： 在国际标准IS-54和IS- 欧洲和日本、中国 一体并能够传输
贝尔实验室发明 日本称为MCS-L1 •NAMPS（窄带高 级移动电话系统） •ETACS（增强的全
• 加密机制TKIP—暂时密钥完整性协议
– 加强WEP设备上的WEP协议的密码套件，是为了解决 WEP协议存在的问题，同时又要使WEP设备能够通过软 件升级来支持TKIP（既要保持兼容，又要解决WEP的安 全缺陷）；是包裹在WEP外面的一套算法
– 设计TKIP的限制：
• 软件升级 • 许多WEP设备的CPU负荷已经很高，正常的通信已经使用了
• Q：为何需要使用IV？ • A ： 创建一个新密钥流，从而避免重复使用密钥
• Q：发送者应将哪些信息发送给接收者？
• Q：接收者如何进行解密？
9
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
WEP解密过程
IV 密钥编号
密文
IV +
密文 RC4
密钥流
XOR
数据
ICV
ICV2
ICV=ICV2？
•WPA2：2004
中国
•2003年颁布 •2006年修正
WAPI
•在IEEE 802.11i被批准前，由于市场对WLAN安全要求十 分迫切，Wi-Fi联盟联合802.11i任务组的专家共同提出了 WPA（Wi-Fi Protected Access）标准 •WPA标准专门对WEP协议的不足进行了改进，兼容 802.11i和现有的WEP标准
5
WLAN概述
—WLAN 协议体系结构
• ∴ WLAN可能出现检测错误的情况：
– 检测到信道空闲，其实并不空闲 – 检测到信道忙，其实并不忙
• WLAN不能使用碰撞检测，那就应该尽量减少碰撞 的发生
• 802.11委员会对CSMA/CD进行了修改，把碰撞检测 修改为碰撞避免CA(Collision Avoidance)— CSMA/CA
IEEE 802.16 （WiMAX） *:有的分类也将其 作为3G 标准之一
IEEE 802.20 （MBWA，移动宽 带无线接入系统）
主要是通过移动通 信卫星进行数据通 信的网络 典型技术： 2G 3G 传输速率：2Mbit/s
4G
3
无线网络概述
—无线网络分类 • IEEE 关于无线网络的标准：
1
无线网络概述
—无线网络发展史
• 蜂窝技术经历了漫长的发展之路：
– 早期使用800MHz频率来传递模拟信号 – 随后出现的个人通信服务（PCS）使用
1850MHz的频率
• Sprint公司(斯普林特)是PCS服务的主要提供 商
– 一些移动运营商也开始使用数字技术:
• TDMA—时分多址 • CDMA—码分多址 • GSM—全球移动通信系统 • 3G —(WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA) • 4G(TDD-LTE,FDD-LTE)！……
– BTS（基站首发信机）：无线接口设备，主要负责无线传 输、完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、 调频等
20
2G（GSM）安全
— GSM简介
• GSM交换子系统（NSS）：主要完成交换功能和用 户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功 能
– MSC（移动业务交换中心）：GSM系统的核心，是对于 它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能 实体，也是移动通信系统与其他公用通信网络之间的接口
无线网络概述
• 无线网络现状：新技术层出不穷、新名词应接不暇 • • 无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、无线体域
网(WBAN)、无线城域网(WMAN)、无线广域网 (WWAN) • • 移动AdHoc网络、无线传感器网络(WSN)、无线Mesh 网络 • • Wi-Fi、WiMedia、WiMAX • • IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16、
CPU90%的能力，所以TKIP引入负荷要尽量小 • 许多WEP设备使用硬件实现RC4来降低CPU负荷，TKIP要适应这
种做法
13
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
• 加密机制CCMP： Counter-Mode/CBC-MAC Protocol—基于AES分组加密算法
– 计数器模式（CTR）用于数据保密
4
无线网络概述（补充）
—无线网络设备
• 个人移动设备：PDA（个人数字助理）、手机、平 板电脑
• 无线联网设备：网络适配器、接入点（AP）、 WLAN交换机、无线路由器、无线网桥、无线中继 器、天线
• 无线IP电话（VoIP） • 射频标签（RFID） • 工业或商业无线应用：无线传感器网络（WSN）
– CSMA/CA设计的思路：尽量减少碰撞发生的概率
6
WLAN安全
—WLAN 安全体系
WEP （802.11b，
1999年）
802.11i工作组 （2001.5成立）
802.11i (2004.6通过)
•采用AES取代RC4 •使用802.1x协议进 行用户认证
Wi-Fi访问保 护（WPA）
•WPA：2003
– Wi-Fi联盟要求兼容WPA的设备能够在802.11i获批准后升 级到与802.11i兼容
11
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
• IEEE 802.11i的协议结构 上层认证机制（EAP） 访问控制（802.1x） 保密协议
WRAP：使用 OCB模式，因为 专利问题最终最 为802.11i的可 选模式 实际等于被舍弃
10
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
