《物联网安全》第9章 无线网络安全

第9章 无线网络安全

不咋考

模块一：无线局域网（WLAN）基础概念

1. WLAN的特点

• 安装便捷、维护方便：免去布线，只需安装AP即可覆盖。
• 使用灵活、移动简单：信号覆盖内可随时随地接入。
• 易于扩展、大小自如：从几人的小网到上千人的大网均可灵活配置。

2. IEEE 802.11 系列标准

标准	频段	传输速率	调制技术	兼容性
802.11	2.4 GHz	1 Mbps / 2 Mbps	FHSS / DSSS	初代标准
802.11b (Wi-Fi)	2.4 GHz	11 Mbps	DSSS	主流，覆盖广
802.11a	5 GHz	54 Mbps	OFDM	不兼容802.11b
802.11g	2.4 GHz	54 Mbps	OFDM	兼容802.11b和a

• 其他标准：HomeRF（家庭射频，10Mbps）、蓝牙（IEEE 802.15，近距离1Mbps，用于设备互联）。

3. CSMA/CA 协议

• 全称 ：载波侦听多路访问/冲突避免 （有线网用的是CSMA/CD冲突检测）。
• 工作原理：先侦听信道 -> 空闲则等待IFS时间 -> 仍空闲则发送 -> 接收端回发ACK确认。
• 冲突避免(CA)三大机制 ：
  1. 预约信道：发送前告知他人自己要发多久。
  2. 正向确认(ACK)：只有收到ACK才算发送成功。
  3. RTS/CTS机制：请求发送/允许发送，解决"隐藏终端"问题。

4. 拓扑结构

• 无中心拓扑（Ad-Hoc/对等模式）：无需AP，网点平等通信。抗毁性好、建网易；但用户多时信道竞争激烈。
• 有中心拓扑（Infrastructure/中心模式）：以AP为中心，所有通信经AP转接。性能稳定但中心瘫痪则全网瘫痪。

---

模块二：WLAN的组建与配置

1. 核心设备

• 无线网卡：PCMCIA、PCI、USB三种接口。
• 无线接入器 ：
  • 无线AP：像集线器/交换机，覆盖几十到上百米。
  • 无线路由器 = 无线AP + 宽带路由器（路由+交换机+防火墙）。
  • 无线网桥：用于连接远距离（几公里到几十公里）的独立网段，需成对使用，常配抛物面天线。
• 无线天线：增益越大，信号越强。单位为dB。

2. 组网模式

• Ad-Hoc模式：点对点，无AP，设相同SSID即可通信，适合临时小规模。
• Infrastructure模式：集中控制，通过AP连入有线网。分三种应用：室内移动办公（星型）、室外点对点（两网桥连接两个有线网）、室外点对多点（中心全向天线，外围定向天线）。

3. 核心概念：SSID

• 服务集标识符：局域网的"名称"。只有SSID相同的设备才能互相通信。
• 安全机制：可"禁止SSID广播"，防止被轻易搜到（牺牲效率换取安全，属于隐藏式安全）。

---

模块三：WLAN面临的安全问题

1. 常见安全威胁

• 窃听：极易发生且难以检测。
• 修改替换：强信号节点屏蔽弱信号节点，篡改数据。
• 传递信任：无线网成为攻击者无需物理接入的"后门"。
• 基础结构攻击：利用系统漏洞（bugs、错配）。
• 拒绝服务 ：无线网特有，攻击者发送同频干扰信号即可让网络瘫痪。
• 置信攻击（伪基站）：伪造强信号AP，诱骗移动设备登录以窃取密钥口令。

2. 战争驱车探测

• 概念：源自"战争拨号"，指携带笔记本、高灵敏度网卡和天线，驱车寻找未设防WLAN的黑客行为。
• 著名工具：Netstumbler。

---

模块四：WLAN安全技术

1. 服务集标识符 (SSID) & 物理地址过滤 (MAC)

• SSID：简单口令认证，明文传输，极易窃取。禁止广播仅是"防君子不防小人"。
• MAC过滤 ：在AP设置白名单。缺点：MAC网上明文传输易被截获；网卡MAC地址可通过软件修改（伪造），不适合大型网络。

