WLAN無線局域網(wǎng)安全技術(shù)的選用

2019-11-05 03:01:51

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供稿：網(wǎng)友

　　引:隨著WLAN(無線局域網(wǎng))技術(shù)的快速發(fā)展，WLAN市場、服務(wù)和應(yīng)用的增長速度非常驚人，各級組織在選用WLAN產(chǎn)品時如何使用安全技術(shù)手段來保護(hù)WLAN中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)——非凡是敏感的、重要的數(shù)據(jù)的安全，是值得考慮的非常重要的問題，必須確保數(shù)據(jù)不外泄和數(shù)據(jù)的完整性。　

　　WLAN安全技術(shù)

　　有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)有著不同的傳輸方式。有線網(wǎng)絡(luò)的訪問控制往往以物理端口接入方式進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)通過雙絞線、光纖等介質(zhì)傳輸?shù)教囟ǖ哪康牡兀芯€網(wǎng)絡(luò)輻射到空氣中的電磁信號強(qiáng)度很小，很難被竊聽，一般情況下，只有在物理鏈路遭到盜用后數(shù)據(jù)才有可能泄漏。而無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸是利用電磁波在空氣中輻射傳播，只要在接入點(diǎn)(AP，access Point)覆蓋的范圍內(nèi)，所有的無線終端都可以接收到無線信號。無線網(wǎng)絡(luò)的這種電磁輻射的傳輸方式是無線網(wǎng)絡(luò)安全保密問題尤為突出的主要原因。

　　無線局域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)主要有802.11a(5GHz-1999年獲得通過)、802.11b(11Mbps 2.4GHz-1999年獲得通過)、802.11d(額外的規(guī)章制度)、802.11e(服務(wù)質(zhì)量)、802.11f(接入點(diǎn)間協(xié)議IAPP)、802.11g(2.4GHz-更高的數(shù)據(jù)速率>20Mbps-2003年5月獲得通過)、802.11h(靈活的頻率選擇與傳輸電源控制機(jī)制)、802.11i(驗證與安全性-2004年6月獲得通過)、802.1x(基于端口的網(wǎng)絡(luò)接入控制EAP-2003年6月獲得通過)，下面將標(biāo)準(zhǔn)中涉及的安全技術(shù)加以闡述。

　　通常網(wǎng)絡(luò)的安全性主要體現(xiàn)在兩個方面：一是訪問控制，它用于保證敏感數(shù)據(jù)只能由授權(quán)用戶進(jìn)行訪問；另一個是數(shù)據(jù)加密，它用于保證傳送的數(shù)據(jù)只被所期望的用戶所接收和理解。無線局域網(wǎng)相對于有線局域網(wǎng)所增加的安全問題主要是由于其采用了電磁波作為載體來傳輸數(shù)據(jù)信號，其他方面的安全問題兩者是相同的。

　　* WLAN的訪問控制技術(shù)

　　* 服務(wù)集標(biāo)識SSID(Service Set Identifier)匹配

　　通過對多個無線AP設(shè)置不同的SSID標(biāo)識字符串(最多32個字符)，并要求無線工作站出示正確的SSID才能訪問AP，這樣就可以答應(yīng)不同群組的用戶接入，并對資源訪問的權(quán)限進(jìn)行區(qū)別限制。但是SSID只是一個簡單的字符串，所有使用該無線網(wǎng)絡(luò)的人都知道該SSID，很輕易泄漏；而且假如配置AP向外廣播其SSID，那么安全程度還將下降，因為任何人都可以通過工具或Windows xp自帶的無線網(wǎng)卡掃描功能就可以得到當(dāng)前區(qū)域內(nèi)廣播的SSID。所以，使用SSID只能提供較低級別的安全防護(hù)。

