WLAN 無線網絡 11 - 無線網絡加密

網絡安全這一話題基本上是伴隨著網絡一起成長的，現在凡是涉及到網絡的，基本上都會涉及到網絡安全的問題。WLAN（無線局域網）也不例外的涉及到眾多形形×××的網絡安全的威脅。

無線網絡安全的發展：

無線網絡安全主要有三目的：私密性（防范數據不受未授權的第三方攔截）；完整性（防范數據被篡改）；認證（確定數據來源的合法性）

無線網絡安全主要涉及兩個方面，認證和加密。所謂認證就是在STA接入網絡時，能夠確保只有被允許接入的STA才可以正常接入網絡；所謂加密就是STA接入網絡后，所有的數據通訊采用一定的加密技術確保數據的私密性和完整性。

WLAN認證方式的發展是由最初的Open System Authentication 到 Shared Key Authentication， 和到現在主流的WPA/WPA2-PSK , WPA/WPA2-Enteriprise。 當然還有其他一些802.1X相關的認證方式。

WLAN加密方式的發展是由最初的無加密，WEP/RC4，TKIP/RC4，到CCMP/AES。

這里簡單介紹相關發展階段：

認證是WiFi設備連接某個BSS之前所需要進行的兩個步驟之一， 在STA與AP關聯之前進行。這步相當于將有線網絡網線插入網絡接口使得網絡物理層接通。其目的是驗證當前設備是一個合法的802.11無線網絡設備。

Open System Authentication

在這種認證模式下，由Client首先發出第一幀Auth包，然后AP回復成功或失敗。與之配套的有WEP加密方式（可選），是在關聯成功后，加密3層以上的數據。

Shared Key Authentication

在最初大家認為Open System Authentication不夠安全，開發出了Shared Key Authentication. 其基本過程如下：

<1> STA向AP發送Authentication Request

<2>AP向STA發送質詢文本（Challenge Text）

<3>STA將Challenge Text作為Plaintext進行WEP加密，并將Ciphertext傳給AP

<4>AP進行WEP解密，并判斷ICV值，若成功匹配，返回Authentication Request(Success),否則返回Deauthentication.

WPA

WEP Shared Key Authentication看起來似乎已經解決了認證問題，可是由于其使用WEP-RC4算法，造成其本身有一定的缺陷(24bit IV)，使用一些認證破解工具很快就可以逆向推算出加密密碼，這樣網絡安全看似有保障實則基本上和Open System Authentication沒有太大的區別。 在IEEE發布更新加密算法之前，Wi-Fi聯盟率先推出了WPA認證加密方法。WPA主要有兩種，WPA-PSK和WPA-Enterprise，也就是個人和企業級別。 

WPA使用于WEP相同的加密算法RC4，不同的是WPA使用更多位數的IV（48bit），這樣就大大減少了密碼被破解的可能性。 

其通信過程如下：

1. WPA-PSK 初始化， 使用 SSID 和passphares使用以下算法產生PSK。

2. 第一次握手， 

        AP廣播SSID，AP_MAC(AA)→STATION

        STA端， 使用接受到的SSID，AP_MAC(AA)和passphares使用同樣算法產生PSK

3. 第二次握手,

        STA端, 發送一個隨機數SNonce，STATION_MAC(SA)→AP

        AP端, 接受到SNonce，STATION_MAC(SA)后產生一個隨機數ANonce; 然后用PMK，AP_MAC(AA)，STATION_MAC(SA)，SNonce，ANonce 用以下算法產生PTK. 提取這個PTK 前16 個字節組成一個MIC KEY

4. 第三次握手

        AP端, 發送上面產生的ANonce→STATION

        STA端, 用接收到ANonce 和以前產生PMK，SNonce，AP_MAC(AA)，STATION_MAC(SA)用同樣的算法產生PTK。提取這個PTK 前16 個字節組成一個MICKEY使用以下算法產生MIC值用這個MIC KEY 和一個802.1x data 數據幀使用其算法得到MIC值。

5. 第四次握手

    STA 端, 用上面那個準備好的802.1x 數據幀在最后填充上MIC值和兩個字節的0（十六進制）讓后發送這個數據幀到AP。

    AP端, 收到這個數據幀后提取這個MIC。并把這個數據幀的MIC部分都填上0（十六進制）這時用這個802.1xdata 數據幀，和用上面AP產生的MIC KEY 使用同樣的算法得出MIC’。如果MIC’等于STATION發送過來的MIC。那么第四次握手成功。若不等說明則AP 和STATION 的密鑰不相同，或STATION 發過來的數據幀受到過中間人***，原數據被篡改過。握手失敗了。

WPA2(802.11i)

上面說過，WPA只是Wi-Fi 聯盟用于暫時過渡，IEEE在2004年推出其安全標準，也就是后來的WPA2。相比WPA，WPA2同樣有WPA2-PSK和WPA2-Enterprise。不同于WPA，WPA2采用了CCMP/AES 動態密鑰。

說完了加密，我們再來看一下，加密過后，數據幀都有哪些改變：

最顯而易見的是其負載因為加密的緣故變大了，

WEP-多出8字節:

WPA-多出20字節：

WPA2-多出16字節: