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摘 要 针对无线局域网中的安全问题，提出了无线局域网的安全系统，包括认证、加密、WLAN三部分。深入研究三种对WEP的攻击手段，并提出相关对策。研究表明IPSec VPN 并不能解决 MAC 层的安全问题，为此，采用同步伪随机序列协议来实现。同步伪随机序列安全协议是一个基于认证的安全协议，采用通信双方相互认证、动态密钥等方式来保障无线局域网信息传输过程中的 MAC 层的安全。并用 BAN形式逻辑上验证了该方案的完备性。IPSec VPN 和同步伪随机序列两种方法的结合，可以较好地在现有无线网络设备的基础上，解决现有无线局域网所面临的主要安全威胁。
关键词 无线局域网 认证 加密 同步伪随机序列
无线局域网（WLAN）具有易于实施，减小成本和管理代价，灵活及效率高的特点，但是无线技术缺乏固有的物理保护，容易遭受更多的网络安全攻击，而且不容易检测。最近的许多安全研究表明IEEE802.11的协议安全机制WEP和认证也存在不少漏洞。因此，对无线局域网的安全性研究，特别是广泛使用的 IEEE802.11 无线局域网的安全性研究，发现其可能存在的安全缺陷，研究相应的改进措施，提出新的改进方案，对无线局域网技术的使用、研究和发展都有着深远的影响。
1无线局域网安全性分析
1.1 无线局域网面临的安全问题
无线局域网面临的安全问题包括：容易侵入、非法的AP、未经授权使用服务、服务和性能的限制、地址欺骗和会话拦截、流量分析与流量侦听及高级入侵。最主要的安全问题是高级入侵。
一旦攻击者进入无线网络，它将成为进一步入侵其他系统的起点。很多网络都有一套经过精心设置的安全设备作为网络的外壳，以防止非法攻击，但是在外壳保护的网络内部确是非常的脆弱容易受到攻击的。
1.2 无线局域网安全系统
无线局域网安全系统由认证，加密，WLAN三部分組成。
认证技术：通过IEEE802.1x，EAP，RADIUS协议验证信息的发送者是合法的而不是冒充的，验证信息的完整性，是防止主动攻击的重要技术，对开放环境中的各种信息系统的安全性有重要作用。
加密技术：应用对称密钥，公钥密码，密钥管理来隐藏和保护需要保密的信息。
WLAN技术：是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，由MAC层和物理层组成。
2 认证技术分析
IEEE 802.11标准定义了两种身份认证的方法：开放式身份认证和共享密钥认证。802.1x协议起源于802.11协议，制订802.1x协议的初衷是为了解决无线局域网用户的接入认证问题。 802.1x是一种基于端口的认证协议，是一种对用户进行认证的方法和策略。 体系结构中包括三个部分，即请求者系统、认证系统和认证服务器系统三部分。
2.1 802.1x认证流程
基于802.1x的认证系统在客户端和认证系统之间使用EAPOL格式封装EAP协议传送认证信息，认证系统与认证服务器之间通过RADIUS协议传送认证信息。由于EAP协议的可扩展性，基于EAP协议的认证系统可以使用多种不同的认证算法，如EAP-MD5，EAP-TLS，EAP-SIM，EAP-TTLS以及EAP-AKA等认证方法。
2.2 Diameter协议
Diameter协议由基础协议、传输协议和一系列应用扩展组成。Diameter协议应用扩展主要包括Diameter移动IPv4/IPv6应用、Diameter NASREQ应用、Diameter SIP应用、Diameter多媒体应用、Diameter用户会话移动性应用等。
Diameter节点间的网络连接是在Diameter节点启动过程中动态建立的基于TCP或者SCTP传输协议上的套接字连接。
对于一个Diameter节点，其对端节点，或者基于静态配置，或者基于动态，利用服务定位协议（Service Location Protocol，SLP）、域名服务器协议（Domain Name Server，DNS）发现。当Diameter协议栈启动时，Diameter节点会尝试与每一个它所得知的对端节点建立套接字连接。
在成功建立一个套接字连接，即对等连接后，两个Diameter节点将进行能力协商，交换协议版本、所支持的应用协议、安全模式等信息。能力协商是通过Diameter的能力交换请求（Capabilities-Exchange-Request，CER）和能力交换响应（Capabilities-Exchange-Answer，CEA）两个Diameter消息的交互实现的。能力协商之后，应该把有关对端所支持的应用等信息保存在高速缓存中，这样就可以防止把对端不认识的消息和AVP发送给对端。
2.3 Diameter协议与RADlUS协议的比较
与RADIUS协议相比较而言，Diameter的优势主要表现在以下几个方面：①更好的传输性能；②更好的代理性；③更好的会话控制；④更强的安全性。
通过分析可以看出，Diameter协议在高密集性和高复杂性的网络环境中，极大地弥补了RADIUS协议所欠缺之处，并通过一系列应用扩展大大地增强了Diameter的适用性。
3 WEP加密
3.1 RC4算法
