维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第２期 ２００６年６月 中南民族大学学报（自然科学舨） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉｔｉｏｎ） ＶｏＩ．２５ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２００６ 基于８０２．１１ｉ的ＷＬＡＮ认证机制分析及其改进策略 王 勇 陆际光 （中南民族大学计算机科学学院，武汉４３００７４） 摘要介绍了当前主流的ＷＬＡＮ安全协议８０２．１１ｉ，从技术与原理层面分析了其接入控制认证机制安全性能，针 无线局域网；ＩＥＥＥ ８０２．１ｌｉ安全协议；上层认证协议 文献标识码Ａ文章编号 １６７２—４３２１（２００６）０２—００８８—０３ 对其在认证和密钥协商过程中的缺陷提出了改进策略． 关键词中圈分类号 Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ０ｆ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉ０ｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＷＬＡＮ ８０２．１ ｌｉ Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇ Ｌｕ Ｊｉｇｕａｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｆｒｏｍ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＷＬＡＮ ８０２．１ ｌｉ－ｂａｓｅｄ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＷＬＡＮ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＷＬＡＮ；ＩＥＥＥ ８０２．１ ｌｉ；ＥＡＰ Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇ Ｍａｓｔｅｒ Ｓ Ｃａｎｄｉｄａｔｅ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＳＣＵＦＮ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ 无线局域网（ｗＬＡＮ）是无线通信技术在计算 机网络中的应用，它采用了无线多址信道的方式支 持计算机之间的通信，并为移动通信、个人通信、多 媒体应用提供了实现方法．ＷＩ ＡＮ摆脱了线缆的束 缚，使人们能够在无线网络覆盖的范围内随时、随 地、随意地实现高速网络接入．然而，正是由于 ＷＩ ＡＮ传输介质的共享性使得网络安全问题尤为 突出． 其中ＴＫＩＰ采用ＷＥＰ机制里的ＲＣ４作为核心加密 算法的．ＣＣＭＰ机制基于ＡＥＳ加密算法和ＣＣＭ认 证方式，使得ＷＬＡＮ的安全程度大大提高，是实现 ＲＳＮ的强制要求．８０２ ｌｌｉ协议结构如图１所示． １ ８０２．１１ｉ协议 ＩＥＥＥ于２００４年６月２４日发布了８０２．１ｌｉ标准， 它是８０２．１ｌ标准的最新补充．新一代安全标准 ＩＥＥＥ８０２．１ｌｉＩｔ］定义了ＲＳＮ的概念，增强了ＷＬＡＮ 圈１ ８０２．１ｌｉ协议结构圈 ２ 基于８０２．１ｘ／ＥＡＰ的安全认证机制 ２．１ ＩＥＥＥ ８０２．１ｘ协议 ＩＥＥＥ ８０２．１ｘ是一种基于端口的网络接入控制 中的数据加密和认证性能，并且针对ＷＥＰ加密机制 的各种缺陷做了很多方面的改进．ＩＥＥＥ８０２．１ｌｉ规 定使用８０２．１ｘ认证和密钥管理方式，在数据加密方 面，定义了ＴＫＩＰ、ＣＣＭＰ和ＷＲＡＰ ３种加密机制． 技术，该技术提供一个可靠的用户认证和密钥分发 的框架，可以控制用户只有在认证通过以后才能连 接网络．ＩＥＥＥ ８０２．