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安全問題一直是困擾在WLAN靈活便捷的優(yōu)勢之上的陰影，已成為阻礙WLAN進(jìn)入信息化應(yīng)用領(lǐng)域的最大障礙。國際標(biāo)準(zhǔn)為此采用了WEP、WPA、802.1x、802.11i、VPN等方式來保證WLAN的安全，但都沒有從根本上解決WLAN的安全問題。我國在2003年5月份提出了無線局域網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)GB15629.11，引入一種全新的安全機(jī)制—WAPI，使WLAN的安全問題再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。WAPI機(jī)制已由ISO/IEC授權(quán)的IEEE Registration Authority審查獲得認(rèn)可，并分配了用于該機(jī)制的以太類型號(IEEE EtherType Field)0x88b4，這是我國在這一領(lǐng)域向ISO/IEC提出并獲得批準(zhǔn)的唯一的以太類型號。 WAPI安全機(jī)制 無線局域網(wǎng)鑒別與保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)WAPI(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure)由無線局域網(wǎng)鑒別基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)WAI(WLAN Authentication Infrastructure)和無線局域網(wǎng)保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)WPI(WLAN Privacy Infrastructure)組成。其中，WAI采用基于橢圓曲線的公鑰證書體制，無線客戶端STA和接入點(diǎn)AP通過鑒別服務(wù)器AS進(jìn)行雙向身份鑒別。而在對傳輸數(shù)據(jù)的保密方面，WPI采用了國家商用密碼管理委員會辦公室提供的對稱密碼算法進(jìn)行加密和解密，充分保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?br /> WAPI充分考慮了市場應(yīng)用，根據(jù)無線局域網(wǎng)應(yīng)用的不同情況，可以以單點(diǎn)式、集中式等不同的模式工作，同時也可以和現(xiàn)有的運(yùn)營商系統(tǒng)結(jié)合起來，支持大規(guī)模的運(yùn)營級服務(wù)。此外，用戶的使用場景不同，WAPI的實(shí)現(xiàn)和工作方式也略有詫異。WAPI的用戶使用場景主要有以下幾種： 1. 企業(yè)級用戶應(yīng)用場景：有AP和獨(dú)立的AS(鑒別服務(wù)器)，內(nèi)部駐留ASU(鑒別服務(wù)單元)，實(shí)現(xiàn)多個AP和STA證書的管理和用戶身份的鑒別； 2. 小公司和家庭用戶應(yīng)用場景：有AP，ASU可駐留在AP中； 3. 公共熱點(diǎn)用戶應(yīng)用場景：有AP，ASU駐留在接入控制服務(wù)器中； 4. 自組網(wǎng)用戶應(yīng)用場景：無AP，各STA在應(yīng)用上是對等的，采用共享密鑰來實(shí)現(xiàn)鑒別和保密。 圖1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 WAI 與WAI相關(guān)的STA的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖1給出了與WAI相關(guān)的STA的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，與ISO/IEC 8802.11-1999的5.5相比，該狀態(tài)圖將原有的“鑒別”改為了“鏈路驗(yàn)證”，此外新增了專用于處理WAI過程的“鑒別狀態(tài)”。這樣，STA總共需要維護(hù)三個狀態(tài)變量：鏈路驗(yàn)證狀態(tài)，關(guān)聯(lián)狀態(tài)和鑒別狀態(tài)，由此決定了STA將會有四種本地狀態(tài)，如圖狀態(tài)1~4所示。其中STA和AP之間的WAI鑒別過程處于狀態(tài)3。 鑒別系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2描述了鑒別請求者、鑒別器和鑒別服務(wù)實(shí)體之間的關(guān)系及信息交換過程。這里首先介紹幾個重要概念，有助于對鑒別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理解。 鑒別器實(shí)體AE：駐留在AP中，在接入服務(wù)前，提供鑒別操作。 鑒別請求者實(shí)體ASUE：駐留在STA中，需通過鑒別服務(wù)單元ASU進(jìn)行鑒別。 鑒別服務(wù)實(shí)體ASE：駐留在ASU中，為鑒別器和鑒別請求者提供相互鑒別。 在圖2中，鑒別器的受控端口處于未鑒別狀態(tài)，鑒別器系統(tǒng)拒絕提供服務(wù)，鑒別器實(shí)體利用非受控端口和鑒別請求者通信。 受控與非受控端口可以是連接到同一物理端口的兩個邏輯端口，所有通過物理端口的數(shù)據(jù)都可以到達(dá)受控端口和非受控端口，并根據(jù)鑒別狀態(tài)決定數(shù)據(jù)的實(shí)際流向。 受控端口：只有當(dāng)該端口的鑒別狀態(tài)為已鑒別時，才允許協(xié)議數(shù)據(jù)通過。只有通過鑒別的STA才能使用的AP提供的數(shù)據(jù)端口為受控端口。 