802.11i无线技术点点通

新一代安全标准IEEE 802.11i定义了RSN（Robust Security Network）的概念，增强了WLAN中的数据加密和认证性能，并且针对WEP加密机制的各种缺陷做了多方面的改进。
　　
　　IEEE 802.11i规定使用802.1x认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定义了TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三种加密机制。其中TKIP采用WEP机制里的RC4作为核心加密算法，可以通过在现有的设备上升级固件和驱动程序的方法达到提高WLAN安全的目的。CCMP机制基于AES（Advanced Encryption Standard）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）认证方式，使得WLAN的安全程度大大提高，是实现RSN的强制性要求。由于AES对硬件要求比较高，因此CCMP无法通过在现有设备的基础上进行升级实现。802.11i协议结构如图1所示。
　　　
　　 探询11i的秘密
　　TKIP
　　TKIP虽然与WEP同样都是基于RC4加密算法，但却引入了4个新算法：
　　
　　● 扩展的48位初始化向量（IV）和IV顺序规则（IV Sequencing Rules）；
　　
　　● 每包密钥构建机制（per-packet key construction）；
　　
　　● Michael消息完整性代码（Message Integrity Code，MIC）；
　　
　　● 密钥重新获取和分发机制。
　　
　　TKIP并不直接使用由PTK/GTK分解出来的密钥作为加密报文的密钥，而是将该密钥作为基础密钥（Base Key），经过两个阶段的密钥混合过程，从而生成一个新的、每一次报文传输都不一样的密钥，该密钥才是用做直接加密的密钥，通过这种方式可以进一步增强WLAN的安全性。密钥的生成方式如图2所示。
　　　
　　 CCMP
　　除了TKIP算法以外，802.11i还规定了一个基于AES（高级加密标准）加密算法的CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）数据加密模式。与TKIP相同，CCMP也采用48位初始化向量（IV）和IV顺序规则，其消息完整检测算法采用CCM算法。
　　
　　AES是一种对称的块加密技术，提供比WEP/TKIP中RC4算法更高的加密性能。对称密码系统要求收发双方都知道密钥，而这种系统的最大困难在于如何安全地将密钥分配给收发的双方，特别是在网络环境中。AES加密算法使用128bit分组加密数据，它将在802.11i最终确认后，成为取代WEP的新一代的加密技术。
　　
　　 IEEE 802.1x和EAP
　　IEEE 802.1x是一种基于端口的网络接入控制技术，该技术提供一个可靠的用户认证和密钥分发的框架，可以控制用户只有在认证通过以后才能连接网络。IEEE 802.1x本身并不提供实际的认证机制，需要和上层认证协议（EAP）配合来实现用户认证和密钥分发。EAP允许无线终端支持不同的认证类型，能与后台不同的认证服务器进行通信，如远程接入用户服务（Radius）。
　　　
　　802.lx要求三个实体：申请者、认证者、认证服务器。这些实体都是网络设备的逻辑实体，认证者一般为AP。它有两个逻辑端口：受控端口和非受控端口。非受控端口过滤所有的网络数据流只允许EAP帧通过。在认证时，用户通过非受控端口和AP交换数据，若用户通过认证则AP为用户打开一个受控端口，用户可通过受控端口传输各种类型的数据帧（如HTTP和POP3）。
　　
　　IEEE 802.1x认证过程如下： 1） 无线终端向AP发出请求，试图与AP进行通信； 2） AP将加密的数据发送给验证服务器进行用户身份认证； 3） 验证服务器确认用户身份后，AP允许该用户接入； 4） 建立网络连接后授权用户通过AP访问网络资源。
　　
　　接入点通过不受控端口与WLAN用户进行通信，二者之间运行EAPoL（EAP over LAN）协议，而接入点与认证服务器之间运行EAP协议。EAP协议并不是认证系统和认证服务器通信的惟一方式，其他的通信通道也可以使用。例如，如果认证系统和认证服务器集成在一起，两个实体之间的通信就可以不采用EAP协议。
　　　
　　EAP（可扩展认证协议）认证对IEEE 802.11原有标准进行了3点改进：一是双向认证机制，这一机制有效地消除了中间人攻击（MITM），如假冒的AP和远端认证服务器; 二是集中化认证管理和动态分配加密密钥机制，这一机制解决了管理上的难度; 三是定义了集中策略控制，当会话超时时，将触发重新认证和生成新的密钥。
　　
　　 安全是这样炼成的
　　802.11i草案标准中建议的认证方案是基于802.1x和扩展认证协议（EAP）的，加密算法为高级加密标准（AES）。动态协商认证和加密算法使RSN可以不断演进，与最新的安全水平保持同步，添加算法应付新的威胁，并不断提供保护无线局域网传送的信息所需要的安全性。
　　
　　由于采用动态协商、802.1x、EAP和AES，故RSN比WEP和WPA可靠得多。但是，RSN不能很好地在遗留设备上运行，只有最新的设备才拥有实现加密算法所需的计算速度和性能。
　　
　　IEEE 802.11i系统在工作的时候，先由AP向外公布自身对系统的支持，在Beacons、Probe Response等报文中使用新定义的信息元素（Information Element），这些信息元素中包含了AP的安全配置信息（包括加密算法和安全配置等信息）。STA（终端）根据收到的信息选择相应的安全配置，并将所选择的安全配置表示在其发出的Association Request和Re-Association Request报文中。
　　
　　802.11i协议通过上述方式来实现STA与AP之间的加密算法以及密钥管理方式的协商。另外，AP需要工作在开放系统认证方式下，STA以该模式与AP建立关联之后，如果网络中有Radius服务器作为认证服务器，那么STA就使用802.1x方式进行认证；如果网络中没有Radius，STA与AP就会采用预共享密钥（PSK，Pre-Shared Key）的方式。
　　
　　STA通过802.1x身份验证之后，AP就会得到一个与STA相同的Session Key，AP与STA将该Session Key作为PMK（Pairwise Master Key，对于使用预共享密钥的方式来说，PSK就是PMK）。随后AP与STA通过EAPoL-KEY进行WPA的四次握手（4-Way Handshake）过程，如图4所示。在这个过程中，AP和STA均确认了对方是否持有与自己一致的PMK，如不一致，四次握手过程就告失败，连接也因此中断，反之建立连接。