• IEEE 802.11i定义了新的安全体系：
– TSN（过渡安全网络）：一个能支持WEP设备的RSN， 以使现今网络方便的迁移到RSN(软件升级)
– RSN（坚固安全网络）：需要更换硬件设备
• WPA
– 在802.11i获得批准以前，由Wi-Fi联盟提出保护接入（ WPA）体系来暂时替代RSN，它不是IEEE标准，但是 802.11i草案中的一部分
7
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i)
WEP加密过程
生成一个IV，并进行
密钥的预先选择
IV (24) +
64
组合IV和密钥，并使 用RC4生成密钥流
明文数据
RC4 密钥流
CRC32计算明文的ICV
ICV
SK (40)
XOR
密文
8
WLAN安全
—WEPWi-Fi(IEEE 802.11i) • Q ：为何需要计算ICV？ • A ：验证数据完整性（CRC32算法）
• 国际标准化组织考虑在各种无线网络标准中加入对
Mesh组网方式的支持：
– 宽带无线城域网IEEE 802.16f – 无线个域网IEEE802.15.5 – 无线局域网IEEE802.11s
通过网关融合现有的 各种网络来提供广泛
的接入服务
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无线移动通信安全简介
—移动通信系统的发展历程
模拟信号，
– HiperAccess（欧洲电信标准协会ETSI）
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无线Mesh网络安全
• 无线Mesh网络(WMN， Wireless Mesh Network ，无线网状网，无线网格网)是一种应用性的网络技 术，由移动Ad Hoc网络顺应无处不在的Internet接入 需求演变而来
• 无线Mesh网络是一种多跳、动态自组织、自配置和 自愈性的宽带无线网络
数据加密（WPI由国家密码管理局提供，算法为我国自己制定的 分组加密算法SMS4）
• 考虑不同WLAN安全方案(IEEE 802.11i)的并存， 2006年7月中国宽带无线IP标准工作组(BWIPS)公布 新的国标GB 15629.11-2003/XG1-2006(WAPI-XG1)
15
WiMax简介
— GSM简介
• 移动台：
– 移动终端（MS） • 完成语音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解 调、信息的发送和接收
– 用户识别卡（SБайду номын сангаасM） • 存储认证用户身份所需信息，及一些与安全保密相关的 重要信息
• 操作维护中心OMC：主要对整个GSM网络进行管理 和监控，实现对GSM网络内各种功能的监视、状态 报告、故障诊断等功能
2
无线网络概述
—无线网络分类
传输距离：10m左右 传输距离：
典型技术：
几十米~几千米
IEEE 802.15 (WPAN) 典型技术：
Bluetooth（蓝牙） IEEE 802.11
ZigBee
（a,b,g,i,n）
传输速率：10Mbit/s 传输速率：
11~300Mbit/s
传输距离：城市大 部分地区 典型技术：
19
2G（GSM）安全
— GSM简介
• GSM基站子系统（BSS）：在一定的无线覆盖区中 由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，主要负责 完成无线发送/接收和无线资源管理的功能
– BSC（基站控制器）：具有对一个或多个BTS进行控制的 功能，主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理 、功率控制、定位和切换
136中描述 广泛应用于美国和日 本 • GSM（全球移动通 信系统）（*）
联通
• CDMA2000 （Qualcomm公司） 北美、日、韩、中 国电信
高质量视频图像 以及图像传输质 量与高清晰度电 视不相上下的技
接入通信系统）
除美国和日本的其他 •TD-SCDMA
术产品
•TACS：中国
地区
中国—中国移动
•450：法国
• CDMA95（码分多址） •WiMax（IEEE
•标准：
•NM-450：北欧
高通(Qualcomm)
802.16）
LTE-Advanced
在IS-95中描述
2007年正式成为第 (TDD\FDD)
• PDC（D-AMPS的修 四个3G国际标准
WiMax2
订版）只用于日本
18
2G（GSM）安全
– VLR（访问位置寄存器）：数据库；存储MSC为了管理管 辖区域中MS的来话、去话呼叫所需检索的信息，如号码 、所处位置的识别码、用户需要的服务等
21
2G（GSM）安全
— GSM简介
– HLR（归属位置寄存器）：数据库；是存储管理部门用于 移动用户管理的数据。每个移动用户都应在其HLR注册， 主要存储两类信息：用户的参数和用户目前位置的信息
—WAPI
• 我国在2003年5月提出了无线局域网国家标准GB 15629.11
– 安全部分：WLAN鉴别和保密基础结构（WLAN Authentication & Privacy Infrastructure， WAPI）。由两 部分组成：
• WAI（WLAN Authentication Infrastructure）：认证基础结构 • WPI（WLAN Privacy Infrastructure）：保密基础结构，对传输的
– Cipher Block Chaining Message Authentication Code（ CBC-MAC）模式进行认证
– CCMP的加密对象是MPDU，使用48位的Packet Number （PN），PN用于产生CTR模式的Counter和CBC-MAC模 式的IV
14
WLAN安全