１ｘ本身并不提供实际的认证机 制，需要和上层认证协议（ＥＡＰ）配合来实现用户认 收稿日期作者简介２００６・０５・１９ ＊通信联系人Ｅ・ｍａｉｌ；ｌｊｇＯｌＯ１＠１２６．ｃｏｒｎ 王勇（１９８０一），男，硕士研究生，研究方向：网络和信息安全，Ｅ—ｍａｉｌ：ｐａｒａｎｏｉａ８０＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 基金项目 国家民委自然科学基金资助项目（ＭＺＹ００００５） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 王勇，等：基于８０２．１１ｉ的ＷＬＡＮ认证机制分析及其改进策略 ８９ 证和密钥分发．ＥＡＰ允许无线终端支持不同的认证 类型，能与后台不同的认证服务器进行通信，如远程 接入用户服务．８０２．１ｘ要求３个实体：申请者、认证 者、认证服务器．这些实体都是网络设备的逻辑实 体，认证者一般为ＡＰ．它有两个逻辑端口：受控端口 和非受控端口．非受控端口过滤所有的网络数据流 只允许ＥＡＰ帧通过．３种实体及８０２．１ｘ协议结构图 见图２、图３． 请求者．１． Ｅ Ｉ一 网（Ａ交Ｐ请求者 认证服务器 ，换机￣等ＡＫ 用Ｒ封装ａＥＡＰ ｄｉＵＳ ｒａｄｉｕＳ 服务器等 ８０２．５ ｏｒ ８Ｏ２．１１ 图２ ８０２．１ｘ协议的３种实体 图３ ８０２．１ｘ协议结构图 ＩＥＥＥ ８０２．１ｘ认证过程如下：（１）无线终端向 ＡＰ发出请求，试图与ＡＰ进行通信；（２）ＡＰ将加密 的数据发送给验证服务器进行用户身份认证；（３） 验证服务器确认用户身份后，ＡＰ允许该用户接入； （４）建立网络连接后授权用户通过ＡＰ访问网络 资源． 接人点通过不受控端口与ＷＬＡＮ用户进行通 信，二者之间运行ＥＡＰＯＬ协议，而接人点与认证服 务器之间运行ＥＡＰ协议．认证过程见图４． ２．２ ＥＡＰ协议 ＩＥＥＥ ８０２．１ｘ标准的核心是由ＩＥＴＦ组织提出 的可扩展认证协议（ＥＡＰ）．ＥＡＰ协议最初是针对 ＰＰＰ协议定义的，其目的是把ＰＰＰ在ＬＣＰ阶段对认 证机制的选择延迟到可选的ＰＰＰ阶段，这就允许认 证系统在决定具体的认证机制前能够请求更多的信 息．该协议扩展了ＰＰＰ协议，并可以直接运行在链 路层上而无需ＩＰ支持，因为它有自己的一套按序分 发、丢包重传机制．ＥＡＰ认证协议起初仅用于ＰＰＰ 链路，现在也被用于ＩＥＥＥ ８０２链路，如图５所示． ＥＡＰ认证 ｚ 对ＩＥＥＥ ８０２．１ｌ原有标准进行了３ 点改进：一是双向认证机制，这一机制有效地消除了 中间人攻击（ＭＩＴＭ），如假冒的ＡＰ和远端认证服 图４ ８０２．１ｘ认证过程 务器；二是集中化认证管理和动态分配加密密钥机 制，这一机制解决了管理上的难度；三是定义了集 中策略控制，当会话超时时，将触发重新认证和生成 新的密钥． ｒ－ １ Ｔ 叭 Ｊ Ｊ ｌ ｝ Ｒ＾Ｐ协议 ｌ ＥＡＰ￣－ Ｉ ＲＡＰ０ＬＩＰ｝＇ｉ￣．． Ｉ Ｔ ｔ 图５ ＥＡＰ结构图 ＥＡＰ协议是多种认证方案的集合，现在的ＥＡＰ 方式主要有（如图５所示）：（１）ＥＡＰ—ＭＤ５；（２） ＥＡＰ－Ｗｉｒｅｌｅｓｓ（ＬＥＡＰ）；（３）ＥＡＰ—ＴＩ Ｓ；（４）ＥＡＰ— ＴＬＬＳ． ３认证机制缺陷 ３．１中间人攻击 首先，攻击者假冒ＡＰ发送一个ＥＡＰ Ｓｕｃｃｅｓｓ数 据包给ｗＩ ＡＮ无线用户．８０２．１ｘ协议设计中没有 客户对认证系统的身份认证机制，客户会无条件的 转到认证完成状态，开始正常的数据传输．这时，攻 击者就可以在认证系统和客户之间转发数据，实现 中间人攻击．尽管在协议中，认证系统与认证服务 器之间用Ｒａｄｉｕｓ协议通信，Ｒａｄｉｕｓ协议能保证二者 之间传输数据的完整性和确定性．但是单向认证方 式使攻击绕过了高层认证过程． ３．２会话劫持 维普资讯 http://www.cqvip.com ９０ 中南民族大学学报（自然科学版） 第２５卷 ８０２．１Ｘ协议中，对用户的认证是在会话开始进 行，一旦用户通过认证，则对应用户的逻辑受控端日 就转为授权状态，用户可以自由获得网络服务．在用 户接受认证系统服务的过程中，除非到了预先设置 的重新认证时间，认证系统不再对该用户进行认证． 