　　* 物理地址(MAC，Media Access Control)過濾

　　由于每個無線工作站的網(wǎng)卡都有唯一的類似于以太網(wǎng)的48位的物理地址，因此可以在AP中手工維護(hù)一組答應(yīng)訪問的MAC地址列表，實(shí)現(xiàn)基于物理地址的過濾。假如各級組織中的AP數(shù)量很多，為了實(shí)現(xiàn)整個各級組織所有AP的無線網(wǎng)卡MAC地址統(tǒng)一認(rèn)證，現(xiàn)在有的AP產(chǎn)品支持無線網(wǎng)卡MAC地址的集中RADIUS認(rèn)證。物理地址過濾的方法要求AP中的MAC地址列表必須及時更新，因此此方法維護(hù)不便、可擴(kuò)展性差；而且MAC地址還可以通過工具軟件或修改注冊表偽造，因此這也是較低級別的訪問控制方法。

　　* 端口訪問控制技術(shù)(IEEE 802.1x)和可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議(EAP)

　　由于以上兩種訪問控制技術(shù)的可靠性、靈活性、可擴(kuò)展性都不是很好，802.1x協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，802.1x定義了基于端口的網(wǎng)絡(luò)接入控制協(xié)議(Port Based Network Access Control)，其主要目是為了解決無線局域網(wǎng)用戶的接入認(rèn)證問題，802.1x架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是集中式、可擴(kuò)展，雙向用戶驗證。有線局域網(wǎng)通過固定線路連接組建，計算機(jī)終端通過網(wǎng)線接入固定位置物理端口，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)接入，這些固定位置的物理端口構(gòu)成有線局域網(wǎng)的封閉物理空間。但是，由于無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)空間具有開放性和終端可移動性，所以很難通過網(wǎng)絡(luò)物理空間來界定終端是否屬于該網(wǎng)絡(luò)，因此，如何通過端口認(rèn)證來防止非法的移動終端接入本單位的無線網(wǎng)絡(luò)就成為一項非常現(xiàn)實(shí)的問題。

　　IEEE 802.1x提供了一個可靠的用戶認(rèn)證和密鑰分發(fā)的框架，可以控制用戶只有在認(rèn)證通過以后才能連接到網(wǎng)絡(luò)。但I(xiàn)EEE 802.1x本身并不提供實(shí)際的認(rèn)證機(jī)制，需要和擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP(Extensible Authentication PRotocol)配合來實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證和密鑰分發(fā)。EAP答應(yīng)無線終端使用不同的認(rèn)證類型，與后臺的認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行通訊，如遠(yuǎn)程認(rèn)證撥號用戶服務(wù)器(RADIUS)交互。EAP的類型有EAP-TLS、EAP-TTLS、EAP-md5、PEAP等類型，EAP-TLS是現(xiàn)在普遍使用的，因為它是唯一被IETF(因特網(wǎng)工程任務(wù)組)接受的類型。當(dāng)無線工作站與無線AP關(guān)聯(lián)后，是否可以使用AP的受控端口要取決于802.1x的認(rèn)證結(jié)果，假如通過非受控端口發(fā)送的認(rèn)證請求通過了驗證，則AP為無線工作站打開受控端口，否則一直關(guān)閉受控端口，用戶將不能上網(wǎng)。認(rèn)證過程如圖1所示。

　　* WLAN的數(shù)據(jù)加密技術(shù)

　　* WEP(Wired Equivalent Privacy)有線等效保密

　　為了保證數(shù)據(jù)能安全地通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸而制定的一個加密標(biāo)準(zhǔn)，使用了共享秘鑰RC4加密算法，只有在用戶的加密密鑰與AP的密鑰相同時才能獲準(zhǔn)存取網(wǎng)絡(luò)的資源，從而防止非授權(quán)用戶的監(jiān)聽以及非法用戶的訪問。密鑰長度最初為40位(5個字符)，后來增加到128位(13個字符)，有些設(shè)備可以支持152位加密。

　　WEP標(biāo)準(zhǔn)在保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全方面存在固有缺陷，例如一個服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有用戶都共享同一個密鑰，一個用戶丟失或者泄漏密鑰將使整個網(wǎng)絡(luò)不安全。另外，WEP加密有自身的安全缺陷，有許多公開可用的工具能夠從互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)下載，用于入侵不安全網(wǎng)絡(luò)。而且黑客有可能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，然后利用這些工具來破解密鑰，截取網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包，或非法訪問網(wǎng)絡(luò)。