WEP中采用的RC4算法是一种对称流加密算法。RC4算法属于二进制异或同步流密码算法，其密钥长度可变，在WEP中，密钥长度可选择128bit或64bit。
RC4算法由伪随机数产生算法（Pseudo Random Generation Algorithm，PRGA）和密钥调度算法（Key Schedule Algorithm，KSA）两部分构成。其中PRGA为RC4算法的核心，用于产生与明文相异或的伪随机数序列；KSA算法的功能是将密钥映射为伪随机数发生器的初始化状态，完成RC4算法的初始化。 状态盒的初始化状态仅仅依赖于加密密钥K，因此，若已知加密密钥就可完全破解RC4。加密密钥完全且唯一确定了伪随机数序列，相同的密钥总是产生相同的序列。另外，RC4算法本身并不提供数据完整性校验功能，此功能的实现必须由其他方法实现。
3.2 RC4和WEP
WEP 加密使用共享密钥和 RC4 加密算法。访问点（AP）和连接到该访问点的所有工作站必须使用同样的共享密钥。对于往任一方向发送的数据包，传输程序都将数据包的内容与数据包的检查和组合在一起。然后，WEP 标准要求传输程序创建一个特定于数据包的初始化向量（IV），后者与密钥相组合在一起，用于对数据包进行加密。接收器生成自己的匹配数据包密钥并用之对数据包进行解密。
在理论上，这种方法优于单独使用共享私钥的显式策略，因为这样增加了一些特定于数据包的数据，应该使对方更难于破解。实际上并不是这样。其弱点主要有以下三个方面：①密钥流重用；②信息修改；③接入控制。
4 结论
本文研究了无线局域网中的安全问题，提出了无线局域网的安全系统，包括认证，加密，WLAN三部分。深入研究三种对WEP的攻击手段，并且提出了相关对策。IPSec VPN 并不能解决 MAC 层的安全问题，为此，采用同步伪随机序列协议来实现。同步伪随机序列安全协议是一个基于认证的安全协议，采用通信双方相互认证、动态密钥等方式来保障无线局域网信息传输过程中的 MAC 层的安全。并用 BAN形式逻辑上验证了该方案的完备性。
参考文献：
[1]曹秀英，耿嘉，沈平，等.无线局域网安全系统第一版[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2] Dr.Cyrus Peikari Seth Fogie，周婧，等译.无线网络安全第二版[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]刘杨，李腊元.基于WEP协议的无线局域网安全性分析与测试[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2006，30（1）：60-62.
[4]孙树峰，贺石，兴方，等.802.11无线局域网安全技术研究[J].华东师范大学学报（计算机版），2006，40（3）：40-59.
作者简介：
罗开国（1970.5～），男（汉族），湖南省瀏阳市人，湖南信息科学职业学院电子及信息技术系讲师，主要从事信息技术研究。
关键词 无线局域网 认证 加密 同步伪随机序列
无线局域网（WLAN）具有易于实施，减小成本和管理代价，灵活及效率高的特点，但是无线技术缺乏固有的物理保护，容易遭受更多的网络安全攻击，而且不容易检测。最近的许多安全研究表明IEEE802.11的协议安全机制WEP和认证也存在不少漏洞。因此，对无线局域网的安全性研究，特别是广泛使用的 IEEE802.11 无线局域网的安全性研究，发现其可能存在的安全缺陷，研究相应的改进措施，提出新的改进方案，对无线局域网技术的使用、研究和发展都有着深远的影响。
1无线局域网安全性分析
1.1 无线局域网面临的安全问题
无线局域网面临的安全问题包括：容易侵入、非法的AP、未经授权使用服务、服务和性能的限制、地址欺骗和会话拦截、流量分析与流量侦听及高级入侵。最主要的安全问题是高级入侵。
一旦攻击者进入无线网络，它将成为进一步入侵其他系统的起点。很多网络都有一套经过精心设置的安全设备作为网络的外壳，以防止非法攻击，但是在外壳保护的网络内部确是非常的脆弱容易受到攻击的。
1.2 无线局域网安全系统
无线局域网安全系统由认证，加密，WLAN三部分組成。
认证技术：通过IEEE802.1x，EAP，RADIUS协议验证信息的发送者是合法的而不是冒充的，验证信息的完整性，是防止主动攻击的重要技术，对开放环境中的各种信息系统的安全性有重要作用。
加密技术：应用对称密钥，公钥密码，密钥管理来隐藏和保护需要保密的信息。
WLAN技术：是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，由MAC层和物理层组成。
2 认证技术分析
IEEE 802.11标准定义了两种身份认证的方法：开放式身份认证和共享密钥认证。802.1x协议起源于802.11协议，制订802.1x协议的初衷是为了解决无线局域网用户的接入认证问题。 802.1x是一种基于端口的认证协议，是一种对用户进行认证的方法和策略。 体系结构中包括三个部分，即请求者系统、认证系统和认证服务器系统三部分。
2.1 802.1x认证流程