利用８０２．１ｘ协议的这个设计缺陷，攻击者可以进行 会话劫持攻击．非法用户可以发动网络攻击，使某个 已经认证通过的合法用户无法工作，然后，利用该用 户的ＭＡＣ地址与认证系统通信．因为这时的认证 系统对该用户仍处于授权状态，非法用户可以获得 认证系统的服务，会话劫持攻击取得成功． ３．３拒绝服务攻击 在８０２．１ｘ协议中规定，当用户不再需要认证系 统提供的服务，想要断开连接时，向认证系统发送 ＥＡＰ Ｌｏｇ ｏｆｆ数据包．如果攻击者假冒用户，８０２．１ｘ 认证系统发送ＥＡＰ Ｌｏｇｏｆｆ数据包，认证系统被欺 骗，将受控端口状态转为未授权，终止向用户提供服 务．另外，在认证系统和客户正常的认证过程中，如 果对客户的认证没有成功，认证系统会向客户发送 ＥＡＰ Ｆａｉｌｕｒｅ数据包，表示认证失败这时客户状态 机转到ＨＥＬＤ状态，直到６０ｓ（缺省值）后，才再次尝 试与认证系统进行连接．攻击者可以假冒认证系统， 向用户发送ＥＡＰ Ｆａｉｌｕｒｅ数据包．攻击者只要６０ｓ向 用户发送一个ＥＡＰ Ｆａｉｌｕｒｅ数据包，就可以使用户 始终处于ＨＥＬＤ状态，无法完成认证过程，从而实现 拒绝服务攻击． ４ 改进策略 ４．１采用ＷＰＫＩ ＷＰＫＩ即为无线环境下的ＰＫＩ．ＷＰＫＩ技术的 组成部分主要包括４个方面［３ ］：（１）认证机构 （ＣＡ）：负责分发和验证数字证书，规定证书的有效 期；（２）注册机构ＰＫＩ Ｐｏｒｔａｌ（ＲＡ）：给用户和ＣＡ提 供一个接口；（３）智能卡：载有持卡人的数字证书、 私钥以及加密签名模块，能够实现身份的识别和信 息加密传输；（４）加密算法：ＥＣＣ［３ （椭圆曲线算法） 因为有着高安全强度的优越性成为加密算法的 优选． ＷＰＫＩ的高全性也可在ＷＬＡＮ中得到体现，基 于椭圆曲线的数字签名技术是其核心，我国自行推 出的ＷＡＰＩ也是基于ＷＰＫＩ基础之上的，作为一种 逐步成熟的技术，ＷＰＫＩ也会逐步广泛应用． ４．２采用ＩＢＥ 基于身份的密钥协商方案总体上分２个阶段： 系统初始化和会话密钥协商．其中系统初始化阶段 设立系统中公共的参数．为系统中参与通信的所有 ＳＴＡ和ＡＰ生成相应的秘密信息，并通过可靠信道 交给ＳＴＡ和ＡＰ；会话密钥协商阶段不仅协商会话 密钥，也完成身份的鉴别． 该方案消息交互少，不需要公钥证书，仍然实现 双向鉴别，且系统更为简洁．该方案中的密钥管理可 以有效利用中小型系统中己有的用户身份管理，目 前可以使用系统中的公开信急填充用户标识，解决 密钥的有效期问题．同时，本方案能够抵抗典型的 被动攻击和主功攻击，具有良好的安全性． ４．３采用ＣＰＫ 基于ＥＣＣ组合公钥算法ＣＰＫ［３ 是一种新型的 公钥基础设施．是我国学者南湘浩在《网络安全技术 概论》中提出的．他提出了用种子公钥ＳＰＫ来解决 密钥管理规模化的思想，给出了基于ＲＳＡ的多重公 钥（ＬＰＫ）、基于ＤＬＰ和ＥＣＣ的组合公钥（ＣＰＫ）具体 实现方案．ＣＰＫ是一种新型的公钥基础设施．它具 有安全性好、处理对象多、资源消耗小、管理简便，在 许多场合不需要第二方认证即可以得到可靠使用的 特点，可广泛地应用在电子商务、电子政务、电子军 务等领域． ５ 结束语 以上介绍了当前ＷＬＡＮ新的安全机制，并分析 了其认证机制中存在的不足，提出了改进策略．我们 相信，作为当前主流的８０２．１ｌｉ，对于当前许多应用 行业和方向，它在未来的一段时间内能有效地解决 以前ＷＬＡＮ进一步应用所面临的数据安全问题． 同时进一步提高其安全性能也是ＷＩ ＡＮ广泛应用 所必须面临的紧迫问题． 参 考文 献 ［１］曹秀英，耿嘉，沈平．无线局域网安全系统ＦＭ－Ｉ．北 京：电子工业出版社，２００４：４０—５８． ［２３ Ｃｙｒｕｓ Ｐｅｉｋａｒｉ，Ｓｅｔｈ Ｆｏｇｉｅ．无线网络安全［Ｍ］．北京： 电子工业出版社，２００４｛８４－２５８． ［３３马建峰，朱建明．无线局域网安全一方法与技术［Ｍ３． 北京：机械工业出版社，２００５：１８３ ２０２． ［４３王顺满，陶然，陈朔鹰，等．无限局域网一技术与安全 ［Ｍ３．北京：机械工业出版社，２ＯＯ５：４６ ７８．