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無線局域網通信安全機制研究

文檔作者：孟清劉運鄺月娟文檔來源： 1．湖南大眾傳媒職業(yè)技術學院 2．國防科學技術大學		點擊數：	更新時間： 2024年08月01日
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2011年5月1日
第34卷第9期
現(xiàn)代電子技術
M odern Electronics Technique
Mav 2O11
Vo1．34 No．9
無線局域網通信安全機制研究
孟 清 ，劉 運。，鄺月娟
(1．湖南大眾傳媒職業(yè)技術學院，湖南長沙410100；2．國防科學技術大學計算機學院，湖南長沙410073)
摘要：隨著無線局域網(WLAN)應用規(guī)模不斷擴大，其通信安全問題備受業(yè)界關注。通過分析現(xiàn)有的WLAN在物理
層、數據鏈路層和網絡層三個層次的安全機制，從訪問控制和數據加密兩個方面指出了其局限性和缺陷，提出了運用隔離技
術、升級加密方案和VPN技術等措施構建多層次的安全體系，確保WLAN通信安全。
關鍵詞：無線局域網；安全通信；安全體系；VPN
中圖分類號：TN918—34 文獻標識碼：A 文章編號：1004—373X(2011)09—0102—03
Study on Security M echanism of W ireless LAN Communication
MENG Qing ，LIU Yun ，KUANG Yue-j uan
(1． H unan M ass M edia College，Changsha 410100，China
2． School of Com puter Science，National U niversi of Defense Technology，Changsha 410073， China)
Abstract：W ith the development of wireless LAN ，people pay more attention tO the communication security．The limita—
tion and flaw about access control and data encryption are pointed out on the basis of analysis of the safety mechanism in physics
layer，data link layer and network layer．A multilayer safety system built by isolation technology，upgrade encryption and
VPN technology is put forward tO ensure the communication security．
Keywords：wireless ALN ；safety communication；safety system ；VPN
0 引 言
近年來，無線局域網(wLAN)的市場、應用和服務
快速發(fā)展，規(guī)模不斷擴大，但是由于WLAN無線信號
的開放性和IEEE 802．11協(xié)議自身固有的脆弱性，出
現(xiàn)了大量針對WLAN的攻擊手段，非法用戶在能夠接
收到無線信號的任何地方都可以發(fā)起對wLAN 的攻
擊，基于WLAN的安全漏洞進行網絡攻擊事件不斷增
多，導致WLAN 的安全無法得到保障，禁止使用
WLAN的企業(yè)和組織也在逐漸增多，wLAN的安全問
題也正變得越來越突出。
1 WLAN安全機制
WLAN是利用射頻技術進行數據通信的開放式系
統(tǒng)，其安全性與有線網絡相比主要體現(xiàn)在物理層、數據
鏈路層和網絡層，其他層次安全性和有線網絡類似。
1．1 物理層安全
目前各種WLAN物理層安全主要圍繞無線信號
的抗干擾、抗衰落和抗竊聽三個方面展開。
收稿日期：2010—12—16
基金項目：湖南省教育廳科學研究資助項目(10C0O87)：無線
網狀網(WMN)的入侵檢測模型研究
wLAN主要標準有IEEE 802．11，IEEE 802．11b，
IEEE 802．11a和IEEE 802．11g，為提高無線信號干
擾、傳輸速率的性能，射頻技術從直接序列擴頻技術