　　* WPA保護(hù)訪問(Wi-Fi Protected Access)技術(shù)

　　WEP存在的缺陷不能滿足市場的需要，而最新的IEEE 802.11i安全標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)被不斷推遲，Wi-Fi聯(lián)盟適時推出了WPA技術(shù)，作為臨時代替WEP的無線安全標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為IEEE 802.11無線局域網(wǎng)提供較強(qiáng)大的安全性能。WPA實(shí)際上是IEEE 802.11i的一個子集，其核心就是IEEE 802.1x和TKip。

　　新一代的加密技術(shù)TKIP，與WEP一樣基于RC4加密算法，但對現(xiàn)有的WEP進(jìn)行了改進(jìn)，使用了動態(tài)會話密鑰。TKIP引入了48位初始化向量(IV)和IV順序規(guī)則(IV Sequencing Rules)、每包密鑰構(gòu)建(Per-Packet Key ConstrUCtion)、Michael消息完整性代碼(Message Integrity Code，MIC)以及密鑰重獲/分發(fā)4個新算法，極大提高了無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密安全強(qiáng)度。

　　WPA之所以比WEP更可靠，就是因為它改進(jìn)了WEP的加密算法。由于WEP密鑰分配是靜態(tài)的，黑客可以通過攔截和分析加密的數(shù)據(jù)，在很短的時間內(nèi)就能破解密鑰。而在使用WPA時，系統(tǒng)頻繁地更新主密鑰，確保每一個用戶的數(shù)據(jù)分組使用不同的密鑰加密，即使截獲很多的數(shù)據(jù)，破解起來也非常地困難。

　　* WLAN驗證與安全標(biāo)準(zhǔn)—IEEE 802.11i

　　為了進(jìn)一步加強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的安全性和保證不同廠家之間無線安全技術(shù)的兼容，IEEE802.11工作組于2004年6月正式批準(zhǔn)了IEEE 802.11i安全標(biāo)準(zhǔn)，從長遠(yuǎn)角度考慮解決IEEE 802.11無線局域網(wǎng)的安全問題。IEEE 802.11i標(biāo)準(zhǔn)主要包含的加密技術(shù)是TKIP(Temporal Key ntegrity Protocol)和AES(Advanced Encryption Standard)，以及認(rèn)證協(xié)議IEEE 802.1x。定義了強(qiáng)壯安全網(wǎng)絡(luò)RSN(Robust Security Network)的概念，并且針對WEP加密機(jī)制的各種缺陷做了多方面的改進(jìn)。

　　IEEE 802.11i規(guī)范了802.1x認(rèn)證和密鑰治理方式，在數(shù)據(jù)加密方面，定義了TKIP(Tem-poral Key Integrity Protocol)、CCMP(Counter-Mode/CBC2 MAC Protocol)和WRAP(Wireless Ro2bust Authenticated Protocol)三種加密機(jī)制。其中TKIP可以通過在現(xiàn)有的設(shè)備上升級固件和驅(qū)動程序的方法實(shí)現(xiàn)，達(dá)到提高WLAN安全的目的。CCMP機(jī)制基于AES(Advanced Encryption Standard)加密算法和CCM(Counter2Mode/CBC2MAC)認(rèn)證方式，使得WLAN的安全程度大大提高，是實(shí)現(xiàn)RSN的強(qiáng)制性要求。AES是一種對稱的塊加密技術(shù)，有128/192/256位不同加密位數(shù)，提供比WEP/TKIP中RC4算法更高的加密性能，但由于AES對硬件要求比較高，因此CCMP無法通過在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級實(shí)現(xiàn)。

　　* WLAN的其它數(shù)據(jù)加密技術(shù)——虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)