非受控端口：協(xié)議數(shù)據(jù)的傳送不受當(dāng)前鑒別狀態(tài)的限制。AP提供STA連接到鑒別服務(wù)單元ASU的端口即為非受控端口。 需要說明的是，除鑒別數(shù)據(jù)外，系統(tǒng)中AP與STA之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)的交換都是通過一個或多個受控端口來實(shí)現(xiàn)的。受控端口狀態(tài)由系統(tǒng)鑒別控制參數(shù)確定。 另一個重要概念是鑒別服務(wù)單元ASU，前面已經(jīng)提到，在整個WAI鑒別過程中，ASU作為第三方起著提供鑒別服務(wù)的作用。此外，ASU還擔(dān)當(dāng)著為STA和AP提供證書的頒發(fā)、認(rèn)證、吊銷等功能。一個ASU可以管理一個或多個BSS，在同一個ASU的管理范圍內(nèi)，STA與AP之間需通過ASU實(shí)現(xiàn)證書的雙向認(rèn)證。 圖2 鑒別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)WAI鑒別基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 在BSS中，當(dāng)STA關(guān)聯(lián)或重新關(guān)聯(lián)至AP時，必須進(jìn)行相互身份鑒別。若鑒別成功，則AP允許STA接入，否則解除其鏈路驗(yàn)證。整個鑒別過程包括證書鑒別、單播密鑰協(xié)商與組播密鑰通告。 STA與AP之間的鑒別數(shù)據(jù)分組利用以太類型字段為0x88B4的WAPI協(xié)議傳送，AP與ASU之間的鑒別數(shù)據(jù)報文通過端口號為3810的UDP套接口傳輸。 在WAI的整個過程中，涉及到數(shù)種加/解密和消息摘要等算法，可歸納如表1所示。 基于WAI的安全接入控制分類 根據(jù)WLAN的不同類型，可將基于WAI的安全接入控制作以下分類。 BSS(有AP) WAI典型范例，采用公鑰密碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)STA與AP之間的相互身份鑒別，證書鑒別成功后分單播密鑰協(xié)商和組播密鑰通告。 IBSS(Ad Hoc，無AP) WAI采用共享密鑰完成STA之間的相互身份鑒別。網(wǎng)絡(luò)中各個STA約定一個共享密鑰，用戶通過設(shè)置(輸入)共享密鑰接入網(wǎng)絡(luò)，和其他用戶交換信息。用戶輸入的為共享主密鑰。 WDS模式 WAI采用共享密鑰完成STA之間的相互身份鑒別。網(wǎng)絡(luò)中各個STA約定一個共享密鑰，用戶通過設(shè)置(輸入)共享密鑰接入網(wǎng)絡(luò)，和其他用戶交換信息。用戶輸入的為共享主密鑰。 WPI WPI采用國家密碼管理委員會辦公室批準(zhǔn)的用于WLAN的SSF43對稱分組加密算法對MAC子層的MSDU進(jìn)行加/解密處理，有兩種工作模式：用于數(shù)據(jù)保密的OFB模式和用于完整性校驗(yàn)的CBC-MAC模式。WPI封裝過程 數(shù)據(jù)發(fā)送時，WPI的封裝過程為： 1.利用加密密鑰和數(shù)據(jù)分組序號PN，通過工作在OFB模式的加密算法對MSDU(包括SNAP)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，得到MSDU密文； 2.利用完整性校驗(yàn)密鑰與數(shù)據(jù)分組序號PN，通過工作在CBC-MAC模式的校驗(yàn)算法對完整性校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到完整性校驗(yàn)碼MIC； 3.封裝后再組幀發(fā)送。 WPI解封裝過程 數(shù)據(jù)接收時，WPI的解封裝過程為： 1.判斷數(shù)據(jù)分組序號PN是否有效，若無效，則丟棄該數(shù)據(jù)； 2.利用完整性校驗(yàn)密鑰與數(shù)據(jù)分組序號PN，通過工作在CBC-MAC模式的校驗(yàn)算法對完整性校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地計(jì)算，若計(jì)算得到的值與分組中的完整性校驗(yàn)碼MIC不同，則丟棄該數(shù)據(jù)； 3.利用解密密鑰與數(shù)據(jù)分組序號PN，通過工作在OFB模式的解密算法對分組中的MSDU密文進(jìn)行解密，恢復(fù)出MSDU明文； 4.去封裝后將MSDU明文遞交至上層處理。 結(jié)語 目前，我們已用軟件實(shí)現(xiàn)了STA的WAPI機(jī)制，運(yùn)行結(jié)果完全能夠滿足GB15629.11標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，我們還使用硬件描述語言Verilog HDL對WPI的封裝和解封裝過程進(jìn)行了RTL描述，并從數(shù)字電路設(shè)計(jì)的角度對其進(jìn)行了優(yōu)化。總體而言，WPI硬件仿真結(jié)果較WPI軟件運(yùn)行在時間上體現(xiàn)了強(qiáng)大的優(yōu)勢，這對于保證無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的高速性無疑是很重要的一點(diǎn)。當(dāng)然，WPI軟件可以與驅(qū)動程序相結(jié)合，體現(xiàn)低成本和易維護(hù)的特點(diǎn)。對于WAI，整個過程處在AP和STA之間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)通信之前，因此對時間的要求要略遜一些，而過程相對繁雜，筆者認(rèn)為更宜用軟件實(shí)現(xiàn)。 |