(DSSS)和跳頻擴頻(FHSS)，發(fā)展到IEEE 802．1lb的
使用補碼鍵控(CCK)到IEEE 802．11a使用的正交頻
分復用(OFDM)，去年通過的IEEE 802．1ln利用
MIMO和OFDM 相結合，在高速數據傳輸、安全性和
QoS等方面進行了新的改進。
1．2 數據鏈路層安全
數據鏈路層安全主要圍繞數據加密展開。
IEEE 802．11b采用有線等價保密協(xié)議(WEP)的
加密方案[r。WEP利用對稱流密碼技術的RC4算法
進行加密，在當時情況下，WEP對于無線通信信號的保
密性和完整性，防止非授權訪問方面為WLAN 提供
一定程度安全措施，通過WEP提供與有線網絡同級別
的安全防護。
WLAN高速發(fā)展后，WEP的安全問題不斷顯現(xiàn)，
IEEE 802．11i通過增加IV和密碼長度等方法推出了
WEP2加密方案，通過增加消息完整性代碼(MIC)和包
密鑰混合函數推出了臨時密鑰完整性協(xié)議(TKIP) ，
最終提出了基于AES算法的WPA2。
1．3 網絡層安全
網絡層安全主要圍繞wI AN訪問控制和數據保
第9期 孟清等：無線局域網通信安全機制研究 103
密傳輸兩方面展開。
IEEE 802．11b標準通過服務配置標識符SSID、身
份認證和虛擬專用網VPN 在網絡提供網絡層安全
保障。
IEEE 802．11X認證協(xié)議通過對接入端口定義實現(xiàn)
了訪問控制。該協(xié)議將訪問端口定義為非授權和授權
端口控制用戶數據傳輸，借助EAP認證協(xié)議為WLAN
設備提供認證和授權l(xiāng)3]。
2 WLAN安全機制缺陷
隨著WLAN應用范圍不斷擴大和對WLAN技術
研究的深入，WLAN安全機制缺陷不斷顯現(xiàn)出來，主要
集中在訪問控制和數據加密兩個方面。
2．1 訪問控制
2．1．1 非法獲取服務集標示(SSID)
為對網絡資源訪問的權限進行限制，無線客戶端需
要擁有正確的SSID才能訪問無線接入點(AP)。AP
初始化配置為廣播SSID，惡意客戶端只要在AP通信
范圍之內，就可以收到SSID，對于部分更改為不廣播
SSID的AP，惡意客戶端通過掃描工具獲得部分數據進
行分析就可以得到SSID。
所以對于利用SSID進行權限限制只能提供低級
別的安全防護。 ．
2．1．2 惡意修改MAC地址
AP保存一張允許訪問的MAC地址表，實現(xiàn)基于
MAC地址過濾，對于較多的MAC可以利用集中的
RADIUS認證。惡意客戶端可以利用軟件修改自己
MAC和合法MAC一致，達到欺騙AP的目的。
所以對于利用MAC過濾進行權限限制也只能提
供低級別的安全防護。
2．1．3 利用IEEE 802．11X認證缺陷
IEEE 802．11X認證是單向認證，即只有對認證申
請者進行可信認證，而對認證服務器不進行認證。所以
出現(xiàn)了惡意客戶端假冒認證服務器向認證申請者發(fā)出
確認報文挾持合法客戶端的攻擊。
IEEE 802．11X規(guī)定認證模式是可以協(xié)商的。所以
惡意客戶端利用該弱點協(xié)商一種最簡單、最容易攻擊的
認證模式進行認證，利用協(xié)商認證模式弱點進行攻擊。
IEEE 802．11X規(guī)定當客戶端斷開連接時，向服務
器發(fā)送EAP—LOGOFF報文。惡意客戶端通過偽造正
常通信客戶端的MAC等方法假冒客戶端發(fā)送EAP
LOGOFF報文，造成合法客戶端被迫斷開連接，從而實
現(xiàn)拒絕服務攻擊。
2．2 數據加密
IEEE 802．11b使用的WEP加密方案中的IV 由
于長度過短和初始化復位的特點，在實際使用的時候容
易出現(xiàn)重用現(xiàn)象，從而被攻擊者破解密鑰。
WEP使用循環(huán)冗余校驗進行信息完整性驗證，但
是這種線性運行在不改變數據位數的情況下，篡改部分
數據不會被發(fā)現(xiàn)。惡意客戶端利用這一特點，修改部分
數據，如IP地址，實現(xiàn)IP地址欺騙等攻擊。
3 應對措施
由于WLAN傳輸介質的開放性為攻擊者提供了
有利條件，而且利用SSID 限制、MAC地址過濾和
WEP加密方案進行安全防護，目前都已經被驗證有不
少漏洞，但是由于技術研究與網絡產品之間的傳遞滯后
性，導致目前存在的大量支持舊標準的無線設備在很長
一段時間內仍然處于主導地位，比如實際應用中WEP
算法等仍然廣泛應用于各種無線網絡設備中，給攻擊者
打開方便之門，最近出現(xiàn)的“蹭網”現(xiàn)象就利用暴力破解
加密算法原理的無線網卡實現(xiàn)，所以必需在現(xiàn)有的條件
下對wLAN加強各級別安全防護。
3．1 運用WLAN 用戶隔離技術，建立初級防護體系
用戶隔離技術就是將靜態(tài)IP地址、MAC地址綁定
和虛擬局域網(VLAN)端口三種措施結合起來進行
防護。
對于IP地址分配，為管理和使用簡單，管理員一般
配置使用DHCP進行動態(tài)地址分配，IP地址范圍是固
定的地址池。對于惡意攻擊來說，獲知一個IP地址就
可以簡單推算出連續(xù)的IP地址，可以實施較大規(guī)模的
集中攻擊，實施數據修改、地址欺騙和會話攔截等行為。
所以對于小規(guī)模WLAN來說，關閉DHCP，通過
為每個客戶端提供固定、離散的IP地址，然后將IP地
址與客戶端網卡MAC進行綁定，最后在局域網交換機
實施居于1P地址的WLAN 規(guī)劃，對客戶端進行集中
管理，這樣增加無線網絡攻擊難度，建立初級防護體系，
提高無線通信的安全性。
3．2 升級加密方案，加強密鑰管理，防止惡意入侵
WEP加密體系在攻擊技術不斷進步的同時已經全
面瓦解，為保障無線通信安全，在網絡設備允許的情況
下，建議使用WPA2進行加密，WPA2采用對稱加密系
統(tǒng)(AES)，安全性相對WEP大大加強，其破解難度在
使用雜亂字符下至少也要24 h以上，極大提供了攻擊
門檻。
對于密鑰管理，建議用戶定期進行更換，有必要時
可以啟用獨立的認證服務器實施密鑰的分配和管理。
3．3 引入虛擬專用網(VPN)技術，確保無線通信安全
在小型WALN中可以運用WLAN用戶隔離技術
建立起初級防護體系，但是對于大型的WAI N中由于
104 現(xiàn)代電子技術 2011年第34卷
節(jié)點眾多，維護IP地址、MAC地址列表和AP的WEP
加密密鑰都是難以實行的管理任務，可見大型的、安全
性要求高的WALN利用隔離技術已經不符合要求，必
須引入新的無線通信安全體系。
VPN是一種在公用網絡上建立私有網的技術，主
要采用隧道、認證、加密和訪問控制技術在公網上建立
一個臨時、安全的連接。實施VPN的目的就是要在不
安全的公網上進行安全的通信，同樣可以在開放的
WALN 中實施VPN，實現(xiàn)無線客戶端同安全網關保護
的局域網之間進行數據的安全傳輸。因此在WLAN
中引入該技術將極大提高無線通信安全性。
在WALN中引入VPN技術后，WLAN利用VPN
的用戶認證機制確保只有己被授權的無線客戶端才能
夠進行無線通信連接、發(fā)送和接收數據。VPN 的加密
體系采用MD5等加密算法確保即使惡意節(jié)點攔截竊
聽到傳輸數據，沒有充足的時間和精力它也不能將這些
信息解密。VPN的數據認證體系確保在WLAN傳輸
的數據的完整性，保證所有業(yè)務流都是來自WLAN認
證的設備。
4 結 語
隨著國內無線城市、三網融合等應用即將進入實際
運行，WLAN的應用范圍還將不斷擴大，因此WALN
的安全問題也將越來越受到重視。加強WLAN安全
管理，根據WALN規(guī)模，適當運用用戶隔離技術、升級
加密方案和VPN技術等措施，在一定程度上可以確保
無線通信的安全性。相信隨著WLAN安全技術研究
的不斷完善，合理構建多層次的安全體系，制定規(guī)范和
有效的管理措施，相信在將來，無線局域網將以它的靈
活性在新的應用領域發(fā)揮更加重要的作用。
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作者簡介：盂 清 男，1980年出生，湖南南縣人，碩士研究生，高級工程師。主要研究方向為計算機網絡安全。
劉 運 男，1979年出生，湖南常德人，博士研究生。主要研究方向為計算機網絡安全。
鄺月娟 女，1983年出生，湖南長沙人，碩士研究生。主要研究方向為計算機軟件。
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a1[El／／Proceedings of The 6th International Workshop
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M NSA 。2004：118—123．
作者簡介：孫繼龍 男，1969年出生，陜西銅川人，講師，碩士。主要研究方向為計算機應用。

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