2. 有线对等保密 (WEP) ------ 弃用的弱加密

• 目标：提供与有线网等同的安全保护。
• 技术：基于RC4流加密算法。
• 密钥机制 ：40位或104位静态密钥 + 24位初始化矢量(IV) = 64/128位密钥。
• 致命缺陷（考点） ：
  1. IV太短且明文传输：24位IV空间极小，繁忙网络很快会重复使用IV，攻击者截获相同IV的包即可统计分析破解。
  2. 密钥静态且手工管理：很少更换，一个泄露全网遭殃。
  3. 缺乏完整性校验：仅加密不验证，数据易被篡改。
  4. 认证缺陷：共享密钥认证时，AP发质询明文，终端加密回传，给攻击者提供了"明文-密文对"。

3. Wi-Fi保护接入 (WPA) ------ WEP的改良版

• 目标：在不更换硬件的前提下修复WEP漏洞。
• 核心技术 ：
  • TKIP（临时密钥完整性协议） ：仍用RC4，但每包动态生成新密钥（结合MAC和包序号），解决了IV重复和静态密钥问题。
  • MIC（消息完整性校验码）：防止数据篡改和伪造。
  • 802.1x/EAP认证：引入了更强大的用户级认证机制。

4. 端口访问控制技术 (IEEE 802.1x)

• 架构：请求方（客户端）--- 认证方（AP）--- 授权服务器（RADIUS）。
• 协议：客户端与AP用 EAPoL 通信，AP与RADIUS用 EAP over RADIUS 通信。
• 优点：基于用户的认证和计费，适合公共热点。
• 缺点：仅用户名口令认证，易泄露；AP与RADIUS间共享密钥静态手工管理。
• EAP类型：EAP-MD5（只认证，无密钥）、PEAP（受保护的EAP，建立TLS隧道更安全）。

5. IEEE 802.11i (WPA2) ------ 终极标准

• 采用 CCMP 协议（基于AES分组加密算法），彻底抛弃了不安全的RC4，提供极强的加密和完整性验证。

6. 中国国家标准 WAPI

• 全称 ：无线局域网鉴别与保密基础结构 = WAI （鉴别） + WPI（保密）。
• 密码体制：椭圆曲线密码（公钥）+ 分组密码（对称）。
• WAPI三大优越性（必背） ：
  1. 双向身份鉴别：客户端和AP地位对等，在鉴别服务器控制下互认（防止伪AP/伪基站）。
  2. 数字证书凭证：强制使用数字证书，安全性远高于用户名密码，管理方便（吊销证书即可踢人）。
  3. 完善的鉴别协议：用椭圆曲线签名和杂凑算法，防篡改伪造。
• WPI加解密过程 ：
  • 加密：OFB模式加密数据 + CBC-MAC模式计算完整性校验码MIC。
  • 解密：先校验PN序号 -> 再验证MIC完整性 -> 最后OFB模式解密。

7. 虚拟专用网络 (VPN)

• 架构：在无线网和有线网间设两道防火墙，无线网只允许VPN流量通过，利用IPsec加密隧道传输。
• 局限性 ：
  1. 运行脆弱：无线链路波动或越区切换易导致VPN断开。
  2. 吞吐量小：VPN服务器性能瓶颈（30-50Mbps）。
  3. 扩展性差：拓扑改变需重新规划配置。

---

💡核心对比表

安全技术	核心机制	加密算法	优点	缺点/局限
SSID	网络名称识别	无	简单	明文传输，极易获取，防君子不防小人
MAC过滤	硬件地址白名单	无	简单	MAC可伪造、可截获，难于大规模管理
WEP	静态密钥+IV	RC4流加密	当年标准	IV重复、密钥静态、无完整性校验，已破解
WPA	动态密钥+TKIP	RC4流加密	兼容WEP硬件，修复IV和完整性	仍是基于RC4，过渡方案
802.1x	端口认证	EAP/MD5/PEAP	用户级认证，适合公共热点	AP与服务器间密钥静态管理
802.11i	CCMP强加密	AES块加密	极高安全性，现行最强标准	硬件要求高
WAPI	证书双向认证	椭圆曲线+国密	双向认证、证书管理、防篡改	国际生态兼容性曾受限
VPN	隔离区+加密隧道	IPsec	企业级高安全隔离	无线环境易断、吞吐量低、扩展差