基于802.1x的认证系统在客户端和认证系统之间使用EAPOL格式封装EAP协议传送认证信息，认证系统与认证服务器之间通过RADIUS协议传送认证信息。由于EAP协议的可扩展性，基于EAP协议的认证系统可以使用多种不同的认证算法，如EAP-MD5，EAP-TLS，EAP-SIM，EAP-TTLS以及EAP-AKA等认证方法。
2.2 Diameter协议
Diameter协议由基础协议、传输协议和一系列应用扩展组成。Diameter协议应用扩展主要包括Diameter移动IPv4/IPv6应用、Diameter NASREQ应用、Diameter SIP应用、Diameter多媒体应用、Diameter用户会话移动性应用等。
Diameter节点间的网络连接是在Diameter节点启动过程中动态建立的基于TCP或者SCTP传输协议上的套接字连接。
对于一个Diameter节点，其对端节点，或者基于静态配置，或者基于动态，利用服务定位协议（Service Location Protocol，SLP）、域名服务器协议（Domain Name Server，DNS）发现。当Diameter协议栈启动时，Diameter节点会尝试与每一个它所得知的对端节点建立套接字连接。
在成功建立一个套接字连接，即对等连接后，两个Diameter节点将进行能力协商，交换协议版本、所支持的应用协议、安全模式等信息。能力协商是通过Diameter的能力交换请求（Capabilities-Exchange-Request，CER）和能力交换响应（Capabilities-Exchange-Answer，CEA）两个Diameter消息的交互实现的。能力协商之后，应该把有关对端所支持的应用等信息保存在高速缓存中，这样就可以防止把对端不认识的消息和AVP发送给对端。
2.3 Diameter协议与RADlUS协议的比较
与RADIUS协议相比较而言，Diameter的优势主要表现在以下几个方面：①更好的传输性能；②更好的代理性；③更好的会话控制；④更强的安全性。
通过分析可以看出，Diameter协议在高密集性和高复杂性的网络环境中，极大地弥补了RADIUS协议所欠缺之处，并通过一系列应用扩展大大地增强了Diameter的适用性。
3 WEP加密
3.1 RC4算法
WEP中采用的RC4算法是一种对称流加密算法。RC4算法属于二进制异或同步流密码算法，其密钥长度可变，在WEP中，密钥长度可选择128bit或64bit。
RC4算法由伪随机数产生算法（Pseudo Random Generation Algorithm，PRGA）和密钥调度算法（Key Schedule Algorithm，KSA）两部分构成。其中PRGA为RC4算法的核心，用于产生与明文相异或的伪随机数序列；KSA算法的功能是将密钥映射为伪随机数发生器的初始化状态，完成RC4算法的初始化。 状态盒的初始化状态仅仅依赖于加密密钥K，因此，若已知加密密钥就可完全破解RC4。加密密钥完全且唯一确定了伪随机数序列，相同的密钥总是产生相同的序列。另外，RC4算法本身并不提供数据完整性校验功能，此功能的实现必须由其他方法实现。
3.2 RC4和WEP
WEP 加密使用共享密钥和 RC4 加密算法。访问点（AP）和连接到该访问点的所有工作站必须使用同样的共享密钥。对于往任一方向发送的数据包，传输程序都将数据包的内容与数据包的检查和组合在一起。然后，WEP 标准要求传输程序创建一个特定于数据包的初始化向量（IV），后者与密钥相组合在一起，用于对数据包进行加密。接收器生成自己的匹配数据包密钥并用之对数据包进行解密。
在理论上，这种方法优于单独使用共享私钥的显式策略，因为这样增加了一些特定于数据包的数据，应该使对方更难于破解。实际上并不是这样。其弱点主要有以下三个方面：①密钥流重用；②信息修改；③接入控制。
4 结论
本文研究了无线局域网中的安全问题，提出了无线局域网的安全系统，包括认证，加密，WLAN三部分。深入研究三种对WEP的攻击手段，并且提出了相关对策。IPSec VPN 并不能解决 MAC 层的安全问题，为此，采用同步伪随机序列协议来实现。同步伪随机序列安全协议是一个基于认证的安全协议，采用通信双方相互认证、动态密钥等方式来保障无线局域网信息传输过程中的 MAC 层的安全。并用 BAN形式逻辑上验证了该方案的完备性。
参考文献：
[1]曹秀英，耿嘉，沈平，等.无线局域网安全系统第一版[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2] Dr.Cyrus Peikari Seth Fogie，周婧，等译.无线网络安全第二版[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]刘杨，李腊元.基于WEP协议的无线局域网安全性分析与测试[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2006，30（1）：60-62.
[4]孙树峰，贺石，兴方，等.802.11无线局域网安全技术研究[J].华东师范大学学报（计算机版），2006，40（3）：40-59.
作者简介：
罗开国（1970.5～），男（汉族），湖南省瀏阳市人，湖南信息科学职业学院电子及信息技术系讲师，主要从事信息技术研究。