　　虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)是指在一個公共IP網(wǎng)絡(luò)平臺上通過隧道以及加密技術(shù)保證專用數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)安全。它不屬于802.11標(biāo)準(zhǔn)定義，是以另外一種強(qiáng)大的加密方法來保證傳輸安全的技術(shù)，可以和其它的無線安全技術(shù)一起使用。VPN協(xié)議包括二層的PPTP/L2TP協(xié)議和三層的IPSec協(xié)議，IPSec用于保護(hù)IP數(shù)據(jù)包或上層數(shù)據(jù)，IPSec采用諸如數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)和168位三重數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(3DES)以及其它數(shù)據(jù)包鑒權(quán)算法來進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，并使用數(shù)字證書來驗證公鑰，VPN在客戶端與各級組織之間架起一條動態(tài)加密的隧道，并支持用戶身份驗證，實(shí)現(xiàn)高級別的安全。VPN支持中心安全治理，不足之處是需要在客戶機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密和解密，增加了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，另外要求在AP后面配備VPN集中器，從而提高了成本。無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)用VPN技術(shù)加密后再用無線加密技術(shù)加密，就似乎雙重門鎖，提高了可靠性。

　　建設(shè)WLAN時的安全事項

　　* 制定安全規(guī)劃

　　各級組織在建設(shè)WLAN時，在有數(shù)據(jù)安全需求時，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中重要數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩欠浅Ｖ匾膯栴}，必須確保重要數(shù)據(jù)不外泄和完整性，制定合理的安全規(guī)劃。

　　* 從訪問控制考慮

　　不論是對有線的以太網(wǎng)絡(luò)還是無線的802.11網(wǎng)絡(luò)，RADIUS都是標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)登錄技術(shù)。支持802.1x 協(xié)議的RADIUS技術(shù)，提高了WLAN的用戶認(rèn)證能力，802.1x技術(shù)能夠為用戶帶來高效、靈活的無線網(wǎng)絡(luò)安全解決方案。所以，選用802.1x技術(shù)的無線產(chǎn)品是各級組織WLAN訪問控制的最佳選擇，而沒有技術(shù)和設(shè)備條件的各級組織在訪問控制上起碼要使用SSID匹配和物理地址過濾技術(shù)。

　　* 從數(shù)據(jù)加密考慮

　　無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完全是在空氣中傳輸，只要處于該無線信號覆蓋范圍內(nèi)，就很輕易通過其他無線設(shè)備截取信息，因此，保密性和安全性對無線產(chǎn)品尤為重要。WPA、TKIP、AES等數(shù)據(jù)加密技術(shù)提供了較高的安全性，各級組織必須選用有這類安全加密標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，128位的WEP加密技術(shù)是迫不得已的選擇。

　　* 選購合適的產(chǎn)品

　　* 傳輸性能及功耗

　　無線產(chǎn)品目前主要有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)。802.11b技術(shù)運(yùn)行在2.4GHz頻段，能夠提供11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，802.11b產(chǎn)品成本較低，對電源要求較低，得到了眾多廠商的廣泛支持和普遍應(yīng)用；運(yùn)行于5GHz頻段的802.11a規(guī)范能夠提供高達(dá)54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率；802.11g標(biāo)準(zhǔn)是專門設(shè)計用來提升802.11b網(wǎng)絡(luò)的性能與應(yīng)用，運(yùn)行在2.4GHz頻段的802.11g標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率提升到了20Mbps之上，最高可以提供54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，802.11g+甚至可以達(dá)到108Mbps。802.11a／g調(diào)制的功效比802.11b高出二至三倍。這使得我們在WLAN上操作時，移動設(shè)備的電池壽命能夠獲得顯著改善。盡管802.11b在某個時間瞬間所耗的功率可能較少，但在802.11b網(wǎng)絡(luò)上傳輸／接收有意義的應(yīng)用數(shù)據(jù)量的時間卻可能比 802.11a／g 無線局域網(wǎng)長出五倍，支持更長的傳輸／接收時間所需的功率使802.11b的功效大大低于802.11a／g。所以，在產(chǎn)品選型上，盡量選用802.11a／g的產(chǎn)品。

　　* 安全指標(biāo)

　　制定了安全規(guī)劃后，在選擇無線產(chǎn)品時，要仔細(xì)查看設(shè)備是否提供SSID、IEEE802.1X、MAC地址綁定、WEP、WPA、TKIP、AES等安全機(jī)制，以保證無線網(wǎng)絡(luò)的順利部署。

　　* 硬件安裝

　　合理布置無線AP及工作站的位置，同樣對網(wǎng)絡(luò)安全性十分重要。例如，應(yīng)將AP置于接近建筑物中心的地方，遠(yuǎn)離外向墻壁或窗戶。這樣不僅可使所有辦公室能夠更好地接入WLAN，而且還可減少來自外界的干擾，而且還應(yīng)靈活地減少接入點(diǎn)廣播強(qiáng)度，僅覆蓋所需區(qū)域，減少被竊聽的機(jī)會。

　　* 安全培訓(xùn)及制度建設(shè)

　　* 技術(shù)人員重視安全技術(shù)措施

　　從最基本的安全制度到最新的訪問控制、數(shù)據(jù)加密協(xié)議，各級組織的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主管部門都需要采用最高安全保護(hù)措施。采用的安全措施越多，其網(wǎng)絡(luò)相對就越安全，數(shù)據(jù)安全才能得到保障。

　　* 用戶安全教育

　　各級組織的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可以讓辦公室中的每位網(wǎng)絡(luò)用戶負(fù)責(zé)安全性，將所有網(wǎng)絡(luò)用戶作為“安全代理”，明確每位員工都負(fù)有安全責(zé)任并分擔(dān)安全破壞費(fèi)用，以幫助治理風(fēng)險。重要的是幫助員工了解不采取安全保護(hù)的危險性，非凡需要向用戶演示如何檢查其電腦上的安全機(jī)制，并按需要激活這些機(jī)制，這樣可以更輕松地治理和控制網(wǎng)絡(luò)。

　　* 安全制度建設(shè)

　　制定安全制度，進(jìn)行定期安全檢查。WLAN實(shí)施是危險的，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員應(yīng)該公布關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)安全的服務(wù)等級協(xié)議或政策，還應(yīng)指定政策負(fù)責(zé)人，積極定期檢查各級組織網(wǎng)絡(luò)上的欺騙性或未知接入點(diǎn)。此外，更改接入點(diǎn)上的缺省治理密碼和SSID，并實(shí)施動態(tài)密鑰(802.1X)或定期配置密鑰更新，這樣有助于最大限度地減少非法接入網(wǎng)絡(luò)的可能性。

　　WLAN的發(fā)展及對策

　　WLAN的各項技術(shù)均處在快速的發(fā)展過程當(dāng)中，總的發(fā)展方向是速度會越來越快，安全性會越來越高。研制中的IEEE 802.16的WiMax標(biāo)準(zhǔn)能夠在50公里的城域范圍內(nèi)進(jìn)行高速無線數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)網(wǎng)接入，速度將達(dá)到70Mbps；近兩年來，還有許多短距離無線技術(shù)也日益走向成熟，UWB、ZigBee和RFID便是其中比較典型的技術(shù)，其中UWB是一種短距離、高速率的無線傳輸技術(shù)，它能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)百兆至數(shù)千兆的數(shù)據(jù)傳輸速率，而且，UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、能量消耗少、保密性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)通信、安全檢測、位置測定等諸多領(lǐng)域。但無線網(wǎng)絡(luò)的安全性問題不會在短期內(nèi)徹底解決，因為“矛”與“盾”總是在相互對抗中不斷促進(jìn)、不斷提高的，各種解密技術(shù)、黑客技術(shù)也在快速發(fā)展、更新中，所以沒有絕對的安全性。

　　各級組織根據(jù)自身的數(shù)據(jù)安全需求對WLAN安全及其標(biāo)準(zhǔn)給予足夠的關(guān)注，選用合適的WLAN安全技術(shù)，提供足夠的安全防護(hù)，可以讓各級組織更安心的享受WLAN的自由，同時也保證各級組織重要數(shù)據(jù)的安全，促進(jìn)各級組織健康、快速地發(fā)展。

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